学科素养提升
科学思维1 磁感应强度与电场强度的比较
电场强度E
磁感应强度B
定义的
依据
①电场对电荷q有作用力F
②对电场中任一点，F∝q
＝恒量（由电场决定）
③对不同点，一般来说恒量的值不同
④比值可表示电场的强弱
①磁场对直线电流I有作用力F
②对磁场中任一点，F与磁场方向、电流方向有关，只考虑电流方向垂直于磁场方向的情况时，F∝IL，＝恒量（由磁场决定）
③对不同点，一般来说恒量的值不同
④比值可表示磁场的强弱
定义式
E＝
B＝
物理意义
描述电场的强弱和方向
描述磁场的强弱和方向
方向
该点正电荷的受力方向
小磁针N极的受力方向
场的叠加
遵循矢量的平行四边形定则
遵循矢量的平行四边形定则
单位
1 N/C＝1 V/m
1 T＝1 N/（A·m）
[例1] （多选）下列说法中正确的是（ ）
A.电荷在某处不受静电力的作用，则该处的电场强度为零
B.一小段通电导线在某处不受安培力的作用，则该处磁感应强度一定为零
C.把一个试探电荷放在电场中的某点，它受到的静电力与所带电荷量的比值表示该点电场的强弱
D.把一小段通电导线放在磁场中某处，它所受的磁场力与该小段通电导线的长度和电流乘积的比值表示该处磁场的强弱
解析 把电荷放入某处，如果电荷没有受到静电力的作用，则该处不存在电场或该处的电场强度为零，故A正确；把通电直导线放入某处，如果放置得不合适，既使有磁场存在，通电直导线也可能不受磁场力的作用，故B错误；由电场强度的定义式E＝知，电场强度等于试探电荷受到的静电力F与所带电荷量q的比值，故C正确；磁感应强度的定义式B＝的成立是有条件的，即通电直导线要与磁场方向垂直，否则不成立，故D错误。
答案 AC
[针对训练1] 下列关于磁感应强度的方向和电场强度的方向的说法中，错误的是（ ）
A.电场强度的方向与电荷所受静电力的方向相同
B.电场强度的方向与正电荷所受的静电力的方向相同
C.磁感应强度的方向与小磁针N极所受磁场力的方向相同
D.磁感应强度的方向与小磁针静止时N极所指的方向相同
解析 电场强度的方向就是正电荷所受的静电力的方向，A错误，B正确；磁场中某点磁感应强度的方向，就是放在该点的小磁针N极受力的方向，C正确；也就是小磁针静止时N极所指的方向，D正确。
答案 A
科学思维2 双向磁场的磁通量的比较
磁通量大小的比较和磁通量大小的计算要注意线圈所在位置处的磁场是单向磁场还是双向磁场，对条形磁铁、蹄形磁铁、环形电流、通电直导线磁场的分布要熟悉。磁通量，通俗地说，就是穿过某个面的磁感线的净条数，所以如果同时有相反两个方向的磁感线穿过某一线圈，总的磁通量应该计算磁感线的净条数。磁通量虽然是标量，却有正负之分。如图所示，套在条形磁铁外部的线圈A和B所在的平面内，既有向上的磁感线，又有向下的磁感线，净条数应该是二者之差。
[例2] 两个圆环A、B如图所示放置，且半径RA＞RB，一条形磁铁的轴线过两个圆环的圆心处，且与圆环平面垂直，则穿过A、B环的磁通量ΦA和ΦB的关系是（ ）
A.ΦA＞ΦB B.ΦA＝ΦB
C.ΦA＜ΦB D.无法确定
解析 因为有两个方向的磁感线穿过线圈，磁通量应是抵消之后所剩余的磁感线的净条数。从上向下看，穿过圆环A、B的磁感线如图所示，磁感线有进有出，A、B环向外的磁感线条数一样多，但A环向里的磁感线条数较多，抵消得多，净剩条数少，所以ΦA＜ΦB，故选项C正确。
答案 C
科学思维3 雷达的原理和应用
1.雷达的原理
利用电磁波遇到障碍物发生反射的特性。
2.雷达的构造及特点
一般由天线系统、发射装置、接收装置、输出装置（显示器）、电源、用于控制雷达工作和处理信号的计算机以及防干扰设备等构成。
（1）雷达既是无线电波的发射端，又是无线电波的接收端。
（2）雷达使用的无线电波是直线性好、反射性能强的微波波段。
3.雷达的应用
（1）利用雷达测定物体的距离：解决这类问题的关键是区分发射脉冲波形和反射脉冲波形，找出从发射电磁波到接收到回来的电磁波的时间差，再利用s＝vt，求出物体的距离。
（2）利用雷达测定物体的速度：这类问题往往要有两个（或两个以上）的发射脉冲与反射脉冲，可以确定一段时间始末物体的两个位置或一段时间的位移，从而测出物体的速度。
（3）利用雷达确定物体的位置：雷达有一个可以转动的天线，它能向一定方向发射无线电（微波）脉冲，雷达可根据发射无线电波的方向和仰角，再参考所测得物体的距离，从而确定某一时刻物体的位置。实际上，这一切数据都由电子电路自动计算并在荧光屏上显示出来。
[例3] 某一战斗机正以一定的速度朝雷达的正上方水平匀速飞行，已知雷达发射相邻两次电磁波之间的时间间隔为5×10－4 s，某时刻在雷达荧光屏上显示的波形如图甲所示，t＝173 s后雷达向正上方发射和接收的波形如图乙所示，雷达荧光屏上相邻刻线间表示的时间间隔为10－4 s，电磁波的传播速度为c＝3×
108 m/s，则该战斗机的飞行速度大约为多少？
思路点拨 解答本题时应注意以下两点：
（1）飞机与雷达的位置关系；
（2）飞机与雷达的距离与飞机位移的关系。
解析 由题意知荧光屏相邻刻线间的时间间隔t0＝10－4 s，甲图发射波和接收波的时间间隔t1＝4×10－4 s，乙图时间间隔t2＝1×10－4 s，所以，第一次战斗机距雷达的距离为s1＝c×＝6.0×104 m，第二次战斗机在雷达正上方。所以，战斗机的高度h＝c×＝1.5×104 m，故173 s内战斗机飞行的水平距离为s＝＝5.8×104 m。所以v＝＝335 m/s。
答案 335 m/s
方法凝炼 雷达侦察问题的解决方法
（1）电磁波在空中的传播速度可认为等于真空中的光速c，根据雷达荧光屏上发射波形和反射波形间的时间间隔，可求得侦察距离。
（2）根据发射无线电波的方向和仰角，确定被侦察物体的位置。
（3）雷达的最大侦察距离应等于电磁波在雷达发射相邻两个脉冲的时间间隔内传播距离的一半。
[针对训练2] 目前雷达发射的电磁波频率多在200 MHz至1 000 MHz的范围内。请回答下列关于雷达和电磁波的有关问题。
（1）雷达发射电磁波的波长范围是多少？
（2）能否根据雷达发出的电磁波确定雷达和目标间的距离？
解析 （1）由c＝λf可得
λ1＝＝ m＝1.5 m，
λ2＝＝ m＝0.3 m。
故雷达发出的电磁波的波长范围是0.3 m～1.5 m。
（2）电磁波测距的原理就是通过发射和接收电磁波的时间间隔来确定距离，所以可根据x＝确定雷达和目标间的距离。
答案 （1）0.3 m～1.5 m （2）能
课件20张PPT。学科素养提升科学思维1 磁感应强度与电场强度的比较[例1] （多选）下列说法中正确的是（ ）A.电荷在某处不受静电力的作用，则该处的电场强度为零
B.一小段通电导线在某处不受安培力的作用，则该处磁感应强度一定为零
C.把一个试探电荷放在电场中的某点，它受到的静电力与所带电荷量的比值表示该点电场的强弱
D.把一小段通电导线放在磁场中某处，它所受的磁场力与该小段通电导线的长度和电流乘积的比值表示该处磁场的强弱答案 AC[针对训练1] 下列关于磁感应强度的方向和电场强度的方向的说法中，错误的是（ ）
A.电场强度的方向与电荷所受静电力的方向相同
B.电场强度的方向与正电荷所受的静电力的方向相同
C.磁感应强度的方向与小磁针N极所受磁场力的方向相同
D.磁感应强度的方向与小磁针静止时N极所指的方向相同解析 电场强度的方向就是正电荷所受的静电力的方向，A错误，B正确；磁场中某点磁感应强度的方向，就是放在该点的小磁针N极受力的方向，C正确；也就是小磁针静止时N极所指的方向，D正确。
答案 A科学思维2 双向磁场的磁通量的比较磁通量大小的比较和磁通量大小的计算要注意线圈所在位置处的磁场是单向磁场还是双向磁场，对条形磁铁、蹄形磁铁、环形电流、通电直导线磁场的分布要熟悉。磁通量，通俗地说，就是穿过某个面的磁感线的净条数，所以如果同时有相反两个方向的磁感线穿过某一线圈，总的磁通量应该计算磁感线的净条数。磁通量虽然是标量，却有正负之分。如图所示，套在条形磁铁外部的线圈A和B所在的平面内，既有向上的磁感线，又有向下的磁感线，净条数应该是二者之差。[例2] 两个圆环A、B如图所示放置，且半径RA＞RB，一条形磁铁的轴线过两个圆环的圆心处，且与圆环平面垂直，则穿过A、B环的磁通量ΦA和ΦB的关系是（ ）
A.ΦA＞ΦB B.ΦA＝ΦB
C.ΦA＜ΦB D.无法确定解析 因为有两个方向的磁感线穿过线圈，磁通量应是抵消之后所剩余的磁感线的净条数。从上向下看，穿过圆环A、B的磁感线如图所示，磁感线有进有出，A、B环向外的磁感线条数一样多，但A环向里的磁感线条数较多，抵消得多，净剩条数少，所以ΦA＜ΦB，故选项C正确。
答案 C科学思维3 雷达的原理和应用
1.雷达的原理
利用电磁波遇到障碍物发生反射的特性。
2.雷达的构造及特点
一般由天线系统、发射装置、接收装置、输出装置（显示器）、电源、用于控制雷达工作和处理信号的计算机以及防干扰设备等构成。
（1）雷达既是无线电波的发射端，又是无线电波的接收端。
（2）雷达使用的无线电波是直线性好、反射性能强的微波波段。3.雷达的应用（3）利用雷达确定物体的位置：雷达有一个可以转动的天线，它能向一定方向发射无线电（微波）脉冲，雷达可根据发射无线电波的方向和仰角，再参考所测得物体的距离，从而确定某一时刻物体的位置。实际上，这一切数据都由电子电路自动计算并在荧光屏上显示出来。[例3] 某一战斗机正以一定的速度朝雷达的正上方水平匀速飞行，已知雷达发射相邻两次电磁波之间的时间间隔为5×10－4 s，某时刻在雷达荧光屏上显示的波形如图甲所示，t＝173 s后雷达向正上方发射和接收的波形如图乙所示，雷达荧光屏上相邻刻线间表示的时间间隔为10－4 s，电磁波的传播速度为c＝3×108 m/s，则该战斗机的飞行速度大约为多少？思路点拨 解答本题时应注意以下两点：
（1）飞机与雷达的位置关系；
（2）飞机与雷达的距离与飞机位移的关系。答案 335 m/s方法凝炼 雷达侦察问题的解决方法
（1）电磁波在空中的传播速度可认为等于真空中的光速c，根据雷达荧光屏上发射波形和反射波形间的时间间隔，可求得侦察距离。
（2）根据发射无线电波的方向和仰角，确定被侦察物体的位置。
（3）雷达的最大侦察距离应等于电磁波在雷达发射相邻两个脉冲的时间间隔内传播距离的一半。[针对训练2] 目前雷达发射的电磁波频率多在200 MHz至1 000 MHz的范围内。请回答下列关于雷达和电磁波的有关问题。
（1）雷达发射电磁波的波长范围是多少？
（2）能否根据雷达发出的电磁波确定雷达和目标间的距离？解析 （1）由c＝λf可得故雷达发出的电磁波的波长范围是0.3 m～1.5 m。答案 （1）0.3 m～1.5 m （2）能章末检测
（时间：90分钟 满分100分）
一、选择题（本大题共12个小题，共72分。在每小题所给的四个选项中，第1～8题只有一项符合题目要求，第9～12题有多项符合题目要求，每小题满分6分。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。）
1.关于磁感应强度，下列说法中正确的是（ ）
A.若长为l、电流为I的导体在某处受到的磁场力为F，则该处的磁感应强度必为
B.由B＝知，B与F成正比，与Il成反比
C.由B＝知，一小段通电导体在某处不受磁场力，说明该处一定无磁场
D.某点磁感应强度的方向就是小磁针北极在此点所受磁场力的方向
答案 D
2.在匀强磁场中某处P放一个长度为l＝20 cm，通电电流I＝0.5 A的直导线，测得它受到的最大磁场力F＝1.0 N，其方向竖直向上。现将该通电导线从磁场中撤走，则P处的磁感应强度为（ ）
A.零
B.10 T，方向竖直向上
C.0.1 T，方向竖直向下
D.10 T，方向肯定不沿竖直向上的方向
解析 导体受到的是最大磁场力F＝1.0 N，可判知导体与磁场方向垂直，由B＝，解得B＝10 T。由于磁场力的方向是竖直向上的，故可判定磁场的方向一定不会竖直向上，因为二者是互相垂直的关系，方向可有多种情况。撤走导线后，P处的磁感应强度不变，仍为10 T。故正确答案为D。
答案 D
3.如图所示，为某磁场的一条磁感线，其上有A、B两点，则（ ）
A.A点的磁感应强度一定大
B.B点的磁感应强度一定大
C.因为磁感线是直线，A、B两点的磁感应强度一样大
D.条件不足，无法判断
解析 磁感应强度的大小可由磁感线的疏密程度确定，只给出一条磁感线，无法判断该条磁感线上两点磁感应强度的大小，故A、B、C错误，D正确。
答案 D
4.关于电磁场理论，以下说法正确的是（ ）
A.在电场周围一定会产生磁场
B.任何变化的电场周围空间一定会产生变化的磁场
C.均匀变化的电场会产生变化的磁场
D.周期性变化的电场会产生周期性变化的磁场
解析 变化的电场周围一定产生磁场，但若电场不发生变化，则不能在周围空间产生磁场，选项A错误；均匀变化的电场只能在周围空间产生稳定的磁场，只有不均匀变化的电场才能在周围空间产生变化的磁场，选项B、C错误；周期性变化的电场（或磁场）在周围空间产生周期性变化的磁场（或电场），选项D正确。
答案 D
5.下列有关电磁波的特性和应用，说法正确的是 （ ）
A.红外线和X射线都有很高的穿透本领，常用于医学上透视人体
B.过强的紫外线照射有利于人的皮肤健康
C.电磁波中频率最大的为γ射线，最容易发生衍射现象
D.紫外线和X射线都可以使感光底片感光
解析 X射线有很高的穿透本领，医学上常用于透视人体，红外线不能，A错误；过强的紫外线照射对人的皮肤有害，B错误；电磁波中频率最大的为γ射线，其波长最短，最不容易发生衍射，C错误；紫外线和X射线都可以使感光底片感光，D正确。
答案 D
6.已知真空中的电磁波波速是3×108 m/s。在真空中波长是5 m的无线电波，它的频率是（ ）
A.6×107 Hz B.1.5×109 Hz
C.8×108 Hz D.1.7×108 Hz
解析 由v＝λf得f＝＝ Hz＝6×107 Hz。
答案 A
7.直流电源跟一个线圈连接成闭合回路，线圈的上方和右侧各有一个可以自由转动的小磁针，小磁针静止时的位置如图所示，由图得出的结论正确的是（ ）
A.小磁针的c端为N极，电源的a端为正极
B.小磁针的c端为N极，电源的a端为负极
C.小磁针的d端为N极，电源的a端为正极
D.小磁针的d端为N极，电源的a端为负极
解析 根据小磁针的N极方向可以确定通电线圈外部上方磁场的方向，然后应用安培定则确定线圈中的电流方向，从而判断电源的a端为负极，同时判断d端为N极。正确答案是D。
答案 D
8.如图所示，一有限范围的匀强磁场宽度为d，若将一个边长为L的正方形导线框以速度v匀速地通过磁场区域，已知d＞L，则导线框从开始进入到完全离开磁场的过程中无感应电流的时间等于（ ）
A. B.
C. D.
解析 只有导线框完全在磁场里面运动时，导线框中才无感应电流，因导线框做匀速运动，故不产生感应电流的时间为t＝，C正确，A、B、D错误。
答案 C
9.如图所示是等腰直角三棱柱，其平面ABCD为正方形，边长为L，它们按图示方式放置于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度为B0，则下列说法中正确的是（ ）
A.穿过ABCD平面的磁通量大小为B0L2
B.穿过BCFE平面的磁通量大小为B0L2
C.穿过ADFE平面的磁通量大小为零
D.穿过ABCD平面的磁通量大于穿过BCFE平面的磁通量
解析 根据Φ＝BS⊥，穿过ABCD平面的磁通量Φ＝B0L2sin 45°＝B0L2，A错误；平面BCFE⊥B0，而BC＝L，CF＝Lsin 45°＝L，所以四边形BCFE的面积S＝BC·CF＝L2，因而Φ＝B0S＝B0L2，B正确，D错误；平面ADFE在垂直B0的方向上的投影面积为零，所以穿过平面ADFE的磁通量为零，C正确。
答案 BC
10.下列说法中正确的是（ ）
A.磁体在空间能产生磁场，磁场使磁体间不必接触便能相互作用
B.在磁场中的某一点，小磁针仅在磁场力作用下静止时北极所指的方向，就是那一点的磁场方向
C.当两个磁体的同名磁极相互靠近时，两条磁感线有可能相交
D.磁体周围的磁感线都是闭合的曲线
解析 磁体间的作用力是通过磁场传递的，可以不用接触便产生相互作用，A项正确；小磁针仅在磁场力作用下静止时北极的指向是北极受力的方向，就是那一点的磁场方向，B项正确；磁感线是闭合的曲线且不能相交，C项错误，D项正确。
答案 ABD
11.如图所示，一个金属薄圆盘水平放置在竖直向上的匀强磁场中，下列做法中能使圆盘中产生感应电流的是（ ）
A.圆盘绕过圆心的竖直轴匀速转动
B.圆盘以某一水平直径为轴匀速转动
C.圆盘在磁场中向右匀速平移
D.磁场均匀增加
解析 圆盘绕过圆心的竖直轴转动和在磁场中匀速平移，都不会使其磁通量发生变化，故不会产生感应电流，选项A、C错误；圆盘绕水平轴转动或磁场均匀增加，都会使穿过圆盘的磁通量发生变化，故有感应电流产生，选项B、D正确。
答案 BD
12.2006年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化。他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点。下列与宇宙微波背景辐射黑体谱相关的说法中正确的是（ ）
A.微波和声波一样都只能在介质中传播
B.一般物体辐射电磁波的情况只与黑体温度有关
C.黑体的热辐射实质上是电磁辐射
D.普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说
解析 微波是一种电磁波，传播不需要介质；一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状况有关，而黑体辐射只与黑体温度有关；黑体辐射本质上是电磁辐射，普朗克最早提出了能量子假说，他认为能量是一份一份的，每一份是一个能量子，故A、B错误，C、D正确。
答案 CD
二、非选择题（共4个小题，共28分，写出必要的文字说明和具体的解题步骤）
13.（4分）如图所示，一带电小球A用绝缘细线悬挂，在水平面内做匀速圆周运动，其正下方有一导体圆环B放在绝缘水平面上，圆环B的圆心位于悬点正下方。
（1）将圆环以环上某点为支点竖起时，圆环中是否产生感应电流；
（2）将圆环在水平面上拉动时，圆环中是否产生感应电流。
解析 带电小球做圆锥摆运动等效为一环形电流，在空间产生磁场，可由安培定则判断磁感线的分布特点。
（1）当圆环竖起时，穿过圆环的磁通量减少，由感应电流的产生条件知圆环中产生电流。
（2）当圆环被拉动时，穿过圆环的磁通量减少，圆环中产生感应电流。
答案 （1）产生 （2）产生
14.（6分）在磁感应强度处处相等的磁场中放一与磁场方向垂直的通电直导线，通入的电流是2.5 A，导线长10 cm，它受到的磁场力为5×10－2 N。问：
（1）这个磁场的磁感应强度是多大？
（2）如果把通电导线中的电流增大到5 A时，该磁场的磁感应强度是多大？
解析 （1）由磁感应强度的定义式得
B＝＝ T＝0.2 T。
（2）磁感应强度B是由磁场和空间位置（点）决定的，和导线的长度L、电流I的大小无关，所以该点的磁感应强度是0.2 T。
答案 （1）0.2 T （2）0.2 T
15.（8分）雷达是一种无线电探测装置，除了军用方面外，人们还可以使用雷达测定人造卫星、宇宙飞船等飞行物的速度和轨道。雷达测距是由雷达指示器直接显示出来的，当雷达向目标发射无线电波时，在指示器荧光屏上出现一个尖形波；在收到反射回来的无线电波时，在荧光屏上呈现第二个尖形波。如图所示，该图只记录了时间，每一小格表示1.0×10－4 s，那么根据此图，雷达与被测目标的距离约为多少？
解析 设雷达与被测目标的距离为s，来回的时间为t，则有2s＝c·t，
故s＝＝ m＝1.2×105 m。
答案 1.2×105 m
16.（10分）某广播电台的发射功率为10 kW，发射的是在空气中波长为187.5 m的电磁波，则：（普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3×108 m/s）
（1）该电台每秒从天线发射多少个能量子？
（2）若发射的能量子在以天线为球心的同一球面上的分布视为均匀的，求在离天线2.5 km处，直径为2 m的球状天线每秒接收的能量子个数以及接收功率。
解析 （1）每个能量子的能量
ε＝hν＝＝ J＝1.06×10－27 J
则每秒电台发射上述波长的能量子数
N＝＝9.4×1030个。
（2）设球状天线每秒接收能量子数为n个，以电台发射天线为球心，则半径为R的球面积S＝4πR2，而球状天线的有效接收面积S′＝πr2，所以n＝N＝N＝9.4×1030×个＝3.76×1023个
接收功率
P收＝＝3.76×1023×1.06×10－27 W＝4×10－4 W。
答案 （1）9.4×1030个 （2）3.76×1023个 4×10－4 W
