2018-2019版高中物理全一册学案（打包25套）新人教版选修1_1

第一章 电场电流
章末整合
一、对电荷守恒定律的理解
1.“总量”：指电荷的代数和.
2.起电过程的本质：电子发生了转移，也就是说物体所带电荷的重新分配.
3.两完全相同的金属球接触后将平分电荷，即Q1′＝Q2′＝，Q1和Q2可以是同种电荷，也可以是异种电荷.
例1　下面关于电现象的叙述，正确的是(　　)
A.玻璃棒无论与什么物体摩擦都带正电，橡胶棒无论与什么物体摩擦都带负电
B.摩擦可以起电，是普遍存在的现象，相互摩擦的两个物体总同时带等量的异种电荷
C.摩擦带电现象的本质是电子的转移，呈电中性的物体得到电子就一定显负电性，失去电子就一定显正电性
D.摩擦起电的过程，是通过摩擦创造了等量异种电荷的过程
答案　BC
解析　物体间通过摩擦做功，使电子获得能量摆脱原子核的束缚而发生转移，哪个物体失去电子决定于其原子核对电子的束缚程度，因此，对同一物体用不同的物体摩擦，该物体可能带正电，也可能带负电，故A错误；但两物体间摩擦时一个物体得到多少电子，对方必定失去多少电子，故B正确；呈电中性的物体得到电子必定带负电，反之带正电，故C正确；摩擦起电并不是创造了电荷，而是电荷的转移，故D错误.
变式训练1　原来甲、乙、丙三物体都不带电，今使甲、乙两物体相互摩擦后，乙物体再与丙物体接触，然后，乙、丙分开，最后，得知甲物体带正电1.6×
10－15 C，丙物体带电8×10－16 C.则对于最后乙、丙两物体的带电情况下列说法中正确的是(　　)
A.乙物体一定带有负电荷8×10－16 C
B.乙物体可能带有负电荷2.4×10－15 C
C.丙物体一定带有正电荷8×10－16 C
D.丙物体一定带有负电荷8×10－16 C
答案　AD
解析　由于甲、乙、丙原来都不带电，即都没有净电荷，甲、乙摩擦导致甲失去电子而带1.6×10－15 C正电，乙物体得到电子而带1.6×10－15 C的负电荷；乙物体与不带电的丙物体相接触，从而使一部分负电荷转移到丙物体上，故可知乙、丙两物体都带负电荷，由电荷守恒可知，乙最终所带负电荷为1.6×10－15 C－8×10－16 C＝8×10－16 C，故A、D正确.
二、对电场强度、电场线的理解
1.电场强度E＝由电场本身决定，与放入其中的试探电荷无关.
2.电场线是为形象地描述抽象的电场而引入的假想曲线.电场线上每一点的切线方向都跟该点的电场强度方向一致.
3.同一幅图中，电场线的疏密程度可定性地表示电场强度的大小.电场线越密的地方，场强越大；电场线越稀的地方，场强越小.
图1－1
4.电场线任一点顺着电场线的切线方向，就表示该点电场强度的方向，如图1－1所示.
例2　用电场线能很直观、很方便地比较电场中各点的场强大小与方向.如图
1－2所示是两个不等量异种点电荷形成电场的电场线，A、B是电场中的两点，则(　　)

图1－2
A.EA＜EB，方向不同
B.EA＜EB，方向相同
C.EA＞EB，方向不同
D.EA＞EB，方向相同
答案　C
解析　电场线的疏密表示电场强度的大小，电场线的切线方向表示电场强度的方向，所以EA＞EB，方向不同，故C正确，A、B、D错误.
变式训练2　如图1－3所示是静电场的一部分电场线的分布，下列说法正确的是(　　)
图1－3
A.这个电场可能是负点电荷产生的电场
B.将带正电的试探电荷q放在A点比放在B点受到的电场力大
C.将带正电的试探电荷q放在A点比放在B点受到的电场力小
D.A点的场强比B点的场强小
答案　B
解析　根据电场线的分布可知，这个电场可能是正点电荷产生的电场，A错；
EA＞EB，D错；由F＝Eq可知，B对，C错.
三、库仑定律的理解及应用
1.大小：依据F＝k，q1、q2代入绝对值计算.
2.方向：沿连线方向，且同种电荷相斥，异种电荷相吸.
3.相互性：两个点电荷间的库仑力为相互作用力，满足牛顿第三定律.
例3　关于库仑定律的理解，下面说法正确的是(　　)
A.对任何带电体之间的静电力计算，都可以使用库仑定律公式
B.只要是点电荷之间的静电力计算，都可以使用库仑定律公式
C.两个点电荷之间的静电力，无论是在真空中还是在介质中，一定是大小相等、方向相反的
D.摩擦过的橡胶棒吸引碎纸屑，说明碎纸屑一定带正电
答案　C
解析　库仑定律的适用条件为真空中的两点电荷，库仑力作用满足牛顿第三定律.
变式训练3　真空中有甲、乙两个点电荷，相距为r，它们间的静电力为F.若甲的电荷量变为原来的2倍，乙的电荷量变为原来的，距离变为2r，则它们之间的静电力变为(　　)
A.3F B.
C. D.
答案　B
解析　设甲、乙两点电荷原来的电荷量分别为q1、q2，则F＝k，改变两点电荷位置及电荷量后，设两点电荷电荷量分别为q1′、q2′，则F′＝k，将q1′＝2q1，q2′＝q2及r′＝2r代入有F′＝F.
章末检测(一)
一、单项选择题
1.根据电场强度的定义式E＝，在国际单位制中，电场强度的单位是(　　)
A.牛/库 B.牛/焦
C.焦/库 D.库/牛
答案　A
2.下列哪些措施是为了防止静电产生的危害(　　)
A.在高大的建筑物顶端装上避雷针
B.在高大的建筑物顶端安装电视公用天线
C.在高大的烟囱中安装静电除尘器
D.静电喷漆
答案　A
3.下图所示的四种电场中，分别标记有a、b两点，其中a、b两点电场强度相同的是(　　)
答案　D
4.下列说法正确的是(　　)
A.导体中电荷只要运动就形成电流
B.当导体中没有电流时，里面的电荷都是静止的
C.导体中形成电流的条件是只要有大量的可以自由移动的电荷
D.电流可能是正电荷定向移动形成的，也可能是负电荷定向移动形成的
答案　D
解析　电荷只有定向移动才形成电流，杂乱无章的移动不能形成电流，A错；无电流时，电荷也是运动的，只不过不是定向移动，B错；只有自由电荷而无电压是不能形成电流的，C错；通电的电解液中，正、负电荷定向移动，方向相反，D正确.
5.扫地机器人是智能家用电器的一种，它利用自身携带的小型吸尘部件进行吸尘清扫，如图1－4为“iRobot”扫地机器人，已知其电池容量2 000 mA·h，额定工作电压15 V，额定功率30 W，则下列说法正确的是(　　)
图1－4
A.扫地机器人的电阻是10Ω
B.题中“mA·h”是能量的单位
C.扫地机器人正常工作时的电流是2 A
D.扫地机器人充满电后一次工作时间约为4 h
答案　C
解析　扫地机器人不是纯电阻，无法求出其电阻为10 Ω，A错误；mA·h是电荷量单位，不是能量单位，B错误；由P＝UI可得I＝＝2 A，C正确；工作时间t＝＝1 h，D错误.
6.下列图中，绝缘细绳一端固定在O点，另一端系一个质量为m，带电量为＋q的小球.为了使小球能静止在图中所示位置，可以加一个与纸面平行的匀强电场，则所加电场方向符合要求的是(细绳总是张紧的)(　　)
答案　D
解析　A、B、C图中带电小球受重力、电场力和细绳的拉力，三个力均不能使小球处于静止状态，只有D图中，小球受竖直向下的重力，水平向右的电场力及细绳的拉力，有可能使小球处于平衡状态，故D正确，A、B、C错误.
二、多项选择题
7.下列说法正确的是(　　)
A.电荷只有两种，即正电荷和负电荷
B.所有带电体的电荷量都是元电荷e的整数倍
C.电荷守恒定律在各种变化中都成立
D.摩擦时失去电子的物体带负电
答案　ABC
解析　自然界中只有正、负两种电荷，A正确；元电荷是带电体所带的最小电荷量，某一带电体所带电荷量一定是元电荷的整数倍，B正确；电荷守恒定律是一个普遍规律，任何情况下都遵守，C正确；失去电子的物体带正电，D错误.
8.下列关于电场强度的叙述正确的是(　　)
A.电场中某点的场强大小等于单位电荷在该点受到的电场力大小
B.电场中某点的场强与该点试探电荷所受的电场力成正比
C.电场中某点的场强方向就是试探电荷在该点所受电场力的方向
D.电场中某点的场强与该点有无试探电荷无关
答案　AD
解析　用E＝来定义场强并规定在电场中某点正点电荷的受力方向为场强的方向，负点电荷的受力方向与场强方向相反.无论采用怎样的试探电荷q，E＝对电场中的给定点是相同的，不存在“E与F成正比，与q成反比”之说，电场是一种客观存在的特殊物质，电场中某点的场强大小和方向与该点有无试探电荷无关，与试探电荷电荷量多少和电性无关.故A、D正确.
9.关于电容器和电容，下列说法正确的是(　　)
A.电容器贮存电荷的同时也就贮存了电能
B.给电容器充电时，两极板分别带上等量的异号电荷
C.电容器不带电时电容为零
D.平行板电容器的两极板越近，电容越大
答案　ABD
解析　电容是表示电容器容纳电荷本领大小的物理量，由电容器本身决定，与带电与否无关，故C错.
10.关于电场线的以下说法中，正确的是(　　)
A.电场线密的地方，电场强度大
B.沿电场线的方向，电场强度越来越小
C.电场线越密的地方同一电荷受的静电力就越大
D.顺着电场线移动电荷，电荷受静电力大小一定不变
答案　AC
解析　电场线的疏密程度表示电场强度E的大小，电场线越密，E越大，由F＝qE知，同一电荷受力越大.若电场线的疏密变了，则电荷受静电力大小也变了，故A、C正确，D错误；电场线的方向，表示E的方向，与E的大小无关，B错误.
三、填空和实验题
11.某电场区域的电场线如图1－5所示.A、B是电场中的两个点，EA、EB表示A、B两点处的场强，则由图可知电场强度EA__________EB(填“＞”或“＜”).将一个负点电荷先后放在A、B两点，用FA、FB分别表示该点电荷在A、B处时所受的电场力，则FA____________FB(填“＞”或“＜”).
图1－5
答案　＜　＜
解析　根据图象很容易发现，在电场的B点的电场线较密，所以，在A点的电场的强度要比B点的电场的强度小，即EA＜EB；由于EA＜EB，并且是同一个电荷，由F＝qE可知，电荷在A点时受到的电场力要比在B点时受到的电场力小，即FA＜FB.
12.如图1－6是一种手机电池的标签，在所标的注意事项中，“防止电池短路”是为了避免电池短路时电流过大，损坏电源.该电池的电动势为________V，结合对物理量单位的分析可知，标签中的“容量”所表示的是物理学中的________(填“电流”、“电功率”、“电容”、“电荷量”或“热量”等).
图1－6
答案　3.7　电荷量
解析　从铭牌上可以看出，该电池的电压是3.7 V；标签中的“容量”所表示的是物理学中的电荷量.
四、计算题
13.甲、乙两导体球，甲球带有4.8×10－16 C的正电荷，乙球带有3.2×10－16 C的负电荷，放在真空中相距为10 cm的地方，甲、乙两球的半径远小于10 cm，k＝9.0×109 N·m2/C2.
(1)试求两球之间的静电力，并说明是引力还是斥力？
(2)将两个导体球相互接触一会儿，再放回原处，其作用力能求出吗？是斥力还是引力？
答案　(1)1.38×10－19 N　引力　(2)不能　斥力
解析　(1)因为两球的半径都远小于10 cm，因此可以作为两个点电荷考虑.由库仑定律可求：F＝k＝9.0×109× N≈1.38×10－19 N
两球带异种电荷，它们之间的作用力是引力.
(2)将两个导体球相互接触，首先正负电荷相互中和，还剩余(4.8－3.2)×10－16 C的正电荷，这些正电荷将重新在两导体球间分配，由于题中并没有说明两个导体球是否完全一样，因此我们无法求出力的大小，但可以肯定两球放回原处后，它们之间的作用力变为斥力.
14.一个R＝10 Ω的电阻当它接10 V的电压时，经过1分钟产生的热量是多少？
答案　600 J
解析　Q＝I2Rt＝t＝×60 J＝600 J.
15.电荷所带电荷量q＝3.0×10－10 C，在电场中的某一点所受的静电力F＝6.3×10－7 N，方向竖直向上，试求这一点的电场强度.若在这一点放一电荷量为q1＝6.0×10－10 C的电荷时， 那么电荷所受静电力多大？若在这一点不放电荷时，这一点的场强多大？
答案　2.1×103 N/C，方向竖直向上　1.26×10－6 N　2.1×103 N/C
解析　电场强度是电场本身固有的性质，它不因电场中是否放有电荷而改变.电荷在电场中某处所受的电场力是由该处的场强和带电体的电荷量共同决定的.
根据场强的定义式可知：
E＝＝ N/C＝2.1×103 N/C.
方向竖直向上
电荷q1在该点所受的电场力为：
F1＝Eq1＝2.1×103×6.0×10－10 N＝1.26×10－6 N
若在该点不放电荷，
该点的场强仍为E＝2.1×103 N/C.
16.如图1－7所示，一质量为m的带电小球，用绝缘细线悬挂在水平向右的匀强电场中，静止时悬线与竖直方向成θ角.
图1－7
(1)判断小球带何种电荷.
(2)若已知电场强度为E、小球带电荷量为q，求小球的质量m.
答案　(1)负电　(2)
解析　(1)小球受力如图，由于电场力F与场强方向相反，说明小球带负电.
(2)小球的电场力F＝qE，
由平衡条件得：F＝mgtan θ，
则得qE＝mgtan θ，
解得 m＝.
第1讲　电荷　库仑定律
[目标定位]　1.了解人类对电现象的认识过程，体会人类探索自然规律的科学方法、科学态度和科学精神.2.了解元电荷的大小；了解电荷守恒定律.3.理解库仑定律的含义和表达式，知道静电力常量；了解库仑定律的适用条件，学习用库仑定律解决简单的问题.
一、接引雷电下九天
美国科学家富兰克林通过著名的风筝实验成功地将天电引入莱顿瓶，并证明闪电是一种放电现象.
二、电荷
1.电荷的电性及相互作用
(1)两种电荷：用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷，用毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负电荷.
(2)作用：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引.
2.电荷的多少叫电荷量，用Q(或q)表示，在国际单位制中，电荷量的单位是库仑，简称库，用符号C表示.
3.摩擦起电和感应起电
(1)摩擦起电：在摩擦起电过程中，失去电子的物体带正电，得到电子的物体带负电.
(2)感应起电：把电荷移近不带电的导体，导体中的正负电荷分开，使电荷从导体的一部分转移到另一部分.
想一想　原来物体不带电，通过摩擦或感应等方式使物体带上了电，那么摩擦或感应起电是创造了电荷吗？
答案　不是.因为无论哪种起电方式，都没有创造出电荷，起电的本质是电荷在导体间或导体内部发生了转移.
三、电荷守恒
1.电荷守恒定律：电荷既不能创生，也不能消灭，只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分，在转移过程中，电荷的总量不变.
2.元电荷：电子、质子所带的电荷量是最小电荷量，人们把这个最小电荷量叫做元电荷，用e表示，e＝1.60×10－19 C.实验表明：所有带电物体的电荷量或者等于e，或者是e的整数倍.
想一想　一个带电体可以带2.5×10－19 C的电荷吗？
答案　不可以.元电荷是最小的电荷量，所有带电物体的电荷量或者等于e，或者是e的整数倍.所以带电体不可能带2.5×10－19 C的电荷.
四、库仑定律
1.内容：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，跟它们电荷量的乘积成正比，跟它们距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上.
2.表达式：F＝k，其中k是一个常量，叫静电力常量，k＝9.0×109 N·m2/C2.
3.适用条件：
(1)真空中；
(2)静止的点电荷.
4.点电荷
如果带电体间的距离比它们自身线度的大小大得多，以至带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计，这样的带电体就可以看做点电荷.
想一想　有一位同学，由库仑定律的表达式F＝k得到：当r→0时，静电力F→∞.这种说法正确吗？为什么？
答案　不正确.从数学角度分析这是必然的结论，但从物理的角度分析，这一结论是错误的，其原因是：当r→0时，两电荷已失去了点电荷的前提条件，何况实际的电荷都有一定的大小和形状，根本不会出现r＝0的情况，也就是说，在r→0时不能再用库仑定律计算两电荷间的相互作用力.
一、摩擦起电与感应起电的比较
　方式
内容　
摩擦起电
感应起电
产生及
条件
两不同绝缘体摩擦时
导体靠近带电体时
现　象
两物体带上等量异种电荷
导体两端出现等量异种电荷，且电性与原带电体“近异远同”
原　因
不同物质的原子核对核外电子的束缚能力不同而发生电子得失
导体中的自由电子受到带正(负)电物体吸引(排斥)而靠近(远离)
举　例
毛皮与橡胶棒摩擦后分别带正电和负电
放于电场中的导体两端带有等量异种电荷
实　质
均为电荷在物体之间或物体内部的转移
例1　如图1－1－1所示，将一束塑料包扎带一端打结，另一端撕成细条后，用手迅速捊细条，观察到细条散开了，则产生这种现象的原因是(　　)
图1－1－1
A.细条之间相互感应起电，相互排斥散开
B.撕成细条后，所受重力减小，细条自然松散
C.撕成细条后，由于空气浮力作用，细条散开
D.由于摩擦起电，细条带同种电荷，相互排斥散开
答案　D
解析　产生这一现象的原因是由于摩擦，使细条上带了同种电荷，由于同种电荷的相互排斥，所以细条散开，故D正确，A、B、C错误.
二、电荷守恒定律的理解和应用
1.“总量”：指电荷的代数和.
2.起电过程的本质：电子发生了转移，也就是说物体所带电荷的重新分配.
3.两个完全相同的金属球接触后将平分电荷，即Q1′＝Q2′＝，Q1和Q2可以是同种电荷，也可以是异种电荷.
例2　A、B两物体均不带电，相互摩擦后A带负电荷，电荷量大小为Q，则B的带电情况是(　　)
A.带正电荷，电荷量大于Q
B.带正电荷，电荷量等于Q
C.带负电荷，电荷量大于Q
D.带负电荷，电荷量等于Q
答案　B
解析　根据电荷守恒定律可知，B应带正电荷，电荷量的大小应等于Q，故B正确，A、C、D错误.
三、库仑定律的理解和应用
1.库仑定律的适用条件：适用于真空中静止的点电荷.真空中的电荷若不是点电荷，如图所示.同种电荷时，实际距离会增大，如图1－1－2(a)所示；异种电荷时，实际距离会减小，如图1－1－2(b)所示.
图1－1－2
2.用公式计算库仑力的大小时，只将电荷量的绝对值代入公式中计算出力的大小，力的方向根据同种电荷相斥、异种电荷相吸加以判断.
3.如果一个点电荷同时受到另外的两个或更多的点电荷的作用力，则它实际受到的库仑力为各个电荷对它的库仑力的矢量和.
4.两个点电荷间的库仑力遵从牛顿第三定律，不管两带电体带电荷量大小如何，它们之间的库仑力大小总是相等的.
例3　真空中有甲、乙两个点电荷，其相互作用力为F.要使它们之间的相互作用力变为2F，下列方法可行的是(　　)
A.使甲、乙电荷量都变为原来的 倍
B.使甲、乙电荷量都变为原来的
C.使甲、乙之间距离变为原来的 倍
D.使甲、乙之间距离变为原来的
答案　AD
解析　根据库仑定律F＝k分析可得，通过改变电荷量和电荷之间的距离即可改变库仑力的大小，故A、D项正确.
针对训练1　真空中两点电荷所带电量分别为＋2Q和－2q，相距为2r，它们之间的静电力是(　　)
A.k B.k
C.k D.k
答案　A
解析　根据F＝k，可得F＝k＝k，故A正确，B、C、D错误.
电荷及其作用
1.关于电荷及相互作用，下列说法中正确的是(　　)
A.丝绸和玻璃棒摩擦后，玻璃棒带正电是由于丝绸上一些正电荷转移到玻璃棒上
B.丝绸和玻璃棒摩擦后，玻璃棒带正电是由于玻璃棒上一些正电荷转移到丝绸上
C.真空中两个点电荷电荷量均增加为原来的2倍，距离不变，则它们之间的作用力变为原来的4倍
D.真空中两个点电荷间距离增为原来的2倍，电荷量均不变，则它们之间的作用力变为原来的一半
答案　C
解析　能够移动的是负电荷电子，A、B项错误；由库仑定律F＝，C项正确，D项错误.
电荷守恒定律的理解和应用
2.两个完全相同的金属小球A、B所带电荷量分别为＋3Q和－Q，将两小球接触后，小球A的带电荷量为(　　)
A.＋3Q B.＋2Q
C.＋Q D.－Q
答案　C
解析　小球接触过程中电荷要先中和后平分，Q1′＝Q2′＝＝＝Q，选项C正确.
库仑定律的理解及应用
3.要使真空中的两个点电荷间的库仑力增大到原来的4倍，下列方法可行的是(　　)
A.每个点电荷的带电荷量都增大到原来的2倍，电荷间的距离不变
B.保持点电荷的带电荷量不变，使两个点电荷间的距离增大到原来的2倍
C.使一个点电荷的带电荷量加倍，另一个点电荷的带电荷量保持不变，同时使两点电荷间的距离减小为原来的
D.保持点电荷的带电荷量不变，将两个点电荷间的距离减小为原来的
答案　AD
解析　根据库仑定律F＝k，知FA＝＝4F，A项正确；FB＝＝，B项错误；FC＝＝8F，C项错误；FD＝＝4F，D项正确.
4.如图1－1－3所示，小球A固定在绝缘支架上，小球B用丝线悬挂，两小球均带有正电荷.现将A向右移近B，观察到丝线与竖直方向的夹角增大， 这表明电荷间的作用力(　　)
图1－1－3
A.随距离的减小而增大
B.随距离的减小而减小
C.随电荷量的减小而增大
D.随电荷量的减小而减小
答案　A
解析　丝线与竖直方向的夹角增大说明电荷间的作用力增大。在该题中A、B的电荷量不变，随着A、B间距离的减小电荷间的作用力增大，表明电荷间的作用力随距离的减小而增大，选项A正确.
(时间：60分钟)
题组一、电荷及其作用
1.电荷量的国际单位是(　　)
A.千克 B.库仑
C.伏特 D.牛顿
答案　B
2.科学家在研究原子、原子核及基本粒子时，为了方便，常常用元电荷作为电荷量的单位。关于元电荷，下列说法中不正确的是(　　)
A.把质子或电子叫元电荷
B.1.60×10－19 C的电荷量叫元电荷
C.电子带有最小的负电荷，其电荷量的绝对值叫元电荷
D.质子带有最小的正电荷，其电荷量的绝对值叫元电荷
答案　A
解析　最小电荷量叫做元电荷，用e表示，e＝1.60×10－19C，选项B正确；质子和电子所带的电荷量的绝对值叫元电荷，但它们本身并不是元电荷，选项A错误，C、D正确.
3.将两只充气气球在头发上摩擦后放在绝缘水平桌面上，关于两只气球之间的静电相互作用，下列说法正确的是(　　)
A.气球带同种电荷相互吸引
B.气球带同种电荷相互排斥
C.气球带异种电荷相互吸引
D.气球带异种电荷相互排斥
答案　B
解析　两只气球分别与头发摩擦后会带有同种电荷，同种电荷相互排斥，故B正确，A、C、D错误..
题组二、电荷守恒定律的理解和应用
4.带电微粒所带的电荷量不可能是下列值中的(　　)
A.2.4×10－19 C B.－6.4×10－19 C
C.－1.6×10－18 C D.4.0×10－17 C
答案　A
解析　任何带电体的电荷量都只能是元电荷电荷量的整数倍，元电荷电荷量为e＝1.60×10－19 C，选项A中电荷量为倍，B中电荷量为4倍，C中电荷量为10倍，D中电荷量为250倍.B、C、D选项中的电荷量数值均是元电荷的整数倍，所以只有选项A是不可能的.
5.导体A带5q的正电荷，另一完全相同的导体B带－q的负电荷，将两导体接触后再分开，则导体B的带电荷量是(　　)
A.－q B.q
C.2q D.4q
答案　C
解析　导体接触过程中电荷要先中和后平分，Q1′＝Q2′＝＝＝2q，选项C正确.
6.如图1－1－4所示，将带正电的金属小球接触原来不带电的验电器A端之后拿走，关于验电器的带电情况正确的是(　　)
图1－1－4
A.A端带正电，B端带正电
B.A端带负电，B端带负电
C.A端带负电，B端带正电
D.A端带正电，B端带负电
答案　A
解析　根据电荷守恒定律可知，验电器的A端、B端都带了正电，故A正确，B、C、D错误.
题组三、库仑定律的理解及应用
7.关于点电荷，以下说法正确的是(　　)
A.足够小的电荷，就是点电荷
B.一个电子，不论在何种情况下均可视为点电荷
C.点电荷是一种理想化的模型
D.一个带电体能否看成点电荷，不是看它尺寸的绝对值，而是看它的形状和尺寸对相互作用力的影响能否忽略不计
答案　CD
解析　点电荷是一个抽象的物理模型，类似于质点模型，带电体的形状和大小对电学特征影响很小，以至于可以忽略时，该带电体可以看作点电荷，故C、D选项正确.
8.在真空中有两个点电荷，它们之间的静电力为F.如果保持它们各自所带的电荷量不变，将它们之间的距离减小到原来的一半，那么它们之间静电力的大小等于(　　)
A.2F B.
C.4F D.
答案　C
解析　由库仑定律F＝k知，电荷量不变，r减小到原来的一半，则F′＝＝4k＝4F.
9.带电体A固定在绝缘支架上，用一根绝缘丝线将带电小球依次悬挂在1、2、3、4、5、6六个不同的位置，丝线偏转情况如图1－1－5所示.小球在不同位置时受到带电体A的库仑力(　　)
图1－1－5
A.方向不同，离A越远库仑力越小
B.方向相同，离A越远库仑力越小
C.方向相同，离A越远库仑力越大
D.方向不同，离A越远库仑力越大
答案　A
解析　小球在不同位置时受到带电体A的库仑斥力方向不同，大小与距离有关，也不同，根据F＝，判断离A越远库仑力越小.
题组四、电荷守恒定律和库仑定律的综合应用
10.如图1－1－6所示 ，点电荷＋Q固定，点电荷＋q沿直线从A运动到B.此过程中，两电荷间的库仑力是(　　)
图1－1－6
A.吸引力，先变小后变大
B.吸引力，先变大后变小
C.排斥力，先变小后变大
D.排斥力，先变大后变小
答案　D
解析　因两点电荷是同种电荷，所以它们之间的库仑力为斥力，又因两点电荷之间的距离先减小后增大，根据F＝k可知库仑力先变大后变小，故D正确，A、B、C错误.
第2讲　电　场
[目标定位]　1.通过实验，认识电场，了解场这种物质存在的特点.2.理解电场强度的概念，会用电场强度描述电场.3.了解什么是电场线，会用电场线来描述电场的强弱和方向.
一、电场
1.电荷的周围存在着一种叫做电场的物质，电荷之间是通过电场发生相互作用的.电场的基本性质是对放入其中的电荷有力的作用.
2.实物和场是物质存在的两种不同形式，虽然我们看不见电场和磁场，但是它们也是客观存在的物质.
想一想　电场看不见、摸不着，我们如何确定电场的存在？
答案　若把电荷放在某处，电荷受到力的作用，说明该处有电场.
二、电场强度
1.试探电荷：试探电荷的电荷量和体积都要非常小.
2.定义：放入电场中某点的电荷所受静电力F跟它的电荷量q的比值.通常用E表示.
3.定义式：E＝.
4.国际单位：N/C.
5.矢量性：规定电场中某点的电场强度的方向跟正电荷在该点所受的电场力的方向相同.
6.物理意义：描述电场的强弱和方向.
想一想　有同学据电场强度的定义式E＝得出，“电场强度的大小与试探电荷受到的电场力成正比，与试探电荷的电荷量成反比”.这种说法正确吗？为什么？
答案　不正确.电场中某点的场强大小由电场本身决定，与试探电荷的电荷量q及其受力F大小无关.比值只是电场强度的定义式，并不能由此式得出场强与电荷受到的电场力成正比或与电荷量成反比.
三、电场线
1.电场线：电场线上每一点的切线方向都跟该点的电场强度方向一致.
2.电场线不仅可以表示电场强度的方向，还可以表示电场强度大小的分布情况.
3.电场线的特点
(1)电场线从正电荷或无限远出发，终止于无限远或负电荷；
(2)电场线在电场中不相交；
(3)在同一幅电场线分布图中电场越强的地方，电场线越密.
4.匀强电场
(1)定义：如果电场强度的大小和方向都相同，这个区域的电场叫匀强电场.
(2)特点：匀强电场中的电场线是距离相等的平行直线.
(3)存在：两块靠近的平行金属板，大小相等，互相正对，分别带等量的正负电荷，它们间的电场(除边缘外)就是匀强电场.
想一想　电场线是真实存在的吗？
答案　不是.电场线是人为画出来的，是为了形象地描述电场分布而假想的曲线，实际上并不存在.
一、对电场、电场强度、电场力的理解
1.对电场的理解
(1)电场是存在于电荷周围的一种特殊物质，并非由分子、原子组成，但客观存在.
(2)电场的基本性质：是对放入其中的电荷有力的作用，电荷间的相互作用是通过电场发生的.
(3)电场的方向：电场是有方向的，正电荷在电场中某点的受力方向为电场方向；负电荷在电场中某点的受力方向与电场方向相反.
2.对电场强度的理解
(1)电场强度E＝由电场本身决定，与放入其中的试探电荷无关.
(2)电场强度是矢量，它遵循矢量的特点和运算法则.
3.电荷受到的电场力：知道了电场强度，就可以求电荷在电场中受到的电场力F＝qE.
4.点电荷的电场强度
(1)大小：E＝，其中Q为点电荷的电荷量，k是静电力常量，r是到点电荷Q的距离.
(2)方向：正点电荷在P点的场强方向背离正点电荷，负点电荷在P点的场强方向指向负点电荷.如图1－2－1所示：
图1－2－1
例1　关于电场强度的下列说法中正确的是(　　)
A.电场强度在数值上等于单位电荷在电场中所受的电场力
B.在电场中某点不放电荷，则该点的电场强度一定为零
C.正电荷在电场中某点所受电场力的方向就是这点电场强度的方向
D.负电荷在电场中某点所受电场力的方向就是这点电场强度的方向
答案　AC
解析　由电场强度的定义式可知，电场强度在数值上等于单位电荷在电场中所受的电场力，选项A正确；电场中某点的场强大小由电场本身决定，与试探电荷的电荷量q及其受力F大小无关，选项B错误；正电荷在电场中某点所受电场力的方向就是这点电场强度的方向，选项C正确；负电荷在电场中某点所受电场力的方向与这点电场强度的方向相反，选项D错误.
针对训练1　下列各图是电场中某点的电场强度E与放在该点处检验电荷量q及检验电荷所受静电力F与电荷量q之间的函数关系图象，其中正确的是(　　)
答案　AD
解析　电场中某点的场强E只取决于电场本身，比值法E＝定义E，而大小与F、q无关，故A、D对，B、C错.
二、对电场线的理解
1.电场线：为形象地描述抽象的电场而引入的假想曲线.电场线上每一点的切线方向都跟该点的电场强度方向一致.
2.电场线的特点
(1)电场线从正电荷或无限远出发，终止于无限远或负电荷；
(2)电场线在电场中不相交；
(3)同一幅图中，电场线的疏密程度可定性地表示电场强度的大小.电场线越密的地方，场强越大；电场线越稀的地方，场强越小.
(4)电场线任一点顺着电场线的切线方向，就表示该点电场强度的方向，如图1－2－2所示.
图1－2－2
(5)电场线不是实际存在的曲线，是为了形象描述电场而假想的.
3. 几种常见的电场线(如图1－2－3所示)
图1－2－3
例2　下列电场中，A、B两点电场强度相同的是(　　)
答案　C
解析　电场强度是矢量，A、B两点电场强度相同，必须大小和方向都相同，故C项正确.
针对训练2　一个正点电荷的电场线分布如图1－2－4所示，A、B是电场中的两点，EA和EB分别表示A、B两点电场强度的大小，关于EA和EB的大小关系，下列说法正确的是(　　)
图1－2－4
A.EA＞EB
B.EA＝EB
C.EA＜EB
D.无法比较EA和EB的大小
答案　A
解析　电场线的疏密程度表示场强的大小，电场线越密说明场强越大，所以
EA＞EB，选项A正确.
对电场、电场强度的理解
1.在电场中某点放一个检验电荷，电荷量为q，检验电荷受到的电场力为F，则该点电场强度为E＝，下列说法正确的是(　　)
A.若移去检验电荷，该点的电场强度就变为零
B.若在该点放一个电荷量为2q的检验电荷，该点的场强就变为
C.若在该点放一个电荷量为－2q的检验电荷，则该点电场强度大小仍为E，但电场强度的方向与原来的方向相反
D.若在该点放一个电荷量为2q的检验电荷，则该点的电场强度大小仍为E，电场强度的方向还是原来的电场强度方向
答案　D
解析　因为电场中某点的电场强度的大小和方向由电场本身决定，跟检验电荷无关，所以，移去检验电荷或在该点放电荷量为2q或－2q的检验电荷，该点电场强度均不变.故D正确，A、B、C错误.
2.关于电场强度，下列说法正确的是(　　)
A.以点电荷为球心、r为半径的球面上，各点的场强相同
B.正电荷周围的电场一定比负电荷周围的电场场强大
C.若放入正电荷时，电场中某点的场强向右，则当放入负电荷时，该点的场强仍向右
D.电荷所受到的电场力很大，即该点的电场强度很大
答案　C
解析　以点电荷为球心，r为半径的球面上，各点的场强大小相等，方向不同，A错误；由E＝知，点电荷周围的场强大小仅与Q及r有关，与电荷的正、负无关，B错误；电场中某点场强的方向为恒定的，不会随着放入的试探电荷的电性变化而变化，C正确；由E＝知，电场力F很大，场强不一定大，D错误.
对电场线的理解
3.在静电场中，对电场线的理解正确的是(　　)
A.电场线是真实存在的一簇曲线
B.电场线从正电荷或无限远出发，终止于无限远或负电荷
C.电场线一定不相交
D.在同一幅电场线分布图中电场越弱的地方，电场线越密
答案　BC
解析　电场线是为了研究电场分布而假想的曲线，实际并不存在，选项A错误；电场线从正电荷或无限远出发，终止于无限远或负电荷，选项B正确；电场线一定不相交，选项C正确；在同一幅电场线分布图中电场越强的地方，电场线越密，选项D错误.
4.如图1－2－5所示，一点电荷先后置于匀强电场中的A、B两点，则该点电荷在这两点所受的电场力(　　)
图1－2－5
A.大小相等，方向相同
B.大小相等，方向相反
C.大小不等，方向相同
D.大小不等，方向相反
答案　A
解析　在匀强电场中各点的电场强度大小相等、方向相同，由F＝Eq可知，点电荷在A、B两点所受的电场力也大小相等、方向相同，故A对，B、C、D错.
(时间：60分钟)
题组一、对电场、电场强度的理解
1.下列说法正确的是(　　)
A.电荷只有通过接触才能产生力的作用
B.只要有电荷存在，电荷周围就一定存在电场
C.电场是一种物质，它与其它物质一样，是不依赖我们的感觉而客观存在的
D.电荷间的相互作用是通过电场产生的，电场的基本性质是对放入其中的电荷有力的作用
答案　BCD
解析　电荷间相互作用是通过电场相互作用的，所以不需要通过接触就能产生力的作用，故A错误；只要有电荷存在，电荷周围就一定存在电场，故B正确；电场是一种物质，看不见也摸不着，它与其它物质一样，是不依赖我们的感觉而客观存在的，故C正确；电荷间的相互作用是通过电场产生的，电场的基本性质是对放入其中的电荷有力的作用，故D正确.
2.下列选项中属于物理学中的理想化模型的是(　　)
A.电场强度 B.质点
C.点电荷 D.元电荷
答案　BC
解析　电场强度采用了比值定义法；质点和点电荷忽略了物体或带电体的形状和大小，属于理想化模型；元电荷是最小的电荷量.选项B、C正确，A、D错误.
3.电场中有一点P，下列说法正确的是(　　)
A.若放在P点的试探电荷的电荷量减半，则P点的场强减半
B.若P点没有试探电荷，则P点的场强为零
C.P点的场强越大，则同一电荷在P点受到的静电力越大
D.P点的场强方向为正试探电荷在该点所受静电力的方向
答案　CD
解析　电场强度是源电荷(产生电场的电荷)电场的属性，与放入电场中的电荷无关，A、B错误；电场强度的定义式提供了通过试探电荷确定场强大小和方向的途径，如果已知E，则由E＝的变式F＝qE，可以确定静电力的大小和方向.故C、D正确.
4.真空中距点电荷(电荷量为Q)为r的A点处，放一个带电荷量为q(q≤Q)的点电荷，q受到的电场力大小为F，则A点的场强为(　　)
A. B.
C.k D.k
答案　BD
解析　由电场强度的定义式，可得场强E＝，选项A错误，B正确；由库仑定律可得F＝k，所以场强E＝＝k，选项C错误，D正确.
题组二、对电场线的理解
5.在如图所示的四种电场中，分别标记有a、b两点，其中a、b两点电场强度大小相等、方向相反的是(　　)
答案　C
解析　A图中与点电荷等距的a、b两点，场强大小相同，方向不同但不相反，A错误；对B图来说，根据电场线的疏密及对称性可判断，b点和a点场强大小、方向均相同，B错误；C图中两等量同种电荷连线的中垂线上与连线等距的a、b两点，场强大小相同，方向相反，C正确；对D图来说，根据电场线的疏密可判断，b点的场强大于a点的场强，D错误.
6.电场中某区域的电场线分布如图1－2－6所示，A、B是电场中的两点，则(　　)
图1－2－6
A.A点的电场强度较大
B.A、B两点的电场强度方向相同
C.因为B点没有电场线，所以电荷在B点不受到电场力作用
D.同一点电荷放在A点受到的电场力比放在B点时受到的电场力小
答案　A
解析　电场线是人为想象出来的曲线，它不是客观存在的.用它可以形象直观表示带电体周围的电场分布情况.B点也存在电场.
7.如图1－2－7所示，为某一电场中的一条电场线，a、b为线上的两点，则下列判断正确的是(　　)
图1－2－7
A.这是一个匀强电场
B.a点场强一定比b点场强大
C.a点场强可能比b点场强小
D.不知a、b附近电场线的分布情况，场强大小不能确定
答案　CD
解析　电场线的疏密程度表示电场的强弱，一条电场线无法判断电场线的疏密程度，当然也就无法判断电场的强弱.
8.下列各图中，正确描绘一个负电荷电场线的是(　　)
答案　A
9.如图1－2－8所示，a、b是等量异种点电荷连线的中垂线上的两点。现将某检验电荷分别放在a、b两点，下列说法正确的是(　　)
图1－2－8
A.受到的电场力大小相等，方向相同
B.受到的电场力大小相等，方向相反
C.受到的电场力大小不相等，方向相反
D.受到的电场力大小不相等，方向相同
答案　D
解析　电场线越密处场强越大，等量异种电荷连线中垂线上各点的场强方向相同，D项正确.
10.如图1－2－9所示的电场中，A点的电场强度E＝2.0×104 N/C.将电荷量q＝＋2.0×10－8 C的点电荷放在A点.
图1－2－9
(1)求该点电荷在A点所受静电力F的大小；
(2)在图中画出该点电荷在A点所受静电力F的方向.
答案　(1)4.0×10－4 N
(2)点电荷在A点所受静电力的方向如图所示
解析　 (1)电场力F＝qE＝2.0×10－8C×2.0×104 N/C＝4.0×10－4 N
(2)正电荷在某点所受电场力的方向与该点的场强方向相同，所以该点电荷在A点所受静电力F的方向如答案图所示.
第3讲　生活中的静电现象
[目标定位]　1. 了解生活中常见的静电现象，会用所学知识解释简单的静电现象.2.了解一些常见的静电的应用和防止的事例.
一、放电现象
1.火花放电：身体上积累大量电荷，如果手指靠近金属物品，会看到火花、听到噼啪声.
2.接地放电：为了防止电荷在导体中过量聚集，常常用导线把带电导体与大地连接起来，进行接地放电.
二、雷电和避雷
1.云层之间或云层与地面之间发生强烈放电时，能产生耀眼的闪光和巨响，这就是闪电和雷鸣.
2.避雷针
(1)尖端放电：电荷在导体表面的分布是不均匀的，突出的位置，电荷比较密集；平坦的位置，电荷比较稀疏；导体尖锐部位的电荷特别密集，尖端附近的电场就特别强，会产生尖端放电.
(2)避雷针利用了尖端放电的原理.
想一想　一般情况下避雷针的顶端应做成尖头还是圆头？
答案　尖头.由于导体尖锐部分电荷分布密集，易发生尖端放电，故要让导体上的电荷尽快通过尖端放电原理放走，应将导体的某部位做得尖锐些，所以避雷针应做成尖头的.
三、静电的应用和防止
1.应用：静电除尘、静电喷漆、静电复印等.
2.防止：避雷针、接地放电等.
想一想　静电除尘的过程中，烟尘在什么力的作用下向筒壁运动？
答案　电场力.当管内接通高压时，管内存在强电场，它使空气电离而产生负离子和正离子.负离子在电场力的作用下，向正极移动时，碰到烟尘微粒使它带负电.因此，带电尘粒在电场力的作用下，向管壁移动，并附在管壁上，这样，消除了烟尘中的尘粒.
一、尖端放电与避雷针
1.尖端放电原理：电荷在导体表面的分布是不均匀的，突出的位置，电荷比较密集；平坦的位置，电荷比较稀疏；导体尖锐部位的电荷特别密集，尖端附近的电场就特别强，会产生尖端放电.
2.尖端放电现象的应用——避雷针
避雷针利用了尖端放电原理，使建筑物附近的云中的电荷积累不很多时，就能通过避雷针的尖端放电而逐渐中和，因而不会在建筑物附近产生雷电，使其免遭雷击.
例1　油罐车后面都有一条拖地的铁链，其作用是(　　)
A.向外界散热
B.把电荷导入大地，避免由静电造成危害
C.作为油罐车的标志
D.发出响声，提醒其他车辆和行人的注意
答案　B
解析　油罐车上的搭地铁链是为了把产生的静电导走，属于接地放电，故B正确.
针对训练1　下列关于避雷针的说法中，正确的是(　　)
A.避雷针避雷是中和云层中的异种电荷
B.为了美观，通常把避雷针顶端设计成球形
C.避雷针是利用了尖端放电的原理制成的
D.以上说法都不对
答案　AC
解析　避雷针通过尖端放电中和了云层中的异种电荷而避雷的，所以避雷针的顶端设计成尖头，选项A、C正确，B、D错误.
二、静电的应用与防止
1.静电的应用
(1)静电除尘(如图1－3－1所示)
静电除尘的基本原理是在A、B间接上高电压使空气电离，电子在向着正极A运动的过程中，遇到烟气中的煤粉，使煤粉带负电，吸附到正极A上，最后在重力的作用下落入下面的漏斗中.
图1－3－1
(2)静电喷漆
当油漆从喷枪中喷出时，喷嘴使油漆微粒带正电.它们相互排斥，扩散开来形成一大团漆云，被吸附在带负电的物体表面.
2.静电的防止：避雷针、运输汽油的车辆有一条铁链、飞机轮胎使用导电橡胶、地毯中加入铜丝等。
例2　静电在各种产业和日常生活中有着重要的应用，如静电除尘、静电复印等，所依据的基本原理几乎都是让带电的物质微粒在电场作用下奔向并吸附到电极上.现有三个粒子a、b、c从P点向下射入由正、负电极产生的电场中，它们的运动轨迹如图1－3－2所示，则(　　)
图1－3－2
A.a带负电荷，b带正电荷，c不带电荷
B.a带正电荷，b不带电荷，c带负电荷
C.a带负电荷，b不带电荷，c带正电荷
D.a带正电荷，b带负电荷，c不带电荷
答案　B
解析　正电荷所受电场力与电场强度方向相同，负电荷所受电场力与电场强度方向相反.结合两等量异种点电荷之间的电场线的分布可知，a带正电荷，b不带电荷，c带负电荷.
针对训练2　下列关于静电除尘的说法中正确的是(　　)
A.进入除尘器后，烟雾中的颗粒被强电场电离而带正电，颗粒向电源负极运动
B.除尘器中的空气被电离，烟雾颗粒吸附电子而带负电，颗粒向电源正极运动
C.烟雾颗粒带电后，受到竖直向下的电场力而向下运动
D.烟雾颗粒被强电场粉碎成更小的颗粒，排到大气中人眼看不到
答案　B
解析　静电除尘器的两个电极接高压电源，极间形成强电场，使空气发生电离，自由电子在电场力作用下，向正极加速运动，电子被烟雾颗粒吸附后，一起向电源正极运动，在正极积聚大量颗粒，在重力作用下，从除尘器的下部排出，B正确.
尖端放电与避雷针
1.如图1－3－3所示是模拟避雷针作用的实验装置.金属板M接高压电源的正极，金属板N接负极.金属板N上有两个等高的金属柱A、B，A为尖头，B为圆头.逐渐升高电源电压，当电压达到一定数值时，可看到放电现象.先产生放电现象的是(　　)
图1－3－3
A.A金属柱
B.B金属柱
C.A、B金属柱同时
D.可能是A金属柱，也可能是B金属柱
答案　A
解析　由于导体尖端电荷比较密集，故容易产生放电现象.
2.我国是世界文明古国之一，在古代书籍中有许多关于物理现象的记载.西晋张华的《博物志》中写道：“今人梳头、脱着衣时，有随梳、解结有光者，也有咤声”.此处所描述的现象属于(　　)
A.静电现象 B.磁化现象
C.退磁现象 D.摩擦生热现象
答案　A
静电的应用与防止
3.专门用来运输柴油、汽油的油罐车，在它的尾部都装有一条拖在地上的铁链，对它的作用，下列说法中正确的是(　　)
A.让铁链与路面摩擦产生静电，使油罐车积累一定的静电荷
B.让铁链发出声音，以引起其他车辆的注意
C.由于罐体与油摩擦产生了静电，罐体上的静电被铁链导入大地，从而避免了火花放电
D.油罐车的尾部装有拖地的铁链，这是一种时尚
答案　C
解析　在运输柴油、汽油时，油罐车由于上下、左右颠簸摇摆，造成油和油罐的摩擦而产生静电，汽车轮胎导电性能不好，难以把静电导入大地，安装铁链的目的就是避免静电的积累.
4.静电喷涂是利用静电现象制造的，其喷涂原理如图1－3－4 所示，则以下说法正确的是(　　)
图1－3－4
A.在喷枪喷嘴与被喷涂工件之间有一强电场
B.涂料微粒一定带正电
C.涂料微粒一定带负电
D.涂料微粒可能带正电，也可能带负电
答案　AC
解析　由正电荷对涂料的吸引作用可得出涂料带负电荷.
(时间：60分钟)
题组一、尖端放电与避雷针
1.人们在晚上脱衣服时，有时会看到火花四溅，并伴有“噼啪”声，这是因为(　　)
A.衣服由于摩擦而产生了静电
B.人体本身是带电体
C.空气带电，在衣服上放电所致
D.以上说法均不正确
答案　A
解析　若我们身穿含有化纤成分的衣服，且不断运动，使衣服与衣服之间，衣服与皮肤之间不停地摩擦，在摩擦中会使衣服上带有异种电荷.在脱衣服时正电荷和负电荷碰到一起就产生放电现象，于是我们听到“噼啪”的放电声音，在晚上还可以看见火花.
2.避雷针能够避免建筑物被雷击的原因是(　　)
A.云层中带的电荷被避雷针通过导线导入大地
B.避雷针的尖端向云层放电，中和了云层中的电荷
C.云层与避雷针发生摩擦，避雷针上产生的电荷被导入大地
D.以上说法都不对
答案　B
解析　带电荷的云层靠近避雷针时，在避雷针尖端感应出与云层相反的电荷，达到一定程度后就向空中放电，中和云层中的电荷，从而避免建筑物遭受雷击.
3.在建筑物上安装避雷针的目的是(　　)
A.避免电荷在建筑物上过多地积累
B.避免强烈放电现象的发生
C.可以直接导走云层中的电荷
D.可以直接导走建筑物上的电荷
答案　ABD
解析　避雷针应用了尖端放电的原理.避雷针上产生的感应电荷通过尖端放电，中和了云层中的电荷，使建筑物免遭雷击，故A、B、D对，C错.
4.古希腊贵族妇女外出时都喜欢穿柔软的丝绸衣服，带琥珀做的首饰.人们发现，不管将琥珀首饰擦得多干净，它很快就会吸上一层灰尘，这主要是因为(　　)
A.琥珀是一种树脂化石，树脂具有黏性，容易吸附灰尘
B.室外的灰尘比较多，在琥珀上积聚的速度比较快
C.经丝绸摩擦后的琥珀带电，能吸引灰尘
D.琥珀具有磁性，周围的灰尘经磁化后被琥珀吸引
答案　C
解析　带电体能吸引轻小物体，所以C项正确.
题组二、静电的应用与防止
5.下列哪项不属于静电的利用(　　)
A.静电复印 B.静电除尘
C.使用避雷针 D.静电喷涂
答案　C
解析　复印机复印文件资料，就是利用静电使墨粉吸附在鼓上，故A属于静电的利用；静电除尘时除尘器中的空气被电离，烟雾颗粒吸附电子而带负电，颗粒向电源正极运动，故B属于静电应用；下雨天，云层带电打雷，往往在屋顶安装避雷针，是导走静电，防止建筑物遭雷击，故C属于静电防止；喷枪喷出的油漆微粒带正电，因相互排斥而散开，形成雾状，被喷涂的物体带负电，对雾状油漆产生引力，把油漆吸到表面，D属于静电应用.
6.为了防止静电产生的危害，下列做法正确的(　　)
A.在高大的建筑物顶端装上避雷针
B.小汽车上有一根露在外面的小天线
C.在高大的烟囱中安装静电除尘器
D.汽车制造厂车间里进行静电喷漆
答案　A
解析　当打雷的时候，由于静电感应，在高大的建筑物顶端积累了很多的静电，容易导致雷击事故，所以在高大的建筑物顶端安装避雷针可以利用尖端放电，中和云层电荷，保护建筑物的安全，属于静电危害的防止，选项A符合题意；小汽车上有一根露在外面的小天线，是接收无线电信号的，与静电的利用和防止无关，选项B不符合题意；静电除尘时除尘器中的空气被电离，烟雾颗粒吸附电子而带负电，颗粒向电源正极运动，属于静电应用，选项C不符合题意；喷枪喷出的油漆微粒带正电，因相互排斥而散开，形成雾状，被喷涂的物体带负电，对雾状油漆产生引力，把油漆吸到表面，属于静电应用，选项D不符合题意.
7.小强在加油站加油时，看到加油机上有如图1－3－5所示的图标，关于图标涉及的物理知识及其理解，下列说法正确的(　　)
图1－3－5
A.制作这些图标的依据是静电屏蔽原理
B.工作人员工作时间须穿绝缘性能良好的化纤服装
C.化纤手套与接触物容易摩擦起电存在安全隐患
D.用绝缘的塑料梳子梳头应该没有关系
答案　C
解析　据题意，梳头过程中梳子与头发摩擦会产生放电现象，选项D错误；非棉手套、衣服与身体摩擦更容易产生静电，选项B错误，选项C正确；脱衣服过程因为摩擦会产生静电，这些图标都是为了防止静电引起火灾，故选项A错误.
8.关于静电的利用和防止，以下说法正确的是(　　)
A.没有安装避雷针的建筑物一定会被雷电击毁
B.油罐车行驶途中车尾有一条铁链拖在地上，避免产生电火花引起爆炸
C.飞机起落架的轮胎用绝缘橡胶制成，可防止静电积聚
D.手术室的医生和护士都要穿绝缘性能良好的化纤制品，可防止麻醉药燃烧
答案　B
解析　下雨时，一般会有雷电，如果在高大建筑物顶端装上避雷针，通过避雷针与大地相连，就能及时把电荷导入大地，从而避免建筑物被雷电击坏，如果没有安装会有危险，但对低矮的建筑不至于一定被雷电击毁，选项A说法错误；油罐车在运动的过程中，由于里面的油在晃动，也会摩擦产生静电，后面拖一条的铁链就可以及时的把产生的静电导走，有利于消除静电，故B符合题意；飞机上
的着地轮装有搭地线或用导电橡胶做轮胎，是为了及时地把飞机在飞行过程中由于摩擦而产生的电荷通过导体而转移给大地，以免发生放电现象，保证飞机和乘客的安全，选项C说法错误；绝缘性能良好的化纤制品的衣服不能及时把静电导入大地，容易造成手术事故，选项D说法错误.
9.图1－3－6为静电除尘器除尘机理的示意图，尘埃在电场中通过某种机制带电，在电场力的作用下向集尘极迁移并沉积，以达到除尘目的，下列说法正确的有(　　)
图1－3－6
A.到达集尘极的尘埃带正电荷
B.电场方向由集尘极指向放电极
C.带电尘埃所受电场力的方向与电场方向相同
D.在同一位置带电量越多的尘埃所受电场力越大
答案　BD
解析　由图可知，集尘极带正电，电场方向应由集尘极指向放电极，带电尘埃带负电，所受电场力的方向与电场方向相反，故B正确，A、C错误；由F＝Eq可知D正确.
10.静电除尘器是目前普遍采用的一种高效除尘器，如图1－3－7所示，A为带电极板，实线为除尘器内电场的电场线，虚线为某粒带电粉尘的运动轨迹，P、Q为运动轨迹上的两点，下列说法正确的是(　　)
图1－3－7
A.该电场是一个匀强电场
B.带电极板A带负电
C.该带电粉尘带负电
D.该带电粉尘在P、Q两点所受电场力的大小FP＞FQ
答案　C
解析　根据电场线的分布可知，该电场不是匀强电场，电极板A应带正电，带电粉尘在P、Q两点所受电场力的大小FP＜FQ，故A、B、D错误；由带电粒子的运动轨迹可知C正确.
第4讲　电容器
[目标定位]　1.了解电容器的功能，电容器如何工作，知道常见的电容器有哪些.
2.了解不同的电容器电容量不同，知道决定电容器电容的因素.
一、电容器
1.电容器：是储存电荷的装置.莱顿瓶是最早出现的电容器.
2.平行板电容器：在两个正对的平行金属板中间夹上一层绝缘物质——电介质.两个金属板是电容器的两个极板.
3.充电：把电容器两极板分别与电池正、负极相连，使电容器两极板分别带上等量异种电荷.
想一想　有的同学认为两个彼此绝缘的导体都是一个电容器，你认为这种说法对吗？为什么？
答案　不对.必须是两个绝缘又互相靠近的导体才是一个电容器.
二、电容器的电容
1.电容的大小：在一定的电压下，不同电容器的极板上储存的电荷有多有少，也就是电容器的电容有大有小.
2.电容器极板的正对面积越大，极板间的距离越近，电容器的电容就越大.极板间电介质的性质也会影响电容器的电容量.
3.国际单位制中，电容的单位是法拉，简称法，符号是F.实际常用的单位是微法(μF)和皮法(pF)，它们的关系是1 μF＝10－6__F，1 pF＝10－12__F.
想一想　是不是只有充了电的电容器才有电容，没有充电的电容器就没有电容？
答案　不是.电容器的电容是表示电容器容纳电荷本领大小的物理量，电容决定于电容器的本身结构，与电容器是否充电，充电多少无关.
一、对电容器的理解
1.电容器的带电荷量：电容器任意一个极板所带电荷量的绝对值.
2.充电：把电容器两极板分别与电池正、负极相连，使电容器两极板分别带有等量异种电荷.充电过程中电路中有瞬时电流；充电结束后，电容器所在电路中无电流，电容器两极板间的电压与充电电压相等.
图1－4－1
3.放电：充电结束后的电容器与用电器相连，电容器两个极板的电荷量瞬时减少为零. 放电过程中电路中有瞬时电流，放电结束后，电容器所在电路中无电流，电容器两极板所带电荷量为零.
图1－4－2
4. 常见的几种电容器及符号
图1－4－3
例1　下列一组电容器是可变电容器的是(　　)
答案　D
解析　A、B、C项中的电容器均是固定电容器，D项中的电容器是可变电容器.
针对训练1　2015年4月16日，中国南车设计制造的全球首创超级电容储能式现代电车在宁波下线，不久将成为二三线城市的主要公交用车.这种超级电车的核心是我国自主研发、全球首创的“超级电容器”.如图1－4－4所示，这种电容器安全性高，可反复充放电100万次以上，使用寿命长达十二年，且容量超大(达到9 500 F)，能够在10 s内完成充电.下列说法正确的是(　　)
图1－4－4
A.该“超级电容器”能储存电荷
B.该“超级电容器”的电容随电压的增大而增大
C.该“超级电容器”放电过程中把化学能转化为电能
D.充电时电源的正极应接“超级电容器”的负极
答案　A
解析　电容器能储存电荷，A正确；电容器的电容反映电容器容纳电荷的本领，由电容器本身决定，与电压无关，B错；电容器放电过程把电能转化为其他形式的能，C错误；电容器充电时，电源的正极接电容器的正极，D错误.
二、对电容器的电容的理解
电容器极板的正对面积越大，极板间的距离越近，电容器的电容就越大.极板间电介质的性质也会影响电容器的电容量.
例2　如图1－4－5所示，一平行板电容器与一电源连接，电源两端的电压保持不变，若使电容器两板间的距离变小，则(　　)
图1－4－5
A.电容器的电容比原来减小
B.电容器两板间的电压比原来减小
C.电容器所带的电荷量比原来增加
D.所带的电荷量比原来减少
答案　C
解析　电容器极板间的距离越近，电容器的电容就越大，选项A错误；充电结束后，电容器两极板间的电压与电源电压相等，选项B错误；在电压不变的情况下，电容增大，则电容器所带电荷量增加，选项C正确，D错误.
针对训练2　 下列哪些方法可以改变电容器的电容(　　)
A.改变电容器两极上的电荷量
B.改变电容器两极板间的电压
C.改变电容器两极板的正对面积
D.改变电容器两极板间的距离
答案　CD
解析　电容是表示电容器储存电荷能力的物理量，与电容器两极间的电压以及它所带的电荷量无关，与电容器两极板的正对面积、两极板间的距离以及极板间电介质的性质有关.故A、B错误，C、D正确.
对电容器的理解
1.关于电容器，以下说法中正确的是(　　)
A.电容器所带的电荷量是指两个极板所带电荷量的绝对值之和
B.电容器的电容跟它所容纳的电荷的电荷量无关，但跟两极板间的电压有关
C.可变平行板电容器的动片旋进(两极板正对面积减小)，它的电容就增大；旋出，它的电容就减小
D.任何两个彼此绝缘而又相互靠近的导体，就组成了电容器，跟这两个导体是否带电无关
答案　D
解析　电容器所带的电荷量是指一个极板所带电荷量的绝对值，故A错误；电容的大小与电容器两端的电压及电容器所带的电荷量无关，故B错误；减小平行板电容器的正对面积，其电容将减小，故C错误；任何两个彼此绝缘而又相互靠近的导体，就组成了电容器，跟这两个导体是否带电无关，故D正确.
2.一个电容器的规格是“10 μF，50 V”，则(　　)
A.这个电容器加上50 V电压时，电容才是10 μF
B.这个电容器的最大电容为10 μF，带电荷量较少时，电容小于10 μF
C.这个电容器所加电压不能低于50 V
D.这个电容器的电容总等于10 μF
答案　D
解析　电容是表示电容器容纳电荷本领大小的物理量，与电容器两端是否加电压，以及加多大电压无关，因此选项D正确.
对电容器的电容的理解
3.如图1－4－6所示，是一个由电池、电阻R与平行板电容器组成的串联电路，在增大电容器两极板间距离的过程中(　　)
图1－4－6
A.电容器电容变大 B.电容器电容变小
C.电容器放电 D.电容器充电
答案　BC
解析　电容器极板间距离越大，电容越小，故A错误，B正确；电容减小，在两极板间电压不变的情况下，电容器的带电荷量减小，故电容器要放电，C正确，D错误.
4.关于电容器，以下说法正确的是(　　)
A.电容器两板正对面积变大，电容变小
B.电容器两板距离变大，电容变小
C.两板间放入电介质，电容变大
D.两板间电压增大，电容变大
答案　BC
解析　电容器两板正对面积变大，电容变大，选项A错误；电容器两板距离变大，电容变小，选项B正确；两板间放入电介质，电容变大，选项C正确；电容的大小与两极板间的电压无关，选项D错误.
(时间：60分钟)
题组一、对电容器的理解
1.下列电学器件中，哪个是电容器(　　)
答案　C
2.下列关于电容器的说法正确的是(　　)
A.电容器可以由两个彼此绝缘的正对金属极板构成
B.电容器只能储存同种电荷
C.照相机闪光灯应用电容器放电发出强光
D.电容器既能充电也能放电
答案　ACD
解析　任意两个彼此绝缘而相距较近的导体都可以构成一个电容器，故选项A正确；电容器的两极板可带异种电荷，故选项B错误；照相机拍照前先用较长的时间(一般是几秒)给电容器充电，拍照时触发闪光灯，使电容器通过灯管放电，发出耀眼的白光，故选项C正确；电容器既能充电也能放电，故选项D正确.
3.电容器是一种常用的电子元件，对电容器认识正确的是(　　)
A.电容器的电容表示其储存电荷的能力
B.电容器的电容与它所带的电荷量成正比
C.电容器的电容与它两极板间的电压成正比
D.电容的常用单位有μF和pF，1 μF＝103 pF
答案　A
解析　电容是表征电容器容纳电荷本领大小的物理量，其大小由构成电容器本身因素决定，如极板正对面积、板间距离、电介质等，与是否带电、电压的高低等无关.1 μF＝106 pF.故只有选项A正确.
4.如图1－4－7所示的电路，当开关与a相连时，通过灵敏电流表?的电流方向________(选填“向左”或“向右”) .然后将开关与b相连，此时通过灵敏电流表?的电流方向________(选填“向左”或“向右”) .
图1－4－7
答案　向右　向左
解析　当开关与a相连时，电容器充电，电流向右通过灵敏电流表?；将开关与b相连，此时电容器放电，所以电流向左通过灵敏电流表?.
5.电阻器、电容器、电感器是电子电路中常用的元件，图1－4－8中“C”代表的元件是(　　)
图1－4－8
A.电阻器 B.电容器
C.电感器 D.开关
答案　B
题组二、对电容器的电容的理解
6.有关电容器的单位及换算正确的是(　　)
A.电容的单位是库仑
B.电容的国际单位是法拉
C.1法＝10－6微法
D.法拉是个很小的单位
答案　B
解析　电容的国际单位是法拉，选项A错误，B正确；法拉是个很大的单位，1法＝106微法，选项C、D错误.
7.关于电容器的电容，下列说法中正确的是(　　)
A.电容器两极的电压越大，电容就越大
B.电容器所带电荷量越多，电容就越大
C.电容器所带电荷量为零，电容就为零
D.电容器的电容与两极的电压及所带电荷量均无关，仅由电容器本身的因素决定
答案　D
解析　电容器的电容与两极的电压及所带电荷量均无关，仅由电容器本身的因素决定，D正确.
8.下列关于电容的说法中，正确的是(　　)
A.一只电容器所带的电荷量越大，电容越大
B.如果一个电容器两极板间没有电压，就没有电荷量，也就没有电容
C.对于可变电容器而言，在其他条件不变的基础上，电容器极板的正对面积越大，电容越小
D.对于可变电容器而言，在其他条件不变的基础上，电容器极板的正对面积越大，电容越大
答案　D
解析　电容是描述电容器容纳电荷本领大小的物理量，其大小是由电容器自身性质决定的，取决于两极板的正对面积、极板间的距离及两极板间电介质的种类这三个因素，所以A、B错误；对于可变电容器，动片旋入越多，正对面积越大，电容也就越大，故选项C错误，D正确.
9.如图1－4－9所示是用来测定角度θ的电容式传感器.当动片与定片之间的角度θ发生变化时，引起极板正对面积S的变化，使电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道θ的变化情况.下列说法正确的是(　　)
图1－4－9
A.θ变大，则C变大
B.θ变大，则C变小
C.θ变小，则C变大
D.θ变小，则C变小
答案　BC
解析　由题图知θ变大，S变小，C变小；同理，若θ变小，则S变大，C变大，故选项B、C正确.
第5讲　电流和电源
[目标定位]　1. 了解电流的形成原因及其定义式，知道电流的方向是如何规定的.2.了解电源的发明对人类生活产生的巨大影响.3.了解电源在电路中的作用.了解电动势的概念及常见电池电动势的大小.
一、电流
1.电流的形成：电荷的定向移动形成电流.电源在电路中的作用是保持导体上的电压，使导体中有持续的电流.
2.电流的方向：习惯上规定正电荷定向移动的方向为电流的方向.金属中电流的方向与电子定向移动的实际方向相反.
3.电流
(1)定义：通过导线横截面的电荷量Q与所用时间t的比值.它用来描述电流的强弱.用I表示.
(2)定义式： I＝.
(3)单位：国际单位是安培，简称安，符号A.常用单位还有毫安(mA)和微安(μA)，且1 mA＝10－3__A，1 μA＝10－6__A.
想一想　只要导体中自由电荷运动，导体中就有电流，这种说法正确吗？为什么？
答案　不正确.当导体两端无电压时，导体中的自由电子在做无规则热运动，但是导体中没有电流.
二、电源和电动势
1.一个闭合电路由电源、用电器和导线、开关构成.
2.电源把其他形式的能转化为电能.
3.电动势：不同的电源，两极间电压的大小不同.这是由电源本身的性质决定的，我们用电动势来描述这种特性.电源的电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压.电动势的符号是E，单位是伏特.
想一想　能不能说电源是把化学能转化为电能的装置？
答案　不能.不同种类的电源是把不同形式的能转化为电能.例如干电池是把化学能转化为电能；硅光电池是把光能转化为电能；水力发电机是把机械能转化为电能等.
一、对电流的进一步理解
1.电流的形成条件：(1)存在大量的自由电荷；(2)导体两端存在电压.
2.电流是标量：电流虽有方向，但不是矢量，是标量.运算遵循代数法则.
3.电流的方向：电流方向规定为正电荷定向移动的方向，金属导体中电流方向与自由电子定向移动方向相反.
4.电流定义式I＝为单位时间内通过某横截面的电荷量，Q只代入绝对值.电解液中正、负离子定向移动方向虽然相反，但正、负离子定向移动形成的电流方向相同，Q应为正、负电荷量绝对值之和.
例1　关于电流的概念，下列说法中正确的是(　　)
A.导线中有电荷运动就形成电流
B.电流是一个矢量，其方向就是正电荷定向运动的方向
C.在国际单位制中，电流是一个基本物理量，其单位安培是基本单位
D.对于导线，只要其两端电压为零，电流也必为零
答案　CD
解析　电流是电荷定向移动形成的，电流虽然有方向，但电流是标量，因电流的运算不满足平行四边形定则；电流是物理量中一个基本物理量，其单位“安培”在国际单位制中是一个基本单位；导体两端电压为零，导体中电流一定为零，故选项C、D正确.
针对训练1　关于电流的说法中正确的是(　　)
A.根据I＝Q/t，可知I与Q成正比
B.如果在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量相等，则导体中的电流是恒定电流
C.电流有方向，电流是矢量
D.电流的单位“安培”是国际单位制中的基本单位
答案　D
解析　依据电流的定义式可知，电流与Q、t皆无关，显然选项A错误；虽然电流是标量，但是却有方向，因此在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量虽然相等，但如果方向变化，电流也不是恒定电流，所以选项B错误；电流是标量，故选项C错误.
二、对电源、电动势的理解
1.电源的电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压(电动势等于电源的开路电压).
2.电动势的物理意义
电动势是描述电源把其他形式的能量转化为电能本领大小的物理量.
例2　关于电源的作用，下列说法正确的是(　　)
A.电源的作用是能为电流提供自由电子
B.电源的作用是使导体中形成电场
C.电源的作用是能够保持导体两端的电压
D.电源的作用是使自由电荷定向移动起来
答案　BCD
解析　电源的作用就是保持导体两端的电压，使导体中形成电场，使导体中的自由电荷在静电力作用下做定向运动，故B、C、D均正确，A错误.
针对训练2　下列说法中正确的是(　　)
A.电源的电动势实质上就是电源两极间的电压
B.电源的电动势在数值上等于两极间的电压
C.电源的电动势与电压的单位相同，但与电压有本质的区别
D.电动势越大，电源两极间的电压一定越高
答案　C
解析　电动势是描述电源把其他形式的能转化为电能本领大小的物理量，电动势与电压有着本质的区别，所以选项A错误，C正确；当电源开路时，电源两极间的电压在数值上等于电源的电动势，但在闭合电路中，电动势不等于电压，电动势越高，两极间的电压不一定高，所以选项B、D错误.
对电流的理解及应用
1.关于电流，下列说法中正确的是(　　)
A.通过导体横截面的电荷量越多，电流越大
B.对于导体，只要其两端有电压就有电流
C.单位时间内通过导线横截面的电荷量越多，导线中的电流就越大
D.因为电流有方向，所以电流是矢量
答案　BC
解析　由I＝知，Q大，I不一定大，还要看t的大小，故A错误，C正确；根据电流的形成条件知B正确；电流的方向表示电流沿导线循行的方向，它不是矢量，D错误.
2.关于电流的方向，下列说法正确的是(　　)
A.在金属导体中，电流的方向是自由电子定向移动的方向
B.在电解液中，电流的方向是负离子定向移动的方向
C.无论在何种导体中，电流的方向都与负电荷定向移动的方向相反
D.在电解液中，由于是正负电荷定向移动形成电流，所以电流有两个方向
答案　C
解析　电流的方向指正电荷定向移动的方向，与负电荷定向移动的方向相反，故A、B、D错误，C正确.
对电源、电动势的理解
3.电源电动势的大小反映的是(　　)
A.电源把电能转化成其他形式的能的本领的大小
B.电源把其他形式的能转化为电能的本领的大小
C.电动势1.5 V干电池把化学能转化为电能的本领比电动势为2 V的蓄电池强
D.以上说法均不正确
答案　B
解析　电源电动势是表征电源将其他形式的能转化为电能的一种本领，电动势越大意味着它将其他形式的能转化为电能的本领越强.
4.如图为某智能手机电池上的信息，电池支持“9V 2A”快充技术，电池充满仅需约1.3小时，轻度使用状态可使用一天.下列说法正确的是(　　)
A.9.88 W·h为该电池的电荷量
B.4.35 V为该电池的电动势
C.轻度使用时的平均功率约1 W
D.根据数据可以计算得到该电池的容量约为2 600 mA·h
答案　D
解析　9.88 W·h为电池储存的电能，A错误；3.8 V为该电池的电动势，B错误；轻度使用时的平均功率P＝＝ W＝0.41 W，C错误；该电池的容量Q＝It＝2×1 000×1.3 mA·h＝2 600 mA·h，D正确.
(时间：60分钟)
题组一、对电源、电动势的理解
1.对电源的认识，下列说法正确的是(　　)
A.电源是为电路提供自由电荷的装置
B.电源的作用是保持导体两端有持续的电压
C.电源的作用是使绝缘材料体变成导体
D.电源使导体中的自由电子发生定向移动
答案　BD
解析　
2.关于电源的作用，下列说法中正确的是(　　)
A.电源是能够提供持续电流的装置
B.电源是能够提供电压的装置
C.电源是把其他形式的能转化为电能的装置
D.所有电源都是把化学能转化为电能的装置
答案　ABC
解析　不同种类的电源是把不同形式的能转化为电能.例如干电池是把化学能转化为电能；硅光电池是把光能转化为电能；水力发电机是把机械能转化为电能等.所以只有D错误.
3.一节五号干电池的电动势是1.5 V，下列说法正确的是(　　)
A.一节一号干电池的电动势也是1.5 V
B.直接用电压表测干电池两端电压(不接入电路)，电压表示数应该是1.5 V
C.把这节电池与一个小灯泡构成闭合回路，这时两极间电压还是1.5 V
D.我们使用电池时常需几节串联起来用，这样是为了获得较高的电压
答案　ABD
解析　干电池不论型号大小，电动势都一样，故A正确；电动势在数值上等于电池没接入电路时两极间的电压，B正确；电池接入闭合回路后，由于电池有内阻，两极间电压将小于电动势，故C错误；串联电池是为了得到较高的电压，D正确.
4.关于电源，下列说法中正确的是(　　)
A.电源可将其他形式的能量转化为电能
B.在电源内部，电源依靠库仑力搬移电荷
C.在电源内部，电荷只在非静电力作用下定向移动
D.电源就是产生电荷的装置
答案　A
解析　电源内部，电荷在非静电力和静电力共同作用下定向移动，B、C错误；电源是将其他形式的能转化为电能的装置，电源并非产生了电荷，而是使电荷发生定向移动，A正确，D错误.
题组二、对电流的理解及应用
5.物理学中规定的电流方向是(　　)
A.负电荷的定向移动方向
B.正电荷的定向移动方向
C.自由电荷的定向移动方向
D.正负离子的定向移动方向
答案　B
6.关于电流的大小与方向，下列说法正确的是(　　)
A.电流越大表明导线中自由电荷越多
B.通过导线横截面的电荷量越多电流越大
C.金属导体中的自由电荷是电子，电子沿电流的反方向运动
D.电解液中有电流时，正负离子都定向移动，方向相反
答案　CD
解析　电流大小与自由电荷多少没有直接关系，故A错误；由I＝可知B错误；由电流方向的规定可知C、D正确.
7.一段横截面积为0.5 cm2的导体材料中，每秒钟有0.2 C正电荷和0.3 C负电荷相向运动，则电流强度是(　　)
A.0.2 A B.0.3 A
C.0.5 A D.104 A
答案　C
解析　I＝＝ A＝0.5 A.
8.电路中有一电阻，通过电阻的电流为5 A，当通电5分钟时，通过电阻横截面的电子数为(　　)
A.1 500个 B.9.375×1019个
C.9.375×1021个 D.9.375×1020个
答案　C
解析　q＝It，n＝＝＝9.375×1021个.
9.如图1－5－1所示是一种油箱内油面高度检测装置的示意图.图中油量表由电流表改装而成，金属杠杆的一端接浮标，另一端触点O接滑动变阻器R.当油箱内油面下降时，下列分析正确的是(　　)
图1－5－1
A.触点O向上滑动 B.触点O向下滑动
C.电路中的电流变大 D.电路中的电流变小
答案　AD
解析　当油面下降时，触点O向上滑动，电阻R增大，电路中的电流变小，故A、D正确，B、C错误.
10.来自质子源的质子(初速为零)经过一加速电压为800 kV的直线加速器加速，形成了1 mA的细柱形质子流，已知质子的电荷量e＝1.6×10－19 C，这束质子流每秒钟打到靶上的质子数为多少个？
答案　6.25×1015
解析　根据电流的定义式I＝，
则q＝It＝1×10－3×1 C＝1×10－3 C.
因此，这束质子流每秒钟打到靶上的质子数为
n＝＝个＝6.25×1015个.
第6讲　电流的热效应
[目标定位]　1.通过实验方法研究导体通电时发热与导体的电阻之间的关系.2.了解电流热效应跟哪些因素有关，理解焦耳定律，并能用焦耳定律解题.3.知道电功与电热的关系，了解生活中应用焦耳定律的例子，了解节约电能的一些方法.
一、电阻与电流的热效应
1.电流的热效应：电流通过导体时，使导体温度升高，电能转化为内能.
2.焦耳定律：电流通过导体产生的热量，跟电流的二次方、导体的电阻、通电时间成正比.即Q＝I2Rt.
3.热功率：在物理学中，把电热器在单位时间消耗的电能叫做热功率，即P＝＝I2R.在国际单位制中，热功率的单位是瓦特，简称瓦，符号是W.
4.电功率与热功率的关系：电能全部转化为内能时，电功率等于热功率；用电器消耗的电能只有一部分转化为内能时，电功率大于热功率.
想一想　你所知道的哪些用电器是电能全部转化为内能的？哪些用电器消耗的电能只有一部分转化为内能？它除了转化为内能外，还转化为哪些能量？
答案　电热器：电能全部转化为内能.
电动机：电能主要转化为机械能，少部分转化为内能.
二、白炽灯
1.白炽灯的工作原理是利用电流的热效应，使通电的金属丝温度升高，达到白热，从而发光.
2.以美国发明家爱迪生和英国化学家斯旺为代表的一批发明家，发明和改进了电灯.
想一想　电流通过白炽灯泡时，电能转化为什么能？
答案　电流通过白炽灯泡时，电能全部转化内能.
一、电流的热效应及其应用
1.电热和热功率
电热：Q＝I2Rt.
热功率：P＝Q/t＝I2R，电热器在单位时间内消耗的电能.
单位：电热的国际单位是“焦耳”，符号是“J”；热功率国际单位是“瓦特”，符号“W”.
2.额定功率与实际功率
用电器的额定功率是指用电器在额定电压下的功率，这时用电器能安全有效地工作.当电压不符合规定条件时，用电器的功率按实际的电压和电流来计算.
实际上用电器并不总是在额定电压下工作，实际功率可以小于额定功率，如果实际电压高于额定电压，实际功率会超过额定功率，容易损坏用电器甚至造成更大的危害，所以实际电压应避免超过额定电压.
3.电流热效应的应用
(1)各种电热器；(2)电路中的保险丝.
例1　锂电池能量密度高、绿色环保.现用充电宝为一手机锂电池(图1－6－1甲)充电，等效电路如图乙所示，充电宝的输出电压为U，输出电流为I，该锂电池的内阻为r，则(　　)
图1－6－1
A.充电宝输出的电功率为UI＋I2r
B.电能转化为化学能的功率为UI
C.锂电池产生的热功率为I2r
D.锂电池产生的热功率为
答案　C
解析　充电宝的输出功率P出＝UI，A错误；锂电池产生的热功率P热＝I2r，C正确，D错误；电能转化为化学能的功率P＝P出－P热＝UI－I2r，B错误.
针对训练1　通过电阻R的电流为I时，在时间t内产生的热量为Q，若电阻为2R，电流为时，则在时间t内产生的热量为(　　)
A.4Q B.2Q
C. D.
答案　C
解析　由焦耳定律得，
Q＝I2Rt，Q′＝()2(2R)t＝t，
所以Q′＝，只有选项C正确.
二、电功与电功率
1.电功与电功率
电功：W＝UIt，其中U、I分别是用电器两端的电压和通过它的电流.
电功率：P＝UI，表示消耗电能的快慢.
单位：电功的国际单位是“焦耳”，符号是“J”；电功率国际单位是“瓦特”，符号“W”.
2.电功与电热的关系
(1)在纯电阻电路中，消耗的电能全部转化为内能，故电功与电热相等，即
W＝Q＝UIt＝I2Rt＝t.
(2)在非纯电阻电路中，消耗的电能一部分转化为内能，还有一部分转化为其他形式的能，故电功大于电热，即W＝UIt>Q＝I2Rt，UIt＝I2Rt＋E其他.
例2　下表是某电饭锅铭牌上的部分内容，根据表中信息可得该电饭锅的额定电流为(　　)
电器名称
电饭锅
额定电压
220 V
额定功率
1 100 W
额定容量
4.0 L
A.0.2 A B.0.5 A
C.2.0 A D.5.0 A
答案　D
解析　根据P＝UI可得I＝＝ A＝5.0 A.故D正确，A、B、C错误.
针对训练2　一幢居民楼里住着生活水平各不相同的24户居民，所以整幢居民楼里有各种不同的电器，例如电炉、电视机、微波炉、电脑等.停电时，用欧姆表测得A、B间的电阻为R；供电后，各家用电器同时使用，测得A、B间的电压为U，进楼线电流为I，如图1－6－2所示.则计算该幢居民楼用电的总功率P为(　　)
图1－6－2
A.I2R B.
C.IU D.IU－I2R
答案　C
解析　因居民楼里的用电器不全是纯电阻，所以电功率P＝UI，C正确.
电流的热效应及其应用
1.如图1－6－3所示是某一电器的铭牌.从铭牌上的信息可推断该铭牌对应的电器可能是(　　)
图1－6－3
答案　A
解析　根据铭牌读出用电器的功率为24 W，选项中电饭锅、熨斗、电水壶都是大功率用电器，只有电风扇的功率较小，故A正确.
2.将一只“220 V，100 W”的小电动机，一台“220 V，100 W”的电视机，一把“220 V，100 W”的电烙铁分别接到220 V的电源上，在相同时间内，电流通过它们产生的热量最多的是(　　)
A.电动机 B.电烙铁
C.电视机 D.一样多
答案　B
解析　电动机、电视机消耗的电能没有完全用来发热，只有电烙铁消耗的电能全部转化为热量，选项B正确.
电功与电功率
3.对计算任何类型的用电器的电功率都适用的公式是(　　)
A.P＝I2R B.P＝U2/R
C.P＝UI D.P＝W/t
答案　CD
4.如图1－6－4为一种服务型机器人，其额定功率为48 W，额定工作电压为24 V，机器人的锂电池容量为20 A·h.则机器人(　　)
图1－6－4
A.额定工作电流为20 A
B.充满电后最长工作时间为2 h
C.电池充满电后总电量为7.2×104 C
D.以额定电流工作时每秒消耗能量为20 J
答案　C
解析　由P＝IU知额定电流I＝＝2 A，选项A错误；充满电后，锂电池容量为20 A·h，最长工作时间t＝＝10 h，选项B错误；电池充满电后总电荷量Q＝It＝20×3 600 C＝7.2×104 C，选项C正确；以额定电流工作时每秒消耗能量W＝IUt＝48 J，D错误.
(时间：60分钟)
题组一、电流的热效应及其应用
1.通电导体发热的规律是由下列哪位物理学家总结的(　　)
A.欧姆 B.焦耳
C.安培 D.法拉第
答案　B
2.下列用电器的工作原理是利用电流的热效应的是(　　)
A.电烙铁 B.电炉子
C.电磁炉 D.微波炉
答案　AB
解析　电烙铁、电炉子是电流通过电热丝而发热，是利用了电流的热效应，故A、B正确；电磁炉是利用交变电流产生交变的磁场，从而在锅体中产生涡流而发热；微波炉的工作原理是电流在微波管中产生了电磁波(微波)，微波使水分子高速振荡而加热食物，所以C、D项错误.
3.电炉通电后，电炉丝热得发红，而跟电炉连接的铜导线却不那么热，这是因为(　　)
A.通过铜导线的电流小，所以它消耗的电能也较少
B.电炉丝和铜导线消耗的电能相同，但铜导线散热快，所以就不那么热
C.通过电炉丝的电流大，所以它消耗的电能较多
D.铜导线电阻较小，所以它消耗的电能较少
答案　D
解析　电炉丝和铜导线是串联关系，故通过电炉丝的电流与通过铜导线的电流大小相等，电炉丝和铜导线在电学性能上的差别在于：前者的电阻大，后者的电阻很小，根据电流通过电阻发热的公式Q＝I2Rt，在电流相同条件下，相同的时间内，电炉丝的发热量比铜导线上的发热量大得多.因此我们看到电炉通电后，电炉丝热得发红而与之相连的铜导线却不那么热.
4.有三个用电器，其中一个为“220 V，60 W”的电风扇，一个为“220 V，60 W”的白炽灯，另一个是“220 V，60 W”的电热器，都在额定电压下工作相同的时间，比较这三个用电器产生的热量是(　　)
A.电风扇最多 B.白炽灯最多
C.电热器最多 D.都一样
答案　C
解析　三个用电器的电功率相同，工作相同的时间消耗的电能相同.电风扇把电能大部分转化为机械能，只有一小部分转化为内能；白炽灯把电能全部转化为内能，又有很少部分的内能转化为光能；电热器把电能全部转化为内能并全部以热量的形式放出.所以A、B、D项错误，只有C项正确.
题组二、电功与电功率
5.两个电阻并联在同一电路中，下列说法正确的是(　　)
A.电阻大的发热多 B.电阻小的发热多
C.一样多 D.无法比较
答案　B
6.从白炽灯上标有“220 V，100 W”的数据中，我们可以确定(不考虑温度对电阻的影响)(　　)
A.该电灯的额定电压为220 V，额定功率为100 W
B.给电灯加上220 V的直流电压，通过它的电流一定为 A
C.该电灯的电阻为48.8 Ω
D.该电灯在电路中发光时，它实际消耗的电功率可能不是100 W
答案　ABD
解析　用电器铭牌上的数字为额定值，故选项A正确；给电灯加上220 V的直流电压，通过它的电流为I＝＝ A＝ A，故选项B正确；电灯的电阻根据R＝得R为484 Ω，故选项C错误；而“220 V，100 W”为正常发光的值，当不正常发光时电功率可能小于100 W，故选项D正确.
7.不考虑温度对电阻的影响，一个“220 V，100 W”的灯泡，下列说法正确的是(　　)
A.接在110 V的线路上的功率为50 W
B.接在110 V的线路上的功率为25 W
C.接在440 V的线路上的功率为400 W
D.接在55 V的线路上的功率为6.25 W
答案　BD
解析　不考虑温度对电阻的影响，电灯的电阻为定值，即R＝＝ Ω＝
484 Ω.由P′＝，将110 V和55 V分别代入求得实际功率分别为25 W和6.25 W.而当灯两端电压为440 V时，已超过额定电压，灯将被烧坏.
8.一只电炉的电阻丝和一台电动机线圈电阻相同，都为R，设通过的电流相同，则(在相同时间内)下列说法正确的是(　　)
A.电炉和电动机的产生的电热相等
B.电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率
C.电炉两端电压小于电动机两端电压
D.电炉和电动机两端电压相等
答案　ABC
解析　由Q＝I2Rt知A正确；由P＝IU知B正确；对于电炉U＝IR，而电动机U>IR，所以C正确，D错误.
9.浙江临海括苍山风电场总装机33台，其中1号风场10台，2号风场7台，3号风场16台，总容量1.98×107W.在家电中待机能耗较大是电视机，现阶段我国平板电视保有量达到2.5亿台，平均每台待机功率为8 W.请估算括苍山风电场发电多久可供全国的平板电视待机一天(　　)
A.一天 B.一个月
C.一百天 D.一年
答案　C
解析　2.5亿台电视机每天耗电E＝npt天，设括苍山风电场发电t天可供全国的平板电视待机一天，则P容t＝npt天，t＝＝天＝100天，故应选C.
10.一只电动机的电阻为0.5 Ω，正常工作时通过它的电流为20 A，在10 s内转化的机械能为4.2×104 J，求：在这10 s内电流做了多少功？电动机产生的热量为多少？
答案　4.4×104 J　2.0×103 J
解析　先计算电热，Q＝I2Rt＝2.0×103 J，
再根据W＝Q＋E机，
故W＝2.0×103 J＋4.2×104 J＝4.4×104 J.
第三章 电磁感应
章末整合
一、电磁感应现象及其应用
1.判断有无感应电流的方法
分析是否产生感应电流，关键就是要分析穿过闭合线圈的磁通量是否变化，而分析磁通量是否有变化，关键要知道磁感线是如何分布的.所以在做这类题时应注意：
(1)熟记条形磁铁、蹄形磁铁、直线电流、环形电流和通电螺线管内外磁感线分布情况是解决问题的基础.
(2)学会找特殊位置并分析其变化.
2.感应电动势的大小取决于穿过电路的磁通量的变化率，而与Φ的大小、ΔΦ的大小没有必然的联系，与电路的电阻R也无关.
(1)当回路有n匝线圈时，感应电动势的表达式应为E＝n.
(2)公式E＝n一般用来计算Δt时间内的平均感应电动势.
例1　如图3－1所示，在垂直于纸面范围足够大的匀强磁场中，有一个矩形线圈abcd，线圈平面与磁场垂直，O1O2和O3O4都是线圈的对称轴，应使线圈怎样运动才能使其中产生感应电流(　　 )
图3－1
A.向左平动 B.向右平动
C.绕O1O2转动 D.向上或向下平动
答案　C
解析　只要穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中就会产生感应电流.当线圈向左、向右、向上、向下等方向平动时线圈的磁通量均不变，不会产生感应电流，选项A、B、D错误；当线圈绕O1O2转动时穿过线圈的磁通量变化，会产生感应电流，选项C正确.
变式训练1　当线圈中的磁通量发生变化时，则(　　)
A.线圈中一定有感应电流
B.线圈中一定有感应电动势
C.感应电动势的大小与线圈的电阻无关
D.磁通量变化越快，产生的感应电动势越大
答案　BCD
解析　当线圈中磁通量发生变化时，线圈中一定有感应电动势，若线圈闭合，则有感应电流.由法拉第电磁感应定律E＝n知，感应电动势的大小与线圈匝数和磁通量变化率有关，与线圈的电阻无关.
二、交变电流的描述
1. 正弦式电流的图象
图3－2
Im、Um分别是电流、电压的最大值，叫做交流的峰值.
T为周期，周期和频率的关系为T＝或f＝.
2.交变电流的表达式：u＝Umsin ωt　i＝Imsin ωt
式中ω＝
3.正弦式电流的有效值和峰值之间的关系：
Ie＝≈0.707 Im
Ue＝≈0.707 Um
在各种使用交变电流的电器设备上，所标注的额定电压、额定电流值，都是交流的有效值.
4. 交流能够通过电容器：电容器能够“隔直流，通交流”.
例2　一交流电压随时间变化的规律如图3－3所示，该交流电压的有效值和频率分别是(　　)
图3－3
A.14.14 V，100 Hz B.10 V，100 Hz
C.14.14 V，50 Hz D.10 V，50 Hz
答案　D
解析　根据图象可知电压的最大值是14.14 V，周期T＝0.02 s，其电压的有效值Ue＝＝ V＝10 V；频率f＝＝ Hz＝50 Hz，选项D正确.
变式训练2　如图3－4所示电路，以下结论正确的是(　　)
图3－4
A.a、b若接直流电，灯泡不亮
B.a、b若接直流电，灯泡也可发光
C.a、b若接交流电，灯泡发光，灯泡和电容器都有电荷通过
D.a、b若接交流电，灯泡发光，电容器中无电荷通过
答案　AD
解析　电容器有“通交流，隔直流”的作用，故a、b内接直流电时，灯泡不亮，A正确，B错误；接交流电时，灯泡亮，但电路中电流的形成源于电容器的不断充电、放电，并没有电荷通过电容器，C错误，D正确.
三、变压器中的常用关系
1. 输入电压决定输出电压，＝.
2. 输出功率决定输入功率，即P入＝P出.
例3　一输入电压为220 V，输出电压为36 V的变压器副线圈烧坏，为获知此变压器原、副线圈匝数，某同学拆下烧坏的副线圈，用绝缘导线在铁芯上新绕了5匝线圈，如图3－5所示，然后将原线圈接到220 V交流电源上，测得新绕线圈的端电压为1 V，按理想变压器分析，该变压器烧坏前的原、副线圈匝数分别为(　　)
图3－5
A.1 100，36 B.1 100，180
C.2 200，180 D.2 200，360
答案　B
解析　由公式＝可知，＝，
n1＝1 100匝；＝，n2＝180匝.故B正确.
变式训练3　如图3－6所示是一调压变压器原理图，如将它做升压变压器使用，则(　　)
图3－6
A.将交流电源接在a、b端，用电器接在c、d端
B.将交流电源接在c、d端，用电器接在a、b端
C.将交流电源接在a、c端，用电器接在b、d端
D.若要进一步升压，应使P逆时针方向旋转
答案　B
解析　根据变压器中电压关系＝可知，要升压就必须提高匝数，即要保证输出端的匝数多于输入端的匝数，由此可知电源应接于c、d间.P顺时针转动，原线圈匝数变少，可进一步升压.
章末检测(三)
一、单项选择题
1.有一台使用交变电流的电冰箱上标有额定电压为“220 V”字样，这“220 V”是指(　　)
A.交变电流电压的瞬时值 B.交变电流电压的最大值
C.交变电流电压的平均值 D.交变电流电压的有效值
答案　D
解析　在各种使用交变电流的电器设备上，所标注的额定电压值、额定电流值都是交变电流的有效值，故选项D正确.
2.下图中能产生感应电流的是(　　)
答案　B
解析　A项线圈在运动过程中磁通量不变化，D项线圈在运动过程中磁通量始终为零，C项不是闭合线圈，故只有B项产生感应电流.
3.穿过一个电阻为1 Ω的单匝闭合线圈的磁通量始终是每秒钟均匀地减少2 Wb，则(　　)
A.线圈中的感应电动势一定是每秒减少2 V
B.线圈中的感应电动势一定是2 V
C.线圈中的感应电流一定是每秒减少2 A
D.线圈中的感应电流不一定是2 A
答案　B
解析　E＝＝ V＝2 V，B正确，A错误；I＝＝ A＝2 A，故C、D错误.
4.下列说法正确的是(　　)
A.电视机铭牌上所标的“额定电压220V”指的是交流电压的峰值
B.交流发电机是利用电磁感应的原理来工作的
C.在远距离输电中，采用高压输电的目的是为了增大输电线路中的电流
D.在高压输电中要用到变压器，变压器的铁芯中会产生感应电流——涡流，但这种涡流不会有热效应
答案　B
解析　电视机铭牌上所标的“额定电压220 V”指的是交流电压的有效值，选项A错误；交流发电机是利用电磁感应的原理来工作的，选项B正确；在远距离输电中，采用高压输电的目的是为了减小输电线路中的电流，选项C错误；在高压输电中要用到变压器，变压器的铁芯中会产生感应电流——涡流，这种涡流有热效应，选项D错误.
5.如图3－7所示，L是一个带铁芯的线圈，R为纯电阻，两条支路直流电阻值相等，那么在接通和断开开关的瞬间，电流表的读数的大小关系是(　　)
图3－7
A.I1I2′ B.I1C.I1>I2，I1′＝I2′ D.I1＝I2，I1′答案　B
解析　接通时，由于L中的自感作用阻碍其所在支路电流的增大，因而I2>I1；断开时，R、A2、A1、L构成一串联电路，串联电路电流相等，因而I1′＝I2′.
6.如图3－8所示，理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝3∶1，原线圈接一电源，此时电流表A1的示数为12 mA，则电流表A2的示数为(　　 )
图3－8
A.4 mA B.36 mA
C.0 D.无法确定
答案　C
解析　变压器是根据电磁感应的原理工作的，它只能改变交流电压，不能改变直流电压，此题中的原线圈接的是直流电源，所以副线圈中没有感应电动势，没有感应电流，电流表A2的示数为零.
二、多项选择题
7.下列器具的工作原理与涡流有关的是(　　)
A.家用电磁炉
B.家用微波炉
C.变压器的铁芯用多块相互绝缘硅钢片叠加在一起
D.风扇转动时扇叶与空气摩擦发热
答案　AC
解析　电磁炉是利用高频磁场产生涡流来加热食物的，故选项A正确；变压器的铁芯不用一块钢，是为了防止涡流损耗电能并烧毁变压器，多块硅钢片彼此绝缘，有效地减小了涡流，选项C正确；家用微波炉是利用微波加热食物和涡流无关，B错误；电风扇转动时与空气摩擦发热，是通过摩擦将机械能转化为内能，D错误.
8.某正弦交流电的图象如图3－9所示，则由图象可知(　　)
图3－9
A.该交流电的频率为0.02 Hz
B.该交流电的有效值为14.14 A
C.该交流电的瞬时值表达式为i＝20sin(0.02t) A
D.在t＝时刻，该交流的大小与其有效值相等
答案　BD
解析　由图可知T＝0.02 s，故A、C错误；因ω＝和I＝，可知B、D正确.
9.如图3－10所示，矩形线圈与磁场垂直，且一半在匀强磁场内一半在匀强磁场外，下述过程中使线圈产生感应电流的是(　　 )
图3－10
A.以bc边为轴转动90° B.以ad边为轴转动90°
C.将线圈向下平移 D.将线圈向上平移
答案　AB
解析　以bc边为轴转动90°和以ad为轴转动90°的过程，穿过矩形线圈中的磁通量都发生变化，而将线圈上、下平移时，穿过矩形线圈的磁通量不变，根据产生感应电流的条件可知选项A、B正确，C、D错误.
10.一理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝11∶5.原线圈与正弦交变电源连接，输入电压u如图3－11所示，副线圈仅接入一个10 Ω的电阻.则(　　)
图3－11
A.流过电阻的电流是20 A
B.与电阻并联的电压表的示数是100 V
C.经过1分钟电阻发出的热量是6×104 J
D.变压器的输入功率是1×103 W
答案　CD
解析　原线圈中电压的有效值是220 V，由变压比知副线圈中电压为100 V，流过电阻的电流是10 A，故输入功率为1×103 W；与电阻并联的电压表的示数是100 V；经过1分钟电阻发出的热量是6×104 J.选项C、D正确，A、B错误.
三、填空和实验题
11.一正弦交变电流的电流i随时间t变化的规律如图3－12 所示.由图3－12可知：
图3－12
(1)该交变电流的有效值为________ A.
(2)该交变电流的频率为________ Hz.
(3)该交变电流的瞬时值表达式为i＝________ A.
(4)若该交变电流通过阻值R＝40 Ω的白炽灯，则电灯消耗的功率是________ W.
答案　(1)5　(2)25　(3)10sin (50πt)　(4)2 000
解析　由图象可知该交变电流的最大值为10 A，
周期为4×10－2 s，则其有效值为5 A，
频率为25 Hz，角速度ω＝＝50π rad/s，
其瞬时值表达式为i＝10sin(50πt)A，
当其通过R＝40 Ω的白炽灯时，P＝I2R＝2 000 W.
12.如图3－13所示，闭合线框的质量可忽略不计，将它从图示位置匀速拉出匀强磁场.若第一次用0.3 s时间拉出，通过导线截面的电荷量为q1，第二次用0.9 s时间拉出，通过导线截面的电荷量为q2，则q1∶q2＝________.
图3－13
答案　1∶1
解析　本题中尽管两次拉线框的时间不同，速度不同，但两次磁通量的变化相同，
即ΔΦ1＝ΔΦ2，
根据q＝·t＝·t
＝·t＝可知，
电荷量与拉出的时间无关，
故q1∶q2＝1∶1.
四、计算题
13.某线圈共200匝，1 s时磁通量为0.5 Wb，1.2 s时增加为0.6 Wb，求这段时间内线圈中的感应电动势.
答案　100 V
解析　ΔΦ＝0.6 Wb－0.5 Wb＝0.1 Wb
Δt＝1.2 s－1 s＝0.2 s
由法拉第电磁感应定律得
E＝n＝200× V＝100 V .
14.电路两端的交流电压是u＝Umsin 314t，在t＝0.005 s时电压的值为10 V，则接在电路两端的电压表读数为多少？
答案　7.07 V
解析　交流电表的读数应是交流电的有效值.
由题意，在t＝0.005 s时电压是10 V，
代入表达式10 V＝Umsin(314×0.005)解得：
Um＝10 V，
所以有效值U＝＝ V≈7.07 V.
15.如图3－14所示，交变电流通过R＝2 Ω的电阻，
图3－14
(1)分别写出它的有效值、周期、频率；
(2)计算在R上产生的功率.
答案　(1)3.535 A　0.4 s　2.5 Hz　(2)25 W
解析　(1)由图可知，正弦交流电的有效值
I＝＝3.535 A，
周期T＝0.4 s，
频率f＝2.5 Hz；
(2)由公式P＝I2R＝25 W.
16.如图3－15所示，理想变压器原、副线圈匝数比为n1∶n2＝2∶1，原线圈接200 V交流电源，副线圈接额定功率为20 W的灯泡L，灯泡正常发光，当电源电压降为180 V时，求灯泡实际消耗功率与其额定功率之比？(灯光电阻不随温度变化)
图3－15
答案　
解析　由＝得
U2＝U1＝×200 V＝100 V
而U2′＝U1′＝×180 V＝90 V
所以功率之比＝＝＝＝.
第1讲　电磁感应现象
[目标定位]　1.了解电磁感应现象发现过程，体会人类探索自然规律的科学方法、科学态度和科学精神.2.知道磁通量，会比较“穿过不同闭合电路磁通量”的大小.3.通过实验，掌握感应电流的产生条件.
一、划时代的发现
1.奥斯特在1820年发现了电流磁效应.
2.1831年，法拉第发现了电磁感应现象.
想一想　物理学领域里的每次重大发现，都有力地推动了人类文明的进程.最早利用磁场获得电流，使人类得以进入电气化时代的科学家是谁？
答案　法拉第.
二、电磁感应现象
1.电磁感应现象：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，导体中就产生电流.物理学中把这类现象叫做电磁感应.
2.感应电流：由电磁感应产生的电流叫做感应电流.
想一想　如果整个闭合电路都在磁场中做切割磁感线的运动，闭合电路中也一定有感应电流吗？
答案　没有.
三、电磁感应的产生条件
1.磁通量：用“穿过一个闭合电路的磁感线的多少”来形象地理解“穿过这个闭合电路的磁通量”.
2.感应电流的产生条件
只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有感应电流产生.
想一想　穿过闭合电路的磁通量很大，是否一定产生感应电流？
答案　不是.产生感应电流的条件是穿过闭合电路的磁通量发生变化.关键在“变化”两字上，这是指穿过闭合电路的磁通量从无变有、从有变无、从小变大、从大变小等等.若磁通量很大，但是磁通量不变化，闭合电路中也不会产生感应电流.
一、磁通量
1.定义：物理学中把在磁场中穿过与磁场垂直的某一面积S的磁感线条数定义为穿过该面积的磁通量.
2.单位：韦伯，符号：Wb.
3.意义：表示穿过某一面积的磁感线条数的多少.
例1　关于磁通量的概念，下列说法正确的是(　　 )
A.磁感应强度越大的地方，穿过线圈的磁通量也越大
B.穿过线圈的磁通量为零，该处的磁感应强度不一定为零
C.磁感应强度越大、线圈面积越大，则磁通量越大
D.穿过线圈的磁通量大小可以用穿过线圈的磁感线条数来衡量
答案　BD
解析　穿过某一线圈的磁通量大小，与磁场强弱、线圈面积大小以及线圈平面与磁场的夹角有关.当二者平行时，Φ＝0.故只有B、D正确.
针对训练1　磁通量可以形象地理解为“穿过一个闭合电路的磁感线的条数”.在图3－1－1所示磁场中，S1、S2、S3为三个面积相同的相互平行的线圈，穿过S1、S2、S3的磁通量分别为Φ1、Φ2、Φ3且都不为0.下列判断正确的是(　　)
图3－1－1
A.Φ1最大 B.Φ2最大
C.Φ3最大 D.Φ1、Φ2、Φ3相等
答案　A
解析　磁通量表示穿过一个闭合电路的磁感线条数的多少，从题图中可看出穿过S1的磁感线条数最多，穿过S3的磁感线条数最少.
二、产生感应电流的条件
1.实验探究感应电流产生的条件
(1)闭合电路的部分导体切割磁感线
在初中学过，当闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时，电路中会产生感应电流，如图3－1－2所示.
图3－1－2
导体棒左右平动、前后平动、上下平动，观察电流表的指针，把观察到的现象记录在表1中.
表1
导体棒
的运动
表针的摆
动方向
导体棒的运动
表针的摆
动方向
向右平动
向左
向后平动
不摆动
向左平动
向右
向上平动
不摆动
向前平动
不摆动
向下平动
不摆动
结论：只有左右平动时，导体棒切割磁感线，才有电流产生；前后平动、上下平动，导体棒都不切割磁感线，没有电流产生.
(2)向线圈中插入磁铁，把磁铁从线圈中拔出
如图3－1－3所示，把磁铁的某一个磁极向线圈中插入，从线圈中拔出，或静止地放在线圈中.观察电流表的指针，把观察到的现象记录在表2中.
图3－1－3
表2
磁铁的运动
表针的摆动方向
磁铁的运动
表针的摆动方向
N极插入线圈
向右
S极插入线圈
向左
N极停在线圈中
不摆动
S极停在线圈中
不摆动
N极从线圈中抽出
向左
S极从线圈中抽出
向右
结论：只有磁铁相对线圈运动时，才有电流产生；磁铁相对线圈静止时，没有电流产生.
(3)模拟法拉第的实验
如图3－1－4所示，线圈A通过变阻器和开关连接到电源上，线圈B的两端与电流表连接，把线圈A装在线圈B的里面.观察以下四项操作中线圈B中是否有电流产生.把观察到的现象记录在表3中.
图3－1－4
表3
操作
现象
开关闭合瞬间
有电流产生
开关断开瞬间
有电流产生
开关闭合时，变阻器的滑片不动
无电流产生
开关闭合时，迅速移动变阻器的滑片
有电流产生
结论：只有当线圈A中电流变化时，线圈B中才有电流产生.
2.结论
不论用什么方法，不论何种原因，只要使穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有感应电流产生.
3.产生感应电流的条件
(1)闭合电路；(2)磁通量发生变化.
例2　如图所示，矩形线框在磁场中做的各种运动，能够产生感应电流的是(　　)
答案　B
解析　感应电流产生条件为：①磁通量发生变化；②闭合电路.A、C、D中穿过矩形线框的磁通量都不变，故不产生感应电流.
针对训练2　如图3－1－5所示，线圈与灵敏电流计构成闭合电路；当磁铁向下插入线圈的过程中，发现电流计指针向右偏转.则当磁铁(　　)
图3－1－5
A.放在线圈中不动时，电流计指针向左偏转
B.从线圈中向上拔出时，电流计指针向左偏转
C.按图示位置在线圈外面上下移动时，电流计指针不会偏转
D.按图示位置在线圈外面左右移动时，电流计指针也会偏转
答案　BD
解析　磁铁向下插入线圈，穿过线圈的磁通量增大，电流计指针右偏，则向上拔出时，穿过线圈的磁通量减小，根据楞次定律“增反减同”知B项正确；磁铁放在线圈中不动时，线圈中的磁通量不变化，没有感应电流产生，电流计指针不偏转，A错；磁铁按图示位置上、下、左、右移动时，线圈中都会产生感应电流，电流计指针都会偏转，C错，D正确.
磁通量的变化
1.如图3－1－6所示，面积为S的线圈平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直，一半在磁场中，则穿过线圈的磁通量为(　　)
图3－1－6
A.0 B.BS
C.BS D.2BS
答案　B
解析　根据磁通量公式Φ＝BS，因为图中有效面积为S，所以B项正确.
2.如图3－1－7所示，一环形线圈沿条形磁铁的轴线，从磁铁N极的左侧A点运动到磁铁S极的右侧B点，A、B两点关于磁铁的中心对称，则在此过程中，穿过环形线圈的磁通量将(　　)
图3－1－7
A.先增大，后减小
B.先减小，后增大
C.先增大，后减小、再增大，再减小
D.先减小，后增大、再减小，再增大
答案　A
解析　穿过线圈的磁通量应以磁铁内部磁场为主，而内部的磁感线是一定值，在A、B点时，外部磁感线比较密，即与内部相反的磁感线多，相抵后剩下的内部的磁感线就少；中间位置时，外部磁感线比较疏，即与内部相反的磁感线少，相抵后剩下的内部的磁感线就多.所以两端磁通量小，中间磁通量大，A正确.
电磁感应的产生条件
3.通电直导线穿过闭合线圈L，如图3－1－8 所示，则(　　)
图3－1－8
A.当电流I增大时，线圈L中有感应电流
B.当L左右平动时，L中有感应电流
C.当L上下平动时，L中有感应电流
D.以上各种情况都不会产生感应电流
答案　D
解析　根据直线电流的磁场特点知，A、B、C各种情况下，穿过线圈的磁通量不变，选项D正确.
4.某学生做观察电磁感应现象的实验时，将电流表、线圈A和B、蓄电池、开关，用导线连接成如图3－1－9所示的实验电路，闭合开关，下列说法正确的是(　　)
图3－1－9
A.线圈A插入线圈B的过程中，有感应电流
B.线圈A从B线圈中拔出过程中，有感应电流
C.线圈A停在B线圈中，有感应电流
D.线圈A拔出线圈B的过程中，线圈B的磁通量在减小
答案　ABD
解析　由感应电流产生的条件A、B选项都正确，C项错误；在A线圈从B线圈拔出的过程中B线圈的磁通量减小，D项正确.
(时间：60分钟)
题组一、磁通量的变化
1.如图3－1－10所示，矩形线框平面与匀强磁场方向垂直，穿过的磁通量为Φ.若线框面积变为原来的，则磁通量变为(　　)
图3－1－10
A.Φ B.Φ
C.2Φ D.4Φ
答案　B
解析　根据Φ＝BS可知，当线框面积变为原来的时，磁通量变为原来的，故B对，A、C、D错.
2.如图3－1－11所示，竖直长导线通以恒定电流I，一闭合线圈MNPQ与导线在同一平面内，当线圈从图示位置向右逐渐远离导线时，穿过线圈的磁通量将(　　)
图3－1－11
A.变小 B.变大
C.不变 D.先变大，后变小
答案　A
解析　恒定电流I产生的磁场中，离导线越远磁场越弱，所以线圈向右远离导线时穿过线圈的磁通量将变小.
题组二、电磁感应现象与产生条件
3.下列现象中，属于电磁感应现象的是(　　)
A.小磁针在通电导线附近发生偏转
B.通电线圈在磁场中转动
C.因闭合线圈在磁场中运动而产生电流
D.磁铁吸引小磁针
答案　C
解析　电磁感应是指“磁生电”的现象，而小磁针和通电线圈在磁场中转动及受磁场力的作用，反映了磁场力的性质.所以A、B、D不是电磁感应现象，C是电磁感应现象.
4.如图所示实验装置中用于研究电磁感应现象的是(　　)
答案　B
解析　A、C两实验装置用于研究通电导线在磁场中所受的安培力；D图用于研究电流的磁效应，故B对，A、C、D错.
5.关于感应电流，下列说法正确的是(　　 )
A.只要穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中就一定有感应电流
B.只要闭合导线做切割磁感线运动，导线中就一定有感应电流
C.若闭合电路的一部分导体不做切割磁感线运动，闭合电路中一定没有感应电流
D.当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，闭合电路中一定有感应电流
答案　D
解析　产生感应电流的条件(1)闭合电路；(2)磁通量发生变化，两者缺一不可，选项D正确.
6.如图3－1－12为“探究感应电流与磁通量变化关系”的实验装置图.下列操作中不能产生感应电流的是(　　)
图3－1－12
A.开关S闭合瞬间
B.开关S断开瞬间
C.开关S闭合后，变阻器滑片P移动
D.开关S闭合后，变阻器滑片P不移动
答案　D
7.线圈在长直导线电流的磁场中，做如图3－1－13所示的运动，则线圈中有感应电流的是(　　)
图3－1－13
A.向右平动
B.向下平动
C.绕轴转动(边bc向外)
D.从纸面向纸外平动
E.向上平动(边bc上有个缺口)
答案　BCD
解析　因为长直导线电流的磁场是非匀强磁场，越远离直导线磁场越弱，离直导线等距离的位置磁感应强度大小相等，故B、D、E三种情形穿过线圈的磁通量发生了变化，C这种情形是因为线圈平面与磁场的方向的夹角发生了变化从而造成穿过线圈的磁通量发生了变化，并且B、C、D三种情形线圈是闭合的，E的线圈是不闭合的，故正确选项是B、C、D.
8.如图3－1－14所示，ab是闭合电路的一部分，处在垂直于纸面向外的匀强磁场中(　　)
图3－1－14
A.当ab垂直于纸面向外平动时，ab中有感应电流
B.当ab垂直于纸面向里平动时，ab中有感应电流
C.当ab垂直于磁感线向右平动时，ab中有感应电流
D.当ab垂直于磁感线向左平动时，ab中无感应电流
答案　C
解析　当ab垂直于纸面向外、向里平动时，ab棒都不切割磁感线，a、b中都无感应电流，A、B错误，当ab向右、向左平动时，ab都切割磁感线，ab中都有感应电流，故C正确，D错误.
9.如图3－1－15所示，匀强磁场区域宽为d，一正方形线框abcd的边长为L，且L＞d，线框以速度v通过磁场区域，从线框进入到完全离开磁场的时间内，线框中没有感应电流的时间是(　　)
图3－1－15
A. B.
C. D.
答案　B
解析　从bc边出磁场到ad边进入磁场的过程中，穿过闭合回路的磁通量没有发生变化，闭合回路中没有感应电流，此过程所用的时间t＝，故B正确，A、C、D错误.
10.小明同学做“探究电磁感应产生的条件和感应电流方向”的实验，先将电池组、滑线变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计及开关如图3－1－16连接.在开关闭合、线圈A放在线圈B中的情况下，某同学发现当他将滑线
变阻器的滑动端P向左加速滑动时，电流计指针向右偏转.
图3－1－16
闭合开关稳定后，电流计指针将________(填“不偏转”“向左偏”或“向右偏”)；当小明把A中的铁芯向上拔出时，电流计指针________(填“不偏转”“向左偏”或“向右偏”).
答案　不偏转　向右偏
解析　电路稳定后，磁通量不变，副线圈中没有感应电流，所以电流计指针不偏转；由于题中P向左加速移动，阻值变大，电流变小，磁通量减小，指针向右偏.当把A中铁芯向上拔出时，磁性减弱，磁通量减小，所以指针向右偏.
第2讲　法拉第电磁感应定律
[目标定位]　1. 知道什么是感应电动势.2.理解磁通量、磁通量的变化量和磁通量的变化率三者的联系与区别.3.了解法拉第电磁感应定律内容及数学表达式，学会用该定律分析与解决一些简单问题.4.培养类比推理和通过观察、实验、归纳寻找物理规律的能力.
一、感应电动势
1.在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势，在闭合电路里，产生感应电动势的那部分导体相当于电源.
2.感应电动势的大小跟磁通量的变化的快慢有关.
3.我们用磁通量的变化率来表示磁通量变化的快慢，它是磁通量的变化量跟产生这个变化所用时间的比值.
想一想　是不是可以说磁通量的变化量越大，磁通量的变化率越大？
答案　不是.磁通量的变化率指单位时间内磁通量的变化量，它们的关系类似于速度的变化量和速度的变化率.
二、法拉第电磁感应定律
1.内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比.
2.公式：E＝n.n为线圈的匝数.ΔΦ是磁通量的变化量.
3.国际单位：ΔΦ的单位是韦伯(Wb)，Δt的单位是秒(s)，E的单位是伏特.
4.电能的产生一定是以消耗其他形式的能量为代价的.各种获得大规模电能的实用方案，都是以法拉第电磁感应定律为理论基础的.
想一想　电磁感应过程中，能量是如何转化的？
答案　电磁感应过程是其他形式的能转化为电能的过程.
一、感应电动势
1.磁通量Φ、磁通量的变化量ΔΦ、磁通量的变化率的比较
(1)Φ是状态量，是闭合回路在某时刻(某位置)穿过回路的磁感线的条数，当磁场与回路平面垂直时Φ＝BS.
(2)ΔΦ是过程量，它表示回路从某一时刻到另一时刻磁通量的改变量，即ΔΦ＝Φ2－Φ1.
(3)表示磁通量的变化快慢，即单位时间内磁通量的变化量，又称为磁通量的变化率.
(4)磁通量的变化率是Φ－t图象上某点切线的斜率.如图3－2－1所示，t＝0.1 s时，＝0，t＝0、0.2 s、0.4 s、0.6 s 时图线斜率最大，即最大.
图3－2－1
2.感应电动势
(1)由电磁感应产生的电动势叫感应电动势.在闭合电路里，产生感应电动势的那部分导体相当于电源.
(2)当电路闭合时，回路中有感应电流；当电路断开时，回路中没有感应电流，但感应电动势仍然存在.
例1　把一条形磁铁插入同一个闭合线圈中，第一次是迅速地，第二次是缓慢地，两次初、末位置均相同，则在两次插入的过程中(　　)
A.磁通量变化率相同
B.磁通量变化量相同
C.产生的感应电流相同
D.产生的感应电动势相同
答案　B
解析　两次以不同速率进入闭合线圈，磁通量的变化量相同，但是时间不同，则磁通量的变化率不同，感应电动势不同，感应电流也不同.
针对训练1　下列说法正确的是(　　 )
A.磁通量大，磁通量变化量一定大
B.磁通量变化大，磁通量变化率一定大
C.磁通量为零，磁通量的变化率为零
D.磁通量为零，磁通量的变化率不一定为零
答案　D
解析　磁通量对应一个状态，而磁通量变化对应一个过程，所以磁通量变化的大小与磁通量的大小无直接关系，选项A错误；同理磁通量变化的大小与变化的具体过程有关，包括变化的快慢以及变化的时间，而磁通量的变化率只描述磁通量变化的快慢，所以只有选项D正确.
二、法拉第电磁感应定律
1.内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过该电路的磁通量的变化率成正比.
2.公式：E＝n.
n为线圈的匝数，ΔΦ是磁通量的变化量.
电动势的大小决定于穿过电路的磁通量的变化率.而与Φ的大小、ΔΦ的大小没有必然
联系.
3.单位：ΔΦ的单位是韦伯(Wb)，Δt的单位是秒(s)，E的单位是Wb/s，E的国际单位是V.
4.电磁感应现象的本质：在电磁感应现象中，一定产生感应电动势，不一定产生感应电流.能否产生感应电动势是电磁感应现象的本质.
例2　穿过一个单匝线圈的磁通量始终保持每秒钟均匀地增加6 Wb，则(　　)
A.线圈中感应电动势每秒钟增加6 V
B.线圈中感应电动势每秒钟减少6 V
C.线圈中感应电动势保持不变
D.线圈中无感应电动势
答案　C
解析　磁通量始终保持每秒钟均匀地增加6 Wb，即电动势保持6 V不变.
针对训练2　如图3－2－2所示，两个半径不同的同心圆线圈置于匀强磁场中，当磁场均匀增大时，线圈1和线圈2产生的感应电动势的关系为(　　)
图3－2－2
A.E1＝E2 B.E1>E2
C.E1答案　B
解析　当磁场均匀增大时，在相同时间内穿过线圈1的磁通量的增加量大于穿过线圈2的磁通量的增加量，由E＝n可知E1>E2.
对法拉第电磁感应定律的理解
1.当线圈中的磁通量发生变化时，下列说法正确的是(　　)
A.线圈中一定有感应电流
B.线圈中有感应电动势，其大小与磁通量成正比
C.线圈中一定有感应电动势
D.线圈中有感应电动势，其大小与磁通量的变化量成正比
答案　C
解析　线圈中的磁通量发生变化肯定有感应电动势，但不一定有感应电流，由E＝n知，感应电动势与ΔΦ不成正比.选项C正确.
2.穿过某单匝线圈的磁通量随时间的变化关系如图3－2－3所示，在线圈内产生感应电动势最大值的时间是(　　)
图3－2－3
A.0～2 s B.2～4 s
C.4～6 s D.6～10 s
答案　C
解析　由E＝，E的大小由的大小来决定，只有C正确.
感应电动势大小的计算
3.有一个单匝线圈，在0.2 s内通过它的磁通量从0.02 Wb均匀增加到0.08 Wb，则线圈中的感应电动势为(　　)
A.0.1 V B.0.2 V
C.0.3 V D.0.4 V
答案　C
解析　由E＝得E＝ V＝0.3 V，C正确.
4.如图3－2－4甲所示，某线圈一共50匝，若穿过线圈的磁通量随时间的变化如图3－2－4乙所示，则a、b两点间的电压是多少？
图3－2－4
答案　50 V
解析　求a、b两点的电压就等于求线圈中的感应电动势，
由图乙得＝ V＝1 V，
故E＝n＝50 V，
所以a、b两点间电压等于50 V.
(时间：60分钟)
题组一、对法拉第电磁感应定律的理解
1.关于感应电动势的大小，下列说法正确的是(　　)
A.穿过闭合回路的磁通量最大时，其感应电动势一定最大
B.穿过闭合回路的磁通量为零时，其感应电动势一定为零
C.穿过闭合回路的磁通量由不为零变为零时，其感应电动势一定为零
D.穿过闭合回路的磁通量由不为零变为零时，其感应电动势一定不为零
答案　D
解析　感应电动势的大小只与线圈的匝数及磁通量的变化率成正比，与其他因素无关.只要回路的磁通量发生变化，感应电动势就一定不为零，D正确.
2.感应电动势产生的条件是(　　)
A.导体必须做切割磁感线的运动
B.导体回路必须闭合，且回路所包围面积内的磁通量发生变化
C.无论导体回路是否闭合，只要它包围面积内的磁通量发生变化
D.导体回路不闭合
答案　C
解析　产生感应电动势的条件是回路中的磁通量发生变化，与回路闭合与否无关，故C选项正确，B、D选项错；磁通量变化的方式很多，不一定是导体切割磁感线，故选项A错.
3.如图3－2－5所示，让线圈由位置1通过一个匀强磁场的区域运动到位置2，下列说法中正确的是(　　)
图3－2－5
A.在线圈进入匀强磁场区域的过程中，线圈中有感应电流，而且进入时的速度越大，感应电流越大
B.整个线圈在匀强磁场中匀速运动时，线圈中有感应电流，而且电流是恒定的
C.整个线圈在匀强磁场中加速运动时，线圈中有感应电流，而且电流越来越大
D.在线圈穿出匀强磁场区域的过程中，线圈中有感应电流，而且穿出时的速度越大，感应电流越大
答案　AD
解析　线圈在进入和穿出磁场时，线圈中有感应电流，且运动速度越大，磁通量变化越快，产生的感应电流越大.当线圈全部进入磁场后，穿过线圈的磁通量始终不变，没有感应电流.
4.一个闭合线圈放在变化的磁场中，线圈产生的感应电动势为E.若仅将线圈匝数增加为原来的2倍，则线圈产生的感应电动势变为(　　)
A.2E B.E
C. D.
答案　A
解析　由法拉第电磁感应定律E＝n可知，当仅将线圈的匝数变为原来的2倍时，线圈中的感应电动势变为原来的2倍，故A对，B、C、D错.
题组二、感应电动势大小的计算
5.穿过单匝闭合线圈的磁通量每秒连续均匀地增大4 Wb，则(　　)
A.线圈中的感应电动势将均匀增大
B.线圈中的感应电流将均匀增大
C.线圈中的感应电动势将保持4 V不变
D.线圈中的感应电流保持2 A不变
答案　C
解析　本题是定性分析和定量计算，其核心仍是对法拉第电磁感应定律的正确理解与应用.由E＝得E＝＝4 V，C项正确；因线圈电阻不一定是2 Ω，D项错误.故正确答案
为C.
6.如图3－2－6所示，桌面上放一单匝线圈，线圈中心上方一定高度处有一竖立的条形磁体.当磁体竖直向下运动时，穿过线圈的磁通量将______(选填“变大”或“变小”).在上述过程中，穿过线圈的磁通量变化了0.1 Wb，经历的时间为0.5 s，则线圈中的感应电动势为________V.
图3－2－6
答案　变大　0.2 V
解析　当磁体竖直向下运动时，磁场增强，穿过线圈的磁感线的条数增多，磁通量将变大；由E＝n＝ V＝0.2 V.
7.一个200匝、面积为20 cm2的线圈，放在磁场中，磁场的方向与线圈平面垂直，若磁感应强度在0.05 s内由0.1 T增加到0.5 T，在此过程中穿过线圈的磁通量的变化量是________Wb；磁通量的平均变化率是________Wb/s；线圈中的感应电动势的大小是________V.
答案　8×10－4　1.6×10－2　3.2
解析　ΔΦ＝(B2－B1)S＝(0.5－0.1)×20×10－4 Wb＝8×10－4 Wb
＝ Wb/s＝1.6×10－2 Wb/s
E＝n＝200×1.6×10－2 V＝3.2 V.
8.穿过单匝闭合线圈的磁通量随时间变化的Φ—t图象如图3－2－7所示，由图知0～5 s 线圈中感应电动势大小为________ V，5～10 s 线圈中感应电动势大小为________ V，10～15 s线圈中感应电动势大小为________ V.
图3－2－7
答案　1　0　2
解析　由E＝n，可得0～5 s线圈中感应电动势大小；E1＝ V＝1 V；5～10 s线圈中感应电动势大小E2＝V＝0 V；10～15 s线圈中感应电动势E3＝ V＝－2 V，其大小为2 V.
9.如图3－2－8所示，一单匝线圈从左侧进入磁场.在此过程中，
图3－2－8
(1)线圈的磁通量将如何变？
(2)若上述过程所经历的时间为0.1 s，线圈中产生的感应电动势为0.2 V，则线圈中的磁通量变化了多少？
答案　(1)变大　(2)0.02 Wb
解析　(1)线圈从左侧进入磁场的过程中，穿过线圈的磁感线的条数增加，线圈的磁通量变大.
(2)由E＝n得ΔΦ＝EΔt＝0.1×0.2 Wb＝0.02 Wb
第3讲　交变电流
[目标定位]　1.了解交变电流是怎样产生的.2.定性了解交变电流的变化规律及其图象表示和主要特征物理量.3.知道交变电流能通过电容器的原因，了解交变电流这一特性在电子技术中的应用.4.初步了解发电机、交变电流的发明和利用对促进人类社会进步的作用，进一步体验科学、技术与社会生活之间的密切关系.
一、电流发电机
1.发电机的原理： 由于转子的转动使得穿过线圈的磁通量发生变化，在线圈中激发出感应电动势.
2.交变电流：大小、方向随时间做周期性变化的电流，简称交流.各种电池供给的电流只沿一个方向流动，叫做直流.
想一想　你是怎样区别直流电流和交变电流的？这两种电流有何根本区别？
答案　大小、方向随时间做周期性变化的电流叫做交变电流，各种电池供给的只沿一个方向流动的电流叫做直流.这两种电流的根本区别在于交变电流的方向随时间做周期性变化，直流电流的方向不随时间变化.
二、交流的变化规律
1.电网中的交变电流，它的电流、电压随时间按正弦函数的规律变化，叫做正弦式电流.
2.表达式：i＝Imsin__ωt
u＝Umsin__ωt
式中Im、Um分别是电流、电压的最大值，叫做交流的峰值.
3.周期和频率
(1)交流完成一次周期性变化所需的时间叫做交流的周期，通常用T表示，它的单位是秒.交流在1 s内发生周期性变化的次数，叫做交流的频率，通常用f表示，它的单位是赫兹，简称赫，符号是Hz.
(2)周期和频率的关系为T＝或f＝.
想一想　家里电灯用的是交变电流，电流在最大值和零之间不断变化，但我们为什么看不到电灯的闪烁？
答案　交流电的周期是0.02 s，电流每周期内两次达最大值，两次为零，所以电灯两次最亮的时间间隔仅0.01 s，比人眼的视觉暂留时间要小，所以感觉不到电灯的闪烁.另外由于电灯发光是灯丝高温炽热发光，灯丝的温度变化需要有一定的时间，而电流两次最大的时间间隔很短，灯丝的温度、亮度不会有明显的变化.
三、交流能够通过电容器
电容器能够“隔直流，通交流”，这一点在电子技术中有重要应用.
想一想　交流电是如何“通过”电容器的？
答案　由于交流电的电压值不断随时间变化，电容器接到交流电源两端时，如果电压升高，则电容器充电，在电路中形成充电电流.经过峰值以后，交流电压降低，电容器放电，形成放电电流.尽管电荷实际上并没有越过两极板间的介质，但从外电路看来，导线中的电荷确实在流动，所以，电容器的充电和放电表现为交流电通过了电容器.
四、交流的有效值
1.交流的有效值，是根据电流的热效应来规定的：把交流和直流通过相同的电阻，如果在相同的时间里它们产生的热量相等，我们就把这个直流的电压、电流的数值叫做交流电压、电流的有效值.
2.正弦式电流的有效值和峰值之间的关系：
Ie＝≈0.707 Im　Ue＝≈0.707 Um
在各种使用交变电流的电器设备上，所标注的额定电压、额定电流值，都是交流的有效值.
想一想　我们常说“照明电路的电压是220 V，动力电路的电压是380 V”指的是交流电压的什么值？
答案　有效值
一、交流电及其产生
1.直流电：方向不随时间变化的电流，称为直流电.
交变电流：大小和方向都随时间做周期性变化的电流.
2.各种发电机都由固定不动的“定子”和连续转动的“转子”组成.常见发电机有两类：
(1)旋转电枢式发电机：线圈在磁场中旋转.线圈(电枢)是转子，磁体是定子.
(2)旋转磁极式发电机：磁体转动，是转子；线圈不动，是定子.
无论是线圈转动，还是磁体转动，都是转子的转动使得穿过线圈的磁通量发生变化，在线圈中产生感应电动势.
3.交流发电机的原理
当闭合线圈在磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，穿过线圈的磁通量发生变化，因而在线圈中就产生感应电流.线圈做周期性的运动，在线圈中就产生了大小和方向随时间做周期性变化的交变电流.
例1　将线圈置于范围足够大、方向竖直向下的匀强磁场B中，各线圈的运动方式如下列图所示，则能够在线圈中产生感应电动势的是(　　)
答案　C
解析　只有C图穿过线圈的磁通量发生变化，在线圈中产生感应电动势.
针对训练1　下图中属于交变电流的是(　　)
答案　BC
解析　根据交变电流的定义判断，大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流.符合此定义的是B、C两图，A、D两图中只是电流的大小做周期性变化，方向未变，不符合定义.
二、交流电的变化规律及描述
1.正弦式交流电的变化规律：
(1)电流、电压随时间按正弦规律变化.
(2)图象为正弦曲线(如图3－3－1所示)：
图3－3－1
2.描述交流电的各物理量的关系
(1)周期(T)与频率(f)
周期与频率互为倒数关系，即T＝或f＝.
(2)峰值与有效值
①对于正弦式交流电：
I＝，U＝，E＝
②对于一般的交流电要根据有效值的定义去求.
(3)有效值与平均值
①对于某交流电，它的有效值是恒定的，可以通过峰值求得.
②交流电的平均值＝n，而在不同的时间Δt内是不同的，电流的平均值＝.
③在计算热量、电功、电功率时用有效值；在计算通过导体的电荷量时用平均值.
例2　图3－3－2是一正弦式交变电流的电压图象.从图象可知电压的最大值和频率分别为(　　)
图3－3－2
A.40 V，100 Hz B.20 V，100 Hz
C.40 V，50 Hz D.20 V，50 Hz
答案　D
解析　从图象可知电压的最大值是20 V，周期是0.02 s，所以频率f＝＝50 Hz，选项D正确.
针对训练2　在相同时间内，某正弦交流电流通过一阻值为100 Ω的电阻产生的热量，与一电流为3 A的直流电通过同一阻值的电阻产生的热量相等，则(　　 )
A.此交变电流的有效值为3 A，最大值为3 A
B.此交变电流的有效值为3 A，最大值为6 A
C.电阻两端的交变电压的有效值为300 V，最大值为600 V
D.电阻两端的交变电压的有效值为300 V，最大值为600 V
答案　A
解析　根据交变电流有效值的定义方法，易知交变电流的有效值为3 A；根据最大值与有效值的倍关系，易知交变电流的最大值为3 A；根据欧姆定律U＝IR，则有U有效＝I有效R，Um＝ImR，得电阻两端的交流电压的有效值为300 V，最大值为300 V.
对交变电流的理解
1.关于交变电流的理解，下列说法正确的是(　　)
A.大小、方向都随时间周期性变化的电流叫交变电流
B.交变电流就是正弦交变电流
C.我们的照明用电是交流电
D.电池也是提供的交变电流
答案　AC
解析　交变电流不一定是正弦交变电流，电池提供直流电.
2.如图所示图象中属于交流电的有(　　)
答案　ABC
解析　D图表示的电流大小发生了周期性变化，而方向没有变化，A、B、C图中的电流大小、方向发生了周期性变化，据交流电的定义知A、B、C正确，D错误.
交流电的变化规律及描述
3.下列说法正确的是(　　)
A.使用交流电的电器设备所标示的额定电压、额定电流的数值均为最大值
B.用交流电流表和电压表测得的数值是有效值
C.照明电路电压为220 V指的是有效值
D.所有交变电流的有效值和最大值之间均存在Ee＝，Ue＝和Ie＝的关系
答案　BC
解析　各种使用交流电的用电器铭牌上所标的数值均为有效值，故A项错误；交流电表测量值为有效值，故B项正确；照明电路电压为220 V是有效值，故C项正确；Ee＝，Ue＝，Ie＝是正(余)弦交变电流有效值和最大值的关系，故D项错误.故正确答案为B、C.
4.如图3－3－3所示，是一个按正弦规律变化的交变电流的图象.根据图象可知该交变电流的电流有效值是______A，频率是______Hz.
图3－3－3
答案　0.707　5
解析　从图象可知电流的最大值是1 A，有效值Ie＝≈0.707 A；周期是0.2 s，所以频率f＝＝5 Hz.
(时间：60分钟)
题组一、对交变电流的理解
1.关于交变电流与直流电的说法中，正确的是(　　)
A.如果电流大小做周期性变化，则一定是交变电流
B.直流电的大小可以变化，但方向一定不变
C.交变电流一定是按正弦或余弦规律变化的
D.交变电流的最大特征就是电流的方向发生周期性变化
答案　BD
2.关于交流发电机，下列说法正确的是(　　 )
A.基本构造分定子、转子两部分
B.必须是线圈转动
C.电流方向变化的原因是由于切割磁感线运动的方向变了
D.电流大小变化的原因是因为线圈转的时快时慢
答案　AC
3.下列说法中正确的是(　　 )
A.直流电能通过电容器
B.交流电不能通过电容器
C.直流电、交流电都能通过电容器
D.交流电的频率越低，电流通过电容器的能力也越低
答案　D
题组二、描述交流电的物理量
4.有一台使用交流电的电冰箱上标有额定电压为“220 V”的字样，这“220 V”是指(　　 )
A.交流电电压的瞬时值 B.交流电电压的最大值
C.交流电电压的平均值 D.交流电电压的有效值
答案　D
5.下列关于交变电流的几种说法中，正确的是(　　)
A.交流电器设备上所标的电压、电流值是峰值
B.交流电流表和交流电压表测得的值是瞬时值
C.跟交变电流有相同热效应的直流电的值是交变电流的有效值
D.跟直流电有相同热效应的交变电流的值是交变电流的有效值
答案　C
解析　为了表明交变电流通过用电器产生的效果，用电器上所标的都是交变电流的有效值，A错误；因为交变电流用得最多的是有效值，所以交变电流表或交变电压表测的都是有效值，B错误；根据有效值的定义可知C正确，D错误.
6.以下说法正确的是(　　)
A.发电机、电动机铭牌上所标数值为有效值
B.电容器的击穿电压为所加交变电压的有效值
C.交流电压表所测数值为瞬时值
D.保险丝的数值为最大值
答案　A
题组三、交流电的表达式和图象
7.如图所示，面积均为S的单匝线圈绕其对称轴或中心轴在匀强磁场B中以角速度ω匀速转动，能产生正弦交变电动势e＝BSωsin ωt的图是(　　)
答案　A
解析　线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴(轴在线圈所在平面内)匀速转动，产生的正弦交变电动势为e＝BSωsin ωt，由这一原理可判断，A图中感应电动势为e＝BSω sin ωt；B图中的转动轴不在线圈所在平面内；C、D图中转动轴与磁场方向平行，而不是垂直.
8.一只低压教学电源输出的交流电压的瞬时值为u＝10sin(314t) V，关于该电源的规格和使用，下列说法正确的是(　　)
A.这个电源可以使“10 V，2 W”的灯泡正常发光
B.此电源的交流电压的周期是314 s
C.此电源在t＝0.01 s时电压达到峰值
D.这个电源可能把“10 V，2 μF”的电容器击穿
答案　AD
解析　此电源有效值为10 V，灯泡的额定电压为10 V，故灯泡能正常发光，A正确；此交流电周期T＝＝＝ s＝0.02 s，故B错误；t＝0.01 s＝T，此时U＝0，故C错误；因为电源最大电压Um＝10 V>10 V(电容器的耐压值)，所以电容器可能被击穿，故D正确.
9.如图3－3－4所示是一正弦交变电流的电流图象，此正弦交变电流的频率和电流的有效值分别为(　　)
图3－3－4
A.50 Hz，10 A B.50 Hz，5 A
C.100 Hz，10 A D.100 Hz，5 A
答案　B
解析　由图象可知此交流电的周期T＝0.02 s，故频率f＝＝50 Hz；由图可知此交流电电流的最大值为10 A，故其有效值为 A＝5 A.
10.一个正弦规律变化的交变电流的图象如图3－3－5所示，根据图象计算：
图3－3－5
(1)交变电流的频率.
(2)交变电流的有效值.
(3)写出该电流的瞬时值表达式.
答案　(1)50 Hz　(2)10 A　(3)i＝20sin(100πt) A
解析　(1)由图知周期T＝0.02 s，
故f＝＝ Hz＝50 Hz.
(2)由图知峰值Im＝20 A，
故有效值Ie＝＝ A＝10 A.
(3)瞬时值表达式
i＝Imsin ωt A，
ω＝＝100π rad/s，
所以电流瞬时值表达式为i＝20sin(100πt) A.
第4讲　变压器
[目标定位]　1.了解变压器的构造，知道变压器为什么能够改变交变电压.2.由实验探究总结变压器原、副线圈的电压与两个线圈匝数的关系.3.了解几种常见的变压器类型以及应用.
4.体验科学探究过程，培养实验设计与分析论证能力.
一、变压器的结构
1.变压器由铁芯和绕在铁芯上的线圈组成.
2.线圈
(1)变压器的一个线圈跟前一级电路连接，叫做原线圈，也叫初级线圈.
(2)另一线圈跟下一级电路连接，叫做副线圈，也叫次级线圈.
想一想　图3－4－1中的灯泡没有直接与电源连接，为什么能发光？电能从哪儿来的？
图3－4－1
答案　变压器使电能转化为磁场能，又把磁场能转化为电能.
二、变压器为什么能改变电压
　 原线圈中通过电流时，铁芯中产生磁场，由于交变电流的大小和方向都在不断变化，铁芯中磁场的强弱和方向也都在不断变化.副线圈与原线圈是套在同一个铁芯上的，通过副线圈的磁场也在不断变化，于是就在副线圈内产生了感应电动势.
在同一个铁芯上，哪个线圈的匝数多，哪个线圈的电压就高.
想一想　变压器能不能改变直流电的电压？
答案　不能.变压器是依据电磁感应工作的，因此只能工作在交流电路中.如果变压器接入直流电路，原线圈中的电流不变，在铁芯中不引起磁通量的变化，没有互感现象出现，变压器起不到变压作用.
一、变压器的工作原理
1.变压器工作的基本原理和发电机一样，也是电磁感应现象(如图3－4－2所示).
图3－4－2
2.当原线圈上加交变电压时，原线圈中就有交变电流，铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中都要引起感应电动势，如果副线圈是闭合的，则副线圈中将产生感应电流，它也要在铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中同样要引起感应电动势，在原、副线圈中由于有交变电流而发生互感现象.
3.穿过每匝线圈中的磁通量的变化率是一样的，因此每匝线圈中产生的感应电动势大小相等，匝数越多，总感应电动势越大.
4.能量转换：变压器是把电能转化为磁场能，又把磁场能转化为电能的装置.
例1　下图中，属于升压变压器且能使灯泡发光的电路是(　　)
答案　C
解析　变压器不改变直流的电压，A、D错；升压变压器的原线圈比副线圈的匝数少，B错，C对.
针对训练1　对一正在工作中的变压器，下列说法正确的是(　　)
A.副线圈中的电流是从原线圈中传过来的
B.铁芯是用来导电的
C.副线圈中电流变小，原线圈中的电流也一定减小
D.副线圈相当于一个电源
答案　CD
解析　原、副线圈及铁芯间都是彼此绝缘的，铁芯是用来导磁的，故A、B错；由能量守恒知C正确；副线圈把磁场能转化为电能，给用电器提供电压电流，相当于一个电源，D正确.
二、变压器的规律
1.电压关系：设原线圈匝数n1，输入电压U1，副线圈匝数n2，输出电压U2，则＝.
(1)n1>n2，是降压变压器，用户附近的变电室内的变压器一般是降压变压器.
(2)n12.频率关系
变压器输出电压与输入电压的频率相等.
3.功率关系
对于理想变压器，由于不考虑能量损失，由能量守恒得
P入＝P出，即P1＝P2.
4.电流关系
由P1＝P2，即I1U1＝I2U2，又＝，
所以＝(适用于只有一个原、副线圈的情况)
例2　一台理想变压器，原、副线圈的匝数比n1∶n2＝20∶1，原线圈接入220 V的交流电压，副线圈向一电阻为110 Ω的用电器供电，则副线圈中的电流为(　　)
A.2 A B.0.1 A
C.0.5 A D.0.005 A
答案　B
解析　由于＝，故U2＝·U1＝×220 V＝11 V，故副线圈电流I2＝＝0.1 A，B对.
针对训练2　如图3－4－3所示，一台理想变压器的原、副线圈的匝数比为n1∶n2＝40∶1，在副线圈两端接有“6 V　40 W”的电灯泡.若灯泡正常发光，则下列说法中正确的是(　　)
图3－4－3
A.在原、副线圈中，通过每匝线圈的磁通量时时刻刻都相同
B.通过原、副线圈的交变电流的频率相同
C.变压器输入电压的最大值为240 V
D.变压器的输入功率为40 W
答案　ABD
解析　由变压器基本原理可知，理想变压器原、副线圈中通过每匝线圈的磁通量都相等，通过原、副线圈的交变电流的频率相同，所以选项A、B正确；因为灯泡正常发光，所以变压器输出电压的有效值为6 V，由电压关系可知，原线圈输入电压的有效值为240 V，不是最大值，所以选项C错误；理想变压器的输入功率与输出功率相等，所以变压器的输入功率为40 W，选项D正确.
对变压器原理的理解
1.下列说法中不正确的是(　　)
A.变压器也可能改变恒定电压
B.变压器的原理是一种电磁感应现象，副线圈输出的电流是原线圈电流的感应电流
C.变压器由绕在同一闭合铁芯上的若干线圈构成
D.变压器原线圈相对电源而言起负载作用，而副线圈相对负载而言起电源作用
答案　A
解析　变压器可以改变交变电流的电压、电流，其工作原理是电磁感应现象.
2.如图3－4－4所示，为变压器的示意图，它被用来升高发电机的输出电压，下列说法中正确的是(　　)
图3－4－4
A.图中M是闭合的铁芯
B.发电机应与线圈Ⅰ相连，升高后的电压由c、d两端输出
C.电流以铁芯为通路从一个线圈流到另一个线圈
D.变压器是根据电磁感应原理工作的
答案　AD
解析　由题知该变压器为升压变压器，所以原线圈匝数小于副线圈匝数，故Ⅱ为输入端即接发电机，Ⅰ为输出端，B错误；铁芯提供闭合的磁路，使电能先转化成磁场能，再在副线圈中转化成电能，所以C项错误，故A、D正确.
变压器的规律及应用
3.理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1，以下说法中正确的是(　　)
A.穿过原、副线圈每一匝磁通量之比是10∶1
B.穿过原、副线圈每一匝磁通量的变化率相等
C.原、副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为10∶1
D.正常工作时，原、副线圈的输入、输出功率之比为1∶1
答案　BD
解析　对理想变压器，无磁通量损漏，因而穿过两个线圈的交变磁通量相同，磁通量变化率相同，因而每匝线圈产生感应电动势相等，电压与匝数成正比；理想变压器可以忽略热损耗，故输入功率等于输出功率.B、D正确.
4.收音机中的变压器，原线圈有1 210匝，接在220 V的交流电源上.要得到5 V、6.3 V和350 V三种输出电压，三个副线圈的匝数各是多少？
答案　28匝　35匝　1 925匝
解析　根据变压比公式可得n副＝·n原，
5 V绕组匝数n1＝·n原＝×1 210匝≈28匝，
6.3 V绕组匝数n2＝·n原＝×1 210匝≈35匝，
350 V绕组匝数n3＝·n原＝×1 210匝＝1 925匝.
(时间：60分钟)
题组一、对变压器原理的理解
1.下列关于变压器的说法中正确的是(　　 )
A.变压器是把电能通过磁场能转换成电能的装置
B.变压器的原、副线圈组成闭合回路
C.变压器的铁芯中产生交变电流
D.变压器的副线圈中产生直流电
答案　A
2.关于理想变压器，下面各说法中正确的是(　　)
A.它的输出功率可以大于它的输入功率
B.它不仅可以改变交流电压还可以改变直流电压
C.原、副线圈两端的电压与它们的匝数成正比
D.原、副线圈的电流与它们的匝数成正比
答案　C
解析　理想变压器的输出功率等于输入功率，A错；变压器不能改变直流的电压，B错；原、副线圈两端的电压与它们的匝数成正比，通过原、副线圈的电流与它们的匝数成反比，C正确，D错误.
3.对变压器工作原理，下列说法正确的是(　　)
A.变压器只改变交流电压
B.变压器可以改变交流电压，也可以改变直流电压
C.变压器原、副线圈的磁通量变化率相同
D.变压器副线圈匝数越多，副线圈上的电压越小
答案　AC
解析　根据变压器的工作原理，变压器只改变交流电压，选项A正确，B错误；原、副线圈磁通量的变化率相同，选项C正确；由E＝n，可知D错误.
4.理想变压器的原、副线圈中一定相同的物理量有(　　)
A.交流电的频率 B.磁通量的变化率
C.功率 D.交流电的峰值
答案　ABC
解析　理想变压器原、副线圈的功率相等，频率相同，磁通量相同，磁通量变化率相同.
5.把直流电源接到变压器的原线圈上，变压器却不能改变直流电压.其原因是(　　)
A.没有磁通量通过原线圈
B.没有磁通量通过副线圈
C.通过原、副线圈的磁通量没有变化
D.通过原、副线圈的磁通量不相等
答案　C
解析　直流电的磁场是不变的，所以通过原、副线圈的磁通量就不变，也就没有在副线圈上产生感应电动势，故选项C正确.
题组二、变压器的规律及应用
6.将输入电压为220 V、输出电压为6 V的变压器改绕成输出电压为24 V的变压器.已知副线圈原来的匝数为36匝，现不改变原线圈的匝数，则副线圈应增绕的匝数为(　　 )
A.144匝 B.108匝
C.180匝 D.540匝
答案　B
解析　由＝得n1＝n2＝×36匝＝1 320匝，又＝得n2′＝n1＝×1 320匝＝144匝，Δn＝n2′－n2＝144－36＝108(匝).
7.一台理想降压变压器从10 kV的线路中降压并提供200 A的负载电流.已知两个线圈的匝数比为40∶1，则变压器的输出电压及输出功率是(　　)
A.250 V，50 kW B.10 kV，200 kW
C.250 V，200 kW D.10 kV，2×103 kW
答案　A
解析　由＝得U2＝＝ V＝250 V，由理想变压器功率关系得P入＝P出＝U1I1＝U2I2＝200×250 W＝50 kW.故选项A正确.
8.如图3－4－5所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝1∶4，在A、B端输入交流电压uAB＝15 sin (100 πt) V，电流表的示数为1 A，电路中电流表和电压表均为理想电表，则(　　)
图3－4－5
A.交流电的频率为100 Hz
B.电压表的示数为60 V
C.灯泡L消耗的功率为15 W
D.灯泡L的电阻为15 Ω
答案　BC
解析　由交流电的瞬时表达式可知交流电的频率为f＝＝50 Hz，A项错误；根据变压比可知，副线圈输出电压为U2＝U1＝×15 V＝60 V，即电压表的示数为60 V，B项正确；由变流比可知副线圈中的电流I2＝I1＝×1 A＝ A，因此灯泡消耗的功率为P＝U2I2＝
60× W＝15 W，C项正确；灯泡的电阻为R＝＝240 Ω，D项错误.
9.一台理想变压器，其原线圈2 200匝，副线圈440匝，并接一个100 Ω的负载电阻，如图3－4－6所示.
图3－4－6
(1)当原线圈接在44 V直流电源上时，电压表示数为________V，电流表示数为________A.
(2)当原线圈接在220 V交流电源上时，电压表示数为________V，电流表示数为________A，此时输入功率为________W.
答案　(1)0　0　(2)44　0.44　19.36
解析　(1)原线圈接在直流电源上时，由于原线圈中的电流恒定，所以穿过原、副线圈的磁通量不发生变化，副线圈两端不产生感应电动势，故电压表示数为零，电流表示数也为零.
(2)由＝得：
U2＝U1＝220× V＝44 V(电压表读数)，
I2＝＝ A＝0.44 A(电流表读数)，
P入＝P出＝I2U2＝0.44×44 W＝19.36 W.
10.为了安全，机床上照明电灯用的电压是36 V，这个电压是把220 V的电压降压后得到的.如果变压器的原线圈是1 100匝，能量损失不计，副线圈应该是多少匝？
答案　180
解析　对于理想的变压器而言，由＝得＝，故副线圈的匝数应为n2＝180 匝.
第5讲　高压输电
[目标定位]　1.了解为什么要用高压输电.2.知道减少远距离输送电能损失的主要途径.3.了解电网在能源利用上的作用，认识科学技术对人类生活的深远影响.
一、降低导线电阻
1.采用导电性能好的材料做导线.
2.使导线粗一些.
3.降低导线电阻的措施的局限性：导线太粗，不仅要消耗大量金属材料，而且会给架线工作增加困难.
想一想　要降低导线的电阻可以采取哪些措施？减小导线的长度可以吗？
答案　根据电阻定律R＝ρ可知，要降低导线的电阻，可以减小材料的电阻率或增大导线的横截面积，根据实际情况导线的长度不能改变.
二、降低输电电流
1.在输送一定功率的电能时，要减小输送的电流，就必须提高输电的电压.
2.输电电压过高，会增加绝缘的困难，因而架线的费用增加，输电线路还容易向大气放电，增加电能的损失.
想一想　在输送一定功率的电能时，若输送电压增大到原来的2倍，损失的电能变为原来的多少倍？
答案　输电线上的电流I＝，损失的功率P损＝I2R＝，输电导线上损失的电能和输出电压的平方成反比，输出电压提高到原来的2倍，导线上电能的损失就减为原来的.
三、电网供电
1.电网的定义：将多个电厂发的电通过输电线、变压器连接起来，形成全国性或地区性输电网络，这就是电网.
2.电网供电的作用
(1)可以在一些能源产地使用大容量的发电机组，减少发电设施的重复建设，降低运输一次能源的成本，获得最大的经济利益；
(2)可以保证发电和供电系统的安全与可靠，调整不同地区电力供需平衡，保障供电的质量；
(3)使用电网，可以根据火电、水电、核电的特点，合理的调度电力，使电力供应更加可靠、质量更高.
一、高压输电
1.目的：输送电能.
2.电能损失的原因：电流的热效应.
3.关键：减小输电线上电能的损失：Q＝I2R线t.
4.减少电能输送时损失的途径
(1)降低导线电阻
①选择导电性能好的材料做导线.
②增加导线的横截面积.
③降低导线电阻的措施的局限性：电阻率较小的金属一般比较贵重；导线横截面积增大不仅增加材料消耗，还会给架线增大困难.
(2)降低输电电流——高压输电
①由P＝UI知，在输送功率不变的情况下，减小电流就必须增大电压.
②由P＝UI和P热＝I2R可知，在P不变的情况下，电压提高一倍，热损耗功率将会减少为原来的.
例1　对于电能输送的以下说法，正确的是(　　)
A.输送电能的基本要求是：可靠、保质、经济
B.减少输电导线上功率损失的唯一方法是采用高压输电
C.减少输电导线上功率损失的唯一方法是增大导线的横截面积
D.实际输送电能时，要综合考虑各种因素，如：输送功率大小、距离远近、技术和经济条件等
答案　AD
解析　由Q＝I2Rt和R＝ρ分析可知选项A、D正确，选项B、C错误.
针对训练1　 远距离输电中，在输送的电功率不变的条件下(　　)
A.只有增大输电线的电阻，才能减小电流，提高输电效率
B.只有提高输电电压，才能减小电流，提高输电效率
C.提高输电电压势必增大输电线上的能量损耗
D.提高输电电压势必增大输电线上的电流
答案　B
解析　由于输电线上的电能损耗P损＝I2R＝R，U增大，P损减小，I＝减小，故B正确，A、C、D错误.
二、输电过程中的电能损失
1.远距离输电过程的示意图(如图3－5－1)
图3－5－1
理想变压器P1＝P2，P3＝P4，P2－P3＝P损
2.输电线上的功率损失和电压损失
(1)输电线上的功率损失：P损＝IR线.其中输电线电阻为R线，输送功率为P，输电线上的电流为I线＝
(2)输电线上的电压损失：ΔU＝U2－U3
(3)电压的关系：＝，＝
(4)用户实际得到的功率P′＝P－P损
例2　如图3－5－2所示是远距离输电的示意图，下列说法正确的是(　　 )
图3－5－2
A.a的输出电压等于b的输入电压
B.a是升压变压器，b是降压变压器
C.a是降压变压器，b是升压变压器
D.a的输出电压等于输电线上损失的电压
答案　B
解析　因电路导线有电阻，会有电压损失，故a的输出电压要大于b的输入电压.且a的输出电压减去输电线上的损失电压等于b的输入电压，选项A、D错误；因能量损失与输送电压的平方成反比，故为减小电路能量损耗，要用高压输电，到用户要进行降压，选项B正确，C错误.
针对训练2　输电线的电阻为r，输送电功率为P，用电压U送电，则用户得到的功率为(　　)
A.P B.P－·r
C.P－ D.r
答案　B
解析　输电线上的电流I＝，损失的功率P损＝I2r，故用户得到的功率P用＝P－P损＝P－·r，B正确.
高压输电的优点
1.远距离输送交流电都采用高压输电，我国正在研究用比330 kV 高得多的电压进行输电，采用高压输电的优点是(　　)
A.可节省输电线的铜材料
B.可根据需要调节交流电的频率
C.可减少输电线上的能量损失
D.可加快输电的速度
答案　AC
解析　由P＝IU得I＝，输送的电功率P一定，采用高压输电，U大则I小，输电线中的电流越小，由P线＝I2r，在要求输电线损耗一定的情况下，就可选电阻率略大一点的材料作为导线.若输电线确定，则可以减少输电线上的能量损失，故选项A、C正确；交流电的频率是固定的，不需调节.输电的速度就是电磁波的传播速度，是一定的，故选项B、D错误.
2.关于减少远距离输电线上的功率损耗，下列说法正确的是(　　)
A.由功率P＝，应降低输电电压，或增大导线电阻
B.由P＝IU，应降低输电电压，或减小电流输电
C.由P＝I2R，应减小导线电阻，或减小输电电流
D.上述说法均不对
答案　C
解析　解此题关键是分清U是输电电压，而不是在输电线上的电阻引起的电压降落，故C正确，A、B、D错误.
输电线路上的电功率损失
3.远距离输送一定功率的交流电，若输电线电阻一定，下列说法正确的是(　　)
A.输电线上的电压损失跟输电电压成正比
B.输电线上的功率损失跟输电电压的平方成正比
C.输电线上的功率损失跟输电电压的平方成反比
D.输电线上的功率损失跟输电线上的电压损失的平方成正比
答案　CD
解析　此题容易犯的错误是将输电电压与损失电压相混，
由P＝而错选选项B.正确的思路是由I线＝，可知ΔU＝R线，故选项A错误；ΔP＝
R线，故选项C正确；由ΔP＝知，选项D正确.
4.水电站向小山村输电，输送电功率为50 kW，若以1 100 V送电，则线路损失功率为10 kW；若以3 300 V送电，则线路损失功率变为(　　)
A.3.3 kW B.1.1 kW
C.30 kW D.11 kW
答案　B
解析　设输送电功率为P，输电电压为U，线路电阻为R，则损耗功率P损＝I2R＝()2R.代入数据可得B选项正确.
(时间：60分钟)
题组一、高压输电的优点
1.远距离输电要采用(　　 )
A.低压输电 B.高压输电
C.强电流输电 D.弱电流输电
答案　BD
2.远距离输电都采用高压输电的方式，其主要优点是(　　 )
A.可增大输电电流
B.可加快输电速度
C.可减少输电线上的能量损失
D.可防止不法分子窃电
答案　C
解析　根据在输电的过程中输送的功率一定，P＝UI，输送电压越高，输送电流越小，选项A错误；输电电压不会改变输电的速度，选项B错误；输电电压越高，输电电流越小，根据P损＝I2R，知损失的功率越小，选项C正确；与不法分子窃电无关，选项D错误.
3.关于远距离输电，下列说法中正确的是(　　 )
A.高压输电可以减少输电线上的功率损失，因此输电电压可以无限大
B.因为铜的电阻率比较小，因此远距离输电中常使用铜作为输电线材料
C.远距离输电中使用铝导线作为输电线材料，并且不需要包裹绝缘材料
D.增大导线面积可减小电阻从而减小输电线上的电能损失，因此输电线为一根粗导线
答案　C
解析　远距离输电用裸露的铝导线高电压输电，并且是由多股导线缠绕而成，以增加电流的通过面积.因受到多种制约，输电电压不能无限增大，故C正确.
4.某发电厂原来用11 kV的交流电输电，后来改用升压变压器将电压升高到220 kV输电，输送的电功率为P，若输电线路的电阻为R，则下列说法中正确的是(　　)
A.根据公式I＝，提高电压后输电线上的电流降为原来的
B.根据公式I＝，提高电压后输电线上的电流增为原来的20倍
C.根据公式P＝I2R，提高电压后输电线上功率损失为原来的
D.根据公式P＝，提高电压后输电线上功率损失增为原来的400倍
答案　AC
解析　由I线＝知，I线为原来的，由P损＝R知，P损为原来的.选项A、C正确.
题组二、输电线路上的电功率损失
5.在远距离输电中，当输送的电功率相同时，则关于输电导线上损失的功率下列说法正确的是(　　 )
A.减小输电导线的横截面积，可以减小输电损失的功率
B.降低输送电压从而增大输送电流，可有效减小输电损失的功率
C.提高输送电压从而减小输送电流，可有效减小输电损失的功率
D.输电损失的功率与输送电压的二次方成正比
答案　C
解析　减小输电导线的横截面积，则输电线上的电阻增大，损耗的功率变大，选项A错误；降低输电电压，由输电线上的电流I＝，知输电电流变大，损耗的功率变大，选项B错误；提高输电电压，由输电线上的电流I＝，知输电电流变小，损耗的功率变小，选项C正确；损失的功率P损＝I2R＝，知输电损失的功率与输送电压的二次方成反比，选项D错误.
6.某学校用发电机直接供电，已知发电机的输出电压为U0，发电机至学校之间输电导线的总电阻为R，通过输电导线的电流为I，学校的输入电压为U1.下列几个计算输电导线上功率损失的关系式，其中正确的是(　　 )
A. B.I2R
C. D.IU0－I2R
答案　B
解析　输电线上损失的电压U＝U0－U1，
输电导线损失的电功率P＝I2R，
P＝＝，选项B正确.
7.进行远距离输电时，在输送的电功率和输电线电阻都保持不变的条件下，输电的电压为U1时，输电线上损失的功率为P1；输电电压为U2时，输电线上损失的功率为P2.则P1∶P2为(　　 )
A.U∶U B.U1∶U2
C.U∶U D.U2∶U1
答案　C
解析　输送的功率一定，由P＝UI知，I＝，则P损＝I2R＝，知输电线上损失的电功率与电压的平方成反比.故A、B、D错误，C正确.
8.中央电视台《焦点访谈》多次报道某些边远落后的农村用电电价过高，农民负担过重，其中客观原因是电网陈旧老化.近年来进行农村电网改造，为减少远距离输电的损耗而降低电费价格，下列措施可行的是(　　 )
A.提高输送电功率 B.提高输送电压
C.加快输电的速度 D.调节交流电的频率
答案　B
解析　根据输送功率P＝UI，则I＝，则输电线上损耗的功率P损＝I2R＝，知降低输送功率、减小电阻和增大输送电压，可减小损耗的功率.故B正确，A、C、D错误.
9.输电导线的电阻为R，输送电功率为P.现在分别用U和2U两种电压来输电，则两次输电线上损失的功率之比为(　　)
A.1∶2 B.2∶1
C.1∶4 D.4∶1
答案　D
解析　由P＝UI得输电线中的电流I＝.输电线中损失的功率P损＝I2R＝()2R＝.即在输送功率和输电线电阻不变的情况下，损失的功率与输电电压的平方成反比.所以P损1∶P损2＝U∶U＝4∶1.
10.如图3－5－3所示为远距离交流输电的简化电路图.发电厂的输出电压是U，用等效总电阻是r的两条输电线输电，输电线路中的电流是I1，其末端间的电压为U1.在输电线与用户间连有一理想变压器，流入用户端的电流为I2.则(　　)
图3－5－3
A.用户端的电压为
B.输电线上的电压降为U
C.理想变压器的输入功率为Ir
D.输电线路上损失的电功率为I1U
答案　A
解析　理想变压器输入和输出功率相同，设用户端得到的电压为U2，则有I1U1＝U2I2，U2＝，选项A正确；输电线上的电压降为ΔU＝I1r，或者ΔU＝U－U1，选项B错误；理想变压器的输入功率为P＝I1U1，选项C错误；输电线路上损失的电功率为ΔP＝Ir，选项D错误.
第6讲　自感现象　涡流
[目标定位]　1.了解什么是自感现象、自感系数和涡流，知道影响自感系数大小的因素.2.了解自感现象和涡流的利用及其危害的防止.3.初步了解日光灯、电磁炉等家用电器的工作原理.
一、自感现象
1.线圈A中电流的变化引起的磁通量的变化，会在它自身激发感应电动势，这个电动势叫做自感电动势，这种现象叫做自感现象.
2.电路中自感的作用是阻碍电流的变化.
想一想　如图3－6－1所示的电路，L为自感线圈，A是一个灯泡，E是电源.当S闭合瞬间，通过灯泡的电流方向如何？当S切断瞬间，通过灯泡的电流方向如何？
图3－6－1
答案　当S闭合时，通过灯泡的电流方向为a→b；当S切断瞬间，由于电源提供给灯泡A及线圈的电流立即消失，因此线圈要产生一个自感电动势来阻碍原电流减小，所以线圈此时相当于一个电源，产生的自感电流和原电流方向相同，流经A时的方向是b→a.
二、电感器
1.线路中的线圈叫做电感器，电感器的性能用自感系数表示，简称自感.
2.线圈越大、匝数越多，它的自感系数越大.给线圈中加入铁芯，自感系数比没有铁芯时大得多.
3.交流电通过电感器时，由于线圈中的自感电动势总是阻碍电流的变化，所以电感器对交流电有阻碍作用.
4.在自感系数很大、电流很强的电路中，切断电源的瞬间都会产生很大的自感电动势，使开关两端出现很高的电压，形成电弧.电弧不仅会烧蚀开关，有时还会危及人员的安全.
想一想　自感现象中产生的自感电动势与线圈是否有关？可能与线圈的哪些因素有关？
答案　有关.与线圈的长度、大小、匝数及有无铁芯都有关.
三、涡流及其应用
1.只要空间有变化的磁通量，其中的导体中就会产生感应电流，我们把这种感应电流叫做涡流.
2.利用涡流的热效应可以制成一种新型炉灶——电磁炉.金属探测器也是利用涡流工作的.
3.涡流的热效应在许多场合是有害的.当电机、变压器绕组中通过交流时，在铁芯中会产生涡流.这会使铁芯过热，消耗电能，破坏绝缘.为了减少涡流，铁芯都用电阻率很大的硅钢片叠加.
想一想　电流频率的高低对涡流有什么影响？如何减小涡流？
答案　电流频率越高，涡流越强；减小电流的频率或增大电阻可减小涡流.
一、自感现象及分析
1.通电自感的分析
(1)电路：如图3－6－2所示.
图3－6－2
(2)装置要求及作用：A1、A2规格相同，R的作用是使灯泡A1、A2亮度相同，R1的作用是使灯泡A1、A2均正常发光.
(3)实验现象：S合上时，A2立即正常发光，A1逐渐亮起来，稳定后两灯亮度相同.
(4)现象分析：在接通的瞬间，电路的电流增大，A2立刻亮起来；穿过线圈L的磁通量增加，线圈中产生自感电动势，这个自感电动势阻碍线圈中电流的增大，不能使电流立即达到最大值，所以A1只能逐渐亮起来.
2.断电自感的分析
(1)电路：如图3－6－3所示.
图3－6－3
(2)装置要求：线圈L的电阻较小，目的是接通电路的灯泡正常发光时，通过线圈的电流IL大于通过灯泡的电流IA，即IL>IA.
(3)实验现象：断开S时，发现灯泡A先闪亮一下，过一会儿才熄灭.
(4)现象分析：电路断开的瞬间，通电线圈的电流突然减小，穿过线圈的磁通量也很快地减少，线圈中产生了感应电动势，此感应电动势阻碍线圈L电流的减小.由于S断开后，L、A形成闭合回路，L中的电流从IL逐渐减小，流过A的电流突然变为IL，然后再从IL逐渐减小到零，所以A先闪亮一下，再逐渐熄灭.
特别提醒　灯泡的亮度由其电功率决定，功率越大，亮度越高.由于P＝I2R＝，故增加灯泡两端的电压或通电电流，灯泡都会变亮.
例1　如图3－6－4所示为演示自感现象的实验电路，下列说法正确的是(　　 )
图3－6－4
A.当闭合开关S时A1先亮
B.当闭合开关S时A2先亮
C.当断开开关S时A1先熄灭
D.当断开开关S时A2先熄灭
答案　B
解析　闭合开关时，由于自感电动势的阻碍作用，A1电路中的电流只能逐渐增大，所以A2先亮，选项A错误，B正确；当断开开关S时，L相当于电源，A1、A2、L、R组成闭合回路，电流由支路A1中的电流逐渐减小，所以A1、A2一起逐渐熄灭，选项C、D错误.
针对训练1　如图3－6－5所示的电路，当开关闭合时，小灯泡将________(选填“逐渐”或“立刻”)变亮.当开关断开时，小灯泡将________(选填“逐渐”或“立刻”)熄灭.
图3－6－5
答案　逐渐　立刻
解析　闭合开关时，由于电感器的自感电动势的阻碍作用，A中的电流只能逐渐增大，即小灯泡逐渐变亮；当开关断开时，由于小灯泡无法与其它用电器构成回路，虽然电感器中有自感电动势，但是没有自感电流，所以小灯泡立刻熄灭.
二、涡流的利用及防止
1.涡流的利用
(1)涡流的热效应.可以利用涡流来加热，例如电磁炉和高频感应炉.
(2)涡流的阻尼作用(称为电磁阻尼)，例如在一些电学测量仪表中，利用电磁阻尼仪表的指针迅速地停在它所测出的刻度上，以及高速机车制动的涡流闸等.
(3)涡流探测，如探雷器等.
2.涡流的防止
要减小涡流，可采用的方法是把整块铁芯改成薄片叠压的铁芯，增大回路电阻.例如电动机和变压器的铁芯都不是整块金属.
例2　关于电磁炉，下列说法正确的是(　　)
A.电磁炉也利用了电磁感应原理
B.电磁炉可以用陶瓷锅做饭
C.电磁炉是利用涡流的典型例子
D.电磁炉工作时，锅与炉体是相互绝缘的
答案　ACD
解析　电磁炉的工作原理是电磁感应产生的涡流的热效应，A正确；电磁炉的锅应是金属材料，最好是铁锅.当铁锅与炉体绝缘时，铁锅内的涡流产生大量的热量，从而加热食物.B错误，C、D正确.
针对训练2　变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成，而不采用一块整硅钢，这是为了(　　)
A.增大涡流，提高变压器的效率
B.减小涡流，提高变压器的效率
C.增大涡流，减小铁芯的发热量
D.减小涡流，减小铁芯的发热量
答案　BD
解析　涡流的主要效应之一就是发热，而变压器的铁芯发热，是我们不希望出现的.所以不采用整块硅钢，而采用薄硅钢片叠压在一起，目的是减小涡流，减小铁芯的发热量，进而提高变压器的效率.故B、D正确.
对自感现象的理解
1.下列说法中正确的是(　　)
A.电路中电流越大，自感电动势越大
B.电路中电流变化越大，自感电动势越大
C.线圈中电流均匀增大，线圈的自感系数也均匀增大
D.线圈中的电流为零时，自感电动势不一定为零
答案　D
解析　在自感一定的情况下，电流变化越快，自感电动势越大，与电流的大小、电流变化的大小没有必然的关系，A、B项错误；线圈的自感系数是由线圈本身的性质决定的，与线圈的大小、形状、匝数、有无铁芯等有关，而与线圈的电流的变化率无关，C项错误；线圈中的电流为零时，自感电动势不一定为零，D正确.
2.关于线圈的自感系数大小的下列说法中，正确的是(　　)
A.通过线圈的电流越大，自感系数也越大
B.线圈中的电流变化越快，自感系数也越大
C.插有铁芯时线圈的自感系数会变大
D.线圈的自感系数与电流的大小、电流变化的快慢、是否有铁芯等都无关
答案　C
解析　自感系数是由电感器本身的因素决定的，包括线圈的大小、单位长度上的匝数，而且有铁芯时比无铁芯时自感系数要大.
电感在电路中的作用
3.如图3－6－6所示，L为一纯电感线圈(直流电阻不计)，A为一灯泡，下列说法正确的是(　　)
图3－6－6
A.开关S接通的瞬间，无电流通过灯泡
B.开关S接通后，电路稳定时，无电流通过灯泡
C.开关S断开的瞬间，无电流通过灯泡
D.开关S接通的瞬间及接通后电路稳定时，灯泡中均有从a到b的电流，而在开关断开瞬间，灯泡中则有从b到a的电流
答案　B
解析　开关S接通的瞬间，灯泡中的电流从a到b；S接通的瞬间，线圈由于自感作用，通过它的电流逐渐增大.开关S接通后，电路稳定时，纯电感线圈对电流无阻碍作用，将灯泡短路，灯泡中无电流通过.开关S断开的瞬间，由于线圈的自感作用，线圈中原有向右的电流将逐渐减小，该电流通过灯泡形成回路，故灯泡中有从b到a的瞬间电流.
自感现象的应用与防止
4.日光灯电路主要由镇流器、启动器和灯管组成，在日光灯正常工作的情况下(　　)
A.灯管点燃发光后，启动器中两个触片是分离的
B.灯管点燃发光后，镇流器起降压限流作用
C.镇流器起整流作用
D.镇流器给日光灯的开始点燃提供瞬间高压
答案　ABD
解析　日光灯在点燃时需要一个瞬时高压，在启动器的U形触片冷却收缩分离，使电路突然中断的瞬间，因镇流器的自感作用产生很高的自感电动势加在灯丝两端，使灯管中水银蒸汽导通，日光灯点燃，当日光灯正常发光时，启动器中触片是断开的，由于交流电不断通过镇流器的线圈，线圈中产生的自感电动势总是阻碍其电流的变化，这时镇流器的作用是降压、限流，以保证日光灯正常工作.
(时间：60分钟)
题组一、对自感现象的理解
1.关于线圈中自感电动势的大小，下列说法中正确的是(　　)
A.电感一定时，电流变化越大，电动势越大
B.电感一定时，电流变化越快，电动势越大
C.通过线圈的电流为零的瞬间，电动势为零
D.通过线圈的电流为最大值的瞬间，电动势最大
答案　B
解析　在电感一定的情况下电流变化越快即变化率越大，电动势越大，A项错，B项正确；电流为零的瞬间电流的变化率不一定为零，电流的值最大时电流的变化率不一定最大，所以C、D项错误.
2.如图3－6－7所示，A、B为大小、形状均相同且内壁光滑，但用不同材料制成的圆管，竖直固定在相同高度.两个相同的磁性小球，同时从A、B管上端的管口无初速度释放，穿过A管的小球比穿过B管的小球先落到地面.下面对于两管的描述可能正确的是(　　)
图3－6－7
A.A管是用塑料制成的，B管是用铜制成的
B.A管是用铝制成的，B管是用胶木制成的
C.A管是用胶木制成的，B管是用塑料制成的
D.A管是用胶木制成的，B管是用铝制成的
答案　AD
解析　磁性小球穿过金属圆管过程中，将圆管看作由许多金属圆环组成，小球的磁场使每个圆环中产生感应电流，电流阻碍磁性小球的下落，小球向下运动的加速度小于重力加速度；小球在塑料、胶木等非金属材料圆管中不会产生感应电流，小球仍然做自由落体运动，穿过塑料、胶木圆管的时间比穿过金属圆管的时间少.
3.下列说法正确的是(　　)
A.当线圈中电流不变时，线圈中没有自感电动势
B.当线圈中电流不变时，线圈中自感电动势的方向不变
C.当线圈中电流增大时，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反
D.当线圈中电流减小时，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反
答案　AC
解析　线圈中电流不变时，自身电流产生的磁场的磁通量不变，线圈中不可能产生自感电动势，选项A正确，选项B错误；当线圈中电流增大时，电流产生的磁场的磁通量增大，根据楞次定律可判断自感电动势的方向与原电流方向相反，选项C正确；同理可知选项D错误.
题组二、电感在电路中的作用
4.如图3－6－8所示，L为自感系数很大的线圈，其自身的电阻忽略不计，A、B是完全相同的两个小灯泡.在t＝0时刻闭合开关S，经过一段时间t1断开S.下列表示A、B两灯泡中电流i随时间t变化的图象中，正确的是(　　)
图3－6－8
答案　BD
解析　电键闭合时，由于电感线圈的阻碍作用，流过电感的电流慢慢增大，所以iB慢慢增大，iA慢慢减小，最后稳定时电感相当于一根导线，iA为0，iB最大；断开电键，原来通过B的电流立即消失，由于电感线圈阻碍自身电流变化，产生与原电流同方向的感应电流，此时电感线圈和灯泡A形成回路，流过灯泡A中的电流方向与原来流过灯泡A中的电流方向相反，且电流iA慢慢减小，最后为0，故A、C错误，B、D正确.
5.如图3－6－9所示，电路甲、乙中电阻R和自感线圈L的电阻都很小.接通S，使电路达到稳定，灯泡A发光，则(　　)
图3－6－9
A.在电路甲中，断开S，A将渐渐变暗
B.在电路甲中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗
C.在电路乙中，断开S，A将渐渐变暗
D.在电路乙中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗
答案　AD
解析　甲图中，灯A与线圈L在同一支路，通过的电流相同；断开开关S时，A、L、R组成回路，由于自感作用，L中电流逐渐减小，灯不会闪亮一下，灯A将逐渐变暗，故A正确，B错误；乙图中，电路稳定时，通过上支路的电流IL>IA(因L的电阻很小)；断开开关S时，由于L的自感作用，回路中电流在IL的基础上减小，电流反向通过A的瞬间，A中电流变大，然后渐渐变小，所以灯A要闪亮一下，然后渐渐变暗，故C错误，D正确.
6.如图3－6－10所示，开关S闭合且电路达到稳定时，小灯泡能正常发光，则(　　)
图3－6－10
A.当S闭合瞬间，小灯泡将慢慢变亮
B.当S闭合瞬间，小灯泡立即变亮
C.当S断开瞬间，小灯泡慢慢熄灭
D.当S断开瞬间，小灯泡先闪亮一下，再慢慢熄灭
答案　A
解析　当S闭合瞬间，通过L的电流增大，自感电动势的方向与原电流方向相反，阻碍电流的增大，故A慢慢变亮；当S断开瞬间，A将立即熄灭，因为S断开，再无电流回路.
7.如图3－6－11所示，灯LA、LB完全相同，带铁芯的线圈L的电阻可忽略.则(　　)
图3－6－11
A.S闭合瞬间、LA、LB同时发光，接着LA变暗，LB更亮，最后LA熄灭
B.S闭合瞬间，LA不亮，LB立即亮
C.S闭合瞬间，LA、LB都不立即亮
D.稳定后再断开S的瞬间，LB熄灭，LA比LB(断开S前)更亮
答案　A
解析　S接通的瞬间，L支路中电流从无到有发生变化，因此，L中产生的自感电动势阻碍电流增加.由于有铁芯，自感系数较大，对电流的阻碍作用也就很强，所以S接通的瞬间L中的电流非常小，即干路中的电流几乎全部流过LA.所以LA、LB会同时亮.又由于L中电流很快稳定，感应电动势很快消失，L的阻值因为很小，所以对LA起到“短路”作用，因此，LA便熄灭.这里电路的总电阻比刚接通时小，LB会比以前更亮，A正确，B、C错误；稳定后断开S瞬间，LB熄灭，LA与LB熄灭前一样亮，D错误.
8.如图3－6－12所示，是测定自感系数很大的线圈L直流电阻的电路，L两端并联一只电压表，用来测量自感线圈的直流电压，在测量完毕后，将电路解体时应(　　)
图3－6－12
A.先断开S1 B.先断开S2
C.先拆除电流表 D.先拆除电阻R
答案　B
解析　S1断开瞬间，L中产生很大的自感电动势，若此时S2闭合，则可能将电压表烧坏，故应先断开S2.
题组三、涡流的应用及防止
9.如图3－6－13所示是冶炼金属的高频感应炉的示意图.冶炼炉内装入被冶炼的金属，线圈通入高频交变电流，这时被冶炼的金属就能被熔化.这种冶炼方法速度快，温度容易控制，并能避免有害杂质混入被冶炼的金属中，因此适于冶炼特种金属，该炉的加热原理(　　)
图3－6－13
A.利用线圈中电流产生的焦耳热
B.利用红外线
C.利用交变电流的交变磁场在炉内金属中产生的涡流
D.利用交变电流的交变磁场所激发的电磁波
答案　C
解析　利用交变电流产生的交变磁场在引起炉内金属截面的磁通量变化时，使金属中产生感应电流，因整块金属的电阻相当小，所以感应电流很强，它在金属内自成回路流动时，形成漩涡状的电流，即涡流，涡流产生大量的焦耳热使炉内温度升高，金属熔化，故选C正确；当然线圈中也因有交变电流会产生一定的焦耳热，但它是相当少的，根本不可能使炉内温度高到使金属熔化的程度，故A错误；依题意B、D错误.
10.如图3－6－14所示，是高频焊接原理示意图，线圈中通以高频交流电时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流通过焊缝时产生大量热量，将金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法中正确的是(　　)
图3－6－14
A.交流电的频率越高，焊缝处的温度升高得越快
B.交流电的频率越低，焊缝处的温度升高得越快
C.工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻小
D.工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻大
答案　AD
解析　线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流的大小与感应电动势有关，电流变化的频率越高，电流变化得越快，感应电动势就越大，选项A正确，B错误；工件上焊缝处的电阻大，电流产生的热量就多，选项C错误，D正确.
第二章 磁场
章末整合
磁场
一、对磁场的描述
1.磁场：磁场是存在于磁极周围的一种特殊物质，磁体之间、磁体与电流之间以及电流与电流之间的作用都是通过这种特殊的物质而发生的.
2.磁场的强弱用磁感应强度来表示.磁感应强度B的大小只取决于磁场本身的性质，与F、I、L无关.
3.磁感线的疏密程度反映磁场的强弱，线上某点的切线方向都跟该点的磁场方向相同.磁感线是闭合的曲线，在磁体内部磁感线从S极指向N极；在磁体外部磁感线从N极指向S极.
例1　关于磁场和磁感线，下列说法正确的是(　　)
A.磁场并不是真实存在的，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.磁感线类似电场线，它总是从磁体的N极出发，到S极终止
答案　C
解析　磁体和电流周围的空间均存在着磁场，磁场和电场一样也是一种客观存在的物质，为了形象地描绘磁场，用磁感线将抽象的磁场描绘出来，磁感线是假想的曲线；铁屑在磁场中被磁化为小磁针，在磁场的作用下转动，最后规则地排列起来，显示出磁感线的形状，并非磁场的客观反映；电流的磁场和磁体的磁场的磁感线都是闭合曲线，在磁体外从N极到S极，在磁体内从S极到N极；而电场线从正电荷出发到负电荷终止，不闭合，磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小，磁感线上任一点的切线方向，即小磁针N极在某点所受磁场力的方向，就是该点磁场方向，也就是磁感应强度的方向.因此正确选项为C.
变式训练1　如图2－1所示为通电螺线管产生的磁场，于a、b两点磁感应强度的描述，下列说法正确的是(　　)
图2－1
A.大小相等，方向相同
B.大小相等，方向不同
C.大小不等，方向相同
D.大小不等，方向不同
答案　D
解析　因磁感线的疏密反映磁感应强度的大小，磁感线的切线方向表示磁感应强度的方向，故D对，A、B、C错误.
二、安培定则与左手定则的应用
1.安培定则用来判断运动电荷、电流的磁场方向.
2.左手定则用来判断通电导线所受的安培力的方向和运动电荷所受的洛伦兹力的方向.
3.当判断通电导线(或运动电荷)周围的导线所受的安培力(或运动电荷所受的洛伦兹力)的方向时，首先要根据安培定则判断出磁场方向，再根据左手定则判断出安培力或洛伦兹力的方向.
例2　初速度为v0的电子，沿平行于通电长直导线的方向射出，直导线中电流方向与电子的初速度方向如图2－2所示，则(　　)
图2－2
A.电子将向右偏转，速率不变
B.电子将向左偏转，速率改变
C.电子将向左偏转，速率不变
D.电子将向右偏转，速率改变
答案　A
解析　由于电子运动方向向上，处于垂直纸面向里的磁场中，根据左手定则，洛伦兹力方向向右，电子将向右偏转.洛伦兹力方向时刻与速度方向垂直，因而不做功，速率不变.综上所述，选A.
变式训练2　如图2－3所示，两根可自由移动的靠得很近的平行长直导线，通以相反方向的电流，且I1＞I2，则两导线所受的安培力F1和F2的大小关系及其运动方向为(　　)
图2－3
A.F1＞F2，且相互靠近
B.F1＜F2，且相互远离
C.F1＝F2，且相互靠近
D.F1＝F2，且相互远离
答案　D
解析　通电导线在其周围产生磁场，通电导线在磁场中受到安培力作用，两导线所受安培力是作用力与反作用力，它们大小相等，选项A、B错误；由安培定则可知，I1在I2处产生的磁场垂直纸面向里，由左手定则可知，I2所受安培力向右；由安培定则可知，I2在I1处产生的磁场垂直纸面向里，由左手定则可知，I1所受安培力向左，则两导线相互远离，选项C错误，D正确.
三、安培力作用下的平衡问题
1.解决通电导体在磁场中受重力、弹力、摩擦力、安培力等力的作用下的平衡问题，关键是受力分析.
2.由于安培力F的方向、电流I的方向、磁感应强度B的方向三者之间涉及三维空间，所以在分析和计算安培力的大小时，要善于把立体图形改画成平面图形，以便受力分析.
3.画好辅助图(如斜面)，标明辅助方向(如B的方向、I的方向等)也是画好受力分析图的关键.
例3　质量为m的通电导体棒ab置于倾角为θ的金属导轨上，如图2－4所示.已知导体棒与导轨间的动摩擦因数为μ，在下列各图所加各种磁场中，导体均静止，则导体与导轨间摩擦力为零的可能情况是(　　)
图2－4
答案　AB
解析　要使静摩擦力为零，如果FN＝0，必有Ff＝0.B选项中安培力的方向竖直向上与重力的方向相反，可能使FN＝0，B项是正确的；如果FN≠0，则导体棒除受静摩擦力Ff以外的其他力的合力只要为零，那么Ff＝0.在A选项中，导体棒所受到的重力G、支持力FN及安培力F安三力合力可能为零，则导体棒所受静摩擦力可能为零；C、D选项中，从导体棒所受到的重力G、支持力FN及安培力F安三力的方向分析，合力不可能为零，所以导体所受静摩擦力不可能为零.故正确的选项应为A、B项.
变式训练3　电流天平的原理图如图2－5 所示，矩形线圈abcd的bc边悬在匀强磁场中.当给矩形线圈通入如图所示的电流I时，调节两盘中的砝码，使天平平衡.然后使电流I反向，这时要在天平的左盘上加质量为m的砝码，才能使天平重新平衡.则此时磁场对bc边作用力的大小为(　　)
图2－5
A. mg B. mg
C. mg D. mg
答案　C
解析　初状态天平平衡时，由左手定则可知，在磁场中的导线bc受到的安培力方向竖直向上，大小设为F，左、右两盘的砝码质量分别设为m1和m2.由平衡条件得：m1g＝m2g－F.电流I反向后，导线bc受到的安培力方向竖直向下，大小仍为F，这时要在天平的左盘上加质量为m的砝码，才能使天平重新平衡.由平衡条件得：m1g＋mg＝m2g＋F.以上两式相减可得：mg＝2F，所以：F＝.
章末检测(二)
一、单项选择题
1.关于磁场和磁感线的描述，下列哪些是正确的(　　)
A.磁感线从磁体的N极出发到磁体的S极终止
B.自由转动的小磁针放在通电螺线管内部，其N极指向螺线管内部的磁场方向
C.磁感线的方向就是磁场方向
D.两条磁感线的空隙处不存在磁场
答案　B
解析　磁感线是一条闭合曲线，在磁体的外部由N极到S极，而在磁体的内部则由S极到N极，A不正确.通电螺线管内部的磁感线由S极到N极，所以放置其中的小磁针N极必然是指向螺线管的北极，B正确.只有磁感线是直线时，磁感线的方向才与磁场方向一致；如果磁感线是曲线，某点的磁场方向用该点的切线方向来表示，C不正确.磁感线是假想的曲线，只要有磁场的地方就有磁感线，D不正确.
2.下图是通电直导线周围磁感线分布情况示意图，各图的中央表示垂直于纸面的通电直导线及其中电流的方向，其他的均为磁感线，其方向由箭头指向表示，这四个图中正确的是(　　)
答案　C
解析　A、C、D图均表示电流方向垂直纸面向里，B图电流方向向外，由安培定则知磁感线方向A、C、D正确；离导线越近，磁场越强，磁感线越密，故C对.
3.如图2－6所示，环中电流方向由左向右，且I1＝I2，则圆环中心O处的磁场是(　　)
图2－6
A.最大，穿出纸面
B.最大，垂直穿入纸面
C.为零
D.无法确定
答案　C
解析　根据安培定则，上半圆环中电流I1在环内产生磁场垂直纸面向里，下半圆环中电流I2在环内产生的磁场垂直纸面向外，由于O对于I1和I2对称(距离相等)，故I1和I2在O处产生的磁场大小相等、方向相反，在O处相互抵消.
4.一根容易形变的弹性导线，两端固定，导线中通有电流，方向如下图中箭头所示.当没有磁场时，导线呈直线状态；当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时，描述导线状态的四个图示中正确的是(　　)
答案　D
解析　A图中导线不受力，故它不会弯曲，A错误；B图中导线受到垂直纸面向里的安培力，它不会向右弯曲，B错误；C中导线受到水平向右的安培力，导线不会向左弯曲，C错误；D中导线受到水平向右的安培力，故它向右弯曲，D正确.
5.如图2－7所示是电子射线管示意图，接通电源后，电子射线由阴极沿x轴正方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线.要使荧光屏上的亮线向下(z轴负方向)偏转，在下列措施中可采用的是(　　)
图2－7
A.加一磁场，磁场方向沿z轴负方向
B.加一磁场，磁场方向沿y轴正方向
C.加一电场，电场方向沿z轴负方向
D.加一电场，电场方向沿y轴正方向
答案　B
解析　此题考查演示实验“电子束在磁场中偏转”.要使荧光屏上亮线向下偏转，即使电子所受的洛伦兹力方向向下，电子运动方向沿x轴正方向，由左手定则可知，磁场方向应沿y轴正方向，所以A错，B对；若加一电场电子应受到向下的电场力作用，故电场方向沿z轴正方向，C、D均错.
6.某电磁轨道炮工作原理如图2－8所示，待发射弹体可在两水平的平行光滑轨道之间自由移动，并与轨道保持良好接触.电流I从一条轨道流入，通过导电弹体后从另一条轨道流回.轨道电流可形成在弹体处垂直于轨道面的磁场(可视为匀强磁场)，磁感应强度的大小与I成正比(即B＝kI).通电的弹体在轨道上受到安培力的作用而高速射出，现欲使弹体的出射速度增加到原来的2倍，理论上可采用的办法是(　　)
图2－8
A.只将轨道长度L变为原来的2倍
B.只将电流I增加至原来的2倍
C.只将弹体质量减至原来的一半
D.将弹体质量减至原来的一半，同时将电流I增加至原来的2倍
答案　B
解析　设导轨宽度为d，则安培力大小F＝BId＝kI2d，由牛顿第二定律得：kI2d＝ma，由运动学公式v2＝2ax得：v2＝2L，则v＝I，所以只有B项正确，A、C、D均不正确.
二、多项选择题
7.下列说法正确的是(　　)
A.任何磁体都具有N极和S极两个磁极
B.奥斯特实验说明了电流周围存在着磁场
C.通电导体之间也存在着相互作用，它们是通过电场发生作用的
D.地磁场的N极与地理的南极重合，地磁场的S极与地理的北极重合
答案　AB
解析　任何磁体都有N极、S极，所有磁现象都是通过磁场而发生作用的.磁体与电流的周围都存在磁场.地球的地理两极与地磁两极并不重合.故选项A、B正确，C、D错误.
8.磁场中一段2 cm长的直导线，通过2.5 A的电流时，受到的安培力为0.1 N，则通电直导线处的磁感应强度B可能是(　　)
A.2 T B.小于2 T
C.大于2 T D.零
答案　AC
解析　当导线方向垂直于磁场时，该导线受到的安培力最大，由磁感应强度定义得B＝＝ T＝2 T，可知A正确；当导线方向不垂直于磁场时导线受到的安培力为0.1 N，则当导线方向垂直于磁场时导线受到的安培力大于0.1 N，由磁感应强度定义知C选项正确.
9.某电器元件不小心被外磁场磁化了，为了使该元件退磁，下列方法有效可行的有(　　)
A.把该元件高温处理
B.把该元件通入强电流
C.把该元件放在逐渐减弱的交变磁场中
D.把该元件放入强磁场中
答案　AC
解析　当磁体被高温加热、剧烈撞击或者逐渐减弱的交变磁场的作用时，分子电流取向变得杂乱无章，对外就不再显示磁性.
10.电子以初速度v0垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，则(　　)
A.磁场对电子的作用力始终不变
B.磁场对电子的作用力始终不做功
C.电子的速度始终不变
D.电子的动能始终不变
答案　BD
解析　洛伦兹力的方向由左手定则可判定，始终垂直于速度方向，所以洛伦兹力不改变速度大小，只改变速度方向，因此磁场对电子的作用力始终不做功，即电子的动能始终不变.
三、填空和实验题
11.在如图2－9所示的匀强磁场中，垂直磁场方向放有一段长0.04 m的通电直导线，当通以水平向右的电流时，受到的安培力方向是__________，若电流的大小是0.8 A，受到的安培力大小为0.048 N，则该匀强磁场的磁感应强度B＝____________T.
图2－9
答案　竖直向下　1.5
解析　根据左手定则知，导线所受的安培力方向竖直向下.根据F＝BIL得，B＝＝ T＝1.5 T.
12.如图2－10所示，同一平面内有两根互相平行的长直导线1和2，通有大小相等、方向相反的电流，a、b两点与两导线共面，a点在两导线的中间与两导线的距离均为r，b点在导线2右侧，与导线2的距离也为r.现测得a点磁感应强度的大小为B，则去掉导线1后，b点的磁感应强度大小为____________，方向____________.
图2－10
答案　　垂直纸面向外
解析　根据安培定则可知两导线在a点形成的磁场方向相同，由于两导线电流大小相等，a点与两导线的距离也相等，故单根导线在a点形成的磁感应强度大小为，由于a和b与导线2的距离相等，故撤掉导线1后，b点磁感应强度大小为，根据安培定则可知，b点磁场方向垂直纸面向外.
四 计算题
13.匀强磁场中长2 cm的通电导线垂直于磁场方向放置，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，问：该处的磁感应强度B是多大？若磁场、电流不变，导线长度减小到1 cm，该处的磁感应强度B又是多大？
答案　0.1 T　0.1 T
解析　由磁感应强度的表达式B＝，得到B＝0.1 T，磁感应强度由磁场本身来决定，与导线长度无关，故导线长度减小到1 cm时磁感应强度仍是0.1 T.
14.地球是个大磁体，在赤道上，地磁场可以看成是沿南北方向的匀强磁场(如图2－11所示).如果赤道某处地磁场的磁感应强度的大小为0.5×10－4 T，在赤道上有一根东西方向的直导线，长为20 m，载有从东往西的电流30 A，则地磁场对这根导线的作用力有多大？方向如何？
图2－11
答案　3.0×10－2 N　方向竖直向下
15.如图2－12所示，一根轻弹簧将质量为m，长度为L的绝缘直导线悬挂在竖直平面内，直导线在匀强磁场中处于水平静止状态.匀强磁场的方向垂直于纸面向里，大小为B，当导线中通有如图所示的恒定电流I时，稳定后弹簧处于静止状态，此时弹簧对直导线施加的拉力大小为多少？
图2－12
答案　BIL＋mg
解析　导线所受安培力大小F＝BIL，方向竖直向下，导线受力如图所示，故弹簧拉力大小为FT＝F＋mg＝BIL＋mg.
16.在倾角为30°的光滑斜面上垂直纸面放置一根长为L、质量为m的直导体棒，一匀强磁场垂直于斜面向上，如图2－13所示.当导体棒内通有垂直于纸面向里的电流I时，导体棒恰好静止在斜面上，求磁感应强度的大小为多少？
图2－13
答案　
解析　解决此题关键是确定安培力的方向，由受力分析及平衡不难解决.
受力分析如图
由平衡条件得：F＝mgsin θ
安培力：F＝BIL，
所以B＝＝.
第1讲　指南针与远洋航海
[目标定位]　1.了解指南针在远洋航海中的作用，理解科学技术在社会发展中的作用.2.知道磁感线，知道磁感线上任一点的切线方向就是该点的磁场方向.3.了解用磁感线描述条形磁铁、蹄形磁铁的磁场分布情况.4.了解地理南北极与地磁南北极反向并且不重合，知道磁偏角.
一、郑和下西洋
我国是最早在航海上使用指南针的国家，导航时兼用罗盘和观星，二者相互补充，相互修正.用罗盘指引航向，探索航道，将船舶航向的变动与指南针指向变动的对应关系总结出来，画出的航线在古代称为针路或针径.
二、欧洲人的远洋探险
葡萄牙航海家麦哲伦用了三年时间完成了环球航行，环球航行使大地球形的猜想得到了实践的检验.
三、磁场
1.磁极之间的力是通过一种场——磁场来传递的.
2.磁场的方向：物理学规定，在磁场中的某一点，小磁针静止时北极所指方向就是那一点的磁场方向.
3.磁感线：是在磁场中画出的一些有方向的曲线，在这些曲线上，每一点的切线方向都与该点的磁场方向一致.
想一想　两个磁极之间要想有力的作用，这两个磁极必须相互接触，这种说法对吗？
答案　不对.磁体在空间产生磁场，磁场使磁极间不必接触便能相互作用.
四、磁性的地球
1.地球具有磁场，宇宙中的许多天体都有磁场.月球没有全球性的磁场.火星也没有地球那样的全球性的磁场，因此指南针不能在火星上工作.
2.地球的地理两极与地磁两极并不重合.其间有一个夹角，这就是地磁偏角，简称磁偏角.
想一想　地球的地理两极与地磁两极并不重合.是不是可以说地磁体的南极在地球的南极附近？
答案　不可以. 地磁体的南极在地球的北极附近.
一、对磁场的理解
1.磁场：
(1)定义：磁场是存在于磁体周围的一种特殊物质.
(2)方向：小磁针静止时N极的指向为该处的磁场方向.
2.地磁场：地球是一个巨大的磁体，N极位于地理南极附近，S极位于地理北极附近.地磁场分布如图2－1－1所示.
图2－1－1
例1　下列关于磁场的说法中，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.磁极与磁极之间是直接发生作用的
D.磁场只有在磁极与磁极、磁极与电流发生作用时才产生
答案　A
解析　磁场是客观存在于磁体或电流周围的一种物质，是不以人的意志为转移的，所以A正确，B、D错误；磁极与磁极之间、磁极与电流之间、电流与电流之间的作用都是通过它们的磁场发生的，并不需要物体之间直接接触，所以C错误.
针对训练1　磁场中任一点的磁场方向，规定为小磁针在磁场中(　　)
A.受磁场力的方向 B.北极受磁场力的方向
C.南极受磁场力的方向 D.转动的方向
答案　B
解析　规定磁场中N极受力的方向为该点磁场方向，或小磁针静止时N极的指向，所以A、C、D项错误.
二、对磁感线的理解
1.定义：磁感线是为了形象地描述磁场而人为假想的曲线.其疏密程度反映磁场的强弱，线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向相同.
2.特点
(1)在磁体外部，磁感线从N极指向S极；在磁体内部由S极指向N极.
(2)磁感线的疏密程度表示磁场的强弱，磁感线越密的地方磁场越强；磁场方向在过该点的磁感线的切线方向上.
(3)磁感线闭合而不相交，不相切，也不中断.
(4)没有画磁感线的地方，并不表示那里就没有磁场存在.
3.磁感线与电场线的比较
磁感线
电场线
相似点
引入目的
形象描述场而引入的假想线，实际不存在
疏密程度
场的强弱
切线方向
场的方向
是否相交
不能相交
不同点
磁感线是闭合曲线
电场线起始于正电荷(或无限远处)，终止于无限远处(或负电荷)
例2　关于磁感线的下列说法中，正确的是(　　)
A.磁感线是真实存在于磁场中的有方向的曲线
B.磁感线上任一点的切线方向，都跟该点磁场的方向相同
C.磁感线有可能出现相交的情况
D.以上说法均不正确
答案　B
解析　磁感线是为了形象地描述磁场而人为假想的曲线，并不是客观存在于磁场中的真实曲线，所以A错误；磁感线如果相交的话，那么交点处的磁场方向就有两个，显然是不可能的，所以C错误.故B项正确.
针对训练2　 下列关于磁感线的说法中正确的是(　　)
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
答案　A
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，它可以表示磁场的强弱与方向，选项A正确；磁感线从磁铁的N极发出，从磁铁的S极进入，构成闭合曲线，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；磁场的强弱由磁感线的疏密程度表示，而与磁感线的方向无关，选项D错误.
对磁场的理解
1.关于地磁场的说法正确的是(　　)
A.地磁场的北极在地理北极附近
B.地磁场的方向总与地面平行，且由南指向北
C.地磁场并不是正南正北方向的
D.在北半球，地磁场的方向由南向北且偏下
答案　CD
解析　由于地磁场的磁感线由南指向北，显然地磁场的北极应在地理南极附近，故A错误；由于地磁场的方向除赤道上空外与地面并不平行，故B错误；由磁偏角的存在可知C正确；在北半球，由地磁场磁感线的分布情况可知，D正确.
2.下列四幅图所表示的内容与地磁场有关的是(　　)
答案　D
对磁感线的理解
3.对磁感线的认识，下列说法正确的是(　　)
A.磁感线总是从磁体的北极出发，终止于磁体的南极
B.磁感线上某点的切线方向与放在该点小磁针南极的受力方向相同
C.磁感线的疏密可以反映磁场的强弱
D.磁感线是磁场中客观存在的线
答案　C
解析　磁感线是人们为了描述磁场而引入的假想的曲线，疏密反映磁场的强弱，切线方向也是小磁针N极受力的方向为磁场的方向.故A、B、D错，C正确.
4.某磁场的磁感线分布如图2－1－2所示，则a、b两点磁场强弱是(　　)
图2－1－2
A.a点强
B.b点强
C.a、b点一样强
D.无法确定
答案　B
解析　磁感线密的地方磁场强，疏的地方磁场弱，故选项B正确.
(时间：60分钟)
题组一、对磁场的理解
1.如图2－1－3所示，是最早的磁性指向器——司南，司南能指南北的原因是(　　)
图2－1－3
A.太阳周围有磁场
B.月球周围有磁场
C.地球周围有磁场
D.地球内部有根条形磁铁
答案　C
2.关于磁场的下述说法中，正确的是(　　)
A.磁极之间相互作用是通过磁场发生的
B.看不见、摸不着的磁场不是客观存在的
C.只有磁体周围才存在磁场
D.地球周围不存在磁场
答案　A
解析　磁场对放入其中的磁体一定有磁场力作用，磁极之间相互作用是通过磁场发生的，选项A正确；磁场是客观存在的一种物质形态，虽然看不见，摸不着，但可通过小磁针来体现是否存在，选项B错误；在磁体和通电导体周围都存在磁场，地球周围也存在着磁场，选项C、D错误.
3.下列说法中与实际情况相符的是(　　)
A.地球的磁偏角是一个定值
B.地磁场的北极在地理位置的南极附近
C.除了地球外，到目前为止其他星球上还没有发现磁现象
D.郑和出海远航比哥伦布的远洋探险早
答案　BD
4.在地球表面的某位置，发现能自由转动的小磁针静止时S极指向地面，则该位置是(　　)
A.地球南极附近
B.地球北极附近
C.赤道附近
D.无法确定
答案　A
解析　S极指向地面，表明此处的地磁场向上，由地磁场分布规律知应是在地球南极附近，即地磁北极附近.
5.下列有关磁场的说法错误的是(　　)
A.磁体周围的空间存在着看不见、摸不着的磁场
B.磁极间的相互作用是通过磁场发生的
C.磁场是有方向的，在磁场中的不同位置，其磁场方向一般不同
D.在磁场中的某点，小磁针南极所受磁场力的方向与该点的磁场方向相同
答案　D
解析　磁场虽然看不见、摸不到，但它是一种客观存在的物质，它的基本性质是对放入其中的磁体产生力的作用，磁极间的相互作用就是通过磁场发生的.磁场具有方向性，在磁场中的某点，小磁针北极所受磁场力的方向与该点的磁场方向一致，南极所受磁场力的方向跟该点的磁场方向相反(磁场方向的另一种描述方法).故A、B、C正确，D错误.
题组二、对磁感线的理解
6.关于电场和磁场，下列说法中正确的是(　　)
A.电场对处于其中的电荷有力的作用
B.磁体之间的相互作用不需要相互接触
C.电场线和磁感线是客观存在的
D.电场和磁场都是特殊的物质
答案　ABD
解析　处在电场中的电荷一定受到电场力，故A正确；磁体之间的相互作用是通过磁场实现的，不需要相互接触.故B正确；电场与磁场都是客观存在的特殊物质，但是电场线和磁感线是虚拟的用来描述电场与磁场的，故C错误，D正确.
7.如图所示，小磁针所指方向正确的是(　　)
答案　A
解析　A图中小磁针所在位置磁感线方向向上，因此小磁针N极指向上方，选项A正确；B图中小磁针所在位置磁感线方向水平向右，因此小磁针N极指向应向右，选项B错误；根据C图中所给磁感线方向可知，小磁针N极指向不是正下方，应指向左上方，选项C错误；D图中小磁针所在位置磁感线方向沿磁感线水平向左，因此小磁针N极应指向左则，故D错误.
8.关于磁场和磁感线的描述，下列说法中正确的是(　　)
A.磁极之间的相互作用是通过磁场发生的，磁场和电场一样，也是一种客观存在的特殊物质
B.磁感线可以形象地描述各磁场的强弱和方向，它每一点的切线方向都和小磁针放在该点静止时北极所指的方向一致
C.磁感线总是从磁铁的N极出发，到S极终止的
D.磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的
答案　AB
解析　磁感线是为了形象描述磁场而假想的一些有方向的闭合的曲线，实际上并不存在，在磁体内部，磁感线由S极指向N极，所以选项C、D错误；磁场是客观存在的特殊物质，所以选项A正确；磁感线上每一点的切线方向表示磁场方向，磁感线疏密程度表示磁场的强弱，小磁针北极受力方向、静止时北极指向均为磁场方向，所以选项B正确.
9.关于磁感线，下列说法中正确的是(　　)
A.两条磁感线可以相交
B.磁感线是磁场中实际存在的线
C.磁感线总是从N极出发，到S极终止
D.磁感线的疏密程度反映磁场的强弱
答案　D
解析　两条磁感线可以相交代表相交处的磁场方向存在两个方向，不符合实际.磁感线是人们想象出来用于表示磁场强弱的曲线，并不真实存在.磁感线在磁体的外部总是从N极出发，到S极终止，在磁体内部从S极出发，到N极终止，是闭合的曲线.
10.把小磁针放入水平向右的匀强磁场B中.下列图中小磁针静止时N极指向正确的是(　　)
答案　D
解析　小磁针在磁场中静止时，N极的指向应为磁感线的切线方向，故只有D正确.
第2讲　电流的磁场
[目标定位]　1. 了解奥斯特、安培等科学家的实验研究对人们认识电磁现象所起的重要作用.2.会用磁感线描述直线电流、环形电流和通电螺线管周围的磁场.
3.会用安培定则判断直线电流、环形电流和通电螺线管的磁场方向.
一、电流的磁效应
1.1820年，奥斯特发现：把一根导线平行地放在磁针的上方，给导线通电时，磁针发生了偏转，说明电流能产生磁场，这个现象称为电流的磁效应.
2.电流磁效应的发现，用实验展示了电与磁的联系，说明电与磁之间存在着相互作用.
想一想　小磁针只有放在磁体周围才会受到磁力作用而发生偏转吗？是不是可以说，只有磁体周围存在着磁场？
答案　不是.小磁针放在通电导体周围也发生偏转，电流周围也有磁场.
二、电流磁场的方向
1.直线电流的磁场
安培定则：右手握住导线，让伸直的拇指的方向跟电流的方向一致，那么，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向，如图2－2－1 所示.
图2－2－1
2.通电螺线管的磁场
图2－2－2
安培定则：右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致，拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向，如图2－2－2所示.
3.环形导线可以看做只有一匝的螺线管，如图2－2－3所示.
图2－2－3
温馨提示　先确认何种电流，再利用安培定则确定磁场的方向.记清四指或拇指指向的含义.
想一想　如图2－2－4所示，将导线放在小磁针的上方，当通如图所示的电流时小磁针的N极向哪儿转动？为什么？
图2－2－4
答案　小磁针的N极向里转动.根据安培定则可判断出导线下方的磁场方向垂直纸面向里，小磁针静止时N极所指的方向就是该点的磁场方向，所以小磁针的N极向里转.
一、电流的磁效应
1.电流能够产生磁场，这个现象叫做电流的磁效应.
2.电流的磁效应是丹麦物理学家奥斯特于1820年发现的.
例1　如图2－2－5所示，把一条导线平行地放在磁针的上方附近.当导线中通有电流时，磁针会发生偏转.首先发现这个实验现象的物理学家是(　　)
图2－2－5
A.伽利略 B.牛顿
C.奥斯特 D.爱因斯坦
答案　C
针对训练1　在做“奥斯特实验”时，下列操作现象最明显的(　　)
A.沿电流方向放置磁针，使磁针在导线的延长线上
B.沿电流方向放置磁针，使磁针在导线的正下方
C.电流沿南北方向放置在磁针的正上方
D.电流沿东西方向放置在磁针的正上方
答案　C
解析　把导线沿南北方向放置在地磁场中处于静止状态的磁针的正上方，通电时磁针发生明显的偏转.
二、电流磁场方向与安培定则
1.直线电流的磁场
(1)安培定则：右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向，如图2－2－6 所示.
图2－2－6
(2)画法：如图2－2－7所示
图2－2－7
说明：图中的“×”号表示磁场方向垂直进入纸面；“·”号表示磁场方向垂直离开纸面.
(3)特点：是非匀强磁场，距导线越远处磁场越弱.
2.环形电流的磁场
(1)安培定则：右手握住环形导线，让弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向，如图2－2－8所示.
图2－2－8
(2)磁感线的特点
两侧分别是N极和S极，离圆环中心越远，磁场越弱，画法如图2－2－9所示.
图2－2－9
3.通电螺线管的磁场
(1)安培定则：右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致，拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向，如图2－2－10所示.
图2－2－10
(2)磁感线特点
两端分别是N极和S极，管内是匀强磁场，管外是非匀强磁场，画法如图2－2－11所示.
图2－2－11
例2　小刘同学用铁钉与漆包线绕成电磁铁，当接通电路后，放在其上方的小磁针N极立即转向左侧，如图2－2－12所示.则此时(　　)
图2－2－12
A.导线A端接电池正极
B.铁钉左端为电磁铁的N极
C.铁钉内磁场方向向右
D.漆包线内电流由A流向B
答案　C
解析　小磁针静止时N极指向为该处磁场方向，根据通电螺线管磁场分布知，铁钉右端为电磁铁N极，左端为S极，再根据安培定则知C项正确.
针对训练2　如图2－2－13所示，一枚小磁针放在半圆形导线环的环心O处，当导线中通以如图所示方向的电流时，小磁针将如何偏转(　　)
图2－2－13
A.沿顺时针方向转动
B.沿逆时针方向转动
C.N极转向纸内，S极转向纸外
D.N极转向纸外，S极转向纸内
答案　C
解析　由安培定则知，环形电流内部磁场方向垂直纸面向里，故N极转向纸里，C选项正确.

电流的磁效应
1.电磁铁的应用相当广泛，它是利用电流周围产生磁场的原理工作的，最先发现电流周围存在磁场的科学家是(　　)
A.库仑 B.奥斯特
C.麦克斯韦 D.亚里士多德
答案　B
2.在物理学的发展过程中，许多物理学家的科学发现推动了人类历史的进步.以下对几位物理学家在电磁学领域内所作科学贡献的叙述中，错误的说法是(　　)
A.富兰克林不仅发现雷电现象的本质，还最早认识了尖端放电的重要性，并由此提出了避雷针的设想
B.法拉第提出电荷周围存在“场”，并创造性地用“电力线(即电场线)”形象地描述电场
C.英国物理学家焦耳通过一系列实验发现了焦耳定律Q＝I2Rt
D.奥斯特发现了电流的磁效应，并总结出了左手定则
答案　D
解析　奥斯特发现了电流的磁效应，但左手定则不是奥斯特总结的，选项D错误.
电流磁场方向与安培定则
3.如图2－2－14所示，a、b为通电螺线管磁场中同一根磁感线上的两点，若用Ba、Bb分别表示a、b两点磁场的强弱，则(　　)
图2－2－14
A.Ba＝Bb
B.Ba＜Bb
C.a、b两点磁场方向不同
D.a、b两点磁场方向相同
答案　C
解析　根据磁感线的分布可知Ba＞Bb，a、b两点磁感线的方向不同，故C对，A、B、D错.
4.为了判断一个未知正负极的蓄电池极性，某同学将该蓄电池通过电阻跟螺线管连接起来，发现小磁针的N极立即向螺线管偏转，如图2－2－15所示.用M、N和P、Q分别表示蓄电池和螺线管两极，下列判断正确的是(　　)
图2－2－15
A.电源M端为正极
B.电源N端为正极
C.螺线管P端为S极
D.螺线管内部磁感线方向由P指向Q
答案　B
解析　小磁针的N极向螺线管偏转说明小磁针所在位置磁场方向向左，即螺线管P端为N极，Q端为S极，选项C错误；在螺线管的内部磁场方向由S极指向N极，所以螺线管内部磁感线方向由Q指向P，选项D错误；根据安培定则可知，在电源外部电流从N流向M，电源N端为正极，选项A错误，B正确.
(时间：60分钟)
题组一、电流磁场方向的判断
1.如图2－2－16所示，环形导线中通有顺时针方向的电流I，则该环形导线中心处的磁场方向为(　　)
图2－2－16
A.水平向右
B.水平向左
C.垂直于纸面向里
D.垂直于纸面向外
答案　C
解析　根据安培定则可知，该环形导线中心处的磁场方向垂直于纸面向里，选项C正确.
2.关于通电直导线周围磁场的磁感线分布，下列示意图中正确的是(　　)
答案　A
解析　根据安培定则判断通电直导线的磁场可知，选项A正确.
3.如图2－2－17所示，水平直导线ab通有向右的电流I，置于导线正下方的小磁针S极将(　　)
图2－2－17
A.向纸外偏转　　　　　　　　 　 B.向纸内偏转
C.在纸面内顺时针转过90° D.不动
答案　A
解析　据安培定则可以确定，通电直导线在其下方产生垂直纸面向里的磁场，在磁场力的作用下，小磁针N极向里，S极向外偏转，A项正确.
4.通电螺线管附近放置四个小磁针，如图2－2－18所示，当小磁针静止时，图中小磁针的指向正确的是(涂黑的一端为N极)(　　)
图2－2－18
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.a B.b
C.c D.d
答案　B
解析　由安培定则判断出螺线管的左侧相当于条形磁铁的N极，右侧相当于S极.故在a、c、d处磁场方向水平向左，b处磁场方向水平向右，小磁针的N极应沿磁感线方向，只有小磁针b指向正确.选项B正确.
5.关于通电螺旋线管磁极的判断，下列示意图中正确的是(　　)
答案　A
解析　根据右手螺旋定则可以判定A项正确，B、C、D错误.
6.下面各图中，电流及其产生的磁场方向均正确的是(　　)
答案　C
解析　根据右手螺旋定则可判定C项正确.
7.如图2－2－19所示，所在通电螺线管内部中间的小磁针，静止时N极指向右端，则电源的c端为________极，螺线管的a端为__________极.
图2－2－19
答案　正　S
解析　由小磁针N极的指向可知通电螺线管中心轴线的磁场方向向右，根据安培定则可知，螺线管的右端为N极，所以左端(a端)为S极，并且可判断出导线中的电流方向，从而可知电源的c端为正极.
题组二、安培定则的综合应用
8.如图2－2－20所示，两个同样的导线环同轴平行悬挂，相隔一小段距离，当同时给两导线环通以同向电流时，两导线环将(　　)
图2－2－20
A.相吸引 B.相排斥
C.保持静止 D.边吸引边转动
答案　A
解析　把环形电流等效成小磁针，由安培定则知左侧小磁针S极对着右侧小磁针N极，相互吸引，A正确.
9.如图2－2－21所示，一束带电粒子沿水平方向飞
图2－2－21
过小磁针上方.若带电粒子飞过小磁针上方的瞬间，小磁针N极向纸面内偏转，则带电粒子可能是(　　)
A.向右飞行的正离子束
B.向左飞行的正离子束
C.向右飞行的负离子束
D.向左飞行的负离子束
答案　AD
解析　由小磁针N极向纸面内偏转，知离子束下方磁感线垂直纸面向里，由安培定则可知，位于小磁针上方直线电流方向向右.故A、D正确.
10.如图2－2－22所示，一个小磁针位于圆心，且与圆在同一竖直平面内，现使一个带负电小球在竖直平面内沿圆周逆时针高速旋转，则(　　)
图2－2－22
A.小磁针的N极向纸面里转
B.小磁针的N极向纸面外转
C.小磁针在纸面内向左摆动
D.小磁针在纸面内向右摆动
答案　A
解析　带负电的小球在竖直平面内逆时针旋转，形成顺时针方向的环形电流，根据安培定则，可判断出该环形电流的中心磁场方向垂直纸面向里，所以小磁针的N极向纸面里转.选项A正确.
第3讲　磁场对通电导线的作用
[目标定位]　1.知道什么是安培力.知道匀强磁场中影响通电导线所受安培力大小和方向的因素.2.理解磁感应强度B的定义式和物理意义.知道磁感应强度的单位.知道用磁感线的疏密程度可以形象地描述磁感应强度的大小.3.会用公式F＝BIL进行安培力的简单计算.4.了解电动机的工作原理.知道电动机在生产、生活中的应用.
一、安培力
1.定义：通电导体在磁场中受到的力称为安培力.
2.把一段通电直导线放在磁场里，当导线方向与磁场方向垂直时，它所受的安培力最大；当导线方向与磁场方向一致时，导线不受安培力；当导线方向与磁场方向斜交时，所受安培力介于最大值和零之间.
3.公式：F＝BIL(导体垂直磁场放置).
想一想　有的同学认为：放在磁场中的通电导线一定受到安培力的作用.这种想法对吗？为什么？
答案　不对.通电导线在磁场中所受安培力的大小跟导线与磁场之间的夹角有关；若导线方向与磁场方向一致，导线在磁场中不受安培力的作用.
二、磁感应强度
1.定义：一段通电直导线垂直放在磁场里所受的安培力与导线中的电流和导线的长度的乘积的比值，叫磁感应强度.
2.定义式：B＝.
3.单位：特斯拉，简称特，符号为T.
4.B反映了磁场的强弱.
5.磁感应强度是矢量.小磁针的N极在磁场中某点受力的方向，就是这点磁感应强度的方向.
想一想　根据B＝是否可以得出：当电流一定的情况下，通电导线在某点所受的力越大，说明该点的磁感应强度越大.
答案　不可以.必须是垂直放在磁场中的通电导线.
三、安培力的方向
1.安培力的方向跟磁场方向和电流方向有关.
2.左手定则：伸开左手，使拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一个平面内，让磁感线穿入手心，并使四指指向电流的方向，那么，拇指所指的方向就是通电导线所受安培力的方向.
想一想　能不能说：通电导线在某点所受安培力的方向就是该处的磁感应强度方向？
答案　不能. 通电导线在某点所受安培力的方向永远与该点的磁感应强度方向垂直.
四、电动机
我们使用的电动机就是利用安培力来工作的.各种电动机都有定子和转子.
一、对磁感应强度的理解
1.物理意义：磁感应强度是表示磁场强弱和方向的物理量.
2.矢量性：磁感应强度是矢量，既有大小，又有方向，磁场中某点磁感应强度的方向就是该点磁场的方向.
3.描述：磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小，磁感线的切线方向表示磁感应强度的方向.
4.匀强磁场：各处的磁感应强度大小相等，方向相同的磁场.
例1　关于磁感应强度B的概念，下列说法中正确的是(　　)
A.磁感应强度由磁场本身决定
B.磁感应强度的方向就是该处电流受力方向
C.磁感应强度虽然有大小、方向，但磁感应强度是标量
D.由定义式B＝可知，一小段通电导线所受磁场力为零，则该处磁感应强度一定为零
答案　A
解析　磁感应强度由磁场本身决定，与安培力和电流的大小均无关，选项A正确；通电导线受力的方向总是和磁感应强度的方向垂直，选项B错误；磁感应强度是矢量，有大小和方向，选项C错误；定义式B＝是通电导线垂直放在磁场中所受安培力的大小与导线中的电流和导线所在磁场中的长度的乘积的比值，若导线与磁场方向一致，无论磁感应强度多大，导线都不受安培力的作用，选项D错误.
针对训练1　关于磁感应强度，下列说法中正确的是(　　)
A.由B＝可知，B与F成正比、与IL成反比
B.通电导线放在磁场中的某点，那点就有磁感应强度，如果将通电导线拿走，那点的磁感应强度就为零
C.通电导线所受安培力不为零的地方一定存在磁场，通电导线不受安培力的地方一定不存在磁场
D.磁场中某一点的磁感应强度由磁场本身决定，其大小和方向是唯一确定的，与通电导线无关
答案　D
解析　磁感应强度B＝只是定义式，而不是决定式，磁感应强度B是由磁场本身决定的，与有无导体放入其中无关，故A、B选项错误，D正确；另外，当导线平行于磁场方向放入时，通电导体所受到的安培力为零，而此处的B≠0，C项忽略了这一点，因而是错误的.
二、安培力的大小
安培力的大小：通电直导线与磁场方向垂直时，所受的安培力最大，F＝BIL；导线方向与磁场方向平行时，导线不受安培力；导线方向与磁场方向斜交时，安培力介于最大值和零之间.
例2　如图2－3－1所示，把一水平导体棒置于竖直向下的匀强磁场中，棒中分别通有电流I和2I，则棒所受安培力(　　)
图2－3－1
A.通有电流I时小
B.通有电流2I时小
C.一样大
D.不能确定
答案　A
解析　当棒中通有电流I时，棒所受的安培力F＝BIL；当棒中通有电流2I时，棒所受的安培力F′＝2BIL，选项A正确.
针对训练2　 如图2－3－2所示，一根长为0.2 m的通电直导线位于匀强磁场中，导线与磁场方向垂直，磁场的磁感应强度为0.2 T.当导线中的电流为1 A时，导线所受安培力的大小为(　　)
图2－3－2
A.0.02 N B.0.04 N
C.0.06 N D.0.08 N
答案　B
解析　根据F＝BIl解得导线所受安培力的大小为0.04 N.
三、安培力的方向
1.可以用左手定则来判定：伸开左手，使拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一个平面内，让磁感线穿入手心，并使四指指向电流的方向，那么，拇指所指的方向就是通电导线所受安培力的方向.
2.安培力的方向与磁场方向有关，与电流方向也有关.安培力的方向既垂直于磁场方向又垂直于电流方向，即垂直于磁场和电流所决定的平面.
例3　某同学画的表示磁感应强度B、电流I和安培力F的相互关系的图如图所示，其中正确的是(　　)
答案　D
解析　由于F、B、I三者的方向关系满足左手定则，由左手定则知，D正确，A、B错误；C图中，B与I平行，导线不受安培力，故C错误.
针对训练3　如图2－3－3所示，用两根相同的细绳水平悬挂一段均匀载流直导线MN，电流I方向从M到N，绳子的拉力均为F.为使F＝0，可能达到要求的方法是(　　)
图2－3－3
A.加水平向右的磁场
B.加水平向左的磁场
C.加垂直纸面向里的磁场
D.加垂直纸面向外的磁场
答案　C
解析　由于绳子的拉力为零，所以直导线所受的安培力向上，由左手定则可知，磁场方向垂直纸面向里，故C正确.
安培力与左手定则
1.如图2－3－4所示，在两平行直导线A、B中，通有方向相同的电流I.则B导线受到磁场力的方向(　　)
图2－3－4
A.向左　　　　　　　 B.向右
C.垂直纸面向外 D.垂直纸面向里
答案　A
解析　根据安培定则可知，导线A在导线B处产生的磁场方向垂直纸面向里，由左手定则可判定B受安培力方向向左，故A对，B、C、D错.
2.如图2－3－5所示，把一根通电的硬直导线ab，用轻绳悬挂在通电螺线管正上方，直导线中的电流方向由a向b.闭合开关S瞬间，导线a端所受安培力的方向是(　　)
图2－3－5
A.向上
B.向下
C.垂直纸面向外
D.垂直纸面向里
答案　D
解析　闭合开关S瞬间，由右手螺旋定则知螺线管右端为N极，左端为S极，螺线管产生的磁场方向在通电导线a端斜向左下方，由左手定则可知，导线a端所受安培力的方向垂直纸面向里，D正确.
磁感应强度
3.磁感应强度是描述磁场的重要概念，磁场的基本性质是对电流有磁场力的作用，关于磁感应强度的大小，下列说法中正确的是(　　)
A.一小段通电直导线在磁场中某处受的力越大，该处的磁感应强度越大
B.一小段通电直导线在磁场中某处受的力等于零，则该处的磁感应强度一定等于零
C.匀强磁场中某处的磁感应强度的大小等于该处一小段通电直导线垂直磁场放置时所受的磁场力
D.磁感线密的地方，磁感应强度大；磁感线疏的地方，磁感应强度小
答案　D
解析　由磁感应强度的定义可知A、B、C错误，根据磁感线的特点可知D对.
4.下列关于磁感应强度的方向的说法中，正确的是(　　)
A.某处磁感应强度的方向就是一小段通电导体放在该处时所受磁场力的方向
B.小磁针N极所受磁场力的方向就是该处磁感应强度的方向
C.垂直于磁场放置的通电导线的受力方向就是该处磁感应强度的方向
D.磁场中某点的磁感应强度的方向就是该点的磁场方向
答案　BD
解析　小磁针N极受力的方向就是该处磁感应强度的方向，而通电导线受力的方向总是和磁感应强度的方向垂直.磁场中某点磁感应强度的方向表示该点的磁场方向，磁场方向也就是小磁针N极受力的方向，但电流受力的方向不代表磁感应强度和磁场的方向.故正确答案为B、D.
(时间：60分钟)
题组一、磁感应强度
1.如图2－3－6所示，一通电直导线竖直放置，其右侧A、B两点的磁感应强度分别为BA、BB，则(　　)
图2－3－6
A.BA＞BB，方向均垂直纸面向里
B.BA＜BB，方向均垂直纸面向里
C.BA＞BB，方向均垂直纸面向外
D.BA＜BB，方向均垂直纸面向外
答案　A
解析　由右手螺旋定则可判定A、B两点的磁感应强度的方向均垂直纸面向里，因A点离通电导线较近，故BA＞BB，故A对，B、C、D错.
2.有关磁感应强度的下列说法中，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某点不受磁场力的作用，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磁场力为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
答案　A
解析　磁感应强度的引入目的就是用来描述磁场强弱，因此选项A是正确的；磁感应强度是与电流I和导线长度L无关的物理量，且B＝中的B、F、L相互垂直，所以选项B、C、D都是错误的.
3.关于磁感应强度，下列说法中正确的是(　　)
A.匀强磁场中的磁感应强度可以这样测定：测出一段通电导线放在磁场中受到的安培力F，及该导线的长度L，通过的电流I，则B＝
B.通电导线在某处不受安培力的作用，则该处的磁感应强度一定为零
C.B＝只是定义式，磁感应强度是磁场本身的属性，与放不放通电导线无关
D.通电导线所受安培力的方向就是磁感应强度的方向
答案　C
解析　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导线”，只有在这个方向上导线所受的安培力才最大，故A错误；当通电导线与磁场方向平行时，不受安培力作用，故B错误；在磁场源稳定的情况下，磁场内每一点的磁感应强度是唯一确定的，与放入该处的检验电流无关，故C正确；由左手定则可确定，安培力的方向与磁感应强度的方向垂直，故D错误.
题组二、安培力与左手定则
4.把长0.10 m的直导线全部放入匀强磁场中，保持导线和磁场方向垂直.已知磁场的磁感应强度的大小为5.0×10－3 T，当导线中通过的电流为3.0 A时，该直导线受到的安培力的大小是(　　)
A.3.0×10－3 N B.2.5×10－3 N
C.2.0×10－3 N D.1.5×10－3 N
答案　D
解析　导线受到的安培力的大小F＝BIL＝5.0×10－3×3.0×0.10 N＝1.5×10－3 N.
5.探究影响安培力大小因素的实验装置如图2－3－7所示，直导线垂直磁场方向置于磁场中某处.当导线中电流为I时，导线所受安培力大小为F；现仅将导线中电流减小为时，导线所受安培力大小为(　　)
图2－3－7
A.2F B.F
C. D.
答案　C
解析　由F＝BIL可知C对，A、B、D错.
6.在赤道上，地磁场可以看作是沿南北方向并且与地面平行的匀强磁场，磁感应强度是5×10－5 T.如果赤道上有一条沿东西方向的直导线，长40 m，载有20 A的电流，地磁场对这根导线的作用力大小是(　　)
A.4×10－8 N B.2.5×10－5 N
C.9×10－4 N D.4×10－2 N
答案　D
解析　磁场方向是南北方向，电流方向是东西方向，它们相互垂直，可以利用公式F＝BIL来计算此安培力的大小，其大小为F＝BIL＝5×10－5×20×40 N＝4×10－2 N.
7.电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进的动能杀伤武器.如图2－3－8为美国试验所采用的电磁轨道，该轨道长7.5 m，宽1.5 m.若发射质量为50 g的炮弹从轨道左端初速为零开始加速，当回路中的电流恒为20 A时，最大速度可达3 km/s.轨道间所加磁场为匀强磁场，不计空气及摩擦阻力.下列说法正确的是(　　)
图2－3－8
A.磁场方向为竖直向下
B.磁场方向为水平向右
C.磁感应强度的大小为103T
D.电磁炮的加速度大小为3×105 m/s2
答案　C
解析　由左手定则知磁场方向应竖直向上，A、B均不正确；由v2＝2 ax得a＝＝6×105 m/s2，D不正确；又BIL＝ma，所以B＝＝1.0×103T，C正确；综上，正确选项应为C.
题组三、安培力的综合应用
8.如图2－3－9所示，两根等长的绝缘细线悬挂一水平金属细杆MN，处在与其垂直的水平匀强磁场中.金属细杆的长度为1 m，质量为8.9×10－3 kg.当金属细杆中通以0.89 A的电流时，两绝缘细线上的拉力均恰好为零.忽略与金属细杆连接细导线的影响.求：
图2－3－9
(1)金属细杆所受安培力的方向；
(2)金属细杆中电流的方向；
(3)匀强磁场的磁感应强度大小.
答案　(1)竖直向上　(2)从N到M　(3)0.1 T
解析　 (1)安培力方向竖直向上.
(2)电流方向从N流向M或向左.
(3)依据F＝BIL①
F＝mg②
得到B＝＝0.1 T
9.如图2－3－10所示，水平导体棒AB被两根竖直细线悬挂，置于垂直纸面向里的匀强磁场中，已知磁场的磁感应强度B＝0.5 T，导体棒长L＝1 m，质量m＝0.5 kg，重力加速度g＝10 m/s2.当导体棒中通以从A到B的电流时，
图2－3－10
(1)判断导体棒所受安培力的方向；当电流I＝2 A时，求导体棒所受安培力的大小F.
(2)导体棒中通过的电流I′为多大时，细线中拉力刚好为零？
答案　(1)向上　1 N　(2)10 A
解析　(1)由左手定则知，导体棒所受安培力的方向向上；当电流I＝2 A时，导体棒所受安培力的大小：
F＝BIL＝1 N
(2)当安培力与重力平衡时，细线中拉力刚好为零，即
BI′L＝mg
解得I′＝＝10 A
10.如图2－3－11所示，ab、cd为两根相距2 m的平行金属导轨，水平放置在竖直向下的匀强磁场中，MN是质量为3 kg的金属棒，通以5 A的电流时，棒沿导轨做匀速运动；当棒中电流增加到8 A时，棒能获得2 m/s2的加速度，求匀强磁场磁感应强度的大小.
图2－3－11
答案　1 T
解析　金属棒匀速运动时，BI1L＝Ff①
金属棒匀加速运动时，BI2L－Ff＝ma②
由①②解得B＝1 T.
第4讲　磁场对运动电荷的作用
[目标定位]　1.知道什么是洛伦兹力，知道影响洛伦兹力方向的因素.2.会用左手定则判断有关带电粒子在磁场中运动方向的问题.3.了解电子束的磁偏转原理及其在技术中的应用.
一、洛伦兹力
1.物理学家洛伦兹首先提出，磁场对运动电荷有力的作用.为了纪念他，人们称这种力为洛伦兹力.
2.电子束在磁场中的偏转
(1)没有磁场时，电子束沿直线运动.
(2)把电子射线管放在蹄形磁铁的两极之间后，电子束的径迹发生了弯曲.
二、洛伦兹力的方向
带电粒子在运动时受到洛伦兹力，在宏观上表现为导线受到了安培力.
想一想　通电导线在磁场中受到的安培力方向可以用左手定则来判断，既然安培力是洛伦兹力的宏观表现，那么洛伦兹力的方向是否也可用左手定则判断？如果是，四指指向正电荷的运动方向还是负电荷的运动方向.
答案　是.在判断安培力的方向时四指指向电流方向，正电荷定向运动的方向为电流的方向，所以四指应指向正电荷的运动方向，与负电荷的运动方向相反.
三、电子束的磁偏转
1.没有磁场时，电子束是直进的，外加磁场以后，电子束的径迹变成圆形.
2.磁场的强弱和电子的速度都能影响圆的半径.
四、显像管的工作原理
电视显像管也用到了电子束磁偏转的原理.
一、对洛伦兹力的理解
1.定义：磁场对运动电荷的作用力叫洛伦兹力.是由荷兰物理学家洛伦兹首先提出的.
2.洛伦兹力的方向
(1)安培力实际上是大量运动电荷在磁场中受洛伦兹力的宏观表现，所以洛伦兹力的方向也可由左手定则判定.
(2)左手定则：伸开左手，使拇指跟其余四指垂直，且处于同一平面内，让磁感线垂直穿入手心，四指指向正电荷运动的方向(若是负电荷，则四指指向负电荷运动的反方向)，拇指所指的方向就是洛伦兹力的方向.
电荷运动的方向和磁感应强度B不一定垂直，但洛伦兹力的方向既与磁场方向垂直，又与电荷的运动方向垂直，即洛伦兹力垂直于v和B两者所决定的平面.
3.洛伦兹力方向的特点
(1)洛伦兹力的方向总是垂直于运动电荷速度方向和磁场方向确定的平面，所以洛伦兹力永远不做功.
(2)当电荷运动方向发生变化时，洛伦兹力的方向也随之变化.
(3)用左手定则判断负电荷在磁场中运动所受的洛伦兹力的方向时，要注意将四指指向负电荷运动的反方向.
例1　关于洛伦兹力的方向的判定，以下说法正确的是(　　)
A.用左手定则判定洛伦兹力的方向时，“四指指向”与电荷定向运动的方向相同
B.用左手定则判定洛伦兹力的方向时，“四指指向”与电荷运动形成等效电流的方向相同
C.正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向即是该处磁场方向
D.若将在磁场中的运动电荷＋q换为－q且速度方向反向，则洛伦兹力方向不变
答案　BD
解析　运用左手定则时，“四指指向”应沿电荷定向移动形成的等效电流方向，而不一定沿电荷定向移动方向，因为负电荷定向移动形成电流的方向与其运动方向反向.通过左手定则所确定的洛伦兹力与磁场之间关系可知：两者方向相互垂直，而不是相互平行.
针对训练1　下图中，电荷的速度方向、磁场方向和电荷的受力方向之间关系正确的是(　　)
答案　A
解析　根据左手定则判断A正确；判断时要注意A、B选项中是负电荷，其运动的方向与四指指向相反.
二、洛伦兹力与安培力的区别和联系
1.区别：洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的力，而安培力是导体中所有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现.
2.联系：洛伦兹力与安培力的方向一致，均可用左手定则进行判断.
例2　关于静电力与洛伦兹力，以下说法正确的是(　　)
A.电荷只要处在电场中，就会受到静电力，而电荷静止在磁场中，有可能受到洛伦兹力
B.静电力对在其电场中的电荷一定会做功，而洛伦兹力对在磁场中的电荷却不会做功
C.静电力与洛伦兹力一样，受力方向都在电场线和磁感线上
D.只有运动的电荷在磁场中才可能会受到洛伦兹力的作用
答案　D
解析　电荷受静电力及洛伦兹力的条件及两种力的方向规律都不同.
针对训练2　关于安培力、电场力和洛伦磁力，下列说法正确的是(　　)
A.电荷在电场中一定受电场力作用，电荷在磁场中一定受洛伦兹力作用
B.电荷所受电场力一定与该处电场方向一致，电荷所受的洛伦兹力不一定与磁场方向垂直
C.安培力和洛伦兹力的方向均可用左手定则判断
D.安培力和洛伦兹力本质上都是磁场对运动电荷的作用，安培力可以对通电导线做功，洛伦兹力对运动电荷也做功
答案　C
解析　电荷在电场中一定受电场力作用，但是运动的电荷的速度方向与磁场方向不一致时电荷才受洛伦兹力的作用，选项A错误；正电荷所受电场力一定与该处电场方向一致，负电荷所受电场力一定与该处电场方向相反，选项B错误；安培力和洛伦兹力的方向均可用左手定则判断，选项C正确；洛伦兹力的方向与电荷的运动方向永远垂直，所以洛伦兹力对电荷永不做功，选项D错误.
对洛伦兹力的理解
1. 如图2－4－1所示，电子枪向右发射电子束，其正下方水平直导线内通有向右的电流，则电子束将(　　)
图2－4－1
A.向上偏转 B.向下偏转
C.向纸外偏转 D.向纸内偏转
答案　A
解析　由安培定则知水平直导线上方磁场方向垂直于纸面向外，由左手定则知向右运动的电子受到向上的洛伦兹力，故A正确.
2.带电荷量为＋q的粒子，在匀强磁场中运动，下面的说法中正确的是(　　)
A.只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同
B.如果把＋q改为－q，速度反向且大小不变，则洛伦兹力的大小、方向均不变
C.只要带电粒子在磁场中运动，它一定受到洛伦兹力作用
D.带电粒子受到洛伦兹力越小，则该磁场的磁感应强度越小
答案　B
解析　影响洛伦兹力大小的因素有电荷量、速度大小、磁感应强度的大小及速度与磁感应强度的方向关系，A错；由左手定则可知，洛伦兹力方向不变，速度、电荷量大小不变，则洛伦兹力大小也不变，B正确；当磁场方向与运动方向平行时，F＝0，C错；磁感应强度由磁场本身的性质决定，与洛伦兹力的大小无关，D错.
洛伦兹力与左手定则
3.一个不计重力的带正电荷的粒子，沿图2－4－2 中箭头所示方向进入磁场，磁场方向垂直于纸面向里，则粒子的运动轨迹为(　　)
图2－4－2
A.圆弧a B.直线b
C.圆弧c D.a、b、c都有可能
答案　A
解析　根据左手定则可判断带正电荷的粒子所受洛伦兹力的方向向左，所以运动轨迹为圆弧a.
4.汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子.如图2－4－3所示，把电子射线管(阴极射线管)放在蹄形磁铁的两极之间，可以观察到电子束偏转的方向是(　　)
图2－4－3
A.向上 B.向下
C.向左 D.向右
答案　B
解析　根据左手定则可判断电子所受洛伦兹力的方向向下.
(时间：60分钟)
题组一、洛伦兹力与左手定则
1.在以下几幅图中，洛伦兹力的方向判断正确的是(　　)
答案　B
解析　根据左手定则可判断A中的粒子所受洛伦兹力的方向竖直向下；B中粒子所受洛伦兹力的方向竖直向上；C中粒子的运动方向与磁场方向一致，不受洛伦兹力的作用；D中粒子所受洛伦兹力的方向垂直纸面向外.综上B正确，A、C、D错误.
2.一正电荷垂直射入匀强磁场中，其速度v的方向和受到的洛伦兹力F的方向如图 2－4－4 所示，则磁场方向(　　)
图2－4－4
A.与F方向相同 B.与F方向相反
C.垂直纸面向外 D.垂直纸面向里
答案　D
解析　根据左手定则可判断磁场方向垂直纸面向里.
3.三种不同粒子a、b、c从O点沿同一方向进入垂直纸面向里的匀强磁场中，它们的运动轨迹分别如图2－4－5所示.则(　　)
图2－4－5
A.粒子a一定带负电
B.粒子b一定带正电
C.粒子c一定带负电
D.粒子b一定带负电
答案　C
解析　根据左手定则可判定粒子a一定带正电，粒子c一定带负电，粒子b不带电，故C正确，A、B、D错误.
4.如图2－4－6所示，匀强磁场水平向右，电子在磁场中沿竖直方向向上运动，该电子所受洛伦兹力的方向(　　)
图2－4－6
A.水平向左
B.水平向右
C.垂直纸面向里
D.垂直纸面向外
答案　D
解析　根据左手定则可以判定电子所受洛伦兹力的方向垂直纸面向外，故D正确，A、B、C错误.
5.来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这些质子在进入地球周围的空间时，将(　　)
A.竖直向下沿直线射向地面
B.相对于预定地点，稍向东偏转
C.相对于预定地点，稍向西偏转
D.相对于预定地点，稍向北偏转
答案　B
解析　地球表面地磁场方向由南向北，质子带正电.根据左手定则可判定，质子在赤道上空竖直下落过程中受到的洛伦兹力方向向东，故B正确.
6.如图2－4－7所示，电子e向上射入匀强磁场中，此时该电子所受洛伦兹力的方向是(　　)
图2－4－7
A.向左
B.向右
C.垂直于纸面向里
D.垂直于纸面向外
答案　B
解析　根据左手定则可以判定电子所受洛伦兹力的方向向右，故B正确，A、C、D错误.
题组二、洛伦兹力的综合应用
7.如图2－4－8所示是一只阴极射线管，左侧不断有电子射出.若在管的正下方放一通电直导线AB，发现射线的径迹往下偏，则(　　)
图2－4－8
A.导线中的电流由A流向B
B.导线中的电流由B流向A
C.若要使电子管的径迹往上偏，可以通过改变AB中电流的方向来实现
D.电子束的径迹与AB中的电流方向无关
答案　BC
解析　因为AB中通有电流，所以阴极射线管中会有磁场.电子是因为在磁场中受到洛伦兹力的作用而发生偏转的.由左手定则可知，阴极射线管中的磁场方向垂直于纸面向里，又根据安培定则可知，AB中的电流方向应是由B流向A，B正确，A错误；当AB中的电流方向由A流向B，则AB上方的磁场方向变为垂直于纸面向外，电子所受洛伦兹力变为向上，电子束的径迹会变为向上偏转，由以上可见粒子的运动径迹与AB中的电流方向有关，C正确，D错误.
8.三个相同带电小球1、2、3，在重力场中从同一高度由静止开始落下，其中小球1通过一附加的水平方向匀强电场，小球2通过一附加的水平方向匀强磁场，设三个小球落到同一高度时的动能分别为E1、E2和E3，不计空气阻力，则(　　)
A.E1＝E2＝E3 B.E1>E2＝E3
C.E1E2>E3
答案　B
解析　对2、3小球只有重力做功，根据动能定理知，E2＝E3.对小球1，电场力和重力对它都做正功，故E1>E2＝E3，B正确.
9.如图2－4－9所示，一束电子流沿管的轴线进入螺线管，忽略重力，电子在管内的运动应该是(　　)
图2－4－9
A.当从a端通入电流时，电子做匀加速直线运动
B.当从b端通入电流时，电子做匀加速直线运动
C.不管从哪端通入电流，电子都做匀速直线运动
D.不管从哪端通入电流，电子都做匀速圆周运动
答案　C
解析　由于长通电螺线管中产生的磁场方向平行于螺线管的中心轴线，与电子的运动方向平行，则电子在磁场中不受洛伦兹力，电子重力又不计，则电子做匀速直线运动.
10.如图2－4－10所示为一半圆形的匀强磁场B，当一束粒子对着圆心射入该磁场，发现所有粒子都从M点射出，下列说法正确的是(　　)
图2－4－10
A.这束粒子全部带负电荷
B.这束粒子全部带正电荷
C.这束粒子全部不带电
D.这束粒子中有的带正电荷，有的带负电荷
答案　B
解析　因所有粒子都从M点射出，由左手定则可知所有粒子带正电荷，故B正确，A、C、D错误.
第5讲　磁性材料
[目标定位]　1.了解磁化和退磁的概念.2.了解磁性材料及其应用.
一、磁化与退磁
1.磁化：缝衣针、螺丝刀等钢铁物体，与磁铁接触后就会显示出磁性，这种现象叫做磁化.
2.退磁：原来有磁性的物体，经过高温、剧烈震动或者逐渐减弱的交变磁场的作用，就会失去磁性，这种现象叫做退磁.
3.铁磁性物质：铁、钴、镍以及它们的合金，还有一些氧化物，磁化后的磁性比其他物质强得多，这些物质叫做铁磁性物质，也叫强磁性物质.
(1)硬磁性材料：有的铁磁性材料，在外磁场撤去以后，各磁畴的方向仍能很好地保持一致，物体具有很强的剩磁，这样的材料叫做硬磁性材料.
(2)软磁性材料：有的铁磁性材料，在外磁场撤去以后，磁畴的磁化方向又变得杂乱，物体没有明显的剩磁，这样的材料叫做软磁性材料.
想一想　永磁体应该用硬磁性材料制造，还是软磁性材料制造？
答案　硬磁性材料.因为永磁体要有很强的剩磁.
二、磁性材料的发展
1.磁畴的设想在20世纪初提出来，而后才被证实的.
2.20世纪30年代，磁性材料的市场迅速扩大.
3.利用科学技术合成新材料.
4.第二次世界大战以后，一种新型的磁性材料——铁氧体，成为研究的热点.
5.1978年，合金磁粉研制成功.
6.现在人们又在使用金属薄膜做磁记录材料，磁记录技术得到了进一步的发展.
三、磁记录
磁记录是信息存储技术发展中的一个里程碑，银行、邮政、公交及其他许多机构发行的磁卡，其背面的磁条里记录着持卡人的账号等信息.录音机和录像机上用的磁带、电子计算机上用的磁盘，都含有磁记录用的磁性材料.
四、地球磁场留下的记录
1.大约每过100万年左右，地磁场的南北极就会完全颠倒一次.
2.证实了大陆漂移和地壳板块结构等学说.
一、磁性材料的分类
1.铁磁性物质——强磁性物质
通常说的磁性材料是指强磁性物质，其分类为：
①硬磁性材料：不易去磁的物质，用于制造永磁体.
②软磁性材料：容易去磁的物质，用于制造电磁铁.
2.磁化的本质
铁磁性物质实际上是由很多磁畴(磁化的小区域)组成，磁化前，各磁畴排列杂乱无章，磁化方向不同，作用相互抵消，对外不显磁性.磁化过程中，在外磁场影响下，各磁畴磁化方向有规律地排列，使得磁场大大增强.
3.退磁的本质
高温下，磁性材料的磁畴会被破坏，受到剧烈震动时，磁畴的排列会被打乱，所以产生退磁现象.
例1　关于磁性材料被磁化的原因，下列说法中正确的是(　　)
A.磁性材料被磁化时，分子电流的取向完全一致
B.磁性材料被磁化时，分子电流的取向趋向一致
C.磁化越厉害，分子电流的取向趋向一致的程度越高
D.磁化前，磁性材料中几乎没有分子电流，故不显磁性
答案　BC
解析　磁性材料未被磁化时，内部各分子电流的取向是杂乱无章的，它们的磁场相互抵消，对外不显磁性；当受到外磁场作用时，各分子电流的取向变得大致相同.
针对训练1　下列关于磁铁使用的说法中不正确的是(　　)
A.磁铁受到撞击会使磁铁的磁性减弱
B.原先没有磁性的铁块，在长期受到磁铁的吸引后会产生磁性
C.对磁铁加热会使磁铁的磁性减弱
D.永磁体在受到加热或敲打后，其磁性不会发生改变
答案　D
解析　原来有磁性的物体，经过高温、剧烈震动或者逐渐减弱的交变磁场的作用，就会失去磁性，这种现象叫做退磁，所以永磁体在受到撞击或加热后磁性会减弱.故选项D错误.
二、磁记录
磁记录是利用磁性材料来记录信息的一种技术，如磁卡背面的黑色磁条，录音机、录像机上用的磁带，电子计算机上用的磁盘，都含有磁记录用的磁性材料.磁记录是信息存储技术发展的一个里程碑，也是目前信息记录的重要方式之一.
1.磁记录的基本原理：将需要储存的信息转换成电信号，通过电磁铁产生变化的磁场，使磁性材料按一定规律排列，记录信息；读取信息时，磁性材料通过电磁铁附近，把变化的磁信号再还原为电信号，进行识别.
2.磁记录是通过外加磁场使磁性材料中的磁性颗粒按一定规律排列，而达到记录信息的目的，所以用于磁记录的磁性材料必须远离磁场存放，否则外来磁场会破坏已经储存的信息.
例2　磁卡、磁带等磁记录用品不能放在强磁体附近，也不宜长时间放在手机、电视机附近，为什么？
答案　磁卡、磁带等磁记录物体是利用磁化信息来记录其他信息，靠近强磁体会使磁化信息变化，使存储的信息丢失.手机、电视机等电子产品内都有磁体，若长期与磁卡等接近也可能破坏磁记录的信息.
针对训练2　在(1)录像机用的录像带；(2)计算机用的存储软盘；(3)VCD播放用的光盘；(4)录音机用的录音带中，利用磁性材料记录信息的是(　　)
A.(1)(2)(3) B.(2)(3)(4)
C.(1)(2)(4) D.(1)(3)(4)
答案　C
解析　录像机用的录像带，计算机用的存储软盘，录音机用的录音带中，这些都用到磁性材料，VCD播放用的光盘没有用到磁性材料，光盘上刻录的是数据信息，故A、B、D错误.
磁性材料
1.如图2－5－1所示，把磁铁的N极靠近铁棒时，发现旁边的小磁针的S极被铁棒吸过来，这是由于(　　)
图2－5－1
A.铁棒在磁铁的磁场中被磁化了
B.铁棒两端出现感应电荷
C.铁棒内的分子电流取向变得杂乱无章造成的
D.铁棒内的分子电流取向变得大致相同造成的
答案　AD
解析　由磁体间的相互作用和磁化的知识可判定A、D正确.
2.关于磁化和退磁，以下说法正确的是(　　)
A.铁磁性物质是由已经磁化的小区域组成，这些小区域叫做磁畴
B.当各个磁畴的磁化方向杂乱无章时，物体对外不显磁性，当排列方向有序时，对外显示磁性
C.磁化的过程是使各个磁畴的磁化方向取向趋于一致的过程
D.退磁是各个磁畴的磁性消失的过程
答案　ABC
解析　退磁是磁畴的磁化方向的排列从有规律变得杂乱无章的过程，不是每个磁畴的磁性都消失.
磁记录
3.银行、医院、公交公司等机构发行的磁卡，都是利用磁性材料记录信息的.关于磁卡的使用和保存，下列做法不合适的是(　　)
A.用软纸轻擦磁卡 B.用磁卡拍打桌面
C.使磁卡远离热源 D.使磁卡远离磁体
答案　B
解析　磁体在高温或猛烈敲击下，即在剧烈的热运动或机械运动影响下，磁体磁性会消失，所以磁卡在使用和保存时不能用磁卡拍打桌面.
4.关于磁记录的利用，下列说法正确的是(　　)
A.磁记录是目前信息记录的重要方式
B.录音机录音时，声音信号先转化为电信号，再通过磁头使磁带上的磁粉磁化，从而把声音信息记录在磁带上
C.磁带、磁盘、磁卡都是用磁信息记录其他信息的
D.电脑工作时只是用磁来记录信息
答案　ABC
解析　电脑工作时用光盘和硬盘来记录信息时都不是磁记录，只是用软盘(磁盘)时是磁记录.
(时间：60分钟)
题组一、磁性材料
1.关于铁磁性材料，下列说法正确的是(　　)
A.磁化后的磁性比其他物质强得多，叫做铁磁性物质
B.铁磁性材料被磁化后，磁性永不消失
C.铁磁性材料一定是永磁体
D.半导体收音机中的磁棒天线是铁磁性材料
答案　A
解析　铁、钴、镍以及它们的合金，还有一些氧化物，磁化后的磁性比其他物质强得多，这些物质叫做铁磁性物质，所以A项对；铁磁性材料被磁化后，有的磁性不消失，有的立即消失，所以B项错；永磁体是用硬磁性材料制造的，所以C项错；半导体收音机中的磁棒天线是弱磁性材料，故D项错.
2.下列元件中，哪些是由硬磁性材料制造的(　　)
A.录音机的磁头 B.扬声器中的磁铁
C.电磁铁中的铁芯 D.储蓄用的信用卡
答案　B
解析　在外磁场撤去以后，各磁畴的方向仍很好地保持一致，物体具有很强的剩磁，这样的材料叫做硬磁性材料.录音机内的磁头、电磁铁中的铁芯等要求外界有电流时，内部有磁场，等电流撤去后，磁性也随之消失，所以不是硬磁性材料，故A、C、D错.而扬声器中的磁铁，在没有电流时仍然保持原有的磁性，所以是硬磁性材料，选B项.
3.一根软铁棒被磁化是因为(　　)
A.软铁棒中产生了分子电流
B.软铁棒中分子电流取向杂乱无章
C.软铁棒中分子电流消失
D.软铁棒中分子电流取向变得大致相同
答案　D
解析　软铁棒中的分子电流是一直存在的，并不因为外界的影响而产生或消失，故A、C错；根据磁化过程的实质可知，B错误，D正确.
4.实验表明：磁体能吸引一元硬币，对这种现象解释正确的是(　　)
A.硬币一定是铁做的，因为磁体能吸引铁
B.硬币一定是铝做的，因为磁体能吸引铝
C.磁体的磁性越强，能吸引的物质种类越多
D.硬币含有磁性材料，磁化后能被吸引
答案　D
解析　一元硬币为钢芯镀镍，钢和镍都是磁性材料，放在磁体的磁场中能够被磁化获得磁性，因而能够被磁体吸引.
5.实验室中有许多条形磁铁，平时不用时为了不减弱磁性，正确的放置应是(　　)
A.所有条形磁铁捆成一团
B.同名磁极都置于一端，捆成一团
C.异名磁极首尾相连成一条直线，且N极在北方
D.怎么放都没有影响
答案　C
解析　不用时如果随便放置，会使得磁性减弱，所以正确的放置方法就是异名磁极首尾相连成一条直线，且N极在北方，形成磁路闭合.故只有C项对.
6.硬磁性材料适用于制造(　　)
A.电磁铁 B.永久磁铁
C.变压器铁芯 D.发电机铁芯
答案　BD
解析　凡外磁场消失后，磁性仍然要保持的，都需要硬磁性材料来制造，如永久磁铁、发电机铁芯等.所以A、C项错误，B、D项正确.
题组二、磁记录
7.把录音机的音乐磁带拉出一段后，用强磁铁的一端在磁带上擦上几下后，再放音时，这一段会出现(　　)
A.原声加强了 B.原声的声音变小了
C.原声消失了 D.不好确定
答案　C
解析　磁带被磁铁的一端擦过后，磁带上的磁性颗粒重新被强磁铁磁化，原来录制的声音信号被破坏了，因此原声也就消失了.故选C.
8.关于地球磁场的强度与方向，下列说法中正确的是(　　)
A.从来就没有发生过变化
B.地球磁场的强度与方向随时间的推移不断变化，大约每过100万年，地磁场的南北两极就会完全颠倒一次
C.只有强度发生变化，方向不变
D.只有方向发生变化，强度不变
答案　B
解析　地球磁场的强度与方向并非不发生变化，大约每过100万年，地磁场的南北两极就会完全颠倒一次.
9.下列各项中不属于磁性材料应用的是(　　)
A.冰箱门上的橡胶密封条 B.录音机的录音带
C.电话用的IC卡 D.VCD机的光碟
答案　D
解析　冰箱门上的橡胶密封条是磁性橡胶制成的，是用永磁材料的微粒与橡胶混合在一起制成的复合材料，冰箱门关闭时，磁性橡胶和钢制的门框吸在了一起，可以将门密封得很好；录音机的录音带上有一层磁粉，用以储存信号；电话用的IC卡上也有一片磁条；只有光碟上无磁性材料，它利用激光技术将信号保存在碟片上.
10.为了保护磁卡或带有磁条的存折上的信息，应该注意哪些事项？
答案　见解析
解析　主要是防止原有信息被去掉或被其他强磁场重新磁化.为保护磁卡或带有磁条的存折上的信息，第一，应该注意使磁卡或带有磁条的存折不放在高温环境中，不宜长期贴身携带，不宜在太阳下暴晒，不宜放在其他高温装置旁边；第二，应注意不让磁卡或带有磁条的存折剧烈地震动，不能将磁卡或带有磁条的存折折叠放置，不能用坚硬的物体敲打；第三，一定不要将磁卡或带有磁条的存折靠近产生强磁场的家用电器旁边，以免被强磁场重新磁化而失去原来的重要信息.
第四章 电磁波及其应用
章末整合
一、麦克斯韦电磁场理论
1.变化的磁场产生电场
(1)均匀变化的磁场产生稳定的电场；
(2)振荡磁场产生振荡电场.
2.变化的电场产生磁场
(1)均匀变化的电场产生稳定的磁场；
(2)振荡电场产生振荡磁场.
例1　关于麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是(　　)
A.稳定的电场产生稳定的磁场
B.均匀变化的电场产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场产生均匀变化的电场
C.变化的电场产生的磁场一定是变化的
D.振荡电场周围空间产生的磁场也是振荡的
答案　D
解析　麦克斯韦电磁场理论要点是：变化的磁场(电场)要在周围空间产生电场(磁场)，若磁场(电场)的变化是均匀的，产生的电场(磁场)是稳定的，若磁场(电场)的变化是振荡的，产生的电场(磁场)也是振荡的，由此可判定正确答案为D项.
变式训练1　应用麦克斯韦电磁场理论判断，如图所示表示电场产生磁场(或磁场产生电场)的关系图象中(每个选项中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(　　 )
答案　BC
解析　A图中的上图磁场是稳定的，由麦克斯韦电磁场理论可知周围空间不会产生电场，A图中的下图是错误的；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图中的上图是振荡的磁场，它能产生同频率的振荡电场，且相位相差，C图是正确的.D图的上图是振荡的电场，在其周围空间产生振荡的磁场，但是下图中的图象与上图相比较，相位相差π，故D不正确.
二、电磁波
1.电磁波的特点
(1)电磁波能发生干涉和衍射.
(2)介质决定电磁波的传播速度，且遵循v＝λf.
(3)电磁波在不同介质中传播时频率不变.
(4)电磁波的传播不需要介质.
(5)电磁波是横波.
(6)真空中传播速度均为3×108 m/s.
2.电磁波的本质
电磁波是电磁场由近及远的传播.
3.不同的电磁波的区别
(1)不同电磁波的产生机理不同.
(2)不同电磁波的频率或波长不同，表现出不同的特性，正是这些不同的特性决定了它们不同的用途.如X射线、γ射线等电磁波的波的特征很不明显，但穿透本领却很强，主要应用在探测和治疗；紫外线化学作用和荧光效应应用在紫外线灯、消毒柜等电器中；红外线的热作用强，衍射有明显的特征，应用于加热、遥测遥感、红外摄像、红外制导；无线电波的波动性强，广泛地应用在通讯广播和导航.
例2　下列关于电磁波的说法中正确的是(　　)
A.电磁波传播不需要介质
B.电磁波在任何介质中传播速率相同
C.电磁波不能产生干涉
D.电磁波能产生衍射
答案　AD
解析　电磁波具有波的共性，可以发生反射、折射、干涉、衍射等现象.电磁波的传播不需要介质，且在真空中传播的速度是光速.电磁波在介质中的波速和频率有关.电磁波由一种介质进入另一种介质，频率是不变的.故选项A、D正确.
变式训练2　下列说法中符合实际的是(　　)
A.在医院里常用X射线对病房和手术室消毒
B.医院里常用紫外线对病房和手术室消毒
C.在人造地球卫星上对地球进行拍摄是利用紫外线有较好的分辨能力
D.在人造地球卫星上对地球进行拍摄是利用红外线有较好的穿透云雾烟尘的能力
答案　BD
解析　紫外线具有杀菌、消毒的作用，X射线穿透能力较强，因此医院里常用紫外线对病房和手术室进行消毒，用X射线透视人体；在人造地球卫星上对地球进行拍摄是利用电磁波的衍射能力较强，容易透过云雾烟尘，因而用波长较长的红外线.
三、对调制、调幅、调频、调谐、解调过程的对比理解
1.无线电波的发射和接收过程
2.“调幅”和“调频”都是调制过程
高频载波的振幅随信号而改变的调制方式叫调幅.高频载波的频率随信号而改变的调制方式叫调频.
3.电磁波的接收——调谐、解调
(1)从电磁波中选出所要的信号的技术叫做调谐，也就是通常所说的选台.
(2)解调是调制的逆过程.从载波中将声音、图像等信息“取”出叫解调.
例3　用手机甲拨叫手机乙，手机乙发出铃声并在屏上显示甲的号码，若将手机甲置于一真空玻璃罩中，再用手机乙拨叫手机甲，则(　　 )
A.能听到甲发出的铃声，并能看到甲显示乙的号码
B.能听到甲发出的铃声，但不能看到甲显示乙的号码
C.不能听到甲发出的铃声，但能看到甲显示乙的号码
D.既不能听到甲发出的铃声，也不能看到甲显示乙的号码
答案　C
解析　铃声的传播需要介质，在真空中，声波无法传播，所以听不到铃声，手机接收的是电磁波信号，电磁波能在真空中传播，真空罩中的手机能接收到呼叫信号.故C正确，A、B、D错误.
变式训练3　关于调制，下列说法正确的是(　　 )
A.使高频振荡的振幅或者频率随要传播的电信号而改变
B.把需要的电信号从高频振荡中取出来
C.选择要接收的电台
D.在信号接收时，选择电波的过程叫做调制
答案　A
章末检测(四)
一、单项选择题
1.电磁场理论是谁提出的(　　 )
A.法拉第 B.赫兹
C.麦克斯韦 D.安培
答案　C
2.下列关于电磁波的说法正确的是(　　)
A.均匀变化的磁场能够在空间产生电场
B.电磁波在真空和介质中的传播速度相同
C.只要有电场和磁场，就能产生电磁波
D.电磁波在同种介质中只能沿直线传播
答案　A
解析　变化的磁场就能产生电场，A正确；若只有电场和磁场而电场和磁场都稳定或电场、磁场仅均匀变化都不能产生电磁波，C错；光也是电磁波，在真空和介质中传播的速度不同，可判断B错；D选项中没强调是“均匀”介质，若介质密度不均匀会发生折射，故D错.
3.关于电磁波，以下说法正确的是(　　)
A.雷达是用X光来测定物体位置的设备
B.使电磁波随各种信号而改变的技术叫做解调
C.用红外线照射时，大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光
D.变化的电场可以产生变化的磁场
答案　D
解析　雷达是利用微波来工作的，不是用X光，A错误；使电磁波随各种信号而改变的技术叫做调制，B错误；大额钞票上用荧光物质印刷的文字会在紫外线的作用下发出可见光，不是用红外线照射发光，C错误；变化的电场可以产生磁场，变化的磁场也可以产生电场，D正确.
4.下列设备工作时所发出的波，不属于电磁波的是(　　 )
A.B超检查身体时发生的超声波
B.微波炉加热食物时发出的微波
C.电视发射塔发出的电波
D.互联网光缆中传播的光波
答案　A
解析　根据电磁波谱进行判断可知，声波不是电磁波，选项A正确.
5.如图4－1所示，R1为定值电阻，R2为某种类型的热敏电阻，这种热敏电阻温度越低电阻越大，L为小灯泡，当温度降低时，电源不计内阻.(　　)
图4－1
A.R1两端的电压增大
B.电流表的示数增大
C.小灯泡的亮度变强
D.小灯泡的亮度变弱
答案　C
解析　R2与灯L并联后与R1串联，与电源构成闭合电路，当热敏电阻温度降低时，电阻R2增大，外电路电阻增大，电流表读数减小，灯L两端电压增大，灯泡亮度变强，R1两端电压减小，故C正确.
6.下列说法正确的是(　　 )
A.通讯卫星可以通过地球南北两极的上空
B.用甲手机给乙手机打电话时，电磁波直接从甲手机传到乙手机
C.电磁炉与微波炉的加热原理完全一样
D.用光导纤维也可以传输电磁波
答案　D
解析　通讯卫星只能在赤道上空运动；打手机要通过基站；电磁炉先加热锅具再加热食物，微波炉直接给食物加热.
二、多项选择题
7.下列说法中正确的是(　　)
A.电磁波是横波
B.为了从高频电流中取出所携带的声音信号就要进行调制
C.红外线应用在遥感技术中是利用了它的穿透本领强的特性
D.医学上用透视或“CT”来检查人体内部器官，它们都用到了X射线
答案　AD
解析　电磁波是横波，A项正确；B项应是解调，B项错；红外线应用在遥感技术中是利用了它的衍射明显的特性，故C项错；X射线穿透能力强，D项正确.
8.关于电磁波及其应用，下列说法正确的是(　　)
A.麦克斯韦首先通过实验证实了电磁波的存在
B.电磁波是横波且能够发生干涉和衍射现象
C.电磁波的接收要经过调谐和调制两个过程
D.微波能使食物中的水分子热运动加剧从而实现加热的目的
答案　BD
解析　麦克斯韦提出了电磁场理论，预言了电磁波的存在，赫兹用实验证实了电磁波的存在，A错误；电磁波是横波，能够发生干涉和衍射现象，B正确；电磁波的接收要经过调谐和解调两个过程，C错误；微波的频率与水分子的固有频率接近，使水分子发生共振，通过加剧水分子的热运动而实现加热目的，D正确.
9.目前雷达发射的电磁波频率多在200 MHz至1 000 MHz的范围内.下列关于雷达和电磁波说法正确的是(　　)
A.真空中上述雷达发射的电磁波的波长范围在0.3 m至1.5 m之间
B.电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的
C.测出从发射电磁波到接收反射波的时间间隔可以确定雷达和目标的距离
D.波长越短的电磁波，反射性能越强
答案　ACD
解析　由公式c＝λf可得λmin＝＝ m＝0.3 m；λmax＝＝ m＝1.5 m，A正确；电磁波是由周期性变化的电场或磁场产生的，B错误；由雷达的工作原理可知C正确；波长越短的电磁波，传播的直线性越好，反射性能越强，D正确.
10.下列说法中正确的是(　　)
A.夏天太阳光把地面晒得发热是因为可见光的热效应在各种电磁波中是最强的
B.医院里用X射线进行人体透视，是因为它是各种电磁波中穿透本领最大的
C.科学家关注南极臭氧层空洞是因为它会使气候恶化
D.在热学中所说的热辐射就是指红外线辐射
答案　CD
解析　热效应最强的是红外线，A选项错误；贯穿本领最强的是γ射线，B选项错误；臭氧层可吸收阻挡过强的紫外线照射，使地球上动植物免受紫外线的伤害，另外臭氧层空洞可引起气候恶化，所以选项C正确；热学中所说热辐射就是指红外线辐射，所以选项D正确.
三、填空和实验题
11.变化的磁场能够在周围空间产生__________，变化的电场能够在周围产生____________.
答案　电场　磁场
12.某电台发射500 kHz的电磁波，则此电磁波的波长是________m；若距该电台6 000 km远处有一无线电接收机，则从发射台发出的信号经________s可被接收机收到.若该电台发射频率为800 kHz的电磁波，则经________s信号可被接收机收到.
答案　600　0.02　0.02
解析　由c＝λf可得波长λ＝＝ m＝600 m；
由x＝ct可得时间t＝＝ s＝ 0.02 s
电磁波在真空中的传播速度都相同，所以电台发射频率为800 kHz的电磁波，仍经0.02 s信号可被接收机收到.
四、计算题
13.一台收音机在中波波段接收的波长范围由560.7 m到186.9 m，它接收的频率范围有多大？
答案　535 kHz≤f≤1 605 kHz
解析　由公式f＝有
f1＝＝ Hz≈5.35×105 Hz.
f2＝＝ Hz≈16.05×105 Hz.
即这台收音机在中波波段接收的频率范围从535 kHz到1 605 kHz.
14.在真空中传播的波长为15米的电磁波，进入某一介质中传播时，若传播速度为2×108米/秒，该电磁波在介质中的波长是多少？
答案　10 m
解析　由c＝λf，得
该波的频率f＝＝ Hz＝2×107 Hz
电磁波从真空进入某一介质后频率不变，
由v＝λ′f，得
该电磁波在介质中的波长λ′＝＝ m＝10 m.
15.“神州十号”载人飞船成功发射，如果你想通过同步卫星转发的无线电话与王亚平通话，则在你讲完话后，至少要等多长时间才能听到对方的回话？(已知地球的质量为M＝6.0×
1024 kg，地球半径为R＝6.4×106 m，万有引力恒量G＝6.67×10－11 N?m2/kg2)
答案　0.48 s
解析　同步卫星是相对于地面静止的，它的运动周期T＝3 600×24 s，设卫星离地面距离为h，它绕地球转动的向心力是它对地球的万有引力，
即：G＝m(R＋h)()2代入数据可解得：
h≈3.59×107 m
最短通信距离是发话人和听话人均在同步卫星的正下方，这时电磁波传播的最短距离为s＝2h，所以最短时间为t＝2×≈0.48 s.
16.若某种紫外线频率为1.5×1015 Hz，试回答下列问题：
(1)该紫外线的波长为多少？
(2)紫外线的主要作用有哪些？
(3)请简要说明人们接收紫外线少量照射和大量照射会产生什么后果.
答案　(1)2×10－7 m
(2)杀菌、消毒、荧光作用、化学作用
(3)见解析
解析　(1)由λ＝＝ m＝2×10－7 m.
(2)紫外线的主要作用就是杀菌、消毒、荧光作用、化学作用.
(3)少量紫外线的照射能杀灭人体表面的细菌，增强人体皮肤的抗病能力，并能通过皮肤产生维生素，有利于人体健康；而且使皮肤内的胆固醇转化为维生素D，促进钙的吸收；而过量照射紫外线，特别是频率较高的紫外线，光子的能量较大，会透入皮肤深处使皮肤产生皮炎，使正常细胞蜕变为癌细胞，过量的紫外线还会引起角膜、白内障等疾病.
模块检测(一)
一、选择题
1.电磁场理论的建立，促进了现代社会的发展，下列应用中，同时使用了电磁波接收和发射技术的电器是(　　)
A.微波炉 B.收音机
C.电视机 D.手机
答案　D
2.某次实验老师用丝绸摩擦过的玻璃棒(带正电)去吸引细碎的锡箔屑，发现锡箔屑被吸引到玻璃棒上后又迅速的向空中散开，下列说法正确的是(　　)
图1
A.锡箔屑被吸引过程会因为获得电子而带负电
B.锡箔屑被吸引过程有减速过程
C.最后锡箔屑散开主要是因为碰撞导致
D.散开时锡箔屑带正电
答案　D
解析　根据带电物体能够吸引轻小物体和三种起电方式可知，A项错误；锡箔由静止到运动是加速运动过程，B项错误；锡箔与玻璃棒接触带上与玻璃棒相同的正电，同种电荷相互排斥，锡箔散开，故C错误，D项正确.
3.如图2所示，当闭合开关S后，螺线管通以恒定电流，不计其他磁场的影响，螺线管上方A点的磁感应强度方向为(　　)
图2
A.向右
B.向左
C.垂直纸面向里
D.垂直纸面向外
答案　A
解析　根据右手螺旋定则可知螺线管的左侧为N极，右侧为S极，所以A点的磁感应强度的方向向右，A对，B、C、D错.
4.下面关于各种电器应用的电磁学原理的说法中，错误的是(　　)
A.电视机的显像管应用了磁场使电子束偏转的原理
B.变压器应用了电磁感应现象
C.微波炉是用电热棒加热食物的
D.电磁灶是利用电磁感应原理制成的
答案　C
5.关于图3所示的磁场，下列说法中正确的是(　　)
图3
A.磁感线能相交
B.磁场方向与小磁针静止时北极指向一致
C.a、b两点在同一磁感线上位置不同，但它们的强弱相同
D.若知道磁感应强度B与线圈的面积S，则可求出穿过这个面积的磁通量
答案　B
6.关于家庭安全用电，下列说法正确的是(　　)
A.保险丝烧断后，用铜丝代替
B.手未擦干就直接拔电器的插头
C.洗衣机、洗碗机等容易潮湿的电器外壳接地
D.几个大功率的电器同时使用一个移动插头
答案　C
解析　家用电器通常都要接地，接地是为了保护人的安全，电器接地后，当电路出现漏电现象时，电流通过地线注入大地不对人造成影响；保险丝的作用是当电路中出现短路而产生大电流时，及时切断电路，不会造成对电器的损坏，若换成铜丝后，即使电路出现短路时，铜丝不会被熔断，起不到保护电器的作用.
7.图4是应用光敏电阻设计的实验电器，闭合开关后，用光照向光敏电阻，发现光强增加时，灯变得更亮，下列分析正确的有(　　)
图4
A.光敏电阻的阻值随光强增加而增大
B.光敏电阻的阻值随光强增加而减小
C.灯变得更亮，说明电路中的总电阻变小
D.灯变得更亮，说明电路中的总电阻变大
答案　BC
解析　灯泡变的更亮，说明电路中的电流变大，总电阻变小，故B、C正确，A、D错误.
8.下列器件属于变压器的是(　　)
答案　D
9.带电荷量为＋q的粒子在匀强磁场中运动，下列说法中正确的是(　　)
A.只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同
B.如果把＋q改为－q，且速度反向，大小不变，则洛伦兹力的大小、方向均不变
C.洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直，磁场方向一定与电荷速度方向垂直
D.粒子只受洛伦兹力的作用，其运动的动能不变
答案　BD
解析　粒子速度方向不同，洛伦兹力大小也不同.洛伦兹力不做功，粒子只受洛伦兹力作用时，动能不变.
10.真空中有相隔距离为r的两个点电荷，它们分别带4q和3q的电荷量，其间的静电力为F.如果保持它们之间的距离r不变，而将它们所带电荷量分别改变为2q和6q，那么它们之间的静电力的大小应为 (　　)
A.F/2 B.2F
C.4F D.F
答案　D
11.认为光波和无线电波都是电磁波的理由有以下几方面，正确的理由是(　　)
A.真空中传播速度相同
B.都能传递信息
C.传播都不依靠别的介质
D.都是由振荡电路中自由电子的运动产生的
答案　AC
解析　光波不是自由电子运动产生的，故D错.且机械波亦能传递信息，故B错.
12.如图5所示，A、B是点电荷电场中某条电场线上的两点，EA、EB分别表示A、B两点的电场强度.下列说法正确的是(　　)
图5
A.EA一定大于EB
B.EA一定小于EB
C.EA一定等于EB
D.EA一定不等于EB
答案　D
解析　因A、B是点电荷电场中某条电场线上的两点，所以EA一定不等于EB，EA与EB的大小关系不能确定，故D正确，A、B、C错误.
二、填空题
13.判断电流产生的磁场方向用________定则，判断洛伦兹力的方向用________定则.
答案　安培　左手
14.水电站给远处山村送电的输出功率为100 kW，用2 000 V电压输电，线路上损失的功率是2.5×104 W，如果改用20 000 V 高压输电，线路上损失的功率是______W.
答案　250
解析　设水电站给远处送电的输出功率为P，前后两次的输电电压分别为U1和U2，前后两次线路上的热损失功率分别为P1和P2，输电线总电阻为R，由P损＝I2R和I＝得P损＝R，所以＝，即P2＝P1＝×2.5×104 W＝250 W.
三、计算题
15.离我们最近的一颗恒星是比邻星，它距离我们是1018 m，从地球向比邻星发射的电磁波，要经过多长时间才能到达比邻星？(电磁波的速度3.00×108 m/s)
答案　3.3×109 s
解析　电磁波到达比邻星所需要的时间为：
t＝＝ s＝3.3×109 s.
16.真空中有一个电场，电场线如图6所示.在这个电场中的A点放入电荷量为5.0×10－9 C的点电荷，它受到的电场力为3.0×10－4 N.
图6
(1)画出A点电场强度的方向.
(2)求出A点电场强度的大小.
(3)若把该点电荷从电场中移走， 则A点电场强度是多大.
答案　(1)
(2)6.0×104 N/C　(3)6.0×104 N/C
解析　(1)沿A点切线方向.
(2)电场强度E＝＝＝6.0×104 N/C.
(3)移走点电荷，A点的电场强度不变仍为6.0×104 N/C.
17. 一根长为0.20 m的直导线，垂直于某匀强磁场方向放置，当导线中通有1 A的电流时，导线受到的安培力大小为0.08 N，则：
(1)磁场的磁感应强度为多大？
(2)当导线中的电流增大为2 A时，导线受到的安培力为多大？
答案　(1)0.4 T　(2)0.16 N
解析　(1)磁场的磁感应强度为：
B＝＝ T＝0.4 T
(2)电流为2 A时，安培力为：
F′＝BI′L＝0.4×2×0.2 N＝0.16 N.
18.如图7甲图所示，理想变压器原线圈匝数n1＝440，副线圈匝数n2＝22，在原线圈两端加乙图所示的交流电压，求：副线圈中电压表的示数.
图7
答案　11 V
解析　根据最大值与有效值的关系，则有U1＝＝ V≈220 V，由＝，得U2＝U1＝×220 V＝11 V.

模块检测(二)
一、选择题
1.首先发现电磁感应现象的科学家是(　　)
A.牛顿 B.法拉第
C.库仑 D.爱因斯坦
答案　B
2.在日常生活中，下列几种做法正确的是 (　　)
A.保险丝熔断后，可用铁丝代替
B.可用湿布擦洗带电设备
C.发现电线着火，立即泼水灭火
D.发现有人触电时，应赶快切断电源或用干燥木棍将电线挑开
答案　D
3.如图1所示，一带负电的粒子以初速度v进入范围足够大的匀强电场E中，初速度方向与电场方向平行，粒子不计重力，下列说法正确的是 (　　)
图1
A.粒子一直做匀加速直线运动
B.粒子一直做匀减速直线运动
C.粒子先做匀减速直线运动，再反向做匀加速直线运动
D.粒子先做匀加速直线运动，再反向做匀减速直线运动
答案　C
解析　带负电的粒子在匀强电场中受向左的电场力，故带电粒子进入电场后，先做匀减速直线运动，速度减为零后，再反向做匀加速直线运动.
4.下列家用电器工作时，不涉及电磁波的发射或接收的是 (　　)
A.电视机 B.收音机
C.洗衣机 D.微波炉
答案　C
5.小刚利用电能表测某家用电器的电功率.当电路中只有这个用电器工作时，测得在15 min内，消耗电能0.3 kW·h，这个用电器可能是(　　)
A.空调器 B.电冰箱
C.电视机 D.电风扇
答案　A
解析　根据公式P＝可得这个用电器的功率为P＝＝＝＝1.2 kW，由常识知道电冰箱、电视机和电风扇的功率都在千瓦以下，故该用电器为空调，A正确.
6.传统电脑产生电磁辐射，对人体会造成伤害.现在有的生产厂商推出绿色电脑，这里“绿色电脑”指的是 (　　)
A.绿颜色的电脑
B.价格低的电脑
C.木壳的电脑
D.低辐射、低噪声的环保电脑
答案　D
7.如图2所示，理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝2∶1，和均为理想电表，灯泡电阻RL＝6 Ω，AB端电压u1＝12 sin 100πt(V)，下列说法正确的是(　　)
图2
A.电流频率为100 Hz B.的读数为24 V
C.的读数为0.5 A D.变压器输入功率为6 W
答案　D
解析　AB端电压u1＝12 sin 100πt(V)，电流频率为f＝ Hz＝50 Hz，故A错误；电压表的示数为电路的有效电压的大小，根据电压与匝数成正比，可知U2＝6 V，故B错误；电流表的读数I2＝＝1 A，A的读数为1 A，故C错误；变压器的输入功率等于输出功率，即P1＝P2＝U2I2＝6 W，故D正确.
8.关于静电，下列说法错误的是(　　)
A.静电对人类只有危害而无任何益处
B.静电除尘装置是静电的应用
C.用静电喷漆的方法给汽车喷涂油漆既省漆又均匀
D.复印机是利用静电的吸附作用工作的
答案　A
解析　静电除尘，静电喷漆，静电复印等对人类有益处，故A错误；静电除尘时除尘器中的空气被电离，烟雾颗粒吸附电子而带负电，颗粒向电源正极运动，属于静电应用，故B正确；喷枪喷出的油漆微粒带正电，因相互排斥而散开，形成雾状，被喷除的物体带负电，对雾状油漆产生引力，把油漆吸到表面，属于静电应用，故C正确；复印机是利用静电的吸附作用工作的，故D正确.
9.如图3所示，为两个同心圆环，当一有界匀强磁场恰好完全垂直穿过A环面时，A环面磁通量为Φ1，此时B环磁通量为Φ2，有关磁通量的大小说法正确的是(　　)
图3
A.Φ1<Φ2 B.Φ1＝Φ2
C.Φ1>Φ2 D.不确定
答案　B
10.如图4所示是我国某10兆瓦(1兆瓦＝106 W)光伏发电站，投入使用后每年可减少排放近万吨二氧化碳.已知该地区每年能正常发电的时间约为1 200 h，则该电站年发电量约为(　　)
图4
A.1.2×106 kW·h B.1.2×107 kW·h
C.1.2×109 kW·h D.1.2×1010 kW·h
答案　B
解析　W＝Pt＝104 kW×1 200 h＝1.2×107 kW·h，故B正确.
11.下列说法中正确的是(　　)
A.光波不是电磁波
B.电磁炉是利用涡流加热的
C.用陶瓷器皿盛放食品可直接在电磁炉上加热
D.DVD光盘是利用磁粉记录信息的
答案　B
解析　可见光是电磁波谱中很小的一部分，A项错误；电磁炉是利用电磁感应涡流效应加热的，B项正确；陶瓷器皿导电性差，不能直接放在电磁炉上加热，金属器皿可以，C项错误；DVD光盘是利用激光在介质上进行读写，D项错误.
12.如图5所示，线框水平向右通过有限区域的匀强磁场的过程中，则回路中产生感应电流的情况是(　　)
图5
A.始终没有
B.始终有
C.只有进入过程中有
D.穿出过程中有，进入过程中也有
答案　D
解析　只要穿过线圈的磁通量发生变化，回路中就有感应电流产生.
二、填空题
13.电子以速度v垂直进入匀强磁场，磁场方向如图6所示，此时所受洛仑兹力的方向__________(填“向上”或“向下”).
图6
答案　向下
14.一电熨斗的铭牌标有“220 V　1 000 W”字样，则它正常工作20分钟电流做功为 ________J.
答案　1.2×106
三、计算题
15.雷达发射出电磁波后，若经过1.8×10－4 s收到敌机反射后的回波，求敌机距雷达站的距离为多少？
答案　2.7×104 m
解析　电磁波从雷达发出经t＝×1.8×10－4 s＝9×10－5 s传到敌机.
则敌机到雷达站的距离为
x＝ct＝3×108×9×10－5 m＝2.7×104 m.
16.某导体的电阻为R＝2 Ω.试求当有I＝1 A的电流流过时，该导体1分钟产生的热量Q和此时的热功率P.
答案　120 J　2 W
解析　据Q＝I2Rt得Q＝12×2×60 J＝120 J，
据P＝I2R得P＝12×2 W＝2 W.
17.把一根长为L＝10 cm的直导线垂直磁感线方向放入如图7所示的匀强磁场中.
图7
(1)当导线中通以I1＝2 A的电流时，导线受到的安培力大小为 1.0×10－7 N，试求该磁场的磁感应强度的大小B.
(2)若该导线中通以I2 ＝3 A的电流，试求此时导线所受安培力大小F，并判断安培力的方向.
答案　(1)5×10－7 T　(2)1.5×10－7 N　垂直于导线向上
解析　(1)根据F＝BI1L得B＝＝5×10－7 T
(2)当导线中电流变化时，导线所在处的磁场不变，
则F＝BI2L＝1.5×10－7 N.
方向：根据左手定则，导线所受安培力方向垂直于导线向上.
18.如图8所示，一个挂在丝线下端带正电的小球B，静止在图示位置.若固定的带正电小球A的电荷量为Q，B球的质量为m，带电荷量为q, θ＝30°，A和B在同一条水平线上，整个装置处于真空中.试求A、B两球间的距离r.
图8
答案　
解析　由图可知： F＝mgtan θ＝mgtan 30°＝mg，
F＝k.
联立两式，解得r＝.
第1讲　电磁波的发现
[目标定位]　1.理解麦克斯韦电磁场理论的两个支柱：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场.了解变化的电场和磁场相互联系形成统一的电磁场.2.了解电磁场在空间传播形成电磁波.3.了解麦克斯韦电磁场理论以及赫兹实验在物理学发展中的贡献.体会两位科学家研究物理问题的方法.
一、伟大的预言
1.变化的磁场产生电场
(1)在变化的磁场中放一个闭合的电路，由于穿过电路的磁通量发生变化，电路里会产生感应电流.这个现象的实质是变化的磁场在空间产生了电场.
(2)即使在变化的磁场中没有闭合电路，也同样要在空间产生电场.
2.变化的电场产生磁场
变化的电场也相当于一种电流，也在空间产生磁场，即变化的电场在空间产生磁场.
3.麦克斯韦不仅预言了电磁波的存在，而且揭示了电、磁、光现象在本质上的统一.
想一想　麦克斯韦从什么现象认识到变化的磁场能产生电场？关于“变化的电场能够产生磁场”的观点，他是在什么情况下提出的？
答案　麦克斯韦从法拉第电磁感应现象认识到变化的磁场能够产生电场.麦克斯韦确信自然界规律的统一与和谐，相信电场与磁场有对称之美.他认为：既然变化的磁场能够在空间产生电场，那么变化的电场也能够在空间产生磁场.
二、电磁波
1.电磁波的产生：如果在空间某区域有不均匀变化的电场，那么这个变化的电场就在空间引起变化的磁场；这个变化的磁场又会引起新的变化电场……于是，变化的电场和磁场交替产生，由近及远地传播.电磁场这样由近及远地传播，就形成电磁波.
2.特点
(1)电磁波可以在真空中传播.
(2)电磁波的传播速度等于光速.
(3)光在本质上是一种电磁波.
(4)光是以波动形式传播的一种电磁振动.
想一想　空间存在如图4－1－1所示的电场，那么在空间能不能产生磁场？在空间能不能形成电磁波？
图4－1－1
答案　如图所示的电场是均匀变化的，根据麦克斯韦电磁场理论可知会在空间激发出磁场，但磁场恒定，不会再在较远处激发起电场，故不会产生电磁波.
三、赫兹的电火花
1.赫兹首先捕捉到电磁波，在以后的一系列实验中，证明了电磁波与光具有相同的性质.他还测得，电磁波在真空中具有与光相同的传播速度c.
2.赫兹证实了麦克斯韦关于光的电磁理论.
3.赫兹被誉为无线电通信的先驱.后人为了纪念他，把频率的单位定为赫兹.
想一想　是赫兹预言了电磁波的存在，并用实验证实其存在的吗？
答案　不是.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.
一、对麦克斯韦电磁场理论的理解
1.变化的磁场产生电场
如图4－1－2所示，麦克斯韦认为在变化的磁场周围产生电场，是一种普遍存在的现象，跟闭合电路(导体环)是否存在无关.导体环的作用只是用来显示电流的存在.
图4－1－2
注意　在变化的磁场中所产生的电场的电场线是闭合的；而静电场中的电场线是不闭合的.
2.变化的电场产生磁场
根据麦克斯韦理论，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4－1－3所示).
图4－1－3
3.小结
(1)变化的磁场在周围空间产生电场，变化的电场也在周围空间产生磁场.
(2)均匀变化的磁场产生稳定的电场，均匀变化的电场产生稳定的磁场.
(3)振荡的磁场产生同频率振荡的电场，振荡的电场产生同频率振荡的磁场.
例1　关于电磁场理论的叙述正确的是(　　)
A.变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路无关
B.周期性变化的磁场产生同频率变化的电场
C.变化的电场和变化的磁场相互关联，形成一个统一的场，即电磁场
D.电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场
答案　AB
解析　变化的磁场周围产生电场，当电场中有闭合回路时，回路中有电流.若无闭合回路，电场仍然存在，A正确；若形成电磁场必须有周期性变化的电场和磁场，B对，C、D错.
针对训练1　如图4－1－4所示是某一固定面的磁通量的变化图象，在它周围空间产生的电场中的某一点场强E应是(　　)
图4－1－4
A.逐渐增强 B.逐渐减弱
C.不变 D.无法确定
答案　C
解析　由图象可知，磁场在均匀变化，故在磁场周围产生的电场是稳定不变的.
二、对电磁波的理解
1.电磁波的形成
变化的电场和磁场交替产生，形成电磁场，电磁场由近及远传播，形成电磁波.
2.电磁波的特点
(1)电磁波是横波.电磁波中的电场和磁场互相垂直，电磁波在与二者均垂直的方向传播.
(2)电磁波的传播不需要介质.在真空中传播速度等于光速c＝3.00×108 m/s.
(3)电磁场储存电磁能，电磁波的发射过程就是辐射能量的过程.
(4)电磁波具有波的一切特性，能够发生反射、折射等现象.
例2　下列关于电磁波的说法中正确的是(　　)
A.只要电场和磁场发生变化，就能产生电磁波
B.电磁波的传播需要介质
C.停止发射电磁波，发射出去的电磁波仍能独立存在
D.电磁波具有能量，电磁波的传播是伴随着能量向外传递的
答案　CD
解析　要想产生持续的电磁波，变化的电场(或磁场)产生的磁场(或电场)必须是非均匀变化的，所以A选项错误；电磁波是物质波，电磁波的传播可以不需要介质而在真空中传播，B选项错误；电磁波可以脱离“波源”而独立存在，C选项正确；电磁波可以使电荷移动，说明电磁波具有能量，电磁波传播的过程，也就是能量的传播过程，所以D正确.
针对训练2　关于电磁波在真空中的传播速度，以下说法正确的是(　　)
A.电磁波的频率越高，传播速度越大
B.电磁波的波长越长，传播速度越大
C.电磁波的能量越大，传播速度越大
D.所有电磁波在真空中的传播速度都相等
答案　D
解析　电磁波在真空中的传播速度为光速，与其他因素无关.
对麦克斯韦电磁场理论的理解
1.关于电磁场理论，下列说法中正确的是(　　)
A.在电场的周围空间一定产生磁场
B.任何变化的电场周围空间一定产生变化的磁场
C.均匀变化的电场周围空间产生变化的磁场
D.振荡电场在周围空间产生变化的磁场
答案　D
解析　由麦克斯韦电磁场基本理论知：不变化的电场周围不产生磁场，变化的电场周围一定产生磁场，产生的磁场性质是由电场的变化情况决定的，均匀变化的电场产生稳定的磁场，不均匀变化的电场产生变化的磁场，振荡的电场产生同频率振荡的磁场，反之亦然，故选项D正确.
2.在空间某处存在一个变化的磁场，则下列说法正确的是(　　)
A.在变化的磁场周围一定能产生变化的电场
B.在磁场中放一个闭合线圈，线圈里一定有感应电流
C.在磁场中放一个闭合线圈，线圈里不一定有感应电流
D.变化的磁场周围产生电场，跟闭合线圈的存在与否无关
答案　CD
解析　均匀变化的磁场周围产生稳定的电场，A错；在磁场中放置一个闭合线圈，如果穿过线圈的磁通量没有变化，则不会产生感应电动势，也就不会有感应电流，B错，C对；变化的磁场周围一定产生电场，与是否存在线圈无关，D对.
对电磁波的理解
3.关于电磁场和电磁波，下列叙述中正确的是(　　)
A.均匀变化的电场在它周围空间产生电磁波
B.电磁波必须依赖于介质传播
C.电磁波中每一处的电场强度和磁感应强度总是互相垂直，且与波的传播方向垂直
D.只要空间某个区域有振荡的电场或磁场，就能产生电磁波
答案　CD
解析　均匀变化的电场在它周围产生稳定的磁场，由电磁场理论知，稳定的磁场不再产生电场，所以不能形成电磁波，故A项错；电磁波是周期性变化的电场与磁场的交替激发，所以传播不需要介质，B项错.
4.对于声波和电磁波的比较，下面说法中正确的是(　　)
A.它们都能发生反射现象
B.声音是由物体振动产生的，电磁波是由变化的电磁场产生的
C.光是一种电磁波，B超利用的是超声波
D.它们都能在真空中传播
答案　ABC
解析　声波和电磁波都属于波，所以它们都具有波的共性，能发生反射现象，故选项A正确；但它们产生的机理不同，声音是由物体振动产生的，电磁波是由变化的电磁场产生的，故选项B正确；光是一种电磁波，B超利用的是超声波，故选项C正确；电磁波既能在介质中传播又能在真空中传播，而声波只能在介质中传播，故选项D错误.
(时间：60分钟)
题组一、对麦克斯韦电磁场理论的理解
1.下列说法中，正确的有(　　)
A.最早发现电和磁有密切联系的科学家是奥斯特
B.电磁感应现象是法拉第发现的
C.建立完整的电磁场理论的科学家是麦克斯韦
D.最早预见到有电磁波存在的科学家是赫兹
答案　ABC
解析　最早预见到有电磁波的科学家是麦克斯韦，赫兹用实验证明了电磁波的存在，D项不正确；由物理学史的知识可知，其他三项都是正确的.
2.按照麦克斯韦的电磁场理论，以下说法正确的是(　　)
A.恒定的电场周围产生恒定的磁场，恒定的磁场周围产生恒定的电场
B.变化的电场周围产生磁场，变化的磁场周围产生电场
C.均匀变化的电场周围产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场周围产生均匀变化的电场
D.均匀变化的电场周围产生稳定的磁场，均匀变化的磁场周围产生稳定的电场
答案　BD
解析　麦克斯韦的电磁场理论的核心内容是：变化的电场周围产生磁场；变化的磁场周围产生电场.对此理论全面正确的理解为：不变化的电场周围不产生磁场；变化的电场周围可以产生变化磁场，也可以产生不变化磁场；均匀变化的电场周围产生稳定的磁场；周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场，由变化的磁场产生电场的规律与以上类似，故正确答案为B、D.
3.根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是(　　)
A.电场周围一定产生磁场，磁场周围也一定产生电场
B.变化的电场周围一定产生磁场，变化的磁场周围也一定产生电场
C.变化的电场周围一定产生变化的磁场
D.电磁波在真空中的传播速度为3.00×108 m/s
答案　BD
解析　根据麦克斯韦的电磁场理论，只有变化的电场周围产生磁场，变化的磁场周围产生电场，但变化的电场周围不一定产生变化的磁场，如均匀变化的电场产生的是稳定的磁场，所以正确的选项是B、D.
4.某电场中电场强度随时间变化的图象如图所示，能产生磁场的电场是(　　 )
答案　ABC
解析　根据麦克斯韦电磁场理论可知变化的电场产生磁场，选项A、B、C正确.
题组二、对电磁波的理解
5.下列说法正确的是(　　)
A.电磁波即电磁场在空间的传播
B.麦克斯韦依据光速和电磁波速度相同而预言光是一种电磁波
C.赫兹不仅证实了电磁波的存在，还证实了光和电磁波具有相同的性质
D.电磁波和机械波最大的不同点是其传播不需要介质
答案　ABCD
6.下列关于机械波与电磁波的说法正确的是(　　 )
A.声波是机械波，耳朵能够听到声波，是因为耳朵和声源之间有空气
B.水波的传播需要水，没有水就没有水波
C.电磁波传播需要空气，没有空气，即使产生了电磁波也传不出来
D.电磁波的传播速率等于光速，不受其它因素影响
答案　AB
解析　机械波的传播需要介质，在真空中不能传播；电磁波可以在真空中传播，选项A、B正确，C错误；电磁波只有在真空中的速度才等于光速，选项D错误.
7.某电路中电场随时间变化的图象如图所示，能发射电磁波的电场是(　　)
答案　D
解析　由麦克斯韦电磁场理论，当空间出现恒定的电场时(如A图)，由于其不激发磁场，故无电磁波产生；当出现均匀变化的电场(如B图、C图)，会激发出磁场，但磁场恒定，不会再在较远处激发起电场，故也不会产生电磁波；只有周期性变化的电场(如D图)，才会激发出周期性变化的磁场，周期性变化的磁场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.
8.下列关于电磁波的说法中，正确的是(　　 )
A.电磁波可以在真空中传播
B.电磁波不能在空气中传播
C.麦克斯韦第一次通过实验验证了电磁波的存在
D.法拉第第一次通过实验验证了电磁波的存在
答案　A
解析　电磁波可以在真空中传播，A对，B错；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在，故C、D错.
9.关于电磁波，下列说法正确的是(　　)
A.光不是电磁波
B.电磁波需要有介质才能传播
C.只要有电场和磁场，就可以产生电磁波
D.真空中，电磁波的传播速度与光速相同
答案　D
解析　光也是一种电磁波，在真空中传播的速度为3.0×108 m/s，传播过程中不需要介质，故A、B错误，D正确；只有非均匀变化的电场或磁场，才能产生电磁波，故C错误.
10.有一种“隐形飞机”，可以有效避开雷达的探测，秘密之一在于它的表面有一层特殊材料，这种材料能够______(填“增强”或“减弱”)对电磁波的吸收作用，秘密之二在于它的表面制成特殊形状，这种形状能够________(填“增强”或“减弱”)电磁波反射回雷达设备.
答案　增强　减弱
解析　题目介绍了电磁波在军事上的用途.电磁波如果遇到尺寸明显大于波长的障碍物就要发生反射，雷达就是利用电磁波的这个特性工作的.要有效避开雷达的探测，就要设法减弱电磁波的反射.据此即可确定答案.
第2讲　电磁波谱
[目标定位]　1.掌握波长、频率和波速的关系.知道电磁波在真空中的传播速度等于光速，即c＝3.00×108 m/s.2.知道电磁波谱由无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线组成，能够知道各自的特点与重要应用.3.了解电磁波具有能量.了解太阳辐射大部分能量集中的波长范围.4.了解寻找地外文明的主要历史和当前的进展，激发学生探索地外未知生命的热情，增加求知欲.
一、波长、频率和波速
1.概念
(1)在一列水波中，凸起的最高处叫做波峰；凹下的最低处叫做波谷.邻近的两个波峰(或波谷)的距离叫做波长.
(2)在1 s内有多少次波峰或波谷通过，波的频率就是多少.
(3)用来描述波传播快慢的物理量叫做波速.
2.波速、波长、频率三者之间的关系：波速＝波长×频率，
电磁波的波速c与λ、f的关系是c＝λf.
3.电磁波在真空中的速度c＝3.0×108__m/s.
想一想　电磁波在任何介质中的传播速度都等于光速吗？
答案　不是.电磁波在真空中的速度最大，而在介质中速度都会减小，我们认为电磁波在空气中的传播速度近似等于光速.
二、电磁波谱
1.按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列成谱，叫做电磁波谱.
2.不同波长电磁波的特性
(1)无线电波
波长大于1 mm(频率小于300 000 MHz)的电磁波是无线电波.无线电波用于通信和广播.
(2)红外线
①红外线是一种光波，它的波长比无线电波的波长短，比可见光长，
②所有物体都发射红外线，热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射强. 我们看不见红外线.
③利用红外线遥感可以在飞机或人造卫星上勘测地热、寻找水源、监视森林火情、预报风暴和寒潮.
3.可见光
可见光的波长在700～400 nm之间.
4.紫外线
波长范围在5 ～400 nm的电磁波是紫外线.可以利用紫外线灭菌消毒.人体接受适量的紫外线照射，能促进钙的吸收，改善身体健康.在紫外线的照射下，许多物质会发出荧光.根据这个特点可以设计防伪措施.
5.X射线和γ射线
波长比紫外线更短的电磁波就是X射线和γ射线.X射线对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变.X射线能够穿透物质，可以用来检查人体内部器官.
波长最短的电磁波是γ射线，它具有更高的能量.在医学上可以治疗某些癌症、探测金属部件内部的缺陷.
想一想　除了课本上提到的各种电磁波的应用，你还知道电磁波的哪些应用？
答案　在现代战争中，很多武器的自动瞄准系统都有红外线探测装置，即使是人隐蔽在半边开放的掩体中，也能够被红外线探测装置发现；一些控制导弹飞行的系统中，也常常利用红外线进行制导；许多动物具有发达的红外线感受器官.
三、电磁波的能量
1.微波炉的工作应用了一种电磁波——微波.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.
2.电磁波具有能量，电磁波是一种物质.
四、太阳辐射
1.太阳辐射中含有可见光、红外线、紫外线，同时还有X射线、γ射线、无线电波.
2.太阳辐射的能量集中在可见光、红外线和紫外线三个区域内.波长在黄绿光附近，辐射的能量最强.我们的眼睛正好能感受这个区域的电磁辐射.
一、波长、频率和波速的关系
1.电磁波在真空中的速度为光速，c＝3×108 m/s.
2.电磁波的波长(λ)、波速(c)及频率(f)的关系.
(1)c＝λf.
(2)真空中，电磁波的频率越大，波长越短.
3.由周期和频率的关系f＝可知c＝.
4.影响波速的因素
电磁波与机械波不同，它的传播速度与介质和频率有关，而机械波的速度只与介质有关.
例1　电磁波在空中的传播速度为v.北方交通广播电台的频率为f，该电台所发射电磁波的波长为(　　)
A. B.
C. D.vf
答案　A
解析　由公式v＝λf，可得波长λ＝，选项A正确.
针对训练1　英国物理学家麦克斯韦认为：变化的磁场________(选填“能”或“不能”)产生电场；德国物理学家________用实验成功证实了电磁波的存在；已知电磁波在真空中的传播速度为3.0×108 m/s，频率为1.0×108 Hz的电磁波，在真空中的波长为________m.
答案　能　赫兹　3.0
解析　根据麦克斯韦电磁场理论可知变化的磁场能产生电场；赫兹用实验证实了电磁波的存在；由公式v＝λf，可得波长λ＝＝ m＝3.0 m.
二、电磁波谱及其应用
　　名称
特性　
无线电波
红外线
可见光
紫外线
X射线
γ射线
主要
作用
通信、
广播
热作用
视觉
作用
化学
作用
穿透
作用
贯穿
作用
真空中
的速度
都是c＝3.00×108 m/s
频　率
小→大
波长
大→小
例2　如图4－2－1所示，医院常用X光机检查人的身体.X光机利用了X射线的(　　)
图4－2－1
A.荧光效应 B.灭菌消毒作用
C.强穿透能力 D.显著热效应
答案　C
解析　X射线能够穿透物质，可以用来检查人体内部器官，选项C正确.
针对训练2　 关于电磁场和电磁波，下列说法正确的是(　　)
A.把电场和磁场组合在一起就是电磁场
B.无线电波、可见光、X射线都是电磁波
C.电磁波频率越高，传播速度越大
D.麦克斯韦第一次通过实验验证了电磁波的存在
答案　B
解析　电磁场是变化的电场和变化的磁场相互联系着的，形成的不可分割的统一体，不是简单的组合在一起，选项A错误；根据电磁波谱可知选项B正确；电磁波在真空中的传播速度等于光速，与频率无关，选项C错误；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹第一次通过实验验证了电磁波的存在，选项D错误.
波长、频率和波速的关系
1.一列电磁波从水进入空气的过程中，一定保持不变的物理量是(　　)
A.频率 B.波长
C.振幅 D.波速
答案　A
解析　频率由波本身决定，与介质、波速无关，选项A正确；但电磁波在真空中的速度最大，而在介质中速度都会减小，故从真空传入水中时波速变小，由公式v＝λf，可得波长λ＝变小，选项B、D错误；电磁波在传播过程中，随着距离的增加，能量逐渐减弱，所以振幅逐渐减小，选项C错误.
2.家用微波炉中使用的微波频率为2 450 MHz，它的波长是多少？某广播电台发射的电磁波的波长是500 m，它的频率是多少？
答案　0.122 m　6×105 Hz
解析　微波炉的微波频率是2 450 MHz，
即f＝2 450×106 Hz，
由c＝λf得λ＝＝ m≈0.122 m.
f′＝＝ Hz＝6×105 Hz.
电磁波谱及其应用
3.关于电磁波谱，下列说法中正确的是(　　)
A.X射线对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变
B.γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高
C.紫外线比紫光的频率低
D.在电磁波谱中，穿透能力最强的是X射线
答案　AB
解析　X射线对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变，选项A正确；γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高，选项B正确；在电磁波谱中从无线电波到γ射线，波长逐渐减小，频率逐渐增大，紫外线的频率应比紫光高，在电磁波谱中γ射线的穿透能力最强，故选项C、D错误.
4.如图4－2－2所示，是医生用计算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(　　 )
图4－2－2
A.红外线 B.可见光
C.紫外线 D.X射线
答案　D
解析　X射线能穿透物质，可以用来检查人体内部器官.“CT”就是利用X射线的穿透能力强的特点.
题组一、电磁波谱及其应用
1.下列各组电磁波，按波长由长到短的正确排列是(　　)
A.γ射线、红外线、紫外线、可见光
B.红外线、可见光、紫外线、γ射线
C.可见光、红外线、紫外线、γ射线
D.紫外线、可见光、红外线、γ射线
答案　B
解析　在电磁波谱中，电磁波的波长从长到短排列顺序依次是：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线，由此可判定选项B正确.
2.在电磁波谱中，下列说法正确的是(　　)
A.各种电磁波有明显的频率和波长区域界限
B.γ射线的频率一定大于X射线的频率
C.X射线的波长有可能等于紫外线波长
D.可见光波长一定比无线电波的短
答案　CD
解析　X射线和γ射线、X射线和紫外线有一部分频率重叠，界限不明显，故C、D选项正确.
3.关于红外线，下列说法正确的是(　　)
A.红外烤箱中的红光就是红外线
B.红外线比可见光的波长长
C.高温物体辐射红外线，低温物体不辐射红外线
D.红外线比可见光更容易引起固体物质分子共振
答案　BD
解析　红外线是看不见的，所以烤箱中的红光不是红外线；红外线比可见光的波长长；一切物体，包括高温物体和低温物体都辐射红外线，只是物体温度越高，它辐射的红外线就越强；红外线的频率比可见光更接近固体物质分子的频率，也就更容易使分子发生共振，因而红外线热作用显著.
4.关于紫外线，下列说法中正确的是(　　)
A.紫外线能够灭菌消毒
B.紫外线是紫色的
C.紫外线能够用来透视人体器官
D.紫外线的波长比可见光长
答案　A
解析　紫外线具有灭菌消毒作用，A对；紫外线是不可见光，它的波长比可见光短，穿透能力比X射线弱，不能用于人体器官透视，故B、C、D错.
5.间谍卫星上装有某种遥感照相机，可用来探测军用和民用目标.这种照相机能拍到晚上关灯行驶的汽车，即使车队离开，也瞒不过它.这种遥感照相机敏感的电磁波属于(　　)
A.可见光波段 B.红外波段
C.紫外波段 D.X射线波段
答案　B
解析　一切物体在任何情况下都放射红外线，但不能随意放射可见光、紫外线和X射线，故这种遥感照相机敏感的电磁波属于红外波段.B正确.
6.关于生活中遇到的各种波，下列说法正确的是(　　)
A.电磁波可以传递信息，声波不能传递信息
B.手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波
C.太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波传播速度相同
D.遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的X射线波长相同
答案　B
解析　无论是电磁波还是声波，都可以传递能量和信息，则A项错误；易知B项正确；太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波的传播速度不相同，则C项错误；遥控器发出的红外线频率和医院“CT”中的X射线频率不同，故它们的波长也不相同，则D项错误.
7.关于电磁波，下列说法中正确的是(　　)
A.电磁波与机械波一样均不能在真空中传播
B.电磁波的传播实际上也伴随着电磁能的传播
C.微波炉中的微波是一种高频率的电磁波，本身没有能量，但能产生热量
D.微波炉中的微波是一种低频率的电磁波，本身具有能量，但不能产生热量
答案　B
解析　电磁波能在真空中传播，传播过程中也伴随着电磁能的传播，A错，B对；微波炉中的微波是一种高频率的电磁波，本身具有能量，能产生热量，故C、D错误.
题组二、波长、频率和波速的关系
8.关于光波和无线电波，下列说法不正确的是(　　)
A.都是电磁波
B.都可以在真空中传播
C.在真空中的传播速度都是3×108 m/s
D.二者的波长、频率均相同
答案　D
解析　光波和无线电波本质上都是电磁波，都可以在真空中传播，在真空中传播的速度都是3×108 m/s，所以A、B、C对；光波和无线电波波长、频率不同，所以D错.
9.电磁波从真空传入水中时，下列说法正确的是(　　)
A.频率不变，波速变大，波长变大
B.频率不变，波速变小，波长变小
C.波速不变，频率变小，波长变大
D.波速不变，频率变大，波长变小
答案　B
解析　电磁波的波长λ、波速v和频率f与机械波一样满足v＝λf，传播过程中，频率不变，C、D两项错误；但电磁波在真空中的速度最大，而在介质中速度都会减小，故从真空传入水中时波速变小，波长变小，A错，B对.
10. 波长为50 m～100 m的无线电波适宜通过电离层的反射向远处传播，这些无线电波的频率范围是多大？若传到相隔1 500 km的远处至少需要多长时间？
答案　3×106 Hz～6×106 Hz　5×10－3 s
解析　由c＝λf得，f1＝＝ Hz＝6×106 Hz，
f2＝＝ Hz＝3×106 Hz，
所以频率范围为3×106 Hz～6×106 Hz
由x＝ct可得t＝＝s＝5×10－3s
第3讲　电磁波的发射和接收
[目标定位]　1.了解无线电广播发射和接收技术中，调制、调幅、调频、调谐、解调的含义.
2.了解电视摄像管的基本结构以及电视广播发射和接收过程.3.了解移动通信的基本过程.了解基站的作用.4.了解通信技术的发展对人类文明的促进作用.
一、无线电波的发射
1.进行无线电通信，需要发送和接收无线电波.天线是发射和接收无线电波的必要设备.
2.进行无线电通信，首先要发射无线电波.无线电发射机中有一个叫做振荡器的重要部件，它能产生频率很高的交变电流.
3.调制：把信息加到载波上，就是使载波随信号而改变.
调幅：是使高频载波的振幅随信号改变.
调频：是使高频载波的频率随信号改变.
想一想　为了使需要传递的音频信号载在电磁波上发射到远方，必须对高频交变电流进行什么操作？
答案　调制.
二、无线电波的接收
1.转动收音机的旋钮选择电台，实际上是在选择我们需要的电磁波，这在技术上叫做调谐.
2.要得到所需的信息，必须从高频信号电流中把它们“取”出来，也就是要进行解调.
3.通过解调得到的信号，还要经过放大.
想一想　解调和调制有关系吗？
答案　有.解调是调制的逆过程.
三、电视
1.在电视发射系统中，首先由摄像机将来自景物的光转变为电信号.
2.接收端收到信号后进行解调，从中得到视频信号，并按摄像管的方式让电子束在荧光屏上与它同步地扫描，于是在显像管中出现了与摄像管中相同的图像.
3.摄像机在1 s内传送25帧图像，电视接收机也以相同的速率在荧光屏上显现这些图像，由于画面更换迅速，眼睛又有视觉暂留作用，我们感觉到的是连续的活动图像.
想一想　电视台发射电视信号为什么要建高耸入云的发射塔呢？
答案　电视信号要有效的发射出去，必须采用高频开放电路.电磁波的波长比较短，以直线传播为主，遇到障碍物会被阻挡，所以发射天线要架得高一些.
四、移动通信
1.每个移动电话机都是一个电磁波发射器，同时又是一个电磁波接收器.
2.当手持移动电话与其他用户通话时要靠较大的固定无线电台转接.这种固定的无线电台叫做基站.
想一想　两个人在同一地点用手机通话时，信号是直接相互传播的吗？
答案　两个人在同一地点用手机通话时，信号也要通过附近的基站传到总机，总机对信号处理后再传给基站发射出来，由另一手机接收.不过此时两手机共用一个基站.
一、无线电波的发射
技术上把波长大于1 mm(频率低于300 GHz)的电磁波称为无线电波.按波长常把无线电波分为若干波段，各个波段有其不同的主要用途.
1.载波：振荡器产生的高频交变电流，是用来携带声音、图像等信息的，叫做载波.把要传递的信息加到载波上并发射出去，信息就可以传到远方.
2.调制：把信息加到载波上，就是使载波随信号而改变，这种技术叫做调制.
调制的两种方式：
(1)调幅(AM)：使高频载波的振幅随信号改变，这种调制叫做调幅，如图4－3－1所示.
图4－3－1
(2)调频(FM)：使高频载波的频率随信号改变，这种调制方式叫做调频，如图4－3－2所示.调频波的振幅不变，抗干扰的能力比较强，传递过程中的失真比较小.
图4－3－2
3.有效发射电磁波的两个条件
(1)电磁波频率要足够高，振荡频率越大，发射电磁波的本领越大.
(2)必须采用开放电路，使振荡电路的电场和磁场尽可能地分散到大的空间.
例1　关于电磁波的调制技术，下列说法不正确的是(　　 )
A.使高频载波的振幅随信号改变的调制叫做调幅
B.使高频载波的频率随信号改变的调制叫做调幅
C.中、短波段的无线电广播，使用的是调幅方式
D.调幅波的优点是抗干扰能力强，传递过程中失真比较小
答案　BD
解析　调幅是使高频载波的振幅随信号改变，所以B项不正确；调频波的振幅不变，抗干扰能力比较强，传递过程中失真比较小，所以D项不正确.
针对训练1　关于无线电波的发射过程，下列说法正确的是(　　)
A.必须对信号进行调制
B.必须使信号产生电谐振
C.必须把传输信号加到高频电流上
D.必须使用调幅的方法
答案　AC
解析　电磁波的发射过程中，为了将低频信号发射出去，一定要对发射的电磁信号进行调制，调制的方法有两种，一是调幅、二是调频，故A、C正确.
二、无线电波的接收
1.在无线电技术中，用天线和地线组成的接收电路来接收电磁波.
2.通过电谐振实现信号选择
(1)电谐振：当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，这种现象叫电谐振；
(2)调谐：使接收电路发生电谐振的过程叫调谐.能够调谐的接收电路叫做调谐电路.
3.通过解调获取信号
(1)解调：从高频振荡中“检出”所携带的信号，叫做解调；
(2)解调是调制的逆过程.
例2　电视机换台时，实际上是在改变(　　)
A.电视台的发射频率
B.电视机的接收频率
C.电视台发射的电磁波的波速
D.电视机接收的电磁波的波速
答案　B
解析　电视机接收电磁波是利用的电磁波的频率不同，收看的电视频道不同，所以改变的是电视机的接收频率.
针对训练2　从调谐电路接收到的高频振荡电流中还原出声音信号的过程是(　　 )
A.调谐 B.解调
C.调频 D.调幅
答案　B
电磁波的发射和接收
1.移动通信诞生于19世纪末，20世纪中叶以后，个人移动电话逐渐普及，如图4－3－3所示.关于移动电话功能的判别正确的是(　　)
图4－3－3
A.移动电话只是一个电磁波发射器
B.移动电话可以接收电磁波
C.移动电话只是一个电磁波接收器
D.移动电话可以发射电磁波
答案　BD
解析　移动电话既是一个电磁波发射器，又是一个电磁波接收器，选项B、D正确.
2.关于电磁波的发射与接收，下列说法中正确的是(　　)
A.调频与调幅都是用高频载波发送信号，原理相同，无本质区别
B.解调是将低频信号加载到高频电磁波上进行发射传送的过程
C.手持移动电话与其他用户通话时，要靠较大的固定的无线电台转送
D.在信号接收时，选择电波的过程叫做调谐
答案　CD
解析　调频和调幅都是使信息加到载波上，即使载波随信号而改变，但有本质区别：调频是使高频载波的频率随信号而改变，而调幅是使高频载波的振幅随信号而改变，所以A项错；解调是将所需的信息从高频载波中取下来的过程，故B项错；因手持移动电话功率有限，所以与其他用户通话时，必须靠较大的固定的无线电台传送，所以
C项正确；在接收信号时，选择所需电波的过程，在技术上叫做调谐，所以D项正确.
电磁波的应用
3.如图4－3－4所示为电视信号接收过程示意图，其工作过程顺序正确的是(　　)
图4－3－4
A.解调—放大—调谐—显示
B.调谐—放大—解调—显示
C.调谐—解调—放大—显示
D.放大—调谐—解调—显示
答案　C
解析　电视接收机首先利用电谐振通过调谐把空间高频电流选出来，然后解调，取下信号，最后经放大后再传给显像管显像，所以正确的顺序是C.
4.具有NFC(近距离无线通信技术)功能的两只手机在间距小于10 cm时可以通过________(选填“声波”或“电磁波”)直接传输信息，其载波频率为1.4×107 Hz，其在空气中传播速度为3.0×108 m/s，则该载波的波长为________m.(保留2位有效数字)
答案　电磁波　21 m
解析　手机通过电磁波传播信息，载波的波长为λ＝＝21 m.
(时间：60分钟)
题组一、电磁波的发射和接收
1.下列说法不正确的是(　　)
A.发射出去的电磁波，可以传到无限远处
B.无线电波遇到导体，就可以在导体中激起同频率的振荡电流
C.波长越短的电磁波，越接近直线传播
D.移动电话是利用无线电波进行通信的
答案　A
解析　无线电波在传播过程中，遇到障碍物就被吸收一部分，遇到导体，会在导体内产生涡流(同频率的振荡电流)，故B正确，A错误；波长越短，传播方式越接近光的直线传播，移动电话发射或接收的电磁波属于无线电波的高频段，故C、D正确.
2.下列关于无线电广播的叙述中，不正确的是(　　)
A.发射无线电广播信号必须采用调频方式
B.发射无线电广播信号必须进行调制
C.接收无线电广播信号必须进行调谐
D.接收到无线电广播信号必须进行解调才能由扬声器播放
答案　A
解析　发射无线电广播信号必须经过调制，可以采用调频，也可以采用调幅，所以A错误，B正确；接收无线电信号必须经过调谐也就是选台，C正确；由于无线电波中有高频信号，所以要经过解调将低频信号检出来，才能由扬声器播放，D正确.
3.下列关于无线电广播要对电磁波进行调制的原因的说法正确的是(　　)
A.经过调制后的高频电磁波向外辐射能量的本领更强
B.经过调制后的电磁波在空间传播得更快
C.经过调制后的电磁波在空间传播波长才能不变
D.经过调制后的高频电磁波才能把我们要告知对方的信号有效地传递出去
答案　D
解析　要将电磁波有效地发射出去，必须有足够高的频率，而需要传递的声音信号通常频率较低，无法直接发射，必须借助于载波来携带，因此必须通过调制将信号加到载波上才能有效地向远处传递，从而把我们要告知对方的信号有效地传递出去.故D选项正确.
4.下列说法中正确的是(　　)
A.无线电技术中使用的电磁波叫做无线电波
B.无线电波在真空中的波长范围从几毫米到几十千米
C.无线电波的频率越低越容易发射
D.发射无线电波的目的是为了向远处传送电能
答案　AB
解析　无线电技术中使用的电磁波叫无线电波，故选项A正确；无线电波的波长一般在几毫米到几十千米，故选项B正确；无线电波频率越高越容易发射，发射无线电波的目的主要是为了输送信号，故选项C、D错误.
题组二、电磁波的应用
5.关于移动电话，下列说法正确的是(　　)
A.随身携带的移动电话(手机)内，只有无线电接收装置，没有无线电发射装置
B.随身携带的移动电话(手机)内，既有无线电接收装置，又有无线电发射装置
C.两携带手机的人，必须通过固定的基地台转接，才能相互通话
D.无线寻呼机(BP机)内只有无线电接收装置，没有无线电发射装置
答案　BCD
解析　移动电话可拨出和接听，但须经由固定的基地台转接，故A项错误，B、C正确；无线寻呼机(BP机)是一种只能接收图文、数字的装置，所以没有无线电发射装置，故D选项也正确.
6.一台最简单的收音机，除了接收天线和扬声器外，至少还必须具备下列哪几个单元电路(　　)
A.调谐电路 B.调制电路
C.振荡电路 D.解调电路
答案　AD
解析　最简单的收音机具有调谐电路和解调电路.
7.下列说法中正确的是(　　)
A.播音员的声音信号转换成电信号后，要通过调制器把音频信号加载到高频电流上，再通过天线发射出去
B.电磁波在真空中的传播速度为3×108 m/s
C.电磁波既能传播声音信号，也能传播图像信号
D.要想使电磁波覆盖全部地球表面，至少需要均匀配置9颗同步通信卫星
答案　ABC
解析　播音员的声音信号首先要转变成电信号，然后通过调制器将音频信号加载到高频电流上，再通过天线将高频电磁场发射出去就形成电磁波，A项正确；电磁波在真空中的传播速度是3×108 m/s，B项正确；电磁波传送声音信号和图像信号都可以，C项正确；要想使通信卫星的电磁波覆盖全球，至少要3颗卫星，故D项错误.
8.关于电视接收的原理，下列说法中正确的是(　　)
A.电视接收天线接收到的电磁波中包含有图像信号和伴音信号
B.电视接收天线接收到的电磁波经过处理还原成图像，天线上并不产生感应电流
C.电视接收机接收到电磁波，通过电子枪的扫描显示电视节目的图像信号和伴音信号
D.电视接收机接收到电磁波，经扬声器得到电视节目的伴音信号
答案　A
解析　电视机接收天线接收到的电磁波带有图像信号和伴音信号，接收后天线上产生感应电流，故A项对，B项错；图像信号和伴音信号必须经过处理，才可经显像管和扬声器得到图像和声音，故C、D项错.
9.下列关于信息传递的说法中，正确的是(　　)
A.声、光和电磁波中，只有电磁波能够传递信息
B.固定电话、移动电话、广播和电视都是利用导线中的电流传递信息的
C.摄像机拍得的物体图像，直接通过发射天线发射传播信息
D.微波通信、卫星通信、光纤通信、网络通信都可以用来传递信息
答案　D
解析　声音可以传递信息，人们非常的熟悉，光也可以传递信息，所以A项错；移动电话、无线电广播和电视都是无线传递的，所以B项错；摄像机拍得的物体图像，通过调制高频的无线电波后，就可以通过发射天线发射传播信息，C项错；只有D项对.
10.一位观众在某剧场观看演出，他的座位离扬声器有20 m远；另一位观众在家里的电视机旁收看实况转播，他的家离剧场20 km远，那么，他们两人谁先听到演员的歌声？(声速约为340 m/s)
答案　电视机旁的观众先听到演员的歌声
解析　声波传播20 m所需时间：
t1＝ s≈5.9×10－2 s
电磁波传播20 km所需时间：
t2＝ s≈6.7×10－5 s
t2第4讲　信息化社会
[目标定位]　1.了解常见传感器及其应用，体会传感器的应用给人们带来的方便.2.了解信息的拾取、信息的传递、信息的处理、信息的记录的基础知识.3.了解信息时代给人们的生活和工作方式带来哪些变革.
一、信息的拾取和传感器
1.现代信息技术的三大基础是信息的拾取、传输和处理.
2.各种代替、补充、延伸人的感觉器官功能的科学技术手段发展起来，出现了各种用途的传感器.
3.双金属温度传感器：把两种不同热膨胀系数的金属片贴合在一起，制成一条双金属片，温度变化时，因为两种金属片伸长不一样而发生弯曲，使电路的开关闭合或断开.
4.光敏电阻传感器：光敏电阻的阻值能随光照的强度而变化.
5.压力传感器：根据电容器的电容随两极板间距离的变化而改变的原理制成的.
想一想　电子秤秤量物体重量所用的传感器是什么传感器？
答案　压力传感器.
二、信息的传递
1.电磁波可以通过电缆、光缆进行有线传输，还可以进行无线传输.
2.电磁波的频率越高，相同时间传递的信息量越大.
想一想　你所知道的现代信息的传输方式有哪些？
答案　(1)有线通讯传输，如电话、传真、电报、电视等；
(2)无线通讯传输，如对讲机、移动电话、收音机；
(3)数字通讯传输，如连网的电脑、数字电视；
(4)纸张通讯传输，如书信、报纸等
三、信息的处理和数字通信
1.对着话筒讲话，话筒输出音频信号，音频信号电流(或电压)的振幅是随着声振动而变化的，电信号在“模拟”着声信号，叫做模拟信号.
2.电报的工作方式与电话不同，它只有点“·”与画“－”，不同的点与画的组合，代表不同的意思.电报的信号是一种数字信号.
3.数字信号的优点：(1)抗干扰能力强、容易加密；(2)便于用计算机处理；(3)不仅声音，图像和各种其他数据都可以转变成数字信号.因此同一条通信线路可以综合传输声音、图像和各种数据.
想一想　数字通信是一种既现代又古老的通信方式.现代电话已全部采用数字信号进行处理.若用“0”和“1”代表“开”和“关”这两个动作，组成一组数字信号，可以表达一句话.例如：
开关动作
开
关
开、关
开、开
关、开
表示数字
0
1
01
00
10
中文意义
我
他
和
同学
是
那么，“我和他是同学”的数字信号为“0，01，1，10，00”，请照此代码用另一组信号表达你想说的一句话__________.
答案　例：“1，01，0，10，00”即：他和我是同学
四、信息的记录
存储容量迅速增加，信息的存储和读出速度大大提高，信息存储的可靠性也不断增强.
信息加密和防病毒等各种安全技术，在社会信息化过程中接受挑战、得到发展.
想一想　你所知道的从古代到现代的信息记录方式是什么？
答案　刻写　书写　印刷　拷贝
五、数字电视
数字高清晰度电视，可以给我们提供更清晰的图像、更富临场效果的声音.不仅如此，由于使用了计算机及现代通信兼容的技术，通过数字电视线路可以跟电视台进行交互式的信息传输，并赋予电视许多新的功能.
想一想　据你了解的数字电视都有哪些功能？
答案　通过数字电视可以在因特网上浏览、收发电子邮件，可以实现网上购物和网上银行等业务.
六、信息时代
1.因特网是世界上最大的计算机互联网.
2.人们可以通过互联网听音乐、看电影、聊天、经商、购物；可以通过互联网查阅各种资料，进行远程教学、远程医疗，甚至可以为身处世界各地的人召开电视会议.
想一想　你用互联网做过什么？
答案　聊天、购物、查阅资料、下载视频、音乐等.
一、传感器及其应用
1.传感器
传感器是这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转化为电路的通断.
2.常见的传感器
(1)双金属温度传感器
①原理：把两种不同热膨胀系数的金属片贴合在一起，制成一条双金属片，温度变化时，因为两种金属片膨胀系数不同，两金属片伸长也不同而导致弯曲，使电路的开关闭合或断开.
②应用：日光灯启动器、电熨斗、电饭锅中的自动控温等.
(2)光敏电阻传感器
①原理：光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小，无光照时，光敏电阻阻值很大，流过电路的电流很小.有光照时，光敏电阻的阻值变小，电路中的电流增大.因此，根据电路中电流的大小，可以探知光的强弱.也可以在电路中达到进行自动控制的目的.
②应用：声光控开关、电脑鼠标器、路灯控制等.
(3)压力传感器
①原理：电容器的电容随两极板间距离的变化而变化，这样可将压力大小转换为电信号.
②应用
电容式压力传感器：
图4－4－1是测定压力F的电容式传感器，待测压力F作用于可动膜片电极上的时候，膜片发生形变，使极板间距离d发生变化，引起电容C的变化.知道C的变化，就可以知道F的变化情况.
电容式话筒：
图4－4－1
原理：如图4－4－2所示，Q是绝缘支架，薄金属膜M和固定电极N形成一个电容器，被直流电源充电.当声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流，于是声信号就被话筒转换为电信号输出.
图4－4－2
优点：保真性好.
例1　家用电饭锅使用的传感器类型是(　　 )
A.温度传感器 B.红外传感器
C.声音传感器 D.湿度传感器
答案　A
解析　家用电饭锅需要温度自动控制，所以使用了温度传感器，选项A正确.
针对训练1　 下列器件不是应用温度传感器的是(　　 )
A.电熨斗 B.话筒
C.电饭锅 D.测温仪
答案　B
二、数字信号及其应用
1.数字信号的特点
(1)抗干扰能力强、容易加密；
(2)便于用计算机处理；
(3)不仅声音，图像和各种其他数据都可以转变成数字信号.因此同一条通信线路可以综合传输声音、图像和各种数据.
2.数字信号的应用
数字信号目前广泛应用于因特网、数字电视和无线电通讯、遥控等领域.
例2　 数字信号比模拟信号具有的优点是(　　)
A.抗干扰能力强 B.容易加密
C.便于用计算机处理 D.传输简单
答案　ABC
解析　数字信号较模拟信号抗干扰能力强，容易加密、安全，便于计算机处理，但传输比较复杂.
针对训练2　在生活中打电话的电信号是__________信号，而发电报的电信号是________信号.
答案　模拟　数字
传感器及其应用
1.下列说法不正确的是(　　)
A.话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号
B.电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器的作用是控制电路的通断
C.电子秤所使用的测力装置是压力传感器
D.热敏电阻能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量
答案　A
解析　话筒将声信号转换为电信号，A错误；控制电熨斗温度的是双金属片温度传感器，B正确；电子秤能够测力是因它安装有压力传感器，C正确；热敏电阻的特点是温度升高时，它的阻值减小，因此它可以将温度这一非电学量转换为电阻这一电学量，D正确.
2.通常当人走向商场或银行的门口时，有的门就会自动打开，是因为门上安装了下列哪种传感器(　　)
A.温度传感器 B.压力传感器
C.红外线传感器 D.声音传感器
答案　C
解析　人时刻在向四周辐射红外线，当人靠近自动门时，门中安装的红外线传感器会收到信息，控制自动门打开.
信息的记录、处理和传输
3.大量信息的存储和多用户的使用对信息安全提出了严峻的挑战.下列四项中对计算机系统的信息危害最大的是(　　)
A.内存大小 B.计算机病毒
C.电脑的存储速度 D.电脑的计算速度
答案　B
解析　计算机病毒能够修改、删除计算机内的信息，严重时不能使计算机正常工作，因此对系统的信息危害最大.
4.下列各项与信息记录有关的是(　　)
A.信息的存储量 B.信息的提取(读出)
C.存储的可靠性 D.信息加密和防病毒
答案　ABCD
解析　信息的存储量、提取、存储的可靠性以及信息的加密和防病毒均与信息记录有关.
(时间：60分钟)
题组一、传感器及其应用
1.关于传感器的下列说法正确的是(　　)
A.所有传感器都是由半导体材料做成的
B.金属材料也可以制成传感器
C.传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的
D.以上说法都不正确
答案　B
解析　半导体材料可以制成传感器，其他材料也可以制成传感器，所以A错误，B正确；传感器不但能感知电压的变化，还能感知力、温度、光、声、化学成分等非电学量，所以C错误.
2.下列关于人体感觉器官的说法正确的是(　　 )
A.视觉相当于人的光传感器
B.嗅觉相当于人的温度、气味传感器
C.味觉相当于人的声音传感器
D.听觉相当于人的味传感器
答案　AB
3.用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是传感器把光信号转换为电信号的过程.下列属于这类传感器的是(　　)
A.红外线报警器
B.走廊照明灯的声控开关
C.自动洗衣机中的压力传感器
D.电饭煲中控制加热和保温的温控器
答案　A
解析　红外线报警器是利用了光传感器.走廊声控开关应用了声光传感器.自动洗衣机应用了压力传感器.电饭煲中控制加热和保温的是温度传感器.
4.下列关于几种传感器的说法正确的是(　　)
A.双金属温度传感器是用来控制温度的，应用于日光灯启动器
B.光敏电阻传感器是用来控制光照强度的，应用于卧室
C.烟雾传感器，应用于舞台
D.声光传感器是用来控制光和声音的，在楼道有应用
答案　AD
解析　双金属温度传感器利用不同膨胀系数的两金属温度变化后伸长不同来实现对电路的断开、闭合控制的，A正确；卧室中的灯在晚上休息时需要保持熄灭状态，不能用光敏电阻来控制，B错误；舞台上经常释放大量烟雾，不能使用烟雾传感器，C错误；晚上人上、下楼时需要点亮楼道中的灯，此过程可以通过声光传感器来实现，D正确.
5.为解决楼道的照明，在楼道内将一个传感器与电灯控制电路相接，当晚上楼道内有人走动而发出声响时，电灯与电源接通而发光，这种传感器为________传感器，它输入的是________信号，经传感器转换后，输出的是________信号.
答案　声光　声、光　电
解析　楼道中的电灯安装的声光控开关，主要构件为声光传感器.它将声、光信号转换为电信号，实现对电路的控制.
题组二、信息的记录、处理和传输
6.下列关于模拟信号与数字信号说法正确的是(　　)
A.模拟信号是机器模仿人的声音的信号
B.数字信号是由阿拉伯数字组成的信号
C.可以在同一条通信线路上综合传输声音、图像等多种模拟信号
D.电报的信号是一种数字信号
答案　D
解析　模拟信号是电信号的振幅随信号变化的信号，A错误；数字信号是由“·”和“－”组成的信号，B错误；数字信号可以在同一条线路上同时传输声音、图像，但模拟信号不能，C错误；电报是使用数字信号传输信息的，D正确.
7.数字电视与模拟电视相比较具有如下优点(　　 )
A.高清晰度 B.网上浏览
C.收发邮件 D.信息处理
答案　ABCD
8.上世纪90年代中期，世界最大的计算机互联网——因特网出现了爆炸式的发展，可见，因特网有许多用途，下列有哪些是可以在互联网上实现的(　　 )
A.远程教学
B.为身处世界各地的人召开电视会议
C.远程医疗
D.可以虚拟一个人完全取代你，为你工作和赚钱
答案　ABC
9.如图4－4－3所示，R1是一个热敏电阻，下列说法正确的是(　　)
图4－4－3
A.当R1处温度升高时，电压表示数变大
B.当R1处温度升高时，电压表示数减小
C.当R1处温度降低时，电压表示数没有明显变化
D.当R1处温度降低时，电压表示数减小
答案　AD
解析　温度传感器的原理：用半导体材料制成，电阻随温度变化明显的热敏电阻.热敏电阻随温度升高电阻值减小，随温度降低电阻值增大.有些金属的电阻率随温度的升高而增大，这样的电阻亦可制成传感器，称热电阻、热敏电阻或金属热电阻，能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量.
10.唱卡拉OK用的话筒内有传感器，其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号.下列说法正确的是(　　)
A.该传感器是根据电流的磁效应进行工作的
B.该传感器是根据电磁感应原理进行工作的
C.膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变
D.膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电流
答案　B
解析　当声波使膜片前后振动时，膜片后的线圈就跟着振动，从而使处于永磁体磁场中的线圈切割磁感线，穿过线圈的磁通量变化，产生感应电流，从而将声音信号转化为电信号.可见这是利用了电磁感应原理，故只有B正确.