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第5章 初识电磁场与电磁波
章末整合提升
2门世2有
3厚
初识电磁场与电磁波
公式：
磁感应强度{方向：小磁针静止时N极的指向或小磁针N极的受力
方向
磁场及其描述
标矢性：是矢量，磁场的叠加遵循平行四边形定则
磁感线
定义：为了描述磁场而画出的假想曲线
几种常见磁场的磁感线
电流的磁场：安培定则
应用：地磁场、磁浮列车、核磁共振等
初识电磁场与电磁波
定义：磁感应强度B与面积S的乘积
磁通量{公式：中=BS
磁通量的变化量：△中=|中2-D1
电磁感应现象
及其应用
产生感应电流的条件：闭合回路、磁通量变化
电磁感应现象〈两种情况
穿过闭合回路的磁通量发生变化
闭合回路切割磁感线
初识电磁场与电磁波
变化的电场和磁场交替产生的电磁场在空间传播
麦克斯韦预言电磁波的存在
赫兹证实电磁波存在
电磁波
电磁波真空中速度c=3.0×108m/s,c=入f
应用
利用电磁波传递信息
利用电磁波的能量
初识电磁场与电磁波
光的波动学说
光的本质{
光的微粒学说
量子世界
光具有波粒二象性
普朗克量子假说
量子假说：E=ne(n=1,2,3,)
能量子的能量e=hw,h=6.63×10-34Js第5章 初识电磁场与电磁波
第1节 磁场及其描述
第1课时 磁场 磁感线
核心素养：1.知道磁场、磁感线的概念. 2.知道磁体之间、磁体与电流之间、电流与电流之间都是通过磁场相互作用的. 3.会用安培定则判断通电直导线和通电线圈周围磁感线的方向. 4.认识磁的应用对生产、生活和科技发展的作用，拓宽视野，培养学习兴趣及科学精神.
磁场
合作 讨论
我国是世界上最早发现磁现象的国家，早在战国末年就有磁铁的记载.我国古代四大发明之一的指南针（司南）就利用了磁现象，指南针的发明为世界的航海业作出了巨大的贡献.你知道指南针为什么指南吗？
提示：地球是一个巨大的磁场，其地磁南极在地理北极附近，地磁北极在地理南极附近.指南针在地球的磁场中受磁场力的作用，所以会一端指南一端指北.
教材 认知
磁场
（1）定义：磁体或 电流 周围的空间存在的一种特殊物质.
（2）基本性质：对放入其中的 磁体 产生力的作用.
（3）磁极间的相互作用：同名磁极相互 排斥 ，异名磁极相互 吸引 .
核心 归纳
1.对磁场性质的理解
基本性质 对放入其中的磁体或电流产生力的作用
客观性 磁场虽然不是由分子、原子组成的，但是它和常见的桌子、房屋、水和空气一样，是一种客观存在的物质
特殊性 磁场和常见的由分子、原子组成的物质不同，它是以一种场的形式存在的
方向性 自由小磁针静止时，N极的指向即为该处的磁场方向，或小磁针N极的受力方向即为该处磁场方向
作用形式 磁体与磁体间，磁体与电流间，电流与电流间通过磁场发生作用
2.电场与磁场的比较
比较项目 电场 磁场
不 同 点 产生 电荷 磁体、电流、运动电荷
基本性质 对放入其中的电荷有电场力的作用 对放入其中的磁极、电流、运动电荷有磁场力的作用
作用特点 对放入其中的磁体无力的作用 对放入其中的静止电荷无力的作用
相同点 磁场和电场都是不依赖于人的意志而客观存在的特殊物质，具有能量
研习 经典
[典例1] （多选）如图所示，关于磁体、电流间的相互作用，下列说法正确的是（ ）
甲 乙
丙
A.甲图中，电流不产生磁场，电流对小磁针的力的作用是通过小磁针的磁场发生的
B.乙图中，磁体对通电导体的力的作用是通过磁体的磁场发生的
C.丙图中，电流间的相互作用是通过电流的磁场发生的
D.丙图中，电流间的相互作用是通过电荷的电场发生的
[解析] 题图甲中，电流对小磁针的力的作用是通过电流的磁场发生的；题图乙中，磁体对通电导体的力的作用是通过磁体的磁场发生的；题图丙中，电流间的相互作用是通过电流的磁场发生的.综上所述，选项B、C正确.
[答案] BC
1.磁体、电流周围产生磁场，磁场的基本性质是对放入场中的磁体和电流有力的作用.
2.磁体与磁体之间、电流与电流之间、磁体与电流之间的作用不是直接发生的，而是通过磁场发生的.
[训练1] 下列关于磁场的说法正确的是（ ）
A.磁场和电场一样，是客观存在的特殊物质
B.磁场是为了解释磁极间相互作用而人为规定的
C.磁极与磁极间是直接发生作用的
D.磁场只有在磁 极与磁极、磁极与电流之间发生作用时才产生
解析：电场和磁场都是一种物质，它和我们常见的由分子、原子组成的物质不同，不是以微粒形式存在的，而是以“场”的形式客观存在的，故A正确，B错误；磁极与磁极之间的相互作用，是通过磁场发生的，C错误；磁场是磁体或电流周围存在的一种特殊物质，即使磁极与磁极、磁极与电流之间没有发生相互作用，磁场仍然存在，D错误.
答案：A
磁感线
合作 讨论
图甲表示条形磁铁的磁感线的分布情况，图乙表示通电螺线管的磁感线的分布情况，观察两幅图，请思考：
从图中可以看出，通电螺线管的磁感线是闭合的，而条形磁铁的磁感线不闭合，这种判断对吗？
提示：不对.电流产生磁场的磁感线是闭合的，条形磁铁磁场的磁感线内部是从S极到N极，外部是从N极到S极，磁感线是闭合的.
教材 认知
1.磁感线
在磁场中画出的一些有方向的 假想 曲线.
2.特点
（1）在磁感线上，任意一点的 切线 方向都跟该点的磁场方向 相同 ，都代表磁场中该点小磁针 N极 受力的方向.
（2）磁感线的 疏密 表示磁场的强弱.磁感线分布越密的地方，磁场 越强 ；磁感线分布越疏的地方，磁场 越弱 .
（3）磁感线是 闭合 曲线.在磁体外部，磁感线从 N极 到 S极 .在磁体内部，磁感线从 S极 到 N极 .
核心 归纳
1.对磁感线的理解
（1）磁感线在磁体的外部都是从N极出来进入S极，在磁体的内部则是由S极指向N极，形成一条闭合曲线.
（2）在磁场中，某一点有唯一确定的磁场方向，所以两条磁感线不能相交或相切.
（3）磁感线是为了形象地研究磁场而人为假想的曲线，为形象、直观、方便地研究磁场提供了依据.
（4）磁感线越密集表示磁场越强，磁感线越稀疏表示磁场越弱.
2.磁感线与静电场电场线的比较
比较项目 磁感线 静电场的电场线
不同点 闭合曲线 始于正电荷或无穷远处，止于无穷远处或负电荷，不闭合的曲线
相同点 方向 线上各点的切线方向就是该点的磁场方向 线上各点的切线方向就是该点的电场方向
疏密 表示磁场强弱 表示电场强弱
特点 在空间中不相交、不相切、不中断 除电荷处外，在空间中不相交、不相切、不中断
研习 经典
[典例2] 关于磁场和磁感线，下列说法中正确的是（ ）
A.磁场并不真实存在，而是人们假想出来的
B.磁铁周围磁感线的形状与铁屑在它周围排列的形状相同，说明磁场呈线条形状，磁感线是磁场的客观反映
C.磁感线可以用来表示磁场的强弱和方向
D.磁感线类似于电场线，它总是从磁体的N极出发，回到S极终止
[解析] 小磁针放在磁体的周围受到力的作用，说明磁体在周围空间产生了磁场，磁场是一种客观存在的物质，由此可知A错误；人们为了形象地描绘磁场，用图形——磁感线将抽象的磁场描绘出来，磁感线是假想的曲线，其客观上并不存在，铁屑在磁场中被磁化为小磁针，在磁场的作用下运动，最终规则地排列起来，显示出磁感线的分布特点，并非磁场的客观反映.磁感线都是闭合曲线，在磁体外部从N极到S极，在磁体内部从S极到N极，不像电场线是从正电荷出发到负电荷终止的不闭合曲线.由此可知B、D错误，C正确.
[答案] C
（1）磁场是客观存在的，而磁感线是为了形象地描述磁场而人为假设的不存在的曲线，分布在三维空间内；
（2）由于磁体的N极和S极是密不可分的，所以磁感线总是闭合的曲线，而电场线则是不闭合的，这是两者的显著区别.
[训练2] 某磁场的磁感线如图所示，则下列说法中正确的是（ ）
A. M点的切线方向和该点的磁场方向垂直
B. M点的磁场比N点的磁场弱
C. M点的磁场比N点的磁场强
D. M点的磁场方向和N点的磁场方向相同
解析：过M点的磁感线的切线方向和该点的磁场方向相同，选项A错误；磁感线越密集的地方磁场越强，则M点的磁场比N点的磁场强，选项B错误，C正确；过磁场中某点的磁感线的切线方向是该点的磁场方向，因M点切线方向与N点的切线方向不同，则M点的磁场方向和N点的磁场方向不相同，选项D错误.
答案：C
几种常见的磁场 安培定则
合作 讨论
如图所示，放在通电螺线管内部中间处的小磁针静止时N极指向右，试判定电源的正、负极.
提示：小磁针N极的指向即为该处的磁场方向，所以螺线管内部磁感线方向由a→b.根据安培定则可判断出电流由电源的c端流出，d端流入，故c端为正极，d端为负极.
核心 归纳
1.常见磁体磁场的磁感线分布（如图所示）
2.三种常见的电流的磁场
安培定则 立体图 横截面图 纵截面图
直线 电流
以导线上任意点为圆心垂直于导线的多组同心圆，越向外越稀疏，磁场越弱
环形 电流
内部磁场比环外强，磁感线越向外越稀疏
通电螺线管
内部为匀强磁场且比外部强，方向由S极指向N极，外部类似条形磁铁，由N极指向S极
特别提醒：（1）磁场是分布在立体空间的.
（2）利用安培定则不仅可以判断磁场的方向，还可以根据磁场的方向判断电流的方向.
（3）应用安培定则判断直线电流时，四指所指的方向是导线之外磁场的方向；判定环形电流和通电螺线管电流时，拇指的指向是线圈轴线上磁场的方向.
（4）环形电流相当于小磁针，通电螺线管相当于条形磁铁，应用安培定则判断时，拇指所指的一端为它的N极.
研习 经典
[典例3] 如图所示，图a、图b是直线电流的磁场，图c、图d是环形电流的磁场，图e、图f是通电螺线管电流的磁场.试在各图中补画出电流方向或磁感线的方向.
[解析] 根据安培定则，可以确定a中电流方向垂直纸面向里，b内中电流的方向自下而上，c中电流方向是逆时针方向，d中磁感线的方向向上，e中磁感线的方向向左，f中磁感线的方向向右.
[答案] 如图所示
常见电流磁场的特点
1.直线电流：通电导线周围的磁感线是以导线上各点为圆心的同心圆.离导线越近磁场越强，离导线越远磁场越弱.
2.环形电流：环形电流的磁场类似于条形磁铁的磁场.由于磁感线均为闭合曲线，所以环内磁感线条数与环外相等，故环内磁场强，环外磁场弱.
3.通电螺线管：通电螺线管外部的磁场跟条形磁铁外部的磁场分布情况相同，两端分别为N极和S极；管内是匀强磁场，磁场方向由S极指向N极.
[训练3] （多选）如图所示，E、F分别表示蓄电池两极，P、Q分别表示螺线管两端，当闭合开关时，发现小磁针N极偏向螺线管Q端，下列判断正确的是（ ）
A. F为蓄电池正极
B.螺线管P端为S极
C.流过电阻R的电流方向向下
D.管内磁场方向由Q指向P
解析：闭合开关后，小磁针N极偏向螺线管Q端，说明小磁针所在位置磁场方向向左，即螺线管的P端为N极，Q端为S极，螺旋管内部的磁感应强度方向由Q指向P，由安培定则可知，电流从右端流出、左端流入，因此，电源的F为正极，E为负极，流过电阻R的电流方向向上，故B、C错误，A、D正确.
答案：AD
深刻剖析提升能力
基础 题组
1.思维辨析
（1）天然磁体和人造磁体都能够吸引铁质物体.（ √ ）
（2）地球磁场的N极在地理南极附近.（ √ ）
（3）磁感线总是由磁体N极指向S极.（ × ）
（4）磁体上各部分的磁性并不都是相同的.（ √ ）
2.指南针是中国古代的四大发明之一，它能指示南北方向是由于（ ）
A.指南针的两个磁极相排斥
B.指南针的两个磁极相吸引
C.指南针能吸引铁、钴、镍等物质
D.地磁场对指南针的作用
答案：D
3.（多选）下列说法正确的是（ ）
A.磁体上磁性最强的部分叫磁极，任何磁体都有两个磁极
B.磁体与磁体之间的相互作用是通过磁场而发生的
C.地球的周围存在着磁场，但地磁的两极与地理的两极并不重合，其间有一个夹角，这就是磁偏角，磁偏角的数值在地球上不同地点是相同的
D.在地球表面各点磁场强弱相同
解析：地磁场类似于条形磁铁的磁场，所以在地球表面赤道上的磁场最弱，故D错误；在地球上不同位置，磁偏角的数值是不同的，故C错误.
答案：AB
中档 题组
1.下列关于磁场的说法正确的是（ ）
A.最基本的性质是对处于其中的磁体和通电导体有力的作用
B.磁场是看不见、摸不着、实际不存在的，是人们假想出来的一种物质
C.地球的磁场不是真实存在，是假想出来的
D.磁场存在与否决定于人的思想，想其有则有，想其无则无
解析：磁场的基本性质是对处于其中的磁体或通电导体有力的作用，故A正确；磁场虽然看不见、摸不着，但是它是客观存在的，与人的思想无关，故B、C、D错误.
答案：A
2.（多选）关于磁现象的电本质，下列说法正确的是（ ）
A.一切磁现象都起源于电流或运动电荷，一切磁作用都是电流或运动电荷间通过磁场而发生的相互作用
B.除永久磁铁外，一切磁场都是由运动电荷产生的
C.据安培的分子电流假说，在外界磁场的作用下，物体内部分子电流取向变得大致相同时，物体就被磁化，两端形成磁极
D.有磁必有电，有电必有磁
解析：一切磁现象都起源于电流或运动电荷，一切磁作用都是电流或运动电荷之间通过磁场而发生的相互作用，故A正确，B错误；没有磁性的物体内部分子电流的取向是杂乱无章的，分子电流产生的磁场相互抵消，但当受到外界磁场的作用力时，分子电流的取向变得大致相同时分子电流产生的磁场相互加强，物体就被磁化了，两端形成磁场，故C正确；磁和电是两种不同的物质，故磁是磁，电是电，有变化的电场或运动的电荷就能产生磁场，但静止的电荷不能产生磁场，恒定的电场不能产生磁场，同样恒定的磁场也不能产生电场，故D错误.
答案：AC
3.中国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了地磁偏角：“以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也.”进一步研究表明，地球周围地磁场的磁感线分布如图所示.结合上述材料，下列说法不正确的是（ ）
A.地理南、北极与地磁场的北、南极不重合
B.地球内部也存在磁场，地磁南极在地理北极附近
C.地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行
D.在赤道上小磁针的N极在静止时指向地理北极附近
解析：地球为一巨大的磁体，地磁场的南、北极在地理上的北极和南极附近，并不重合，地球内部也存在磁场，故A、B正确；只有赤道附近上空磁场的方向才与地面平行，故C错误；小磁针静止时N极指向与磁场方向相同，故D正确.
答案：C
4.如图所示，一通电螺线管有图示电流，四个小磁针静止在如图所示位置，则四个小磁针的N、S极标注正确的是（ ）
A.1 B.2 C.3 D.4
解析：小磁针静止时N极的指向为该处的磁感线方向，根据安培定则可知通电螺线管的右端为N极，左端为S极，内部磁感线方向是从左到右，故只有2小磁针的N、S极标注正确.
答案：B
5.有一种磁悬浮地球仪，通电时地球仪会悬浮在空中，如图甲所示.实现原理如图乙所示，底座是线圈，地球仪是磁铁，通电时能让地球仪悬浮在空中.下列说法正确的是（ ）
甲 乙
A.地球仪根据异名磁极互相排斥的原理工作
B.线圈中的电流的频率可能为50 Hz
C.电路中的a端点需连接直流电源的正极
D.增大线圈中的电流，地球仪悬浮的高度会降低
解析：地球仪根据同名磁极互相排斥的原理工作，故A错误；为使地球仪稳定悬浮在空中，线圈磁场方向应不变，线圈应通直流电，故B错误；磁铁下端是S极，因此线圈上端应是S极，根据右手螺旋定则，可知电路中的a端点需连接直流电源的正极，故C正确；增大线圈中的电流，线圈与磁铁的磁场力增大，则地球仪悬浮的高度会升高，故D错误.
答案：C
课时作业（二十六） 磁场 磁感线
[基础训练]
1.关于磁感线，下列说法正确的是（ ）
A.磁感线可以形象地描述磁场的强弱与方向
B.磁感线总是从磁铁的N极发出，到S极终止
C.磁感线就是细铁屑在磁铁周围排列的曲线，没有细铁屑的地方就没有磁感线
D.沿磁感线的方向磁场逐渐减弱
解析：磁场是一种看不见的特殊物质，人们为了形象地描绘磁场而引入了磁感线这一假想的曲线，它的疏密可以反映磁场的强弱，磁感线上某点的切线方向为该点的磁场方向（磁感应强度的方向），选项A正确，D错误；磁感线都是闭合曲线，选项B错误；磁感线是人们假想的曲线，与有无铁屑无关，选项C错误.
答案：A
2.如图所示，在南北方向水平放置的长直导线的正下方，有一个可以自由转动的小磁针.现给直导线通以由b向a的恒定电流I，则小磁针的N极将（ ）
A.保持不动
B.向下转动
C.垂直纸面向里转动
D.垂直纸面向外转动
解析：当通入如题图所示向左的电流时，根据右手螺旋定则可得小磁针处的磁场方向是垂直纸面向外的，由于小磁针静止时N极的指向为磁场的方向，所以小磁针的N极将垂直于纸面向外转动，故A、B、C错误，D正确.
答案：D
3.“司南”是我国古代四大发明之一，主体由磁勺和罗盘构成.据东汉《论衡》记载，其“司南之杓，投之于地，其柢（即勺柄）指南”.若在静止的磁勺正上方附近，放置一根由南向北通电的直导线，请推测勺柄将（ ）
A.向正东方向转动
B.向正西方向转动
C.向正南方向移动
D.向正北方向移动
解析：由于在磁勺正上方放置一根由南向北通电的直导线，根据安培定则可知电流在磁勺处的磁场方向指向正西方向，则磁勺的N极向正西方向转动，S极向正东方向转动，根据题意可知，勺柄为磁勺的S极，即勺柄将向正东方向转动.
答案：A
4.如图所示，与通电直导线垂直的平面上放有两枚小磁针.忽略地磁场的影响，两小磁针静止时，磁针的指向符合实际的是（ ）
A B
C D
解析：通电直导线中的电流方向向上，根据安培定则可知，从上往下看，直导线周围的磁场方向为逆时针方向，而小磁针的N极指向磁场方向，故题图D中小磁针的指向正确.
答案：D
5.如图，一束电子沿z轴正向流动，则在图中y轴上A点的磁场方向是（ ）
A.＋x方向 B.－x方向
C.＋y方向 D.－y方向
解析：据题意，电子流沿z轴正向流动，电流方向沿z轴负向，由安培定则可以判断电流激发的磁场以z轴为中心沿顺时针方向（沿z轴负方向看），通过y轴A点时方向向外，即沿x轴正向.故A正确.
答案：A
6.（多选）磁场中某区域的磁感线如图所示，a、b、c、d、e 是磁场中的5个点，其中c、d两点关于直线对称，下面说法正确的是（ ）
A.这5个位置中，e点的磁场最强
B. a点没有磁感线穿过，所以a点没有磁场
C. c、d两点关于直线对称，所以c、d两点磁场方向相同
D. b、e两点在同一直线上，所以b、e两点磁场方向相同
解析：从磁感线分布情况看，e位置的磁感线分布最密集，磁场最强，A正确；磁感线是人为绘制的描述磁场强弱及方向的曲线，并非真实存在的，a点没有画磁感线，但a点有磁场，B错误；磁感线在c、d两点的切线方向表示c、d两点的磁场方向，所以c、d两点磁场方向并不相同，C错误；磁感线在b、e两点的切线方向相同，所以b、e两点磁场方向相同，D正确.
答案：AD
[能力提升]
7.如图所示为电视机显像管偏转线圈的示意图，线圈通以图示方向的电流时，圆环的圆心O处的磁场方向为（ ）
A.向下 B.向上
C.垂直纸面向里 D.垂直纸面向外
解析：由安培定则可知左侧线圈上端为N极，下端为S极，右侧线圈也是上端为N极，下端为S极，再结合磁感线是闭合曲线，可知圆环的圆心O处磁场方向向下，故选项A正确.
答案：A
8.某校实验小组根据物理学史上的“罗兰实验”，在学校实验室进行了验证.如图所示，把大量的负电荷加在一个有水平固定转轴的橡胶圆盘上，然后在圆盘中轴线左侧附近悬挂了一个小磁针，小磁针静止时N极垂直指向纸里，圆盘所在平面与小磁针静止时的指向平行.现将圆盘绕中轴线按如图所示方向（从左向右看顺时针）高速旋转，下列说法正确的是（ ）
A.垂直指向纸里的方向为南极
B.小磁针的N极向左侧偏转
C.小磁针的N极向右侧偏转
D.小磁针发生偏转的原因是橡胶圆盘上产生了感应电流
解析：小磁针静止时N极垂直指向纸里，故垂直指向纸里的方向为北方，故A错误；圆盘绕中轴线按如题图所示方向（从左向右看顺时针）高速旋转，即负电荷顺时针方向旋转，产生的电流方向为逆时针，根据安培定则，可知环形电流产生的磁场左侧为N极，故小磁针的N极向左侧偏转，故B正确，C错误；小磁针发生偏转的原因是橡胶圆盘上电荷定向移动产生了电流，而电流周围产生了磁场，故D错误.
答案：B
第2课时 磁感应强度
核心素养：1.知道磁感应强度和匀强磁场的概念. 2.知道磁通量的概念，会计算磁通量的大小. 3.通过实验、类比和分析的方法建立磁感应强度的概念，进一步体会比值法定义物理量的方法. 4.探究通电导线受到的力与电流的大小、通电导线长度、磁感应强度的关系. 5.通过体验由实验发现规律的乐趣，养成探究物理规律的良好习惯.
磁感应强度
合作 讨论
实验室中的磁铁能吸引几只铁钉，而工地上的电磁铁却能吸引上吨重的物体（如图所示）.可见不同磁体的磁性是不同的，那么如何定量描述不同磁体的磁性强弱呢？
提示：类比电场强度定量描述电场的强弱，我们可以用一个类似的物理量描述磁场的强弱.
教材 认知
磁感应强度
（1）定义：把 垂直 于磁场方向的一小段通电直导线受到的力F与电流I和直导线的长度l的乘积之比称为磁感应强度，符号用 B 表示.
（2）表达式：B＝.
（3）单位：在国际单位制中，磁感应强度的单位是 特斯拉 ，简称 特 ，符号是T.1 T＝1 N/（A·m）.
（4）方向：B是 矢量 ，磁场中某点磁感应强度的方向就是该点的磁场方向，即放在该点的小磁针静止时 N极 所指的方向，也是小磁针 N极 受力的方向.
（5）物理意义：反映磁场的 强弱 和 方向 的物理量.
核心 归纳
1.磁感应强度的决定因素
磁场在某位置的磁感应强度的大小与方向是客观存在的，与通过导线的电流大小、导线的长短无关，与导线是否受磁场力以及磁场力的大小也无关.即使不放入通电导线，磁感应强度也照样存在，故不能说B与F成正比或B与Il成反比.
2.对定义式B＝的理解
（1）B＝是磁感应强度的定义式，其成立的条件是通电导线必须垂直于磁场方向放置.因为在磁场中某点通电导线受力的大小除和磁场强弱、电流I和导线长度l有关以外，还和导线的放置方向有关.
（2）导线在磁场中的放置方向不同，所受磁场力也不相同.当通电导线与磁场方向平行时，通电导线受力为零，所以我们不能根据通电导线受力为零来判定磁感应强度B的大小为零.
（3）磁感应强度的定义式也适用于非匀强磁场，这时l应很短，Il称为“电流元”，相当于静电场中的“试探电荷”.
3.磁感应强度B的方向
磁感应强度B是一个矢量，它的方向有以下3种表述方式：
（1）磁感应强度的方向就是该点的磁场方向.
（2）小磁针静止时N极所指的方向.
（3）小磁针N极受力的方向.
研习 经典
[典例1] （多选）在物理学中，常常用物理量之比表示研究对象的某种性质，从而定义新物理量的方法叫作比值定义法.在用比值定义磁感应强度B时，下列理解正确的是（ ）
A. B＝的比值不描述电流元的性质，描述的是磁场的性质
B.由B＝知，一小段通电导线在某处不受磁场力，说明该处一定无磁场
C.在定义B的同时，也就确定了B与F、IL单位间的关系
D.若长为L、电流为I的导线在某处受到的磁场力大小为F，则该处的磁感应强度大小必为
[解析] 这一比值不描述电流元的性质，描述磁场的性质，即对垂直放入其中的电流元有力的作用，选项A正确；一小段通电导线在某处不受磁场力，可能是该处有磁场但导线平行于磁场方向放置，选项B错误；在定义B的同时，也就确定了B与F、IL单位间的关系，即1 T＝1 ，选项C正确；只有长为L、电流为I的导线垂直磁场方向放入磁场某处受到的磁场力为F时，该处的磁感应强度大小才为，若导线与磁场方向不垂直，该处的磁感应强度大小不等于，选项D错误.
[答案] AC
正确理解比值定义法
（1）用B＝定义B的方法是比值定义法，这种定义物理量的方法实质就是一种测量方法，被测量点的磁感应强度与测量方法无关.
（2）用a＝、E＝定义 a、E的方法也是比值定义法，被测量的物理量也与测量方法无关，不是由定义式中的两个物理量决定的.
（3）磁感应强度决定于磁场本身，与是否放置通电导线及放置通电导线的方向均无关.
[训练1] 在磁场中某一点放入一通电导线，导线与磁场垂直，导线长1 cm，电流为5 A，所受磁场力为5×10－2 N.求：
（1）这点的磁感应强度是多大？若电流增加为10 A，所受磁场力为多大？
（2）若让导线与磁场平行，这点的磁感应强度多大？通电导线受到的磁场力多大？
解析：（1）B＝＝ T＝1 T.
电流增加为10 A时受到的磁场力
F'＝BI'l＝1×10×1×10－2 N＝0.1 N.
（2）磁感应强度B是磁场本身的性质，与F、I、l无关.若导线与磁场平行，磁感应强度不变，即B＝1 T，而通电导线受到的磁场力为0.
答案：（1）1 T 0.1 N （2）1 T 0
磁感应强度的叠加
核心 归纳
1.原理：由于磁感应强度是矢量，若某区域有多个磁场叠加，该区域中某点的磁感应强度就等于各个磁场在该点的磁感应强度的矢量和，可根据平行四边形定则求解.
2.磁场叠加问题的一般解题思路
（1）确定磁场场源，如通电导线.
（2）定位空间中需求解磁场的点，利用安培定则判定各个场源在这一点上产生的磁场的大小和方向.如图所示为M、N在c点产生的磁场.
（3）应用平行四边形定则进行合成，如图中的合磁场.
研习 经典
[典例2] 在实验精度要求不高的情况下，可利用罗盘来测量电流产生磁场的磁感应强度.具体做法是：在一根南北方向放置的直导线的正下方10 cm处放一个罗盘.导线没有通电时罗盘的指针（小磁针的N极）指向北方；当给导线通入电流时，发现罗盘的指针偏转一定角度，根据偏转角度即可测定电流磁场的磁感应强度.现已测出此地的地磁场水平分量Be＝5.0×10－5 T，通电后罗盘指针停在北偏东60°的位置（如图所示）.由此测出该通电直导线在其正下方10 cm处产生磁场的磁感应强度大小为（ ）
A.5.0×10－5 T B.1.0×10－4 T
C.8.66×10－5 T D.7.07×10－5 T
[解析]各个分磁场与合磁场的关系如图所示，根据三角函数关系得tan 30°＝，即有B1＝≈8.66×10－5 T，故A、B、D错误，C正确.
[答案] C
分析磁场叠加问题的注意点
1.磁感应强度是矢量，若空间存在几个磁场，则空间某点的磁感应强度为各个磁场单独在该点的磁感应强度的矢量和.
2.对于磁场的叠加，应先确定有几个磁场，搞清楚每个磁场在该处的磁感应强度的大小和方向，再根据平行四边形定则求矢量和.
3.磁场的方向性比重力场、静电场的方向性复杂得多，要注意培养空间想象力.
[训练2] 如图所示，M、N和P是以MN为直径的半圆弧上的三点，O为半圆弧的圆心，∠MOP＝90°，在M、P处各有一条长直导线垂直穿过纸面，导线中通有垂直纸面向里、大小相等的恒定电流，这时O点的磁感应强度大小为B0.若将P处长直导线移开，则O点的磁感应强度的大小为（ ）
A.B0 B.B0
C.B0 D. B0
解析：根据安培定则可知，两导线在O点形成的磁感应强度如图所示，合磁感应强度大小为B0，则根据几何关系可知，两导线单独形成的磁感应强度大小均为B0，故B正确，A、C、D错误.
答案：B
深刻剖析提升能力
基础 题组
1.思维辨析
（1）与电场强度相似，磁场强度是表示磁场的强弱和方向的物理量.（ × ）
（2）小磁针的N极和S极所受磁场力的方向是相反的.（ √ ）
（3）如果将一通电导线放入磁场中，那么通电导线一定会受到磁场力.（ × ）
（4）在奥斯特电流的磁效应实验中，小磁针发生偏转的原因是通电导线产生了磁场，最终小磁针N极所指方向为通电导线在该位置产生的磁场的方向.（ × ）
（5）公式B＝只适用于匀强磁场.（ × ）
2.（多选）磁场中某点磁感应强度的方向就是（ ）
A.该点的磁场的方向
B.该点小磁针静止时N极所指方向
C.该点小磁针N极的受力方向
D.该点小磁针S极的受力方向
解析：磁场方向为小磁针N极的受力方向，或者说小磁针静止时N极所指方向，同时磁感应强度的方向就是磁场的方向.
答案：ABC
3.下列有关磁感应强度的说法，正确的是（ ）
A.磁感应强度是用来表示磁场强弱的物理量
B.若有一小段通电导体在磁场某点不受力的作用，则该点的磁感应强度一定为零
C.若有一小段长为L、通以电流为I的导体，在磁场中某处受到的力为F，则该处磁感应强度的大小一定是
D.由定义式B＝可知，电流I越大，导线L越长，某点的磁感应强度就越小
解析：磁感应强度的引入目的是用来描述磁场强弱的，因此选项A正确；通电导线若放置方向与磁场方向平行时，也不受磁场力的作用，故选项B错误；根据磁感应强度的定义，通电导线应为“在磁场中垂直于磁场方向的通电直导线”，选项C错误；在磁场场源稳定的情况下，磁场中各点的磁感应强度（包括大小和方向）都是确定的，与放入该点的检验电流、导线无关，故选项D错误.
答案：A
中档 题组
1.磁感应强度的单位是特斯拉（T），与它等价的是（ ）
A. B.
C. D.
解析：当导线与磁场方向垂直时，由公式B＝知，磁感应强度B的单位由F、I、L的单位决定.在国际单位制中，磁感应强度的单位是特斯拉，符号是T，则1 T＝1，故A正确.
答案：A
2.关于磁感应强度B、电流I、导线长度L和电流所受磁场力F的关系，下面的说法正确的是 （ ）
A.在B＝0的地方，F一定等于零
B.在F＝0的地方，B一定等于零
C.若B＝1 T，I＝1 A，L＝1 m，则F一定等于1 N
D.若L＝1 m，I＝1 A，F＝1 N，则B一定等于1 T
解析：应用公式B＝或F＝IBL时要注意导线必须垂直于磁场方向放置.故B、C、D错误，A正确.
答案：A
3.如图，在磁感应强度大小为B0的匀强磁场中，两长直导线P和Q垂直于纸面固定放置，两者之间的距离为l.在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的大小相等的电流I时，纸面内与两导线距离均为l的a点处的磁感应强度为零，如果让P中的电流反向、其他条件不变，则a点处磁感应强度的大小为（ ）
A.0 B.B0
C.B0 D.2B0
解析：如图甲所示，P、Q中的电流在a点产生的磁感应强度大小相等，设为B1，由几何关系可知，B1＝B0.如果让P中的电流反向、其他条件不变，如图乙所示，由几何关系可知，a点处磁感应强度的大小B＝＝B0，故选项C正确，A、B、D错误.
答案：C
4.如图所示，在yOz平面的环形金属线圈以坐标系原点O为中心，xOy平面为水平面，地球磁场指向＋y方向.位于原点O处的小磁针，可绕z轴在xOy平面内自由转动，环形线圈中的电流为16 A时，磁针与＋x轴的夹角为37°.已知环形电流环心处的磁感应强度与环形电流强度成正比，则为使磁针与＋x轴的夹角变为53°，已知sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，环形线圈中的电流应该调整为（ ）
A.3 A B.9 A C.12 A D.16 A
解析：根据题意可知Bx1＝，Bx2＝，解得＝，即＝，I2＝9 A，故选B.
答案：B
5.已知直导线中电流在周围空间产生的磁感应强度大小为B＝k，k为常量，I为电流，r为到导线的距离. b、c、d三根长通电直导线垂直于纸面放置，电流方向如图所示，ac垂直于bd且ab＝ad＝ac，b、c、d三根导线中电流分别为I、I、2I.已知导线c在a点的磁感应强度大小为B，则a点处的合磁感应强度大小为（ ）
A.B B.3B C.2B D.B
解析：由于直导线c在a点的磁感应强度大小为B，又因为b、c、d三根导线中电流分别为I、I、2I，且ab＝ad＝ac，所以直导线b在a点的磁感应强度大小也等于B，而直导线d在a点的磁感应强度大小等于2B，根据安培定则可判断方向如图所示，b和d直导线在a点产生的磁感应强度方向向左、合成后大小为3B，c直导线在a点产生的磁感应强度方向向下，大小为B，根据平行四边形定则可知，a点的磁感应强度大小为B合＝＝B，故B、C、D错误，A正确.
答案：A
课时作业（二十七） 磁感应强度
[基础训练]
1.关于磁感应强度，下列说法正确的是（ ）
A.磁感应强度只是描述磁场的强弱的物理量
B.通电导线所受磁场力为零，该处磁感应强度一定为零
C.通电导线所受磁场力为零，该处磁感应强度不一定为零
D.放置在磁场中1 m的导线，通过1 A的电流，受到的力为1 N时，该处磁感应强度就是1 T
答案：C
2.在磁感应强度的定义式B＝中，有关各物理量间的关系，下列说法中正确的是（ ）
A. B由F、I和L决定
B. F由B、I和L决定
C. I由B、F和L决定
D. L由B、F和I决定
解析：磁感应强度B＝只是定义式，它的大小取决于场源以及磁场中的位置，与F、I、L以及通电导线在磁场中的取向无关；当F＝BIL时，则F由B、I和L决定，而I与L均与其他量无关，所以选项B正确，A、C、D错误.
答案：B
3.某地地磁场的磁感应强度大约是4×10－5 T，一根长为 500 m的导线，通入10 A的电流，则该导线受到的磁场力最大为（ ）
A.0.1 N B.0.2 N C.0.3 N D.0.4 N
解析：F＝BIL＝0.2 N，这是导线在磁场中受到的磁场力的最大值，故B正确.
答案：B
4.如图所示，直导线AB、螺线管E、U形磁体D三者相距较远，磁场相互不影响，开关闭合后，小磁针N极（黑色一端）指示磁场方向正确的是 （ ）
A. a B. b C. c D. d
解析：小磁针N极的指向为磁感线方向，直导线AB部分，电流从上到下，所以从上往下看，直导线产生的磁场方向应为顺时针方向，所以小磁针a的N极应指向纸面外，A错误；在通电螺线管E部分，由安培定则可知，在内部磁感线从右到左，故右端为螺线管S极，左端为N极，在外部磁感线从N极到S极，所以小磁针b的N极应向右，小磁针c的N极向左，B错误，C正确；在U形磁体D部分，由安培定则可知，左端为S极，右端为N极，在外部磁场方向从右端指向左端，所以小磁针d的N极应向左，D错误.
答案：C
5.如图所示，在空间仅存在大小恒定、方向相互垂直的两个磁场B1、B2，B1＝3 T，B2＝4 T，A点的磁感应强度大小为 （ ）
A.7 T
B.1 T
C.5 T
D.大于3 T，小于4 T
解析：磁感应强度B是矢量，其合成遵循平行四边形定则，故A点的磁感应强度大小为B＝＝ T＝5 T，故C正确.
答案：C
6.三根平行的长直导线，分别垂直地通过一个等腰直角三角形的三个顶点，三导线中电流方向相同，A、B两导线中的电流大小相同，如图所示，已知导线A在斜边中点O处所产生的磁场的磁感应强度大小为B，导线C在斜边中点O处所产生的磁场的磁感应强度大小为2B，则O处的磁感应强度的大小和方向为（ ）
A.大小为B，方向沿OA方向
B.大小为2B，方向竖直向下
C.大小为2B，方向沿OB方向
D.大小为2B，方向沿OA方向
解析：由安培定则知导线A、B在O处所产生的磁感应强度大小相等，方向相反，相互抵消，所以O处的磁感应强度即为导线C在O点所产生的磁感应强度，即大小为2B，由安培定则可判定其方向沿OA方向，故D正确，A、B、C错误.
答案：D
7.如图所示，两根相互平行的长直导线过纸面上的M、N两点，且与纸面垂直，导线中通有大小相等、方向相反的电流. a、O、b在M、N的连线上，O为MN的中点，c、d位于MN的中垂线上，且a、b、c、d到O点的距离均相等.关于以上几点处的磁场，下列说法正确的是 （ ）
A. O点处的磁感应强度为零
B. a、b两点处的磁感应强度大小相等、方向相反
C. c、d两点处的磁感应强度大小相等、方向相同
D. a、c两点处磁感应强度的方向不同
解析：由安培定则可知，两导线在O点产生的磁场方向均竖直向下，合磁感应强度一定不为零，故选项A错误；由安培定则，两导线在a、b两处产生的磁场方向均竖直向下，由于对称性，电流M在a处产生磁场的磁感应强度等于电流N在b处产生磁场的磁感应强度，电流M在b处产生磁场的磁感应强度等于电流N在a处产生磁场的磁感应强度，所以a、b两处磁感应强度大小相等、方向相同，故选项B错误；根据安培定则判断可知，两导线在c、d处产生的磁场分别垂直c、d两点与导线连线方向向下，且产生的磁场的磁感应强度大小相等，由平行四边形定则可知，c、d两点处的磁感应强度大小相等，方向均竖直向下，故选项C正确，D错误.
答案：C
8.匀强磁场中长2 cm的通电导线垂直磁场方向放置，当通过导线的电流为2 A时，它受到的磁场力大小为4×10－3 N.
（1）求磁感应强度B的大小；
（2）若导线长度不变，电流增大为5 A，求它受到的磁场力F和该处的磁感应强度B的大小.
解析：（1）该处的磁感应强度B＝＝ T＝0.1 T.
（2）若导线长度不变，电流增大为5 A，磁感应强度B不变，仍为0.1 T，磁场力为F＝BI'l＝0.1×5×0.02 N＝0.01 N.
答案：（1）0.1 T （2）0.01 N 0.1 T
[能力提升]
9.如图所示，半径为R的环形导线竖直放置，其中通以顺时针方向的恒定电流.以环的中心O为坐标原点，以水平向右为x轴的正方向，以垂直纸面向里为磁感应强度的正方向，则关于环形线圈内的磁感应强度B随x变化的图像正确的是（ ）
A B
C D
解析：环形电流的磁场可以看成是若干微小的直线电流产生的磁场的叠加，根据安培定则和矢量的合成可知，环形线圈内的磁场方向垂直纸面向里，则B＞0，离线圈越远，磁感线越少，磁场强度降低，在轴心处磁场最弱从左向右强度先降低再升高，选项D正确.
答案：D
10.已知通电长直导线在周围空间某位置产生的磁感应强度大小与电流强度成正比，与该位置到长直导线的距离成反比.如图所示，通有电流大小相同的两根长直导线分别固定在绝缘正方体的两条边ad和bf上，两导线彼此绝缘.电流方向分别由a流向d、由f流向b，则顶点c和g两处的磁感应强度大小之比为 （ ）
A.2∶5 B.1∶1
C.2∶1 D.∶2
解析：根据题意设磁感应强度为B＝k，若正方体的棱长为L，ad和bf的电流在c点产生的磁感应强度方向垂直、大小均为B1＝k，c点的磁感应强度为Bc＝k，ad和bf的电流在g点产生的磁感应强度方向成45°，大小分别为B2＝k，B3＝k，根据矢量合成法则，g点的磁感应强度为Bg＝＝k，则有Bc∶Bg＝2∶5，A正确.
答案：A
11.（多选）如图，纸面内有两条相互垂直的长直绝缘导线L1、L2，L1中的电流方向竖直向上，L2中的电流方向水平向右；L1的右边有关于L2对称的a、b两点.整个系统处于某匀强磁场中，该匀强磁场的磁感应强度大小为B0，方向垂直于纸面向外.已知a、b两点的磁感应强度大小分别为4B0和8B0，方向垂直于纸面向里.则（ ）
A.流经L1的电流在a点产生的磁感应强度大小为4B0，方向垂直纸面向里
B.流经L1的电流在b点产生的磁感应强度大小为7B0，方向垂直纸面向外
C.流经L2的电流在b点产生的磁感应强度大小为2B0，方向垂直纸面向里
D.流经L2的电流在a点产生的磁感应强度大小为2B0，方向垂直纸面向外
解析：设直导线L1在a、b两点产生的磁场磁感应强度大小均为B1，方向均垂直纸面向里；直导线L2在a、b两点产生的磁场磁感应强度大小均为B2，方向分别为垂直纸面向外和垂直纸面向里；设垂直纸面向里为正，则由磁场的叠加可知a点：4B0＝B1－B2－B0，b点：8B0＝B1＋B2－B0，解得B1＝7B0，B2＝2B0，流经L1的电流在a点产生的磁感应强度大小为7B0，方向垂直纸面向里，选项A错误；流经L1的电流在b点产生的磁感应强度大小为7B0，方向垂直纸面向里，选项B错误；流经L2的电流在b点产生的磁感应强度大小为2B0，方向垂直纸面向里，选项C正确；流经L2的电流在a点产生的磁感应强度大小为2B0，方向垂直纸面向外，选项D正确.
答案：CD
第2节 电磁感应现象及其应用
核心素养：1.知道电磁感应现象在生活中的应用. 2.理解产生感应电流的条件，理解电磁感应现象. 3.通过观察实验现象，分析归纳在磁场中产生感应电流的条件. 4.通过探究产生电磁感应的条件，体验由实验发现规律的乐趣，养成探究物理规律的良好习惯.
磁通量
合作 讨论
一面积S的矩形导线框abcd水平放置于匀强磁场中，如图中位置Ⅰ，磁场方向竖直向下，磁感应强度大小为B.请思考：
（1）图中位置Ⅰ，穿过线框abcd的磁通量是多少？
（2）图中以bc边为转轴将该线框转过60°至位置Ⅱ的过程中，穿过线框abcd的磁通量变化量是多少？
提示：（1）BS （2）BS
教材 认知
1.磁通量
（1）定义：在匀强磁场中，磁感应强度B和 与磁场方向垂直 的平面面积S的乘积，叫作穿过这个面积的磁通量.
注：磁通量可以形象地理解为“穿过一个闭合电路的磁感线的多少”.
（2）定义式：Φ＝ BS .此公式的适用条件：
① 匀强 磁场；
②磁感线与平面 垂直 .
（3）单位： 韦伯 ，简称韦，符号是Wb.1 Wb＝1 T·m2.
（4）标矢性：磁通量是标量，但有正负，正、负号表示磁感线穿过同一个面的方向不同.
2.磁通密度：磁感应强度又称 磁通密度 .磁感应强度在数值上等于 磁感线垂直穿过单位面积的磁通量 .
核心 归纳
1.磁通量的计算
（1）公式：Φ＝BS.
适用条件：①匀强磁场；②磁场与平面垂直.
（2）若磁场与平面不垂直，Φ＝BScos θ.式中Scos θ为平面S在垂直于磁场方向上的投影面积，也称为“有效面积”（如图所示）.
2.磁通量的正、负
（1）磁通量是标量，但有正、负，当以磁感线从某一面上穿入时的磁通量为正值，则磁感线从此面穿出时即为负值.
（2）若同时有磁感线沿相反方向穿过同一平面，且正向磁通量大小为Φ1，反向磁通量大小为Φ2，则穿过该平面的合磁通量Φ＝Φ1－Φ2.
3.磁通量的变化量
（1）当B不变、有效面积S变化时，ΔΦ＝B·ΔS.
（2）当B变化、S不变时，ΔΦ＝ΔB·S.
（3）B和S同时变化，则ΔΦ＝Φ2－Φ1，但此时ΔΦ≠ΔB·ΔS.
研习 经典
[典例1] 如图所示，线圈平面与水平方向夹角θ＝60°，磁感线竖直向下，线圈平面面积S＝0.4 m2，匀强磁场磁感应强度B＝0.6 T，则：
（1）穿过线圈的磁通量Φ为多少？
（2）把线圈以cd为轴顺时针转过120°角，则通过线圈磁通量的变化量大小为多少？
[解析] （1）线圈在垂直磁场方向上的投影面积S⊥＝Scos 60°＝0.4× m2＝0.2 m2，
穿过线圈的磁通量Φ1＝BS⊥＝0.6×0.2 Wb＝0.12 Wb.
（2）线圈以cd为轴顺时针方向转过120°角后变为与磁场垂直，但由于此时磁感线从线圈平面穿入的方向与原来相反，故此时通过线圈的磁通量
Φ2＝－BS＝－0.6×0.4 Wb＝－0.24 Wb，
故ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－0.24 Wb－0.12 Wb＝－0.36 Wb，故磁通量的变化量大小为0.36 Wb.
[答案] （1）0.12 Wb （2）0.36 Wb
（1）磁通量是标量，但有正、负，当磁感线从某一面上穿入时，磁通量为正值，则磁感线从此面穿出时即为负值.
（2）磁通量的变化量ΔΦ＝Φ2－Φ1，在具体的计算中，一定要注意Φ1及Φ2的正、负问题.
（3）公式Φ＝BS中的S应为有效面积.此处是有磁场部分的面积，并非线圈面积.
[训练1] 如图所示，半径为R的圆形线圈共有n匝，其中心位置处半径为r的虚线范围内有匀强磁场，磁场方向垂直线圈平面.若磁感应强度为B，则穿过线圈的磁通量为（ ）
A.πBR2 B.πBr2
C. nπBR2 D. nπBr2
解析：磁通量与线圈匝数无关，故C、D错误；磁感线穿过的面积为πr2，而非πR2，则磁通量为πBr2，故B项对.
答案：B
电流磁效应与电磁感应现象
合作 讨论
如图所示，甲图是电磁起重机.乙图是麦克风.探究：它们各自是根据什么原理工作的呢？
甲 乙
提示：电磁起重机的工作原理是电流的磁效应，麦克风的工作原理是电磁感应.
核心 归纳
1.丹麦物理学家奥斯特发现载流导体能使小磁针转动，这种现象称为电流的磁效应，揭示了电现象与磁现象之间存在密切联系.
2.英国物理学家法拉第发现了“磁生电”现象，他把这种现象命名为电磁感应，产生的电流叫作感应电流.
3.引起“磁生电”的五类原因
研习 经典
[典例2] 以下四幅图所示的实验中，能正确描述实验现象和表述实验结论的是（ ）
A.图（a）通电瞬间小磁针发生偏转，说明了电流周围存在磁场
B.图（b）闭合开关后电流计的指针发生偏转，说明了回路产生了感应电流
C.图（c）闭合开关后金属棒会在导轨上运动，说明了磁场可以产生能量
D.图（d）闭合开关线框转动，说明了穿过闭合电路的磁通量变化可以产生感应电流
[解析] 通电瞬间小磁针发生偏转，说明了电流周围存在磁场，选项A正确；闭合开关后若导体棒切割磁感线运动，电流计的指针才发生偏转，说明了回路产生了感应电流，选项B错误；闭合开关后金属棒会在导轨上运动，说明了磁场对电流有力的作用，选项C错误；闭合开关线框转动，说明了通电线框在磁场中受到力的作用，选项D错误.
[答案] A
电磁感应现象的探索历程
（1）1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，证实了电和磁存在着必然的联系，拉开了研究电与磁联系的序幕.
（2）英国物理学家法拉第经过十年不懈的探索，在1831年第一次发现了“磁生电”现象，并从中领悟到“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才能出现的效应.
[训练2] 如图所示的实验装置中用于研究电磁感应现象的是（ ）
A B
C D
解析：选项A是用来探究影响安培力大小的因素的实验；选项B是研究电磁感应现象的实验，观察导体棒在磁场中做切割磁感线运动时是否会产生感应电流；选项C是用来探究安培力的方向与哪些因素有关的实验；选项D是奥斯特实验，证明通电导线周围存在磁场.
答案：B
产生感应电流的条件
合作 讨论
1825年，瑞士物理学家德拉里夫的助手科拉顿将一个螺线管与电流计相连.为了避免强磁性磁铁影响，他把电流计放在另外一个房间，用长导线把“电流表”和螺线管连接起来.当他把磁铁投入螺线管中后，立即跑到另一个房间去观察（如图）.他在两个房间跑来跑去，没有观察到电流表指针摆动.电路中有没有产生感应电流呢？
提示：科拉顿把磁铁投入螺线管的瞬间，回路中产生感应电流，磁铁静止后感应电流消失，所以当他跑到另一房间时，电流表指针早已停止了摆动.故科拉顿观察不到电流计指针的偏转.
教材 认知
一、电磁感应现象
1.在下列三个探究中不同的操作下，闭合回路能产生电流的有 ②④⑤⑦⑧⑨ ，不能产生感应电流的有 ①③⑥ .
探究一：如图甲所示，导体在磁场中运动.
操作：①当导体棒AB在磁场中静止或者平行于磁感线运动时；②当导体棒AB做切割磁感线运动时.
探究二：如图乙所示，条形磁铁插入或拔出螺线管.操作：③条形磁铁静止在螺线管中；④条形磁铁插入螺线管；⑤条形磁铁拔出螺线管.
探究三：如图丙所示，磁场和导体无相对运动.操作：⑥保持螺线管A中的电流不变；⑦增大螺线管A中的电流；⑧减小螺线管A中的电流；⑨断开开关瞬间.
2.产生感应电流的条件：只要穿过闭合回路的 磁通量 发生变化，闭合回路中就产生电流.
3.电磁感应：因闭合回路中 磁通量 变化而产生电流的现象.
4.感应电流： 电磁感应 中所产生的电流.
二、电磁感应的应用
1.电磁感应现象的发现，进一步推动了电磁技术的发展，引领人类社会进入了电气时代.
2.电磁感应应用在计算机磁盘与磁记录、 无线充电 、动圈式话筒等.
[思考] 某一时刻穿过闭合回路的磁通量为零时，回路一定无感应电流吗？
提示：不一定，如果穿过闭合回路的磁通量正在变化，只是某一时刻磁通量为零，则回路中会产生感应电流.
核心 归纳
1.感应电流产生的必要条件是穿过闭合电路的磁通量发生变化，所以判断感应电流有无时必须明确以下两点：
（1）明确电路是否为闭合电路；
（2）判断穿过回路的磁通量是否发生变化.
2.判断电磁感应现象是否发生的一般流程
（1）确定研究的闭合回路；
（2）弄清楚回路内的磁场分布，并确定该回路的磁通量Φ；
（3）磁通量变化与感应电流的产生
研习 经典
[典例3] 法拉第在1831年发现了“磁生电”现象.如图，他把两个线圈绕在同一个软铁环上，线圈A和电池连接，线圈B用长直导线连通，长直导线正下方平行于导线放置一个小磁针.实验中可能观察到的现象是（ ）
A.只要线圈A中电流足够强，小磁针就会发生偏转
B.线圈A闭合开关电流稳定后，线圈B匝数较少时小磁针不偏转，匝数足够多时小磁针偏转
C.线圈A和电池接通瞬间，小磁针会偏转
D.线圈A和电池断开瞬间，小磁针不会偏转
[解析] 小磁针会不会偏转取决于线圈B中有没有电流，而B中有没有电流取决于线圈B中的磁通量是否发生变化，当线圈A中电流足够强，但不变化时，B中无感应电流，磁针不会发生偏转，A错；当线圈A闭合开关电流稳定后，穿过线圈B的磁通量不发生变化，所以小磁针也不会发生偏转，故B错；当线圈A和电池接通或断开的瞬间，穿过线圈B的磁通量发生变化，所以B中有感应电流，则小磁针会偏转，故C对，D错.
[答案] C
（1）在闭合回路中是否产生感应电流，取决于穿过回路的磁通量是否发生变化，而不取决于回路里是否有磁通量.
（2）磁通量发生变化，主要表现为两种形式：一种是回路的面积不变，而穿过回路的磁场变化从而引起磁通量发生变化，ΔΦ＝ΔBS，回路中产生感应电流；另一种是磁场不变，而回路面积发生变化从而引起磁通量发生变化，即ΔΦ＝BΔS，回路中产生感应电流.闭合回路的一部分导体做切割磁感线运动产生感应电流属于第二种情况.
[训练3] （多选）如图所示，下列情况能产生感应电流的是（ ）
甲 乙
丙
A.如图甲所示，导体棒AB顺着磁感线运动
B.如图乙所示，条形磁体插入或抽出线圈
C.如图丙所示，小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一直闭合
D.如图丙所示，小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一直闭合，改变滑动变阻器接入电路的阻值
解析：导体棒顺着磁感线运动，没有切割磁感线，穿过闭合电路的磁通量没有发生变化，无感应电流，故选项A错误；条形磁体插入线圈时线圈中的磁通量增加，抽出线圈时线圈中的磁通量减少，都产生感应电流，故选项B正确；开关S一直闭合，回路中为恒定电流，螺线管A产生的磁场稳定，螺线管B中的磁通量无变化，线圈中不产生感应电流，故选项C错误；开关S一直闭合，滑动变阻器接入电路的阻值变化，回路中的电流变化，螺线管A产生的磁场发生变化，螺线管B中磁通量发生变化，产生感应电流，故选项D正确.
答案：BD
深刻剖析提升能力
基础 题组
1.思维辨析
（1）闭合电路中只要有磁通量，就有感应电流产生.（ × ）
（2）穿过闭合电路的磁通量发生变化，电路中不一定有感应电流.（ × ）
（3）线框不闭合时，即使穿过线框的磁通量发生变化，线框中也没有感应电流产生.（ √ ）
（4）当导体做切割磁感线运动时，导体中一定产生感应电流.（ × ）
2.下列现象中属于电磁感应现象的是（ ）
A.磁场对电流产生力的作用
B.变化的磁场使闭合电路中产生电流
C.插在通电螺线管中的软铁棒被磁化
D.电流周围产生磁场
解析：电磁感应现象指的是处在变化的磁场中的闭合回路中产生感应电流的现象，选项B正确.
答案：B
3.一个匝数为n、面积为S的闭合线圈置于水平面上，若线圈内的磁感应强度在时间t内由竖直向下从B1减小到零，再反向增加到B2，则线圈内的磁通量的变化量ΔΦ为（ ）
A. n（B2－B1）S
B. n（B2＋B1）S
C.（B2－B1）S
D.（B2＋B1）S
解析：设竖直向上为磁感应强度的正方向，则末状态的磁通量Φ2＝B2S，初状态的磁通量Φ1＝－B1S，因为磁感应方向相反，则线圈内的磁通量的变化量ΔΦ＝Φ2－Φ1＝（B2＋B1）S，与线圈匝数无关，故D正确，A、B、C错误.
答案：D
中档 题组
1.（多选）磁带录音机应用了电磁感应现象，如图甲、乙所示分别是录音机的录、放原理图.由图可知，以下说法正确的是（ ）
甲
乙
A.录音机录音时利用了电磁感应原理，放音时利用了电流的磁效应
B.录音机放音时，变化的磁场在静止的线圈内激发起感应电流
C.录音机放音时，线圈中变化的电流在磁头缝隙中产生变化的磁场
D.录音机录音时，线圈中变化的电流在磁头缝隙中产生变化的磁场
解析：录音时是电生磁，利用了电流的磁效应；放音时是磁生电，利用了电磁感应原理，A错误；录音时，声音先转变成强弱变化的电流，这样的电流通过录音磁头，产生了强弱变化的磁场，磁带划过磁头时，磁带上的小颗粒被强弱不同的磁场磁化，于是记录了一连串有关磁性变化的信息；放音时，磁带贴着放音磁头运动，被磁化的小颗粒产生的强弱变化的磁场使放音磁头中产生强弱变化的感应电流，电流经放大后使扬声器发声，这便“读”出了磁带中记录的信息，故B、D正确，C错误.
答案：BD
2.如图所示，闭合圆导线圈平行地放置在匀强磁场中，其中ac、bd分别是平行、垂直于磁场方向的两直径.试分析线圈做以下哪种运动时能产生感应电流（ ）
A.使线圈在其平面内平动或转动
B.使线圈平面沿垂直纸面方向向纸外平动
C.使线圈以ac为轴转动
D.使线圈以bd为轴稍做转动
解析：线圈在匀强磁场中运动，磁感应强度B为定值，由ΔФ＝B·ΔS知：只要回路中相对磁场的正对面积改变量ΔS≠0，则磁通量一定要改变，回路中一定有感应电流产生.当线圈在纸面内平动或转动时，线圈相对磁场的正对面积始终为零，因此ΔS＝0，因而无感应电流产生，A错误；当线圈平面沿垂直纸面方向向纸外平动时，同样ΔS＝0，因而无感应电流产生，B错误；当线圈以ac为轴转动时，线圈相对磁场的正对面积改变量ΔS仍为零，回路中仍无感应电流，C错误；当线圈以bd为轴稍做转动时，线圈相对磁场的正对面积发生了改变，因此在回路中产生了感应电流.故选D.
答案：D
3.（多选）如图所示，绕在铁芯上的线圈与电源、滑动变阻器和电键组成闭合回路，在铁芯的右端套有一个表面绝缘的铜环A，下列各种情况中铜环A中有感应电流的是（ ）
A.线圈中通以恒定的电流
B.通电过程中，使变阻器的滑片P做匀速移动
C.通电过程中，使变阻器的滑片P做加速移动
D.将电键突然断开的瞬间
解析：线圈中通以恒定的电流，铜环A中磁通量不变，铜环A中没有感应电流，A错；变阻器的滑片P做匀速、加速移动时，线圈中电流变化，铜环A中磁通量发生变化，铜环A中有感应电流，B、C对；将电键突然断开的瞬间，线圈中电流变为零，铜环A中磁通量发生变化，铜环A中有感应电流，D对.
答案：BCD
4.如图所示，一有界匀强磁场的宽度为d0，一个边长为l的正方形导线框abcd以速度v匀速通过磁场区域.若d0＞l，线框平面与磁场方向垂直且有两条边与磁场边界平行，则线框穿过磁场的过程中，线框中不产生感应电流的时间应等于（ ）
A. B.
C. D.
解析：线框在进入磁场时，cd边切割磁感线，导线框中磁通量增大，产生感应电流；当线框全部进入磁场内时，导线框中的磁通量不变，无感应电流；当线框出磁场时，ab边切割磁感线，导线框中磁通量减少，产生感应电流.故线框中无感应电流的时间为t＝，故选项C正确.
答案：C
课时作业（二十八） 电磁感应现象及其应用
[基础训练]
1.（多选）某实验小组利用如图所示装置，探究感应电流的产生条件.图中A是螺线管，条形磁铁的S极置于螺线管内，磁铁保持静止状态，B为灵敏电流计，开关S处于断开状态，电路连接和各仪器均正常.下列关于实验现象的说法正确的是（ ）
A.开关S闭合前，通过螺线管的磁通量为零
B.开关S闭合瞬间，通过螺线管的磁通量不变
C.开关S闭合瞬间，灵敏电流计指针不发生偏转
D.开关S闭合，抽出磁铁过程中，灵敏电流计指针发生偏转
答案：BCD
2.（多选）如图所示，线框ABCD从有界的匀强磁场区域穿过，下列说法正确的是（ ）
A.进入匀强磁场区域的过程中，线框ABCD中有感应电流
B.在匀强磁场中加速运动时，线框ABCD中有感应电流
C.在匀强磁场中匀速运动时，线框ABCD中没有感应电流
D.离开匀强磁场区域的过程中，线框ABCD中没有感应电流
解析：线框ABCD在进入和离开匀强磁场区域时，穿过线框的磁通量发生变化，线框ABCD中有感应电流，选项A正确，D错误；线框ABCD在匀强磁场中运动时，无论加速还是匀速，磁通量都没发生变化，线框ABCD中没有感应电流，选项C正确，D错误.
答案：AC
3.如图所示，在正方形线框的内部有一条形磁铁，线框与磁铁在同一平面内，两者有共同的中心轴线OO'，关于线框中产生感应电流的下列说法中，正确的是（ ）
A.当磁铁向纸面外平移时，线框中产生感应电流
B.当磁铁向上平移时，线框中产生感应电流
C.当磁铁向下平移时，线框中产生感应电流
D.当磁铁N极向纸外，S极向纸里绕OO'轴转动时，线框中产生感应电流
解析：A、B、C错：三种情况下，穿过线框的磁通量为零，不产生感应电流. D对：图示时刻穿过正方形线框的磁通量为零，当N极向纸外，S极向纸里绕OO'轴转动时，通过线框的磁通量增大，则线框中产生感应电流.
答案：D
4.（多选）如图所示情形线圈或线框中有感应电流产生的是（ ）
A B C D
答案：AD
5.如图所示，在匀强磁场中做各种运动的矩形线框，能产生感应电流的是（ ）
甲 乙
丙 丁
A.图甲中矩形线框向右加速运动
B.图乙中矩形线框以OO'为轴匀速转动
C.图丙中矩形线框以OO'为轴匀速转动
D.图丁中矩形线框斜向上运动
解析：题图甲中线框中的磁通量不发生变化，故没有感应电流，选项A错误；题图乙中线圈转动过程中线框中的磁通量发生变化，有感应电动势产生，同时构成闭合回路，故有感应电流产生，选项B正确；题图丙中线框平面与磁感线始终平行，磁通量始终为零，故没有感应电流产生，选项C错误；题图丁中线框平面与磁感线始终平行，磁通量始终为零，故没有感应电流产生，选项D错误.
答案：B
6.在“探究电磁感应的产生条件”实验中，实验连线后如图所示.
（1）接通电源，闭合开关，G表指针会向左有较大的偏转，几秒后G表指针停在中间不动.将滑动变阻器的滑片迅速向右滑动时，G表指针 （填“不动”“右偏”“左偏”或“不停振动”）；迅速抽出铁芯时，G表指针 （填“不动”“右偏”“左偏”或“不停振动”）.
（2）断开开关和电源，将铁芯重新插入内线圈中，把直流输出改为交流输出，其他均不变.接通电源，闭合开关，G表指针 （填“不动”“右偏”“左偏”或“不停振动”）.
解析（1）由题意，磁通量增加，G表指针左偏；将滑动变阻器的滑片迅速向右滑动时，连入电路中的电阻减小，回路电流变大，磁通量增加，故感应电流使G表指针左偏；迅速抽出铁芯时，磁通量减小，产生的感应电流方向与上述方向相反，则G表指针右偏.
（2）断开开关和电源，将铁芯重新插入内线圈中，把直流输出改为交流输出，其他均不变.接通电源，闭合开关，由于穿过线圈的磁通量大小方向都不断变化，在线圈A中产生的感应电流大小方向不断变化，则G表指针不停振动.
答案：（1）左偏 右偏 （2）不停振动
[能力提升]
7.如图所示，一通电螺线管b放在闭合金属线圈a内，螺线管的中心轴线恰和线圈的一条直径MN重合.要使线圈a中产生感应电流，可采用的方法有（ ）
A.使通电螺线管中的电流发生变化
B.使螺线管绕垂直于线圈平面且过线圈圆心的轴转动
C.使线圈a以MN为轴转动
D.使线圈绕垂直于MN的直径转动
解析：A、B、C错：在A、B、C项所述的三种情况中，穿过线圈a的磁通量始终为零，因此不产生感应电流. D对：当线圈绕垂直于MN的直径转动时，穿过线圈的磁通量发生变化，会产生感应电流.
答案：D
8.（多选）如图所示，A为多匝线圈，与开关、滑动变阻器相连后接入M、N间的交流电源，B为一接有小灯泡的闭合多匝线圈，下列关于小灯泡发光情况的说法正确的是（ ）
A.闭合开关后小灯泡可能发光
B.若闭合开关后小灯泡发光，再将B线圈靠近A，则小灯泡更亮
C.闭合开关瞬间，小灯泡才能发光
D.若闭合开关后小灯泡不发光，将滑动变阻器滑片左移后，小灯泡可能会发光
解析：A对：因回路接入的是交流电，所以当开关闭合后，线圈A中有变化的电流，产生变化的磁场，所以通过线圈B的磁通量变化，回路中有感应电流，小灯泡可能发光. B对：若闭合开关后小灯泡发光，再将B线圈靠近A，穿过B的磁通量变化更剧烈，产生的电流更大，所以小灯泡会更亮. C错：因回路接入的是交流电，闭合开关后，线圈B仍能产生感应电流. D错：若闭合开关后小灯泡不发光，说明线圈B中电流过小，当滑片向左移时，A中电流减弱，B中的感应电流变小，小灯泡不会发光.
答案：AB
9.（多选）如图所示，导线ab和cd互相平行，则下列四种情况中，导线cd中有电流的是（ ）
A.开关S闭合或断开的瞬间
B.开关S是闭合的，滑动触头向左滑
C.开关S是闭合的，滑动触头向右滑
D.开关S始终闭合，滑动触头不动
解析：开关S闭合或断开的瞬间，开关S闭合、滑动触头向左或向右滑的过程，都会使通过导线ab的电流发生变化，使穿过cd回路的磁通量发生变化，从而在cd导线中产生感应电流，故选项A、B、C正确.
答案：ABC
10.如图所示，线圈Ⅰ与电源、开关、滑动变阻器相连，线圈Ⅱ与电流计相连，线圈Ⅰ与线圈Ⅱ绕在同一个铁芯上，在下列情况下，电流计中是否有示数？
（1）开关闭合瞬间；
（2）开关闭合稳定后；
（3）开关闭合稳定后，来回移动滑动变阻器的滑片；
（4）开关断开瞬间.
解析：（1）开关闭合时线圈Ⅰ中电流从无到有，故电流形成的磁场也从无到有，穿过线圈Ⅱ的磁通量也从无到有，故线圈Ⅱ中产生感应电流，电流计 有示数.
（2）开关闭合稳定后，线圈Ⅰ中电流稳定不变，电流形成的磁场不变，此时线圈Ⅱ中虽有磁通量但磁通量稳定不变，故线圈Ⅱ中无感应电流产生，电流计 无示数.
（3）开关闭合稳定后，来回移动滑动变阻器的滑片，电阻变化，线圈Ⅰ中的电流变化，电流形成的磁场也发生变化，穿过线圈Ⅱ的磁通量也发生变化，故线圈Ⅱ中有感应电流产生，电流计 有示数.
（4）开关断开瞬间，线圈Ⅰ中电流从有到无，电流形成的磁场也从有到无，穿过线圈Ⅱ的磁通量也从有到无，故线圈Ⅱ中有感应电流产生，电流计 有示数.
答案：（1）有 （2）无 （3）有 （4）有
11.如图所示，固定于水平面上的金属框架CDEF处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒MN沿框架以速度v向右做匀速运动. t＝0时，磁感应强度为B0，此时MN到达的位置使MDEN构成一个边长为l的正方形.为使MN棒中不产生感应电流，从t＝0开始，磁感应强度B应怎样随时间t变化？请推导出这种情况下B与t的关系式.
解析：要使MN棒中不产生感应电流，应使穿过线圈平面的磁通量不发生变化，在t＝0时刻，穿过线圈平面的磁通量Φ1＝B0S＝B0l2
设t时刻的磁感应强度为B，此时磁通量为
Φ2＝Bl（l＋vt）
由Φ1＝Φ2，得B＝.
答案：见解析
第3节 初识电磁波及其应用
核心素养：1.了解麦克斯韦的电磁场理论，知道电磁波的形成以及赫兹证明了电磁波的存在. 2.知道电磁波在真空中传播的速度与波长、频率的关系. 3.了解电磁波谱的组成和各波段电磁波的特点及应用. 4.通过探究捕捉电磁波的活动，让学生真实感受到电磁波的存在. 5.能体会电磁技术应用对人类生活和社会发展带来的影响.
电磁场
合作 讨论
如图所示，当磁铁相对闭合导体运动时，导体中的电子做定向移动，是因为受到什么力的作用？若把闭合导体换成一个内壁光滑的绝缘环形管，管内有直径略小于环内径的带正电的小球，则磁铁运动过程中会有什么现象？小球受到的是什么力？以上现象说明了什么问题？
提示：电子受到电场力的作用做定向移动.磁铁运动过程中，带正电小球会做定向滚动，小球受到的仍然是电场力.可见空间磁场变化，就会产生电场，与有没有闭合导体无关.
教材 认知
1.麦克斯韦电磁场理论的两个基本假设
（1）变化的磁场能够在周围空间产生 电场 .
（2）变化的电场能够在周围空间产生 磁场 .
图甲变化的磁场在其周围空间产生电场.
图乙变化的电场在其周围空间产生磁场.
2.电磁场：变化的 电场 和变化的 磁场 相互联系在一起，就会在空间形成一个统一的、不可分割的电磁场.
核心 归纳
1.麦克斯韦电磁场理论要点
（1）变化的磁场产生电场
在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里会产生感应电流，其实质是变化的磁场在它周围产生了电场，电路中的自由电荷在电场力作用下做定向运动，形成了感应电流，即使在变化的磁场周围没有闭合电路同样也可以产生电场，如图所示.
（2）变化的电场产生磁场
既然变化的磁场能够产生电场，麦克斯韦确信自然规律的统一性与和谐性，相信电场与磁场的对称之美，大胆地假设：变化的电场会产生磁场.根据麦克斯韦电磁场理论，在给电容器充电的时候，不仅导体中的电流要产生磁场，而且在电容器两极板间变化着的电场周围也要产生磁场，如图所示.
2.对麦克斯韦电磁场理论中“变化”的理解
如何变化 电场 磁场
恒定 恒定的电场不产生磁场 恒定的磁场不产生电场
均匀变化 均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场 均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场
非均匀 变化 非均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场 非均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场
周期性 变化 周期性变化的电场产生同频率周期性变化的磁场 周期性变化的磁场产生同频率周期性变化的电场
研习 经典
[典例1] （多选）根据麦克斯韦的电磁场理论判断下列表示电场产生磁场（或磁场产生电场）的关系图像中（每个选项中的上图是表示变化的场，下图是表示变化的场产生的另外的场），正确的是（ ）
[解析] A图中的上图磁场是稳定的，由麦克斯韦的电磁场理论可知，其周围空间不会产生电场，A图中的下图是与其不对应的；B图中的上图是均匀变化的电场，应该产生稳定的磁场，下图的磁场是稳定的，所以B图正确；C图中的上图是周期性变化的磁场，它能产生同频率周期性变化的电场，且相位相差，C图是正确的；D图的上图是周期性变化的电场，在其周围空间产生周期性变化的磁场，但是下图中的图像与上图相比较，相位相差π，故D图错误.所以只有B、C两图正确.
[答案] BC
理解麦克斯韦电磁场理论的两点注意
（1）静电场不产生磁场，静磁场也不产生电场.
（2）变化的电场一定能产生磁场，但不一定能产生变化的磁场，如均匀变化的电场产生恒定的磁场；同理，变化的磁场也不一定产生变化的电场.
[训练1] 关于麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是（ ）
A.有电场的空间一定存在磁场，有磁场的空间也一定能产生电场
B.在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变化的磁场周围一定产生变化的电场
C.均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场
D.变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路无关
解析：根据麦克斯韦电磁场理论，只有变化的电场周围才能产生磁场，只有变化的磁场周围才能存在电场，选项A错误；根据麦克斯韦电磁场理论，在均匀变化的电场周围产生恒定的磁场，非均匀变化的电场周围产生变化的磁场，在均匀变化的磁场周围产生恒定的电场，非均匀变化的磁场周围产生变化的电场，选项B、C均错误；变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路无关，电路只是显示出电流的存在，选项D正确.
答案：D
电磁波的产生、特点及应用
合作 讨论
“为了您和他人的安全，请您不要在飞机上使用手机和手提电脑.”这句提醒警示语是乘坐飞机的旅客都听过的语言，因为有些空难事故就是由于某位乘客在飞行的飞机中使用手机造成的.如图所示是飞机上的警示标志.1999年广州白云机场飞机降落时，机上有四位旅客同时使用了手机，使飞机降落偏离了8度，险些造成事故；2015年4月27日下午一位旅客在飞往乌鲁木齐的途中使用手机，被处以五百元的治安罚款.请问为什么在飞机上不能使用手机和手提电脑呢（包括游戏机）？
提示：由于手机在使用时要发射电磁波，对飞机产生电磁干扰，而飞机上导航系统是非常复杂的，抗干扰能力不是很强，所以如果飞机上的乘客使用了手机，对飞机产生电磁干扰，那么后果将十分可怕.所以，在飞机上不能使用手机和手提电脑.
教材 认知
一、电磁波
（1）电磁波的产生：如图所示，在空间 交替变化 的电磁场传播出去就形成了电磁波.
（2）电磁波的特点：电磁波的传播速度恰好与真空中的光速 相同 .
（3）电磁波的验证：1888年，德国物理学家 赫兹 通过实验证实了电磁波的存在.
二、电磁波的应用
1.广播、电视：用无线电波传递的声音或画面信号被送到发射天线发出，收音机或电视机接收到信号后，再将 电信号 转化为原来的声音或图像，我们就能收听到广播、看到电视画面了.
2.手机：手机通话是靠一种特殊的 无线通信 系统来实现的.
3.雷达：雷达系统由天线、 发射机 和接收机组成.
4.卫星通信：卫星通信主要分为国际卫星通信、 区域卫星通信 和国内卫星通信.
三、电磁污染及防护
1.电磁污染又称 电磁波污染 或射频辐射污染.
2.防护
可以从 电磁波源 、电磁波的传播途径及 受辐射的人 这三个方面进行防护.
[思考] 频率较高的电磁波为什么会对人体产生损伤？
提示：频率较高的电磁波可以具有很大的能量.
核心 归纳
1.电磁波的共性
（1）它们在本质上都是电磁波，它们的行为服从相同的规律，各波段之间的区别并没有绝对的意义.
（2）都遵守公式c＝λf，它们在真空中的传播速度都是c＝3.0×108 m/s.
（3）它们的传播都不需要介质.
（4）它们都具有反射、折射、衍射和干涉的特性.
2.不同电磁波的特点及其应用
特点 应用
无线电波 波动性强 通讯、广播、导航
红外线 热作用强 加热、遥测、遥感
可见光 感光性强 照明、照相等
紫外线 化学作用荧光效应 杀菌消毒、治疗皮肤病等
X射线 穿透力强 检查、探测、透视、治疗
γ射线 穿透力最强 探测、治疗
研习 经典
[典例2] 2022年6月5日，中央电视台对神舟十四号飞船与天和核心舱的交会对接盛况进行了直播，其间航天员与北京飞控中心保持通话联络，直播画面通过电磁波传送到地面接收站.下列关于电磁波和声波的说法正确的是（ ）
A.电磁波是一种物质，也具有能量
B.电磁波跟声波一样，其传播都需要介质
C.麦克斯韦预言了电磁波的存在，并通过实验捕捉到了电磁波
D.航天员讲话时画面与声音同步，说明电磁波与声波具有相同的传播速度
[解析] 电磁波是一种物质，也具有能量，选项A正确；电磁波的传播不依赖介质，可在真空中传播，声波是机械波，只能在介质中传播，选项B错误；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过实验捕捉到了电磁波，选项C错误；航天员讲话时画面能与声音同步，那是因为画面与声音同时转化成电信号，通过电磁波传回到地面接收器再转化成画面和声音.电磁波的传播速度为光速，声波在空气中的传播速度约为340 m/s，选项D错误.
[答案] A
1.从无线电波到γ射线都是本质相同的电磁波，遵循共同的规律，但因波长（或频率）不同又表现出不同的特点.
2.波长越长的电磁波频率越低，能量越低，衍射能力越强，穿透力越差.波长越短的电磁波频率越高，能量越高，衍射能力越弱，穿透力越强.
[训练2] 我国成功研发的反隐身先进米波雷达堪称隐身飞机的克星，它标志着我国雷达研究又创新的里程碑.米波雷达发射无线电波的波长在1～10 m范围内，则对该无线电波的判断正确的是（ ）
A.米波的频率比厘米波频率高
B.和声波一样需靠介质传播
C.同光波一样会发生反射现象
D.雷达发射的无线电波只传递信息不传递能量
解析：据c＝λf，得f＝，故波长越长，频率越低，选项A错误；无线电波属于电磁波，传播不需要介质，选项B错误；反射是波所特有的现象，选项C正确；雷达发射的无线电波传递信息也传递能量，选项D错误.
答案：C
电磁波的能量及通信
合作 讨论
“神舟号”系列飞船的成功发射及正常运行，载人航天测控通信系统立下了很大的功劳，它通过国内外的地面测控站和遍布三大洋的4艘远洋测量船，保证地面指挥员及时与飞船取得联系.你知道各测控站点是通过什么途径对飞船传递指令的吗？
提示：各测控站点和飞船之间通过发射和接收载有指令信号的电磁波实现对飞船的测控.
核心 归纳
1.电磁波的能量
（1）电磁波是物质存在的一种特殊形式
电磁波和我们学过的电场、磁场一样，是一种特殊的物质，不是由分子、原子所组成的，与通常的实物不同，但它是客观存在的，具有通常物质所具有的能量等客观属性.
（2）电磁波具有能量
从场的观点来看，电场具有电场能，磁场具有磁场能，电磁场具有电磁能，电磁波发射的过程就是辐射能量的过程，电磁波在空间传播，电磁能就随之一起传播.
2.电磁波通信
（1）传播途径
电磁波携带的信息，既可以有线传播，也可以实现无线传播.
有线传播利用金属导线、光纤等有形媒介传送信息.如台式电脑、电话等，具体的媒介有：光纤、电缆、电话线、网线等.
无线传播仅利用电磁波而不通过线缆传递信息，如收音机、手机、GPS、无线鼠标等.
（2）传输特点
电磁波的频率越高，相同时间传递的信息量越大.由于光的频率比无线电波的频率高得多，因此光缆可以传递大量的信息.
研习 经典
[典例3] 5G是“第五代移动通信技术”的简称，目前世界各国正大力发展5G网络.5G网络使用的无线电波通信频率在3.0 GHz以上的超高频段和极高频段，比目前4G及以下网络（通信频率在0.3～3.0 GHz的特高频段）拥有更大的带宽和更快的传输速率.未来5G网络的传输速率（指单位时间传输的数据量大小）可达10 Gbps（bps为bits per second的英文缩写，即比特/秒），是4G网络的50～100倍.关于5G网络使用的无线电波，下列说法正确的是（ ）
A.在真空中的传播速度更快
B.在真空中的波长更长
C.与4G网络使用的无线电波具有相等的能量
D.频率更高，相同时间传递的信息量更大
[解析] 无线电波在真空中的传播速度与光速相同，保持不变，其速度与频率没有关系，A错误；由c＝λf，知频率变大，波长变短，B错误；电磁波的频率越高，能量越高，C错误；无线电波频率越高，相同时间内传递的信息量越大，D正确.
[答案] D
电磁波可以通过电缆、光缆进行有线传输，也可实现无线传输.电磁波的频率越高，相同时间内传递的信息量越大.
每一部移动电话就是一个无线电台，它将用户的声音转变为高频电信号发射到空中；同时它又相当于一台收音机，捕捉空中的电磁波，使用户接收到对方送来的信息.
[训练3] 微波炉的工作应用了一种电磁波——微波（微波的频率为2.45×109 Hz）.食物中的水分子在微波的作用下加剧了热运动，内能增加，温度升高，食物增加的能量是微波给它的.下表是某微波炉的部分技术参数，问：
微波炉
MG—5021 MW
额定电压：220V 50 Hz
微波额定功率：1 100 W
微波输出功率：700 W
内腔容积：20 L
振荡频率：2 450 MHz
（1）该微波炉内磁控管产生的微波波长是多少？
（2）该微波炉在使用微波挡工作时的额定电流是多少？
（3）如果做一道菜，使用微波挡需要正常工作30 min，则做这道菜需消耗多少电能？
解析：（1）微波炉产生的微波的波长为
λ＝＝ m≈0.12 m.
（2）微波挡工作时的额定电流为
I＝＝ A＝5 A.
（3）消耗的电能ΔE＝W＝Pt＝1 100×1 800 J＝1.98×106 J.
答案：（1）0.12 m （2）5 A （3）1.98×106 J
深刻剖析提升能力
基础 题组
1.思维辨析
（1）共享单车风靡全国，骑行时手机APP上能实时了解单车的位置，单车和手机之间是利用声波传递信息的.（ × ）
（2）我们看到的电视直播节目，声音和画面基本同步，表明声波和光波传播速度十分接近.（ × ）
（3）验钞机发出的“光”能使钞票上的荧光物质发光；遥控器发出的“光”，能用来控制电风扇、电视机、空调器等家用电器.它们发出的“光”都是红外线.（ × ）
（4）电场随时间变化时一定产生电磁波.（ × ）
（5）赫兹根据自然规律的统一性，提出变化的电场产生磁场.（ × ）
2.麦克斯韦电磁场理论告诉我们（ ）
A.任何电场周围都要产生磁场
B.任何变化的电场都要在周围空间产生变化的磁场
C.任何变化的电场都要在周围空间产生恒定的磁场
D.周期性变化的电场要在周围空间产生周期性变化的磁场
解析：由麦克斯韦电磁场理论可知，变化的电场在周围空间产生磁场，均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场，周期性变化的电场在周围空间产生周期性变化的磁场，D正确.
答案：D
3.电磁波在真空中传播的速度c＝3×108 m/s，有一个广播电台的频率f＝90.0 MHz，这个台发射的电磁波的波长λ为（ ）
A.2.70 m B.270 m
C.333 m D.3.33 m
解析：根据λ＝得，λ＝ m≈3.33 m，D正确.
答案：D
中档 题组
1.关于电磁场和电磁波，下列说法正确的是（ ）
A.麦克斯韦认为电场周围总能产生磁场，磁场周围总能产生电场，并用实验证实了电磁波的存在
B.医院里“γ手术刀”和B超“超声波”都能在真空中传播
C.无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线均属于电磁波
D.红外线的显著作用是热作用，温度较低的物体不能辐射红外线
解析：麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在，赫兹用实验证实了电磁波的存在，故A错误；超声波是机械波，必须有介质才能传播，所以无法在真空中传播，故B错误；无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线均属于电磁波，故C正确；红外线的显著作用是热作用，所有物体都能辐射红外线，故D错误.
答案：C
2.电磁辐射是一种复合的电磁波，以相互垂直的电场和磁场随时间的变化而传递能量.人体生命活动包含一系列的生物电活动，这些生物电对环境的电磁波非常敏感，因此，电磁辐射可以对人体造成影响和损害.《环境电磁波卫生标准》等法规规定：当电磁辐射强度（单位时间内垂直通过单位面积的电磁辐射能量）不超过0.15 W/m2时，对人体没有任何影响.某办公区域内采用如图所示的无线路由器，若它的电磁辐射功率是7.5 W，则人体与该装置的安全距离至少为（ ）
A.2.0 m B.3.0 m
C.4.0 m D.6.0 m
解析：设人体与该装置的安全距离至少为x，则＝0.15W/m2，解得x≈2.0 m，故选A.
答案：A
3.（多选）5G是“第五代移动通信技术”的简称，其最显著的特征之一为具有超高速的数据传输速率.信号一般采用3.3×109～6×109Hz频段的无线电波，而第四代移动通信技术的频段范围是1.88×109～2.64×109Hz，则下列说法正确的是（ ）
A.5G信号的波长比4G信号的波长更短
B.5G信号与4G信号相遇能发生干涉现象
C.在真空中5G信号比4G信号传播的更快
D.麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了电磁波的存在
解析：5G信号的频率比4G信号的频率更高，则5G信号的波长比4G信号的波长更短，选项A正确；5G信号与4G信号频率不同，则相遇时不能发生干涉现象，选项B错误；在真空中5G信号与4G信号传播的速度相同，均为3×108 m/s，选项C错误；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了电磁波的存在，选项D正确.
答案：AD
4.中华人民共和国第十四届全国人民代表大会第一次会议于2023年3月5日在北京召开，某司机通过车载收音机收听相关新闻，接收的无线电波频率是FM100.4 MHz，下列说法正确的是（ ）
A.赫兹最早预言了电磁波的存在，并通过自己的实验证实了电磁波的存在
B.无线电波的传播速度是340 m/s，司机收听到的新闻信息比在人民大会堂实时信息有所滞后
C.无线电波与光一样都是电磁波，都能发生干涉、衍射现象
D.由于汽车外壳是金属，则在雷雨天气，在空旷地面上人在车子里比在木屋里危险
解析：麦克斯韦最早预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了电磁波的存在，选项A错误；无线电波的传播速度是光速，选项B错误；无线电波与光一样都是电磁波，都能发生干涉、衍射现象，选项C正确；由于汽车外壳是金属，则在雷雨天气，汽车是等势体，金属外壳起屏蔽作用，人在车子里比在木屋里安全，选项D错误.
答案：C
课时作业（二十九） 初识电磁波及其应用
[基础训练]
1.关于电磁场和电磁波的说法正确的是（ ）
A.当电场和磁场在某一区域同时存在时，可称为电磁场
B.电磁场由发生区域向远处传播形成电磁波
C.在电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场
D.电磁波是一种波，声波也是一种波，它们是同种性质的波动
答案：B
2.关于电磁波的传播速度，下列说法中正确的是（ ）
A.波长越长，传播速度就越大
B.频率越高，传播速度就越大
C.发射能量越大，传播速度就越大
D.电磁波的传播速度与传播介质有关
解析：电磁波在真空中传播速度均相同，在介质中电磁波的传播速度与介质有关，还与频率有关.
答案：D
3.所有电磁波在真空中传播时，具有相同的物理量是（ ）
A.频率 B.波长 C.能量 D.波速
解析：不同电磁波在真空中传播时，只有速度相同，即为波速.
答案：D
4.关于电磁场理论，下列说法中正确的是（ ）
A.在电场的周围一定存在着由该电场产生的磁场
B.非均匀变化的电场产生的磁场一定是均匀变化的
C.均匀变化的磁场一定产生变化的电场
D.均匀变化的电场一定产生恒定的磁场
解析：A错：在稳定的电场周围不会产生磁场. B错：非均匀变化的电场产生变化的磁场，而均匀变化的电场产生恒定的磁场. C错，D对：均匀变化的磁场一定产生恒定的电场，均匀变化的电场一定产生恒定的磁场.
答案：D
5.麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验证实了这一预言.电磁波的波长为λ、频率为f、真空中传播速度为c（即光速），则这三个物理量之间的关系式正确的是（ ）
A.λ＝cf B. c＝λf
C. c＝ D. f＝cλ
解析：电磁波的波长为λ，频率为f，真空中传播速度为c，则三个物理量之间关系式c＝＝λf，或者λ＝，或者f＝，故选B.
答案：B
6.下列电磁波中，频率最高的是（ ）
A.无线电波 B.红外线
C.γ射线 D.紫外线
答案：C
7.（多选）电磁波无论在通讯领域，还是医疗健康领域以及食品卫生中的应用都是极其广泛，而这几个领域仅仅是电磁波在日常生活中的一小部分，可见电磁波的应用范围之广.日常生活中电磁波的广泛应用给人们生活带来了极大的便利，提高了人们的生活质量.因此，掌握了电磁波就可以为我们的生活造福.下列关于电磁波的描述，正确的是（ ）
A.真空中电磁波的传播速度等于光速
B.光是以波动形式传播的一种电磁振动
C.一束红光从空气传入水中，光的频率发生变化
D.电磁波具有能量
解析：电磁波是电磁场的传播，光是以波动形式传播的一种电磁振动，电磁波在真空中的传播速度等于光速，故A、B正确；一束红光从空气传入水中，光的颜色不变，即光的频率不变，故C错误；电磁波具有能量，如微波炉发出的微波可以加热食物，故D正确.
答案：ABD
8.如图所示是医生用计算机辅助某种射线断层摄影（简称“CT”）检查身体的情景，这种能穿透身体的射线是（ ）
A. X射线 B.红外线
C.紫外线 D.可见光
解析：X射线具有较强的穿透能力，常在医疗上用来检查身体.红外线具有显著的热效应，能制成热谱仪、红外线夜视仪，红外线还可以用来遥控，制成电视遥控器.紫外线化学效应强，能制成消毒灯，还具有荧光效应，能制成验钞机来验钞.红橙黄绿蓝靛紫等光都属于可见光，可见光的穿透性还不及紫外线. A符合题意.
答案：A
[能力提升]
9.关于电磁波，下列说法中正确的是（ ）
A.电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的
B.超声波属于电磁波
C.光属于电磁波
D.电磁波不能在真空中传播
答案：C
10.某闭合电路的电流或电压随时间变化的规律如图所示，能发射电磁波的是（ ）
解析：由麦克斯韦电磁场理论，当空间出现恒定的电流时，由于其激发恒定的磁场，故无电磁波产生，故A错误；当出现均匀变化的电流或电压时会激发出均匀变化的磁场，再在较远处激发起恒定的电场，故也不会产生电磁波，故B、D错误；只有周期性变化的电压，才会激发出周期性变化的磁场，其又激发出周期性变化的电场……如此不断激发，便会形成电磁波，故C正确.
答案：C
11.（多选）下列关于电磁波的叙述，正确的是（ ）
A.电磁波是以波动的形式由发生区域向远处传播的电磁场
B.电磁波在任何介质中的传播速度均为3×108 m/s
C.电磁波由真空进入介质中传播时，波长将变短
D.电磁波由真空进入介质中传播时，频率将变大
解析：电场、磁场相互激发并以波动的形式向外传播，形成电磁波，选项A正确；电磁波只有在真空中波速为3×108 m/s，在其他介质中波速均小于3×108 m/s，选项B错误；电磁波从真空进入介质中，频率不变，波速减小，根据λ＝知，波长λ减小，故选项C正确，D错误.
答案：AC
12.关于电磁波的应用，下列说法正确的是（ ）
A.雷达可以利用反射电磁波定位，是因为其工作波段的电磁波衍射效应较为明显
B.移动电话选择微波作为工作波段，是因为微波比其他波段的电磁波的波速更快
C. X射线衍射能探测晶体内原子的排列结构，是因为X射线的波长与原子间距相近
D.工程上用γ射线探测金属内部缺陷，是因为γ射线具有频率高、波动性强的特点
解析：雷达可以利用反射电磁波定位，是因为其工作波段的电磁波的波长短，衍射现象不明显，传播的方向性好，有利于定位，A错；移动电话选择微波作为工作波段，是因为微波的波长短，方向性强，频带范围广，与波速无关，且所有波段的电磁波在真空中的传播速度均和光速一样，B错；X射线的波长与原子间距相近，衍射现象明显，能探测晶体内原子的排列结构，C对；工程上用γ射线探测金属内部缺陷，是因为γ射线能量大，波动性弱，穿透本领强的特点，D错.
