第十三章 电磁感应与电磁波初步
3 电磁感应现象及应用
【基础巩固】
1.某磁场的磁感线分布如图所示,将闭合导体圆环从磁场中的M处平移到N处,则
( )
A.穿过圆环的磁通量将增大
B.穿过圆环的磁通量将不变
C.圆环中产生感应电流
D.圆环中不会产生感应电流
答案:C
2.如图所示,三个闭合线圈A、B、C放在同一平面内,当线圈A中有电流I通过时,穿过闭合线圈A、B、C的磁通量分别为ΦA、ΦB、ΦC,则
( )
A.ΦA<ΦB<ΦC
B.ΦA>ΦB>ΦC
C.ΦA<ΦC<ΦB
D.ΦA>ΦC>ΦB
答案:B
3.如图所示,一闭合线框abcd位于水平放置的条形磁体的左端,线框平面始终与磁体的上表面垂直.线框水平运动,在其由图中位置Ⅰ经过中间位置Ⅱ到达位置Ⅲ的过程中,穿过线框的磁通量的变化情况为
( )
A.不发生变化
B.先减小后增大
C.先增大后减小
D.不能确定
答案:B
4.(多选)下列各项中,闭合矩形线圈中能产生感应电流的是( )
ABCD
答案:CD
5.如图所示,线圈两端接在电流表上组成闭合回路.在下列情况中,电流表指针不发生偏转的是
( )
A.线圈不动,磁体插入线圈
B.线圈不动,磁体从线圈中拔出
C.磁体不动,线圈上、下移动
D.磁体插在线圈内不动
答案:D
6.(多选)如图所示,线圈abcd在磁场区域ABCD中,线圈中有感应电流产生的是( )
A.把线圈变成圆形(周长不变)
B.使线圈在磁场中加速平移
C.使磁场增强或减弱
D.使线圈以过ab的直线为轴旋转
答案:ACD
【拓展提高】
7.磁通量是研究电磁感应现象的重要物理量.如图所示,通有恒定电流的长直导线MN与闭合线框共面,第一次将线框由位置1平移到位置2,第二次将线框由位置1绕CD边翻转到位置2,设这两次通过线框的磁通量的变化量分别为ΔΦ1和ΔΦ2,则
( )
A.ΔΦ1>ΔΦ2
B.ΔΦ1=ΔΦ2C.ΔΦ1<ΔΦ2
D.无法确定
答案:C
8.如图所示,在条形磁体的外面套着一个闭合金属弹簧线圈P,现用力从四周拉弹簧线圈,使线圈包围的面积变大,则下列关于穿过弹簧线圈的磁通量的变化以及线圈中是否有感应电流产生的说法,正确的是( )
A.磁通量增大,有感应电流产生
B.磁通量增大,无感应电流产生
C.磁通量减小,有感应电流产生
D.磁通量减小,无感应电流产生
解析:本题中条形磁体磁感线的分布如图所示(从上向下看).
穿过一个面积的磁感线的多少反映磁通量的大小,由于垂直纸面向外的和垂直纸面向里的磁感线要抵消一部分,当弹簧线圈P包围的面积扩大时,垂直纸面向里的磁感线条数增加,而垂直纸面向外的磁感线条数是一定的,故穿过这个面积的磁通量将减小,回路中会有感应电流产生,选项C正确.
答案:C
9.(多选)如图所示,用导线做成的圆形回路与一直导线构成几种位置组合,其中选项A、B、C中直导线都与圆形线圈在同一平面内,O点为线圈的圆心,选项D中直导线与圆形线圈垂直,并与过圆心的轴重合.切断直导线中的电流时,圆形回路中能产生感应电流的是
( )
ABCD
解析:对选项A、D而言,穿过圆形线圈的磁通量为0,当切断导线中的电流时,磁通量在整个变化过程中必为0,所以闭合回路中不会有感应电流产生;对选项B、C而言,穿过圆形线圈的磁通量不为0,当切断直导线中的电流时,磁通量为0,即此过程中磁通量有变化,故闭合回路中会有感应电流产生.选项B、C正确.
答案:BC
【挑战创新】
10.探究感应电流的产生条件的实验器材如图所示.
(1)在图中用笔画线代替导线把它们连成实验电路.
(2)哪些操作可以使灵敏电流计的指针发生偏转?(写出两点)
① .?
② .?
解析:(1)由题图知灵敏电流计已与螺线管B相连,所以把螺线管B与电流计连成一个闭合回路,螺线管A与电源及开关连成一个回路.
(2)把开关闭合后,螺线管A相当于条形磁体,把它插入(或拔出)螺线管B时,螺线管B与电流计构成的闭合回路就有感应电流.闭合(或断开)开关的瞬间,电流计的指针也会偏转.
答案:(1)如图所示.
(2)①将开关闭合 ②闭合开关后,将螺线管A插入B中(共42张PPT)
学 习 目 标
1.结合生活情境,认识磁场有强弱;通过类比电场强度,知道磁感应强度是描述磁场强弱的物理量,知道磁感应强度的概念;理解匀强磁场的特点.进一步体会微元法和利用物理量之比定义物理量的方法.
2.通过对磁感线疏密程度的研究,建立磁通量的概念,会计算匀强磁场中通过某一面积的磁通量.
3.了解中国古代在指南针使用方面的情况,激发民族自豪感.
2 磁感应强度
磁通量
知识点一 磁感应强度
答案:电磁铁的磁场更强,用磁感应强度描述磁场的强弱.
1.巨大的电磁铁能吸引几吨的钢材,小磁体只能吸引几枚铁钉,电磁铁和小磁体哪个产生的磁场强?用什么物理量描述磁场的强弱?
2.类比电场强度的概念,我们能用小磁针N极受力的大小和方向来确定某点磁场的强弱和方向吗?为什么?
答案:用小磁针N极的受力方向可以判断某点磁场的方向,但由于N极不能单独存在,很难测量N极受力的大小,故不能用小磁针N极受力的大小确定磁场的强弱.
3.电流元:在物理学中,把很短一段通电导线中的电流I与导线长度l的
叫作电流元.
4.通电导线与磁场方向垂直时,它受力的大小既与导线的长度l成
,又与导线中的电流I成
,即与I和l的乘积Il成正比,用公式表示就是
.
乘积Il
正比
正比
F=IlB
5.磁感应强度.
(1)磁感应强度是表征
的物理量,在导线与磁场
垂直时,有关系式B=?
.
(2)在国际单位制中,磁感应强度的单位是
,简称
,符号是
.
(3)地磁场在地面附近的磁感应强度的平均值为
,电动机或变压器铁芯中磁场的磁感应强度为
.?
(4)磁感应强度是
(选填“矢量”或“标量”),它的方向就是该处
.
磁场强弱
特斯拉
特
T
5×10-5
T
0.8~1.7
T
矢量
小磁针静止时N极所指的方向
知识点二 匀强磁场
1.图甲为两个平行放置的异名永久磁体磁极间的磁场分布,图乙为两个平行放置的通电线圈之间的磁场分布.观察图甲中除边缘部分和图乙中中间区域的磁感线有什么特点?
答案:磁感线均为间隔相等的平行直线.
2.猜测一下匀强磁场有什么特点.
答案:匀强磁场中各点的磁感应强度的大小相等、方向相同,其磁感线为相互平行的等间距的直线.
甲
乙
知识点三 磁通量
1.如图所示,在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一个与磁场方向垂直的面,面积为S.
(1)我们把B与S的乘积叫作穿过这个面积的,简称.用字母Φ表示磁通量,则Φ=.
(2)在国际单位制中,磁通量的单位是,简称韦,符号是,
1
Wb=1
T·m2.
(3)磁感应强度的另一种表达式:从Φ=BS可以得出B=,这表示磁感应强度的大小在数值上等于穿过方向的单位面积的磁通量.
BS
磁通量
磁通
韦伯
Wb
垂直磁场
2.如图所示,一水平方向的匀强磁场,磁感应强度为B.面积为S的矩形线圈abcd水平放置.
答案:没有磁感线穿过线圈.磁通量为0.
(1)此时有磁感线穿过线圈吗?磁通量是多少?
(2)线圈如何放置,穿过线圈的磁感线条数最多?穿过线圈所围面积的磁通量最大?磁通量的最大值为多少?
答案:线圈垂直磁场放置时,穿过线圈的磁感线条数最多,穿过这个面积的磁通量最大,磁通量的最大值为BS.
3.如图所示,非匀强磁场中,S1和S2两处磁感线的疏密不同.
(1)如果在S1和S2处,在垂直纸面方向取同样的面积,穿过哪个面积的磁感线条数较多?穿过哪个面积的磁通量较大?穿过某一面积的磁感线条数和穿过该面积的磁通量什么关系?
答案:S1处磁感线密,穿过S1处的面积的磁感线条数较多.S1处磁感应强度大,由于面积相等,根据Φ=BS,所以穿过S1处的面积的磁通量较大.穿过某一面积的磁感线的条数反映穿过这一面积的磁通量.
(2)如果S2处所选的面积增大,使穿过S1处所选面积的磁感线都穿过S2处的所选面积,试在图中画出S2处所选的面积,穿过它们的磁通量有什么关系?
答案:如图所示,穿过S1和
S2处所选面积的磁感线条数相等,穿过它们的磁通量也相等.
小试身手
判断下列说法的正误并和同学交流(正确的打“√”,错误的打“×”).
1.电流元在磁场中受到的作用力越大,磁感应强度越大.
(
)
2.磁感应强度由磁场本身的性质决定,与放不放电流元无关.( )
3.磁场中某点的磁感应强度的方向就是该点的磁场方向.(
)
4.磁感应强度等于穿过单位面积的磁通量.(
)
5.磁通量越大,磁感应强度越大.(
)
6.穿过某一面积的磁通量为0,该处磁感应强度不一定为0.(
)
7.将一平面置于匀强磁场中的任何位置,穿过该平面的磁通量总相等.(
)
×
√
√
×
×
√
×
探究一 磁感应强度
问题情境
如图所示,直导线水平悬挂在磁体的两极间,导线的方向与磁场的方向垂直.导线中的电流大小可以由外部电路控制,用电流表测量.分别接通“2、3”和“1、4”,可以改变导线通电部分的长度.
1.接通“2、3”时,观察悬线摆动的角度,然后断开
“2、3”,接通“1、4”,保持电流不变,可以观察到什么现象?此现象说明什么?
答案:电路由接通“2、3”改为接通“1、4”,导线通电部分变长,可以观察到悬线与竖直方向的夹角变大.说明电流一定时,通电导线越长,导线受力越大.
2.接通“2、3”时,使导线中的电流变大,可以观察到什么现象?此现象说明什么?
答案:悬线与竖直方向的夹角变大.说明导线长度一定时,电流变大,导线受力变大.
3.根据上述实验现象分析,通电直导线垂直放置在磁场中受到的磁场力F的大小可能与什么因素有关?
答案:磁场力F的大小可能与导线中的电流I和导线长度l有关.
4.如图所示,磁场中的D、E、F三点分别放置长度很短的通电导体,导体中通有电流,且导体与所在位置的磁场垂直.
测得导体所受的磁场力情况如表中所示.分析表中数据,计算磁场力与电流和导体长度乘积的比值,你能得出什么结论?
位置
电流
长度
磁场力
D
I
l
3F
E
I
l
F
I
2l
2F
2I
l
2F
F
I
l
0.5F
答案:(1)在不同位置,垂直磁场方向放入I、l相同的电流元,电流元受到的磁场力与电流和导体长度乘积的比值不同,磁场较强的地方,比值较大.
(2)在同一位置,垂直磁场方向放入I、l不同的电流元,电流元受到的磁场力与电流和导体长度乘积成正比,即电流元受到的磁场力与电流和导体长度乘积的比值相同.
(3)磁场力与电流和导体长度乘积的比值与垂直磁场方向放置的电流元无关.
5.结合以上探究内容,与同学交流并思考:如何引入一个物理量用来表征磁场的强弱?渗透哪种思想方法?电场中哪些物理量是采用此方法定义的?
答案:在导线与磁场方向垂直时,可以用磁感应强度B=来表示磁场的强弱;磁感应强度B与F、I、l无关,是一个由磁场本身决定的物理量.比值定义法,电场强度E=,电容C=均是采用比值定义法定义的.
6.决定磁感应强度的因素是什么?磁感应强度是否与通电导体的受力及通过导体的电流有关?如何判断磁感应强度的方向?
答案:磁感应强度的大小、方向由磁场自身的性质决定,与通电导体的受力情况和导体中的电流情况无关.磁感应强度的方向就是该处的磁场方向,即该处小磁针静止时
N
极所指的方向.
过程建构
磁感应强度B与电场强度E的比较.
比较项
磁感应强度B
电场强度E
意义
描述磁场的性质
描述电场的性质
大小
B=,通电导线与B垂直,B与F、I、l无关
E=,E与F、q无关
方向
小磁针静止时N极的受力方向表示磁场方向
正电荷的受力方向表示电场方向
单位
1
T=1
N/(A·m)
1
V/m=1
N/C
定义
方式
都是用比值法定义的
矢量
都是矢量,叠加时遵从平行四边形定则
【典例1】关于磁感应强度,下列说法正确的是( )
A.若长为l、通过的电流为I的导线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,通电导线在某处不受磁场力,说明该处一定无磁场
D.磁感应强度的方向就是小磁针静止时北极所受磁场力的方向
解析:磁场中某点的磁感应强度B由磁场自身决定,与是否放置通电导线无关,故选项B错误.用定义式B=计算磁感应强度,要求通电导线垂直于磁场放置,如果通电导线平行于磁场放置,则力F为0,磁感应强度不为0,故选项A、C错误.
答案:D
【典例2】如图所示,两根相互平行的长直导线过纸面上的M、N两点,且与纸面垂直,导线中通有大小相等、方向相反的电流.A、O、B在M、N的连线上,O为MN的中点,C、D位于MN的中垂线上,且A、B、C、D到O点的距离均相等.下列说法正确的是( )
A.O点的磁感应强度为0
B.A、B两点的磁感应强度大小相等,方向相反
C.C、D两点的磁感应强度大小相等,方向相同
D.A、C两点磁感应强度的方向不同
解析:由安培定则分别画出两直导线在A、B、C、D、O点的磁场方向,如图所示.
答案:C
由平行四边形定则可得,O点的磁感应强度不为0,选项A错误;A、B两点的磁感应强度大小相等,方向相同,选项B错误;C、D两点的磁感应强度大小相等,方向均竖直向下,选项C正确;A、C两点磁感应强度的方向相同,选项D错误.
探究二 磁通量
问题情境
如图所示,直线电流竖直向上,有一矩形线圈对称跨过直导线,二者之间绝缘.
1.穿过线圈的磁通量是多少?为什么?
答案:穿过线圈的磁通量为0.直线电流的磁感线在纸面内的分布如图所示,磁感线的分布关于直线对称,因为线圈右半部分磁感线向里穿入,左半部分向外穿出,穿入与穿出的磁感线相互抵消.
2.如果线圈在纸面内向右平移,穿过线圈的磁通量如何变化?
答案:磁通量先增大后减小.在起始位置时穿过线圈的磁通量为0,向右移动少许,磁感线向里的多,向外的少,总磁通量向里,磁通量增大;当线圈的左边与导线重合时,磁通量最大;再继续向右移动,离导线越远磁感线越稀疏,磁通量越小.
3.如图所示,分布足够广的匀强磁场竖直向下,面积为S的线圈abcd在水平面内的投影平面a'b'cd的面积为S1(两平面的夹角为θ),在竖直平面内的投影平面a'b'ba的面积为S2.穿过面积S1、面积S、面积S2的磁通量分别为多少?
答案:平面a'b'cd与匀强磁场垂直,穿过面积S1的磁通量为Φ1=BS1.穿过面积S的磁感线均穿过面积S1,所以穿过面积S的磁通量Φ2与穿过面积S1的磁通量相同,Φ2=BScos
θ=BS1.平面a'b'ba与磁感线平行,穿过面积S2的磁通量Φ3=0.
4.如图所示,若线圈abcd以cd边为轴从图示位置顺时针转过180°,这时穿过线圈的磁通量是多少?此过程磁通量变化了多少?
答案:线圈转过180°时,在水平面内的投影面积仍为S1,磁感线的穿过方向与原来相反,穿过线圈的磁通量变为-BS1;此过程磁通量变化了2BS1.
过程建构
1.磁通量的计算.
(1)公式:Φ=BS.
适用条件:①匀强磁场;②平面与磁感线垂直.
(2)在匀强磁场中,若磁感线与平面不垂直,Φ=BS',S'为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积,如图所示.
2.磁通量的正、负.
(1)磁通量是标量,但有正、负,若规定磁感线从某一面穿入时,磁通量为正值,则磁感线从此面穿出时,磁通量为负值.
(2)若同时有磁感线沿相反方向穿过同一平面,磁通量的大小可用磁感线相抵消之后剩余的磁感线的条数来表示.
(3)如果线圈有多匝,线圈内磁通量的大小与线圈匝数无关,由线圈所围的面积、在磁场中的位置、磁感应强度共同决定.
【典例3】如图所示,在条形磁体外套有A、B两个大小不同的圆环,穿过A环的磁通量ΦA与穿过B环的磁通量ΦB相比较,则( )
A.ΦA>ΦB B.ΦA<ΦB
C.ΦA=ΦB
D.不能确定
解析:本题考查磁通量的概念.Φ=Φ内-Φ外,分别画出穿过A、B环的磁感线分布如图所示,磁体外部磁感线从N极到S极,内部从S极到N极,为闭合曲线,所以磁体内的磁感线条数与其外部磁感线条数相等.通过A、B环的磁感线条数
答案:A
应该这样粗略计算,用磁体内的磁感线总条数减去磁体外每个环中的磁感线条数(因为磁体内、外磁感线的方向相反).很明显,磁体外部的磁感线通过B环的条数比A环的多,故B环中剩下的磁感线条数比A环中剩下的磁感线条数少,所以ΦA>ΦB,故选项A正确.
非匀强磁场中磁通量大小的比较
首先,确定穿过各面积的磁感线的方向.看是否有相反方向的磁感线穿过,若有,则确定哪个方向穿过的磁感线多.然后,比较相互抵消后的磁感线净余条数.最后,比较磁感线净余条数,从而定性比较磁通量大小.
【典例4】(多选)如图所示,矩形线圈abcd绕OO'轴在匀强磁场中匀速转动,下列说法正确的是
( )
A.线圈从图示位置转过90°的过程中,穿过线圈的磁通量不断减小
B.线圈从图示位置转过90°的过程中,穿过线圈的磁通量的变化量为0
C.线圈从图示位置转过180°的过程中,穿过线圈的磁通量的变化量为0
D.线圈从图示位置转过360°的过程中,穿过线圈的磁通量的变化量为0
解析:磁通量的变化量ΔΦ=Φ2-Φ1,只要能正确地表示出始、末位置的磁通量,就能得出磁通量的变化量.线圈在图示位置时,Φ1=BS,转到90°时,Φ2=0,此过程ΔΦ=-BS,选项A正确,选项B错误;线圈从图示位置转过180°时,
Φ3=-BS,此过程中,ΔΦ'=-2BS,选项C错误;线圈从图示位置转过360°时,Φ4=BS,此过程ΔΦ″=0,故选项D正确.
答案:AD
有关磁通量变化问题的解题思路
(1)确定研究的线圈平面.
(2)明确磁感线的方向及其与线圈平面的关系.
(3)确定磁通量变化的初、末状态,根据公式求解.
课堂评价
答案:AD
1.(多选)磁感应强度B在国际单位制中的单位是特斯拉(T),下列单位与磁感应强度单位一致的是( )
A.N/(A·m) B.N/(A·s)
C.N/(C·m)
D.Wb/m2
答案:D
2.关于磁感应强度,下列说法正确的是( )
A.磁场中某点磁感应强度的大小,跟放在该点的电流元的情况有关
B.磁场中某点磁感应强度的方向,由放在该点的电流元所受磁场力的方向决定
C.在磁场中某点的电流元不受磁场力作用时,该点磁感应强度为0
D.在磁场中磁感线越密集的地方,磁感应强度越大
3.先后在磁场中A、B两点引入长度相等的短直导线,导线与磁场方向垂直.图中a、b两图线分别表示在磁场中A、B两点导线所受的磁场力F与通过导线的电流I的关系.下列说法正确的是( )
答案:B
A.A、B两点磁感应强度相等
B.A点的磁感应强度大于B点的磁感应强度
C.A点的磁感应强度小于B点的磁感应强度
D.无法比较磁感应强度的大小
4.关于磁通量,下列说法正确的是
( )
A.穿过某一面积的磁通量为0,该处磁感应强度为0
B.磁场中磁感应强度大的地方,磁通量一定很大
C.穿过某平面垂直于磁场方向的投影面积的磁感线条数越多,磁通量越大
D.在磁场中所取平面的面积越大,磁通量越大
答案:C
5.如图所示,甲与乙分别是半径为r1和r2的同心导体圆环,匀强磁场的磁感应强度为B,方向与环面垂直,范围以甲为边界,则穿过环甲的磁通量为 ,穿过环乙的磁通量为
.?
解析:因为匀强磁场垂直穿过环面,所以Φ1=πB,Φ2=πB.
答案:πB πB
学科素养培优
科学方法——用替代法测磁感应强度
1.测量原理.
根据B=测出通电导线在磁场中的有效长度、通电导线中的电流以及所受磁场力的大小,代入公式即可求出磁感应强度B.
2.测量原理图(如图所示).
3.测量过程.
(1)按照原理图正确连接电路,记下此时弹簧测力计的读数F0.
(2)将滑动变阻器的滑片置于连入电路电阻最大处,闭合开关,调节滑动变阻器使电流表的读数为I1,记下弹簧测力计的读数F1,则磁场对矩形线框位于磁场中的一条边的作用力的大小为F=|F1-F0|.
(3)测出线框在磁场中的这条边的长度为l.
(4)代入B=,即可求得B的大小.
4.注意事项.
(1)为使测量过程简单,矩形线框所在平面应与N极、S极的连线垂直.
(2)使矩形线框的一条短边全部放在N、S极之间的区域中,另一条短边远离磁体.(共22张PPT)
学 习 目 标
1.结合生活经验和已经学过的知识,认识热辐射、黑体和黑体辐射,能说出一般物体热辐射和黑体辐射的特点,感悟以实验为基础的科学探究方法.
2.通过对黑体辐射实验规律与经典电磁理论的矛盾的分析,了解普朗克的能量子假设的时代背景,知道普朗克提出的能量子假设的基本内容;了解爱因斯坦的光子说,体会微观粒子与宏观物体遵循不同的规律,培养质疑问题的能力.
3.通过对原子的发射光谱的分析,了解原子的能量是量子化的,知道什么是能级和能级跃迁,了解原子发光的原理.
5 能量量子化
知识点一 热辐射
1.热辐射:周围的一切物体都在辐射
,这种辐射与物体的
有关,所以叫作热辐射.
电磁波
温度
2.我们周围的物体都在进行热辐射.为什么我们的眼睛只能观察到部分物体的热辐射?热辐射强度与什么因素有关?
答案:温度不同的物体辐射的电磁波的波长不同,波长较长的电磁波不能引起人的视觉,波长在一定范围内的电磁波才能引起人的视觉.热辐射强度按波长分布情况随物体的温度不同而有所不同.
3.什么是黑体?黑体能反射或辐射电磁波吗?
答案:如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射,这种物体就是黑体.黑体不能反射电磁波,但是可以向外辐射电磁波.
4.煤烟(如图)很接近黑体,其吸收率为99%,即投射到煤烟的辐射能量几乎全部被吸收.一定量的煤烟在阳光下照射,它的温度是否会一直上升(不考虑与空气的热交换)?
答案:不会.煤烟吸收能量的同时还伴随着能量的辐射,最终将趋于平衡,之后温度不再升高.
知识点二 能量子
1.
做出了这样的大胆假设:振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的
,如ε、2ε、3ε……这个不可再分的
叫作能量子.
2.能量子的大小为ε=hν,其中ν是电磁波的
,h是普朗克常量,其值为h=
.?
3.爱因斯坦把能量子假设进行了推广,他认为电磁场本身就是不连续的,也就是说,光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的,
频率为ν的光的能量子为
,这些能量子后来被叫作
.
普朗克
整数倍
最小能量值ε
频率
6.626
070
15×10-34
J·s
hν
光子
知识点三 能级
1.普朗克的能量子假设,在原子系统中是怎么体现的?什么叫能级?
答案:原子的能量是量子化的,这些量子化的能量值叫作能级,不同的能级能量值不同.
2.下图是原子的发射光谱,原子的发射光谱只有一些分立的亮线,如何用能级概念解释?
答案:原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量,等于前后两个能级之差.由于原子的能级是分立的,所以放出的光子的能量也是分立的,因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线.
小试身手
判断下列说法的正误并和同学交流(正确的打“√”,错误的打“×”).
1.只有高温物体能发生热辐射.( )
2.能完全吸收各种入射的电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体.( )
3.温度越高,黑体辐射电磁波的强度越弱.( )
4.微观粒子的能量只能是能量子的整数倍.( )
5.能量子的能量是任意的,其大小与电磁波的频率无关.( )
6.氢原子的能级是连续的.( )
×
√
×
√
×
×
探究一 热辐射
问题情境
1.把铁块投进火炉中,刚开始铁块只发热不发光,随着温度的升高,铁块会慢慢变红,开始发光,如图所示.不同温度的铁块,为什么颜色不同?不同温度的铁块热辐射的强度相同吗?这些事实说明了什么?
答案:铁块的温度升高,热辐射中波长较短的成分越来越强,所以铁块的颜色发生变化;铁块的温度不同,热辐射的强度不同;这说明热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同.
2.研究物体的热辐射的规律,为什么要研究黑体辐射?
答案:一般材料的物体,会反射电磁波,其辐射电磁波的情况与温度和材料的种类及表面状况有关,而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关.
3.黑体看上去一定是黑色的吗?黑体在现实生活中是否存在?
答案:黑体看上去不一定是黑色的.黑体是一个理想模型.现实中并不存在绝对黑体.
过程建构
1.对热辐射的理解.
(1)在任何温度下,任何物体都会辐射电磁波,只是温度低时辐射弱,温度高时辐射强,其辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同,这是热辐射的一种特性.
(2)在相同温度下,不同物体所辐射的光谱成分有显著的不同.
2.一般物体与黑体的比较.
比较项
热辐射特点
吸收或反射电磁波的特点
一般
物体
辐射电磁波的强度按波长的分布与它的温度、材料的种类及表面状况有关
既能吸收也能反射电磁波,吸收或反射电磁波的情况与物体的材料的种类及入射波长等因素有关
黑体
辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关
完全吸收各种入射电磁波,不反射电磁波
【典例1】关于对黑体的认识,下列说法正确的是
( )
A.黑体只吸收电磁波,不反射电磁波,看上去是黑的
B.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外,还与材料的种类及表面状况有关
C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关,与材料的种类及表面状况无关
D.如果在一个空腔壁上开一个很小的孔,射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收,最终不能从小孔射出,这个带小孔的空腔就可以近似为一个黑体
解析:黑体自身能辐射电磁波,黑体不一定是黑的,选项A错误;黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关,选项B错误,选项C正确;带小孔的空腔只吸收电磁波,不反射电磁波,因此带小孔的空腔可以近似为一个黑体,选项D正确.
答案:CD
探究二 能量子和能级
问题情境
1.某激光器能发射波长为λ的激光.激光光量子的能量可以取任意值吗?为什么?
答案:不可以取任意值.因为光量子的能量不是连续的,而是一份一份的.
2.普朗克常量为h,每个波长为λ的激光光量子的能量是多少?真空中的光速为c,如果激光发射功率为P,那么每秒发射多少个光量子?
答案:每个激光光量子的能量E=hν=h,每秒发射光量子的个数n==.
3.原子由高能量状态跃迁到低能量状态时,释放出的光子的频率可以是任意值吗?
答案:不可以.因为各能级是分立的,放出的光子的能量也是分立的,由E=hν可知,原子跃迁时释放出的光子的频率也是一系列分立的值.
过程建构
1.在宏观尺度内研究物体的运动时,物体的运动是连续的,能量变化是连续的,不必考虑量子化;在研究微观粒子时,必须考虑能量量子化.
2.通常情况下,原子处于能量最低的状态,这是最稳定的.当原子处于较高的能量状态时,原子是不稳定的,原子会自发地向能量较低的能级跃迁,放出光子.
3.原子从能量较高的能级(其能量记为Em)跃迁到能量较低的能级(其能量记为En,m>n)时,会放出能量为hν的光子,该光子的能量hν=Em-En,能级差越大,放出光子的频率就越高.
【典例2】人眼对绿光较为敏感,正常人的眼睛接收波长为530
nm的绿光时,只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔,眼睛就能察觉.普朗克常量为6.63×10-34
J·s,光速为3.0×108
m/s,则人眼能察觉到绿光时所接收的最小功率约是
( )
A.2.3×10-18
W B.3.8×10-19
W
C.7.0×10-10
W
D.1.2×10-18
W
解析:因为只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔,眼睛就能察觉.察觉到绿光时所接收的最小功率P=,式中E=6ε,ε=hν=h,联立各式可解得P=2.3×10-18
W.
答案:A
课堂评价
答案:BCD
1.(多选)关于热辐射,下列说法正确的是
( )
A.物体在室温时,热辐射的主要成分是波长较短的电磁波
B.随着温度的升高,热辐射中波长较短的成分越来越强
C.给一块铁加热,铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色
D.辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同,这是热辐射的一种特性
答案:BC
2.(多选)关于对普朗克的能量子假设的认识,下列说法正确的是( )
A.振动着的带电微粒的能量可以是任意的值
B.带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍
C.能量子与电磁波的频率成正比
D.这一假说与现实世界相矛盾,因而是错误的
3.很多地方用红外线热像仪监测人的体温,只要被测者从仪器前走,便可知道他的体温是多少.关于红外线热像仪的原理,下列说法正确的是
( )
A.人的体温会影响周围空气温度,仪器通过测量空气温度便可知道人的体温
B.仪器发出的红外线遇人反射,反射情况与被测者的温度有关
C.被测者会辐射红外线,辐射强度按波长的分布情况与温度有关,温度高时辐射强且波长较短的成分强
D.被测者会辐射红外线,辐射强度按波长的分布情况与温度有关,温度高时辐射强且波长较长的成分强
答案:C
4.两束能量相同的色光,都垂直射到物体表面,第一束光在某段时间内打到物体表面的光子数与第二束光在相同时间内打到物体表面的光子数之比为5∶4,则这两束光的光子能量和波长之比分别为
( )
A.4∶5 4∶5 B.5∶4 4∶5
C.5∶4 5∶4
D.4∶5 5∶4
答案:D
5.氦氖激光器发出波长为633
nm的激光,当激光器的输出功率为1
mW时,普朗克常量为6.63×10-34
J·s,每秒发出的光子数为
( )
A.2.2×1015个
B.3.2×1015个
C.2.2×1014个
D.3.2×1014个
答案:B
解析:一个光子的能量ε=hν=,当激光器输出功率为1
mW时,每秒发出的光子数为N==,t=1
s,代入数据得N=
3.2×1015个,选项B正确.第十三章 电磁感应与电磁波初步
5 能量量子化
【基础巩固】
1.关于对热辐射的认识,下列说法正确的是
( )
A.温度高的物体向外辐射电磁波,温度低的物体只吸收电磁波
B.温度越高,物体辐射越强
C.辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关,与材料种类及表面状况无关
D.常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射的电磁波的颜色
答案:B
2.(多选)关于原子辐射和吸收能量时的特点,下列说法正确的是
( )
A.以某一个最小能量值一份一份地辐射
B.辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍
C.吸收的能量可以是连续的
D.辐射和吸收的能量是量子化的
答案:ABD
3.(多选)下列叙述正确的是
( )
A.一切物体都在辐射电磁波
B.一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关
C.一般物体辐射电磁波的情况只与材料有关
D.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关
E.黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波
答案:ADE
4.光子的能量与其
( )
A.频率成正比
B.波长成正比
C.速度成正比
D.速度的二次方成正比
答案:A
5.(多选)关于氢原子的能量及氢原子光谱,下列说法正确的是
( )
A.氢原子的能量是连续的
B.氢原子的能量是量子化的
C.氢原子从高能级跃迁到低能级辐射光子
D.氢原子光谱是连续的亮线
答案:BC
6.二氧化碳能强烈吸收红外长波辐射,这种长波辐射的波长范围是1.4×10-3~
1.6×10-3
m,相应的频率范围是 ,相应的光子能量的范围是 ,“温室效应”使大气全年的平均温度升高,空气温度升高.已知普朗克常量h=6.63×10-34
J·s,真空中的光速c=3.0×108
m/s.(结果保留两位有效数字)?
答案:1.9×1011~2.1×1011
Hz 1.3×10-22~1.4×10-22
J
【拓展提高】
7.科学家发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形及其温度在不同方向上的微小变化.下列说法错误的是( )
A.微波是指波长在10-3~10
m之间的电磁波
B.微波和声波一样都只能在介质中传播
C.黑体的热辐射实际上是电磁辐射
D.普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说
答案:B
8.“约瑟夫森结”由超导体和绝缘体制成.若在结两端加恒定电压U,则它会辐射频率为ν的电磁波,且ν与U成正比,即ν=kU.已知比例系数k仅与元电荷e的2倍和普朗克常量h有关.你可能不了解此现象的机理,但仍可运用物理学中常用的方法,推理判断比例系数k的值可能为( )
A.
B.
C.2he
D.
解析:根据单位制的要求,表达式及变形式两侧单位应是一致的,由本题中涉及的物理量ν、U、e、h及与其有联系的能量表达式E=hν①,E=Ue②,由①②得h的单位与的单位相同,即h单位可用V·C·s表示,题中ν=kU,即k=③,k的单位可用表示,的单位等效于=,选项B正确,选项A、C、D错误.
答案:B
9.经测量,人体表面辐射本领的最大值落在波长为940
μm处.根据电磁辐射的理论得出,物体最强辐射的波长与物体的绝对温度的关系近似为Tλm=2.90×10-1
m·K,已知h=6.63×10-34
J·s,真空中的光速c=3.0×108
m/s.由此估算人体表面的温度和辐射的能量子的值各是多少?
解析:人体表面的温度T==309
K=36
℃.人体辐射的能量子的值为ε=h=2.12×10-22
J.
答案:36
℃ 2.12×10-22
J
【挑战创新】
10.太阳光垂直射到地面上时,地面上1
m2的面积接收太阳光的功率为
1.4
kW,其中可见光部分约占45%.
(1)假设可见光的波长约为0.55
μm,日地间距离R=1.5×1011
m.普朗克常量h=6.63×10-34
J·s,真空中的光速c=3.0×108
m/s.估算太阳每秒射出的可见光能量子个数.
(2)已知地球的半径为6.4×106
m,估算地球接收的太阳光的总功率.
解析:(1)设地面上垂直阳光每平方米面积上每秒接收的可见光能量子个数为N0,
则有Pt×45%=N0h,则N0==1.74×1021.
则太阳每秒射出的可见光能量子个数
N=N0·4πR2=4.92×1044
.
(2)地球接收太阳光的总功率为
P地=P·πr2=1.4×3.14×(6.4×106)2
kW=1.80×1014
kW.
答案:(1)4.92×1044 (2)1.80×1014
kW(共34张PPT)
学 习 目 标
1.通过演示实验,了解电和磁的联系,体会奥斯特发现的重要意义,知道磁场的基本性质.体会磁场是磁体或电流周围空间存在的一种特殊物质,进一步强化场的概念,渗透物质的客观性原理.
2.结合已经学过的电场线和演示实验中常见磁场分布特点,了解用磁感线描述磁场的优越性.知道条形磁体、蹄形磁体、直线电流、环形电流和通电螺线管的磁感线分布情况,培养空间想象能力.
3.通过观察奥斯特实验,知道电流可以产生磁场,学会用安培定则判断直线电流和通电线圈周围的磁场方向,了解安培“分子电流”假说.
1 磁场 磁感线
知识点一 电和磁的联系
答案:放在桌面上的小磁针静止时,指向南北,这是因为小磁针受地磁场的作用;当条形磁体的磁极靠近小磁针时,小磁针受条形磁体磁极的影响,指向发生变化.
1.放在桌面上的小磁针静止时,如何指向?为什么这样指向?当条形磁体的一个磁极从侧面靠近小磁针时,小磁针的指向是否变化?
2.丹麦物理学家奥斯特发现,导线通电后,其下方与导线平行的小磁针会发生偏转,如图所示.这一现象说明了什么?这一发现有什么重要意义?
答案:这一现象说明导体通电后,在周围产生了磁场,磁场使小磁针发生了偏转,这就是电流的磁效应.这一发现首次揭示了电与磁的联系,开创了电与磁研究的新纪元.
知识点二 磁场
1.如图所示,磁极之间的通电导体会运动,平行导线通电后会弯曲,这些现象说明了什么?这种作用是如何发生的?
答案:这些现象说明磁极与电流之间,电流与电流之间都有力的作用;这种作用是通过磁场发生的.
2.结合电场的特性,简单描述一下磁场的特点.如何得到磁场?
答案:磁场看不见、摸不着,是不依赖于我们的感觉而客观存在的物质,在跟别的物体发生相互作用时才表现出自己的特性.磁体、电流的周围都存在磁场.
知识点三 磁感线
1.如图所示,观察条形磁体周围小磁针N极(灰色)指向特点,这说明什么?
答案:物理学中把小磁针静止时N极所指的方向规定为该点磁场的方向.在条形磁体的磁场中,各处小磁针N极指向不同,说明条形磁体产生的磁场中各处的磁场方向不同.
2.实验中常用细铁屑的分布来反映磁场的分布.条形磁体和通电直导线周围细铁屑的分布情况如图所示.结合电场可以用电场线来形象描述,则应该如何形象地描述磁场?
答案:物理学上用磁感线形象描述磁场:沿磁场中的细铁屑画出一些曲线,使曲线上每一点的切线方向都跟这点磁场的方向一致,这样的曲线就叫作磁感线.磁感线较密的地方磁场较强.
知识点四 安培定则
1.直线电流产生的磁场的磁感线分布如图所示,怎样描述直线电流的方向跟它的磁感线方向之间的关系?
答案:直线电流的方向跟它的磁感线方向之间的关系可以用安培定则(右手螺旋定则)来判断:用右手握住导线,让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致,弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向,如图所示.
2.在初中,我们已经学会了判断通电螺线管的磁场方向,通电螺线管可以看作许多匝环形电流的串联.如何判断环形电流的磁场方向?
答案:让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致,伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁场的方向,如图所示.
小试身手
判断下列说法的正误并和同学交流(正确的打“√”,错误的打“×”).
1.磁场是看不见、摸不着的一种物质,是客观存在的.( )
2.磁感线既可以表示磁场的强弱,也可以表示磁场的方向.
( )
3.丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应.
( )
4.地球是一个大磁体,地球上存在的磁场叫地磁场.地球的地理两极与地磁两极重合.
( )
5.磁场对处在其中的磁极(或电流)有力的作用.
( )
6.磁感线可以用细铁屑来反映,因而是真实存在的.( )
√
√
√
×
√
×
探究一 电和磁的联系 磁场
问题情境
奥斯特发现电流磁效应的实验装置原理图如图所示.
1.闭合开关前,小磁针静止时N极指向哪个方向?为什么?
答案:闭合开关前,小磁针静止时N极指向北方,这是因为小磁针受地磁场的影响.
3.分析归纳磁场的基本性质.
答案:磁场对处于其中的磁体、通电导体有力的作用;磁体与磁体、磁体与电流、电流与电流之间的相互作用都是通过磁场发生的.
2.闭合开关后,小磁针受电流产生的磁场的影响发生转动,直导线如何放置实验效果比较明显?
答案:直导线沿南北方向水平放置.
过程建构
1.关于奥斯特实验注意以下两点:
(1)实验时,直导线要南北方向水平放置,小磁针放在导线的正下方或正上方,以保证电流产生的磁场的方向与地磁场方向不同.
(2)由于地磁场使小磁针指向南北方向,直导线通电后小磁针改变指向说明通电直导线周围存在磁场,这就是电流的磁效应.
2.地磁场的特点:
地磁场的方向并不是正南正北方向,即地磁两极与地理两极并不重合.地磁南极在地理北极附近,地磁北极在地理南极附近.
【典例1】下列说法正确的是
( )
A.磁体与磁体间的相互作用是通过磁场产生的
B.通电导体与通电导体间的相互作用是通过电场产生的
C.磁体与通电导体间的相互作用是通过电场与磁场共同产生的
D.磁场和电场是同一种物质
解析:磁体与磁体间、通电导体与通电导体间、磁体与通电导体间的相互作用都是通过磁场产生的.磁场是一种特殊物质,它的基本特点是对放入其中的磁体、通电导体有力的作用;而电场是电荷周围存在的一种特殊物质,其基本性质是对放入电场中的电荷有静电力的作用.因此,磁场和电场是两种不同的物质.选项A正确.
答案:A
探究二 磁感线
问题情境
实验中我们常用铁屑的分布来反映磁场的分布.如图所示,在条形磁体上方放置一块玻璃板,在玻璃板上均匀地撒一层细铁屑,轻敲玻璃板,细铁屑就会有规则地排列起来.
1.为什么铁屑会有规则地排列起来?试根据铁屑的分布画出条形磁体周围磁感线的分布图.
答案:细铁屑被磁场磁化变成一个个“小磁针”,
“小磁针”受到磁场的作用按照磁场方向排列.条形磁体周围磁感线的分布图如图所示.
2.磁感线是闭合曲线吗?静电场的电场线呢?
答案:在磁体的外部,磁感线从N极指向S极,在磁体的内部,磁感线由S极指向N极,磁感线是闭合的曲线.静电场的电场线始于正电荷(或无穷远),止于无穷远(或负电荷),不是闭合曲线.
3.根据条形磁体周围磁感线的分布图,如何判断磁场中某点的磁场方向?如何比较两点的磁场的强弱?
答案:磁场中某点磁场的方向为磁感线在该点的切线方向.磁感线越密集的地方,磁场越强;磁感线越稀疏的地方,磁场越弱.
4.磁感线能相交吗?为什么?在现实中存在磁感线吗?
答案:磁感线不能相交.因为磁场中某一点有唯一确定的磁场方向,所以两条磁感线不能相交.磁感线是为了形象地描述磁场而人为假想的曲线,为形象、直观、方便地研究磁场提供了依据.
过程建构
磁感线和静电场的电场线的比较.
比较项
磁感线
静电场的电场线
方向
线上各点的切线方向就是该点的磁场方向
线上各点的切线方向就是该点的电场方向
疏密
表示磁场强弱
表示电场强弱
特点
在空间不相交、不相切、不中断
除电荷处外,在空间不相交、不相切、不中断
是否
闭合
在磁体外部N→S,在内部S→N,闭合曲线
始于正电荷(或无穷远),止于无穷远(或负电荷),不闭合曲线
【典例2】(多选)关于磁感线,下列说法正确的是
( )
A.磁感线上各点的切线方向就是各点的磁场的方向
B.磁场中任意两条磁感线均不相交
C.铁屑在磁场中的分布曲线就是磁感线
D.磁感线总是从磁体的N极指向S极
解析:磁感线上各点的切线方向就是各点的磁场方向,选项A正确.磁场中某点的磁场方向是唯一的,因此两条磁感线不可能相交,选项B正确.磁感线是为了形象描述磁场的强弱分布而引入的,不是真实存在的,而铁屑的分布曲线只能证明用磁感线描述磁场的方法是正确的,而铁屑排成的曲线不是磁感线,选项C错误.在磁体内部,磁感线从S极指向N极,选项D错误.
答案:AB
【典例3】蹄形磁体周围的磁感线分布如图所示,下列说法正确的是( )
答案:B
A.A处的磁场强于B处的磁场
B.B处的磁场强于A处的磁场
C.A处没有磁感线,所以A处没有磁场
D.蹄形磁体的磁感线始于蹄形磁体的N极,止于蹄形磁体的S极
解析:由题图可知B处的磁感线较密,A处的磁感线较疏,B处的磁场强于A处的磁场,故选项A错误,选项B正确;A处有磁场存在,故选项C错误;磁感线是闭合曲线,没有起点和终点,故选项D错误.
探究三 安培定则
问题情境
1.电流产生的磁场中,某处小磁针静止时N极的指向如图所示.
甲
乙
丙
(1)在图中画出电流的方向,依据是什么?
答案:电流方向分别如图所示,判断的根据是安培定则.
(2)图甲、乙、丙分别属于哪种磁场?磁场分布特点是什么?
答案:图甲是直线电流的磁场,磁感线是以导线上各点为圆心的同心圆.离导线越近的位置磁场越强,离导线越远的位置磁场越弱.
图乙是环形电流的磁场,类似于条形磁体的磁场.因为磁感线是闭合曲线,环内磁感线条数与环外磁感线条数相等,所以环内磁场强,环外磁场弱.
图丙是通电螺线管的磁场,通电螺线管外部的磁场跟条形磁体的磁场分布情况相同,两端分别为N极和S极,管内磁场方向由S极指向N极.
2.磁场作用力演示仪中的线圈如图所示,在线圈中心处挂上一个可以自由转动的小磁针,使其与线圈在同一平面内静止.当线圈中通以如图所示方向的电流时,小磁针的N极向哪个方向偏转?如果把电流反向呢?
答案:根据安培定则知线圈中通以图示方向的电流时,线圈内部磁场方向垂直纸面向内,所以小磁针的N极向纸面内偏转;如果电流反向,小磁针的N极向纸面外偏转.
3.分析用安培定则判断直线电流、通电螺线管、环形电流的磁场的方向时,有什么不同.
答案:在判定直线电流的磁场的方向时,拇指指“原因”——电流方向,四指指“结果”——磁感线绕向.
在判定环形电流或通电螺线管的磁场方向时,四指指“原因”——电流方向,拇指指“结果”——环内沿中心轴线的磁感线方向或螺线管内部轴线的磁感线方向.
过程建构
安培“分子电流”假说.
(1)通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场十分相似.安培由此受到启发,提出了“分子电流”假说.
(2)“分子电流”假说:在物质内部,存在着一种环形电流——分子电流,分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体,它的两侧相当于两个磁极.
(3)用“分子电流”假说解释磁现象.
①磁化现象:一根铁棒未被磁化时,内部分子电流的取向是杂乱无章的,它们的磁场互相抵消,对外不显磁性.当铁棒受到外界磁场的作用时,各分子电流取向变得大致相同,铁棒被磁化,两端对外界显示出较强的磁性,形成磁极.
②磁体的消磁:磁体受到高温或猛烈撞击时会失去磁性,这是因为激烈的热运动或震动使分子电流的取向又变得杂乱无章了.
【典例4】(多选)如图所示,一束带电粒子沿着水平方向平行地飞过小磁针上方时,小磁针的S极向纸内偏转,则这束带电粒子可能是
( )
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
解析:本题考查运用安培定则判断运动电荷(等效电流)的磁场.小磁针静止时N极的指向是小磁针所在处的磁场方向,题中小磁针S极向纸内偏转,说明离子束下方的磁场方向由纸内指向纸外,由安培定则可判定,由带电粒子束的定向运动所产生的电流方向为由右向左,若为正离子,则其自右向左运动,选项B正确;若为负离子,则其自左向右运动,选项C正确.
答案:
BC
等效电流法
带电粒子的定向运动可以看作“等效电流”,其方向与正电荷定向移动的方向相同,与负电荷定向移动的方向相反.“等效电流”的磁场也可以应用安培定则来判定.
【典例5】开关闭合前三个小磁针的方向如图所示,确定开关闭合时三个小磁针的转向及最后的指向.
解析:电路稳定后,根据安培定则可以判断螺线管左端为S极,右端为N极,螺线管内部的磁场方向从S极指向N极,外部磁场方向从N极
指向S极,如图所示,故开关闭合时,小磁针1顺时针转动,小磁针3逆时针转动,小磁针2基本不动,最后的指向如图所示.
答案:见解析.
课堂评价
答案:C
1.关于磁感线,下列说法正确的是
( )
A.两条磁感线的空隙处一定不存在磁场
B.磁感线总是从N极到S极,是不闭合的曲线
C.磁感线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向一致
D.两个磁场叠加的区域,磁感线就可能相交
答案:B
2.图中能正确表示通电导线附近磁感线分布的是
( )
A
B
C
D
3.一环形线圈和两个小磁针的位置如图所示,开始两个小磁针与环形线圈在同一平面内,当线圈中通以顺时针方向的电流后,下列说法正确的是( )
答案:B
A.内部的小磁针的N极向外偏,外部的小磁针的N极向外偏
B.内部的小磁针的N极向里偏,外部的小磁针的N极向外偏
C.内部的小磁针的N极向外偏,外部的小磁针的N极向里偏
D.内部的小磁针的N极向里偏,外部的小磁针的N极向里偏
4.(多选)如图所示,螺线管中通有电流,如果在图中的A、B、C三点各放一根小磁针,其中A点在螺线管内部,则( )
答案:BD
A.放在A点的小磁针的N极向左
B.放在B点的小磁针的N极向右
C.放在C点的小磁针的S极向右
D.放在A点的小磁针的N极向右章末质量评估(五)
(时间:90分钟 满分:100分)
一、单项选择题(本题共8小题,每小题3分,共24分.每小题只有一个选项符合题目要求)
1.关于磁场、磁感线和电场线,下列说法正确的是
( )
A.磁感线是闭合曲线,而电场线不是闭合曲线
B.磁感线和电场线都是相互平行的
C.地磁场的磁感线起于地理北极附近,终止于地理南极附近
D.磁感线和电场线都是真实存在的
答案:A
2.下列波中不属于电磁波的是
( )
A.消毒用的紫外线
B.透视用的X射线
C.教室里的读书声
D.遥控器发出的红外线
答案:C
3.如图所示的磁体的N、S两极间的磁场分布足够广且可视为匀强磁场,将一矩形闭合金属线框垂直于磁场方向(竖直向下)放在该磁场中.下列情况中,线框中能产生感应电流的是
( )
A.线框绕图中竖直轴aa'旋转
B.线框绕图中水平轴bb'旋转
C.线框竖直向上平移
D.
线框竖直向下平移
答案:B
4.如图所示,匀强磁场的磁感应强度为B,方向与水平方向的夹角为30°,图中实线位置有一面积为S的矩形线圈,并绕着它的一条边从水平位置转到竖直位置(图中虚线位置),则在此过程中穿过线圈的磁通量的变化量的大小为
( )
A.BS
B.BSC.BS
D.2BS
答案:C
5.如图所示,两个同样的导线环同轴平行悬挂,相隔一小段距离.当同时给两个导线环通同方向的电流时,两导线环将
( )
A.相互吸引
B.相互排斥C.保持静止
D.边吸引边转动
答案:A
6.关于电磁波与声波的比较,下列说法错误的是
( )
A.电磁波的传播不需要介质,声波的传播需要介质
B.由空气进入水中时,电磁波速度变小,声波速度变大
C.由空气进入水中时,电磁波波长变短,声波波长变长
D.电磁波和声波在介质中的传播速度都是由介质决定的,与其他因素无关
答案:D
7.硅光电池利用光电效应将光辐射的能量转化为电能.h为普朗克常量,c为真空中的光速,若有N个波长为λ0的光子打在光电池极板上,这些光子的总能量为
( )
A.h
B.NhC.Nhλ0
D.2Nhλ0
答案:B
8.电磁场理论的两大支柱是
( )
A.变化的磁场产生电场;变化的电场产生磁场
B.变化的磁场产生变化的电场;变化的电场产生变化的磁场
C.变化的磁场产生磁场;变化的电场产生电场
D.变化的磁场产生变化的磁场;变化的电场产生变化的电场
解析:根据麦克斯韦电磁场理论,变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场,选项A正确,选项C错误.根据麦克斯韦电磁场理论,均匀变化的磁场产生恒定电场,均匀变化的电场产生恒定磁场,选项B、D错误.
答案:A
二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分.每小题有多个选项符合题目要求.全部选对得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
9.如图所示,两根平行长直导线Ⅰ、Ⅱ相距2l,导线中通有大小相等、方向相同的恒定电流,A、B、C是导线所在平面内的三点,导线Ⅰ与它们的距离分别为、l和3l.关于这三点的磁感应强度,下列判断正确的是
( )
A.A点的磁感应强度大小比C点的大
B.B、C两点的磁感应强度大小相等
C.A、C两点的磁感应强度方向相同
D.B点的磁感应强度为0
答案:AD
10.如图所示,纸面内有两条互相垂直的长直绝缘导线甲、乙,导线甲中的电流方向向左,导线乙中的电流方向向上;导线甲的正上方有A、B两点,它们关于导线乙对称.整个系统处于匀强磁场(图中未画出)中,外磁场的磁感应强度大小为B0,方向垂直于纸面向外.已知A、B两点的磁感应强度大小分别为B0和B0,方向也垂直于纸面向外.则
( )
A.导线甲中的电流在B点产生的磁感应强度大小为B0
B.导线甲中的电流在A点产生的磁感应强度大小为B0
C.导线乙中的电流在B点产生的磁感应强度大小为B0
D.导线乙中的电流在A点产生的磁感应强度大小为B0
答案:AC
11.类比磁通量的概念,在静电场中同样可以定义电通量的概念.若电场中有一个面积为S的区域,各处的电场强度大小均为E,且与该区域垂直,则穿过这个面积的电通量Φ=ES.空间中现有一个电荷量为Q的固定点电荷,以该点电荷所在位置为球心作两个半径不同的球面S1和S2,如图所示.下列说法错误的是
( )
A.通过S1和S2的电通量与它们距球心的距离成正比
B.通过S1和S2的电通量与它们距球心距离的二次方成正比
C.通过S1和S2的电通量与它们距球心的距离成反比
D.通过S1和S2的电通量是一个恒量,与它们距球心的距离无关
解析:根据点电荷的电场强度公式,求得球面上各处的电场强度大小为E=
,由于球面上各处电场强度方向都与球面垂直,故通过球面的电通量为Φ=ES=·4πr2=4πkQ.通过S1和S2的电通量与它们距球心的距离无关.故选项A、B、C说法错误.
答案:ABC
12.如图所示,线框abcd从有界的匀强磁场区域穿过,下列说法正确的是
( )
A.进入匀强磁场区域的过程中,abcd中有感应电流
B.在匀强磁场中加速运动时,abcd中有感应电流
C.在匀强磁场中匀速运动时,abcd中没有感应电流
D.离开匀强磁场区域的过程中,abcd中没有感应电流
解析:在有界的匀强磁场中,常常需要考虑线框进场、出场和在场中运动的情况.线框在匀强磁场中无论匀速还是加速运动,穿过线框的磁通量都没有发生变化,所以不会产生感应电流;线框进入或离开磁场的过程中,穿过线框的磁通量发生变化,线框中产生感应电流.选项A、C正确.
答案:AC
三、非选择题(本题共6小题,共60分)
13.(8分)如图所示,金属滑竿ab连着一弹簧,滑竿水平放置在两根互相平行的光滑金属导轨cd、ef上,cd与ef之间有匀强磁场,磁场方向如图所示.闭合开关S,滑竿稳定后,弹簧伸长2
cm,测得电路中电流为5
A,已知弹簧的劲度系数为20
N/m,ab的长l=0.1
m.求匀强磁场的磁感应强度的大小.
答案:0.8T
14.(8分)在磁场中某一点放入一通电直导线,导线与磁场方向垂直,导线长
1
cm,电流为5
A,通电导线所受磁场力大小为5×10-2
N.
(1)这点的磁感应强度大小是多少?若电流增大为
10
A,通电导线所受磁场力大小为多少?
(2)若让导线与磁场平行,这点的磁感应强度大小为多少?通电导线受到的磁场力大小为多少?
答案:(1)1
T 0.1
N (2)1
T 0
15.(10分)已知某地区地磁场在水平方向的磁感应强度约为3×10-5
T,该地区某物理兴趣小组做估测磁体附近磁感应强度的实验.他们将一根小磁针放在一个水平放置的螺线管的轴线上,如图所示.小磁针静止时N极指向y轴正方向,当接通电源后,发现小磁针N极指向与y轴正方向成60°角,斜向右上.请在图上标明螺线管导线的绕向,并求出该通电螺线管在小磁针处产生的磁感应强度大小.(结果保留一位有效数字)
答案:如图所示. 5×10-5
T
16.(10分)三根平行长直导线分别垂直通过一等腰直角三角形ACD的三个顶点,如图所示.现在使每条通电导线所产生的磁场在斜边中点O的磁感应强度大小均为B,则该处实际磁感应强度的大小如何?方向如何?
答案:B 与斜边AD所成夹角的正切值为2,指向右下方.
17.(12分)小灯泡的功率P=1
W,其发出的光向四周均匀辐射,平均波长λ=
10-6
cm,普朗克常量h=6.63×10-34
J·s,真空中的光速c=3×108
m/s.在距离d=1.0×104
m处,每秒落在垂直于光线方向上面积S=1
cm2上的光子数是多少?
解析:每秒内小灯泡发出的能量为E=Pt=1
J,
每个光子的能量
ε=hν==1.989×10-17
J,
小灯泡每秒辐射的光子数
N0==5.03×1016,
以小灯泡为球心,以1.0×104
m为半径的球面面积为
Sd=4πd2=1.256×1013
cm2,
所以射到1
cm2的面积上的光子数为
N=·N0=4.004×103.
答案:4.004×103
18.(12分)如图所示,有一个垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度B=0.8
T,磁场有明显的圆形边界,圆心为O,半径为10
cm.在纸面内先后放上A、B两个圆形单匝线圈,圆心均在O处,A线圈半径为10
cm,B线圈半径为15
cm.
(1)在磁感应强度减为0.4
T的过程中,穿过A和B的磁通量分别改变多少?
(2)磁感应强度大小不变,方向绕某条直径转过60°的过程中,穿过A线圈的磁通量改变多少?
(3)磁感应强度大小、方向均不变,线圈A绕某条直径转过180°的过程中,穿过A线圈的磁通量改变了多少?
答案:(1)4π×10-3Wb 4π×10-3Wb
(2)4(2-)π×10-3Wb
(3)1.6π×10-2Wb第十三章 电磁感应与电磁波初步
4 电磁波的发现及应用
【基础巩固】
1.(多选)下列说法正确的有
( )
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.最早预言电磁波存在的科学家是赫兹
答案:ABC
2.某闭合电路的电流或电压随时间变化的规律如图所示,能发射电磁波的是
( )
ABCD
答案:C
3.下列应用没有利用电磁波技术的是
( )
A.电磁铁
B.移动电话C.雷达
D.无线电广播
答案:A
4.使用红外夜视仪,人可以在夜间看清目标,这主要是因为
( )
A.红外夜视仪发出大量的红外线,照射被观察物体
B.一切物体均不停地辐射红外线
C.一切高温物体不停地辐射红外线
D.红外夜视仪发出γ射线,放射性物体受到激发而发出红外线
答案:B
5.下列关于紫外线的说法正确的是
( )
A.照射紫外线可增进人体对钙的吸收,因此人们应尽可能多地接受紫外线的照射
B.紫外线是一种可见光
C.紫外线有很强的荧光效应,可用来防伪
D.紫外线有杀菌消毒的作用,是因为其有明显的热效应
答案:C
6.利用雷达测云层与观测点之间的距离时,电磁波从发射到接收共经历时间10-3
s,则该云层离观测点的距离约是
( )
A.100
km
B.200
kmC.150
km
D.250
km
解析:电磁波发射到云层处的时间t'=×10-3
s=0.5×10-3
s,根据公式s=vt可得s=ct'=1.5×105
m=150
km,选项C正确.
答案:C
【拓展提高】
7.一台收音机的面板如图所示,当向右调指针(图中黑块)时,所接收的电磁波
( )
A.频率变大,波长变大
B.频率变大,波长变小
C.频率变大,波长不变
D.频率变小,波长变大
解析:面板上标的是频率,向右调节时频率增大.因为波速一定时,波的波长与频率成反比,所以波长变小.
答案:B
8.(多选)下列说法正确的是
( )
A.红外线易穿透云层,故广泛应用于遥感技术领域
B.医院用X光进行透视,是因为它是各种电磁波中穿透能力最强的
C.阳光可以晒黑皮肤,主要是阳光中红外线的作用
D.电取暖器利用了红外线的热效应
解析:γ射线穿透能力最强,选项B错误.阳光晒黑皮肤是紫外线的作用,选项C错误.红外线易穿透云层,且有显著的热效应,选项A、D正确.
答案:AD
9.某雷达的荧光屏如图所示,屏上标尺的最小刻度对应的时间为2×10-4
s.雷达天线朝东方时,屏上的波形如图甲所示;雷达天线朝西方时,屏上的波形如图乙所示.电磁波在空气中传播速度c=3×108
m/s.雷达在何方发现了目标?目标与雷达相距多远?
甲乙
解析:向东发射信号时,没有返回的信号,说明东方没有目标.向西发射信号时,有返回的信号,说明目标在西方.目标到雷达的距离为s==300
km.
答案:西方 300
km
【挑战创新】
10.“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涂有一层特殊材料,这种材料能够 (选填“增强”或“减弱”)对电磁波的吸收;秘密之二在于它的表面制成特殊形状,这种形状能够 (选填“增强”或“减弱”)电磁波的反射.
?
解析:“隐形”并不是指肉眼看不到,而是指雷达无法探测到.“隐形飞机”的表面涂有一层特殊材料可以吸收电磁波,特殊的形状可以尽可能使电磁波不反射回敌方雷达.
答案:增强 减弱(共26张PPT)
学 习 目 标
1.通过对电磁感应现象实质的分析,知道麦克斯韦的电磁场理论,体会电场和磁场是相互联系的统一体和物理的对称之美,领会在电磁波的发现过程中所蕴含的科学方法.
2.通过对物理史实的研究,知道麦克斯韦根据电磁场理论预言了电磁波的存在,知道赫兹用实验证实了电磁波的存在,了解电磁波的产生,知道电磁场的物质性,体会赫兹实验以及麦克斯韦电磁理论的重要意义.
3.了解电磁波的特点,会用c=λf解决问题,知道电磁波谱中的不同波段和用途,体验科学知识在生产和生活中的应用,理解科学、技术、社会、环境之间的关系.
4 电磁波的发现及应用
知识点一 电磁场
答案:库仑——库仑定律;安培——安培定则、分子电流假说等;奥斯特——电流的磁效应;法拉第——电磁感应现象等.
1.麦克斯韦在哪些科学家的研究成果基础上建立了经典电磁场理论?他们的主要研究成果分别是什么?
2.麦克斯韦认为:电磁感应现象的实质是变化的磁场产生了电场.对于这一观点,麦克斯韦是如何论证的?
答案:在变化的磁场中放入一个闭合电路,电路里会产生感应电流,既然产生了感应电流,一定是有了电场,它促使导体中的自由电荷做定向运动;即使在变化的磁场中没有闭合电路,同样会在空间中产生电场.因此,麦克斯韦认为:电磁感应现象的实质是变化的磁场产生了电场.
3.麦克斯韦关于电磁场的观点:
(1)电磁感应现象的实质是
.
(2)变化的电场就像导线中的电流一样,会在空间产生磁场,即
.
(3)变化的电场和磁场总是相互联系的,形成一个不可分割的统一的
.
变化的磁场产生了电场
变化的电场产生磁场
电磁场
知识点二 电磁波
1.伟大的预言.
麦克斯韦推断:如果在空间某区域中有周期性变化的电场,那么它就在空间引起
;这个变化的磁场又引起新的变化的
,如下图所示.于是,变化的电场和变化的磁场交替产生,由近及远地向周围传播.一个伟大的预言诞生了——空间可能存在
.
周期性变化的磁场
电场
电磁波
2.电磁波的特点:
(1)电磁波可以在真空中传播,电磁波的传播靠的是电场和磁场的相互“激发”,不需要
.
(2)电磁波的速度等于
.
(3)光是以
传播的一种电磁振动.
3.
通过实验捕捉到了电磁波,证实了麦克斯韦的电磁场理论,为无线电技术的发展开拓了道路.
介质
光速
波动形式
赫兹
知识点三 电磁波谱
1.下图是一列水波的示意图.阅读教材,完成下列问题.
(1)在一列水波中,凸起的最高处叫作波峰,如图中标示的
;凹下的最低处叫作波谷,如图中标示的
.临近的两个波峰(或波谷)的距离叫作波长,用λ表示,如图所示.
(2)在1
s
内有多少次波峰(或波谷)通过,波的
就是多
少赫兹.用来描述波传播快慢的物理量叫作
,波速、
波长、频率三者的关系是
.
A、A'
D、D'
频率
波速
波速=波长×频率
2.电磁波的波速c与波长λ、频率f的关系是
,电磁波在真空中的传播速度c=
.?
3.电磁波的频率范围很广.按电磁波的
的顺序把各种电磁波排列起来,就是电磁波谱.阅读教材第121页,了解电磁波谱及其应用.
c=λf
3×108
m/s
波长或频率大小
知识点四 电磁波的能量
1.赫兹通过实验证实了
的存在,这意味着,电磁场不仅仅是一种描述方式,而且是真正的
存在.
2.生活中常用微波炉来加热食物,食物增加的能量是微波给它的,可见,电磁波具有
.
电磁波
物质
能量
小试身手
判断下列说法的正误并和同学交流(正确的打“√”,错误的打“×”).
1.恒定电流周围产生磁场,磁场又产生电场.( )
2.电磁波的传播不需要介质.( )
3.赫兹证实了麦克斯韦的电磁场理论.( )
4.电磁波在真空中的传播速度是3×108
m/s.( )
5.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.( )
6.γ射线比X射线的频率还要高.( )
×
√
√
√
√
√
探究一 电磁场
问题情境
(一)如图所示,当穿过螺线管的磁场随时间变化时,上面的闭合线圈中产生感应电流,感应电流使灯泡发光.
1.上面的闭合线圈中为什么会产生感应电流?
答案:变化的磁场产生电场,正是这种电场促使闭合线圈中的自由电子做定向运动,产生感应电流.
2.用不导电的塑料线绕制线圈,线圈中会不会有电流?线圈所在位置是否存在电场?线圈不存在时线圈所在处的空间是不是仍有电场?这说明了什么?
答案:塑料线圈中无电流,因为塑料线圈内没有自由电荷.线圈所在的位置有电场.线圈只是用来显示电场的存在的,线圈不存在时,变化的磁场同样在周围空间产生电场.这说明变化的磁场产生电场是一种普遍存在的现象,跟闭合线圈是否存在无关.
(二)如图所示,在平行板电容器的外面放一小磁针,电容器不带电时,小磁针指向如图所示.
3.在给电容器充电过程中,极板上的电荷量增加,板间的电场如何变化?小磁针的指向发生了变化,说明了什么?
答案:板间的电场增强;小磁针指向变化,说明有其他磁场产生,变化的电场产生了磁场.
4.给电容器充电结束后,板间是否存在电场?小磁针的指向与电容器不带电时的指向相同,这说明了什么?
答案:充电结束后,极板上电荷量不再增加,板间仍有电场,不过电场不再变化;小磁针的指向与原来相同说明稳定的电场不产生磁场.
过程建构
1.对麦克斯韦电磁场理论的理解.
电生磁
磁生电
变化的电场产生磁场
变化的磁场产生电场
均匀变化的电场产生恒定的磁场
均匀变化的磁场产生恒定的电场
周期性变化的电场产生周期性变化的磁场
周期性变化的磁场产生周期性变化的电场
2.电磁场.
电磁场通常是动态的,并且电场和磁场不可分割.
【典例1】(多选)关于麦克斯韦电磁场理论,下列说法正确的是
( )
A.恒定电流能够在周围空间产生稳定的磁场
B.稳定的电场能够在周围空间产生稳定的磁场
C.均匀变化的电场能够在周围空间产生稳定的磁场
D.均匀变化的电场和磁场互相激发,形成由近及远的电磁场
解析:当电流恒定时,其产生的磁场是稳定的,选项A正确.稳定的电场不能产生磁场,选项B错误.均匀变化的电场产生稳定磁场,而稳定的磁场不能激发电场,故不能形成由近及远的电磁场,选项C正确,选项D错误.
答案:AC
探究二 电磁波和电磁波谱
问题情境
1.麦克斯韦推断的电磁波产生和传播的示意图如图所示.电场和磁场有什么特点?
答案:周期性变化的电场在空间引起周期性变化的磁场,这个变化的磁场又引起新的变化的电场,变化的电场和变化的磁场交替产生,由近及远地向周围传播.
2.收音机能接收某电台发出的无线电波的中波信号,中波波长范围为200~3
000
m.如何计算中波信号的频率范围?
答案:电磁波的传播速度、波长、频率之间满足关系c=λf,
所以f1==
Hz=1.5×106
Hz,
f2==
Hz=1.0×105
Hz,
即中波信号的频率范围为1.0×105~1.5×106Hz.
过程建构
1.对电磁波的理解.
(1)麦克斯韦预言了电磁波的存在,赫兹证实了电磁波的存在,测出了波长和频率,证实了电磁波在真空中传播速度等于光速.
(2)电磁波是一种客观存在的物质,是物质存在的另一种形式.
(3)电磁波具有能量,电磁场的能量通过电磁波来传播.
(4)电磁波的传播不需要介质,电磁波可以在真空中传播,电磁波在其他介质中的传播速度都比在真空中的小.
(5)电磁波在真空中的传播速度等于光在真空中的速度,即c=3.0×108
m/s.
(6)电磁波能传递信息.
2.电磁波谱.
不同电磁波具有不同的波长(或频率),因此具有不同的特性,在生产、生活中有不同的应用.
电磁波
应用
长波、中波、短波
广播信号的传输
微波
卫星通信、电视信号传输
红外线
红外线理疗仪
紫外线
紫外线消毒灯
X射线
诊断病情
γ射线
伽马刀
【典例2】(多选)下列关于电磁波的叙述,正确的是( )
A.电磁波是电磁场由发生区域向远处传播而产生的
B.电磁波在任何介质中的传播速度均为3×108
m/s
C.电磁波由真空进入介质传播时,波长变短
D.电磁波具有波的特征
解析:电磁波是周期性变化的电磁场由发生区域向远处传播而产生的,选项A正确;电磁波在真空中传播时速度为3×108
m/s,选项B错误;电磁波在传播过程中其频率f不变,由电磁波的波速公式c=λf知,由于电磁波在介质中的传播速度比在真空中的传播速度小,所以可得电磁波在介质中传播时波长变短,选项C正确;电磁波是一种波,具有波的特性,选项D正确.
答案:ACD
课堂评价
答案:BD
1.(多选)根据麦克斯韦电磁场理论,下列说法正确的是( )
A.在电场的周围空间,一定存在着和它联系着的磁场
B.在变化的电场周围空间,一定存在着和它联系着的磁场
C.恒定电流在其周围不产生磁场
D.恒定电流周围存在着稳定的磁场
答案:CD
2.(多选)下列关于电磁波的说法正确的是
( )
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的传递的
3.(多选)下列关于电磁波谱的理解正确的是( )
A.红外线的波长比紫外线的波长短
B.可见光不属于电磁波
C.无线电波的波长比γ射线的波长要长
D.微波属于电磁波
答案:CD
4.下列电磁波按频率从高到低的排列顺序排列正确的是
( )
①验钞机的紫外线 ②电视机遥控器的红外线
③CT机的X射线
A.①②③ B.③②①
C.②③①
D.③①②
答案:D
5.磁场的磁感应强度B随时间t变化的四种情况如图所示,其中能产生电场的有 ,能产生电磁波的有 .?
答案:BCD
BD
A
B
C
D第十三章 电磁感应与电磁波初步
2 磁感应强度 磁通量
【基础巩固】
1.下列关于磁场中某点的磁感应强度的方向的说法错误的是( )
A.磁感应强度的方向就是该点的磁场方向
B.磁感应强度的方向就是通过该点的磁感线的切线方向
C.磁感应强度的方向就是通电导体在该点的受力方向
D.磁感应强度的方向就是小磁针静止时北极在该点的受力方向
答案:C
2.(多选)将一小段通电直导线垂直磁场方向放入一匀强磁场中,下列图像能正确反映各物理量间的关系的是
( )
ABCD
答案:BC
3.(多选)关于磁通量,下列说法正确的是
( )
A.磁感应强度越大的地方,面积越大,则穿过该面积的磁通量越大
B.穿过某面积的磁通量为0,表明该处磁感应强度为0
C.穿过某面积的磁通量为0时,该处的磁感应强度不一定为0
D.磁通量的变化,可能是由磁感应强度的变化、穿过面积的变化或面积所在的平面与磁场方向间的夹角变化引起的
答案:CD
4.长10
cm的直导线,通以1
A的电流,在匀强磁场中某处受到的磁场力为
0.4
N,则该磁场的磁感应强度
( )
A.一定等于4
T
B.大于或等于4
T
C.小于或等于4
T
D.上述说法都错误
答案:B
5.将面积为0.75
m2,匝数为10匝的圆形线圈放在匀强磁场中,线圈平面与磁感线垂直,已知穿过线圈的磁通量是1.50
Wb,那么这个磁场的磁感应强度是
( )
A.0.2
T
B.1.125
T
C.2.0
T
D.2.25
T
答案:C
6.将面积为0.5
m2的单匝线圈放在磁感应强度为2.0×10-2
T的匀强磁场中,线圈平面垂直于磁场方向,如图所示.穿过这个线圈的磁通量为( )
A.1.0×10-2Wb
B.1.0
Wb
C.0.5×10-2Wb
D.5×10-2Wb
答案:A
【拓展提高】
7.(多选)关于磁通量,下列说法正确的是
( )
A.同一磁场中,穿过某一面积的磁感线的条数越多,则穿过该面积的磁通量越大
B.同一磁场中,穿过两个面积的磁感线条数相等,则穿过这两个面积的磁通量相等
C.磁场中某处的磁感应强度在数值上等于穿过该处单位面积的磁通量
D.磁场中某处的磁感应强度在数值上等于垂直穿过该处单位面积的磁通量
解析:同一磁场中,穿过某一面积的磁通量大小可以由穿过它的磁感线的条数来表示,穿过它的磁感线条数越多,磁通量越大;磁场中某处的磁感应强度在数值上等于垂直穿过该处单位面积的磁通量.选项A、B、D正确.
答案:ABD
8.现有一段长l=0.2
m、通有电流I=2.5
A的直导线,则关于此导线在磁感应强度为B的磁场中所受磁场力F的情况,下列说法正确的是
( )
A.如果B=2
T,则F一定为1
N
B.如果F=0,则B也一定为0
C.如果B=4
T,则F有可能为2
N
D.当F为最大值时,通电导线一定与B平行
解析:当导线与磁场方向垂直时,所受磁场力F最大,F=BIl,当导线与磁场方向平行时,F=0,当导线与磁场方向成其他角度时,0答案:C
9.如图所示,两根相互平行的长直导线分别通有方向相反的电流I1和I2,且I1>I2;a、b、c、d为导线某一横截面所在平面内的四点,且a、b、c与两导线共面;b点在两导线之间,b、d的连线与导线所在平面垂直.磁感应强度可能为0的点是
( )
A.a点
B.b点
C.c点
D.d点
答案:C
【挑战创新】
10.在实验精度要求不高的情况下,可利用罗盘来测量电流产生的磁场的磁感应强度,具体做法如下:在一根南北方向放置的直导线的正下方10
cm
处放一个罗盘,导线没有通电时罗盘的指针(小磁针的N极)指向北方;当给导线通入电流时,发现罗盘的指针偏转一定角度,根据偏转角度测定电流产生的磁场的磁感应强度.现已测出此地地磁场的磁感应强度的水平分量为5.0×10-5
T,直导线通电后罗盘指针停在北偏东60°的位置,如图所示.由此测出该通电直导线在其正下方10
cm处产生的磁场的磁感应强度大小为( )
A.5.0×10-5
T
B.1.0×10-4
T
C.8.66×10-5
T
D.7.07×10-5
T
解析:如图所示,B1为地磁场的磁感应强度的水平分量,B2为电流产生的磁场
的磁感应强度,则该位置电流产生的磁场的磁感应强度B2=B1tan
60°=
8.66×10-5
T,选项C正确.
答案:C第十三章 电磁感应与电磁波初步
1 磁场 磁感线
【基础巩固】
1.某同学在做奥斯特实验时,把小磁针放在水平的通电直导线的下方,通电后发现小磁针不动,稍微用手拨动一下小磁针,小磁针转动180°后静止.由此可知,通电直导线产生的磁场在小磁针所在位置的方向是
( )
A.自东向西
B.自南向北
C.自西向东
D.自北向南
答案:D
2.(多选)指南针是我国古代四大发明之一.关于指南针,下列说法正确的是
( )
A.指南针可以仅具有一个磁极
B.指南针能够指向南北,说明地球具有磁性
C.指南针的指向会受到附近磁体的干扰
D.在指南针正上方附近沿指针方向放置一直导线,导线通电时指南针不偏转
答案:BC
3.(多选)磁场中某区域的磁感线如图所示,A、B、C、D、E是磁场中的5个点,其中C、D两点关于直线BE对称,下列说法正确的是
( )
A.这5个位置中,E点的磁场最强
B.A点没有磁感线穿过,所以A点一定不存在磁场
C.C、D两点关于直线对称,所以C、D两点磁场强弱和方向都相同
D.B、E两点的磁场方向相同
答案:AD
4.用安培“分子电流”假说解释下列现象,其中不正确的是
( )
A.未被磁化的铁棒,内部分子电流取向杂乱无章,磁场相互抵消,对外不显磁性
B.未被磁化的铁棒放到磁场中,各分子电流在磁场作用下取向变得大致相同,铁棒被磁化,两端对外显示较强的磁作用,变成磁极
C.磁体受到高温或猛烈撞击时失去磁性,这是因为激烈的热运动或震动使分子电流取向变得杂乱无章了
D.通电直导线中的电流和环形电流都是由分子电流形成的
答案:D
5.(多选)下列电流产生的磁场的分布图正确的是
( )
ABCD
答案:AD
6.可以自由转动的小磁针在通电螺线管内部静止时指向如图所示,则( )
A.螺线管的P端为N极,A接电源的正极
B.螺线管的P端为N极,A接电源的负极
C.螺线管的P端为S极,A接电源的正极
D.螺线管的P端为S极,A接电源的负极
解析:由小磁针静止时N极指向可判定螺线管内部磁场方向由Q指向P,所以P端为N极,根据安培定则可知,电流由B流入螺线管,即B接电源正极,A接电源负极,故选项B正确.
答案:B
【拓展提高】
7.(多选)云层之间形成闪电的模拟图如图所示,图中A、B是两块位于南、北方向的带有电荷的阴雨云,在放电的过程中,两云的尖端之间形成了一个放电通道,位于通道正上方的小磁针N极转向纸内,S极转向纸外,则关于A、B的带电情况,下列说法正确的是
( )
A.带同种电荷
B.带异种电荷C.B带正电
D.A带正电
解析:由小磁针N极转向纸内,可知该点磁场方向向里,根据安培定则,可知A、B间存在由A到B的电流,所以A带正电,B带负电,选项B、D正确.
答案:BD
8.闭合开关后,小磁针A静止时的指向如图所示,则
( )
A.小磁针B的N极向纸外转
B.小磁针B的N极向纸内转
C.小磁针B不转动
D.因为电流未标出,所以无法判断小磁针B如何转动
答案:A
9.如图所示,一个正电子沿着逆时针方向做匀速圆周运动,则此正电子的运动
( )
A.不产生磁场
B.产生磁场,圆心处的磁场方向垂直纸面向里
C.产生磁场,圆心处的磁场方向垂直纸面向外
D.只在圆周内侧产生磁场
解析:正电子沿逆时针方向做匀速圆周运动时,相当于沿逆时针方向的环形电流,由安培定则可知在圆心处产生的磁场方向垂直于纸面向外,选项C正确.
答案:C
【挑战创新】
10.直流电铃的原理图如图所示.当电路接通时,弹簧片上的衔铁受到电磁铁的吸引,使小锤敲击铃铛发出声音;同时,电路在断续器的触点处断开,电磁铁磁性消失,弹簧片回到原来的位置,电路再次接通.此过程循环反复,小锤便不断敲铃.电铃中的电磁铁能用永磁体代替吗?为什么?
答案:不能.如果换成永磁体,当弹簧片上的衔铁受到永磁体的吸引使小锤敲击铃铛发出一次声音后,由于永磁体的磁性不消失,衔铁保持不动,小锤不会再敲击铃铛,便不能再发出声音了.(共28张PPT)
学 习 目 标
1.通过介绍科学家对“电生磁”和“磁生电”的研究,了解电磁感应现象发现的历史过程,认识发现电磁感应现象对推动电磁学理论和电磁技术发展的重大意义,体会科学家探索自然规律的科学态度和科学方法.
2.通过实验知道磁场变化能使闭合回路中产生感应电流,知道这种现象叫电磁感应现象,了解产生感应电流的条件,体会实验观察能力与逻辑思维能力在实验探究中的重要作用.
3.通过查阅资料等活动,知道电磁感应现象在生产、生活中的广泛应用,体会科学、技术对人类文明的推动作用.
3 电磁感应现象及应用
知识点一 划时代的发现
1.法拉第发现了磁生电现象.如图所示的电路,开关始终处于闭合状态时,B线圈中
(选填“有”或“无”)电流产生,开关闭合或断开的瞬间,B线圈中
(选填“有”或“无”)电流产生.法拉第把这种“磁生电”的现象定名为
,产生的电流叫作
.
无
有
电磁感应
感应电流
2.电流的磁效应与电磁感应有什么区别?
答案:电流的磁效应是指电流周围产生磁场,即“电生磁”.电磁感应是利用磁场产生感应电流,即“磁生电”.“电生磁”和“磁生电”是两种因果关系相反的现象.
知识点二 产生感应电流的条件
1.闭合电路的部分导体切割磁感线.
闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时,电路中会产生感应电流,如图甲所示.
(1)金属棒AB静止或沿着磁感线运动时,电路中有感应电流产生吗?
答案:没有感应电流产生.
甲
(2)金属棒AB切割磁感线时,简化示意图如图乙所示.AB切割磁感线时,闭合回路中产生了感应电流,磁场没有变化,闭合回路ABCD的面积发生了变化.与磁场相关的哪个物理量发生了变化呢?
答案:穿过闭合回路的磁通量发生了变化.
2.产生感应电流的条件.
当穿过
回路的
发生变化时,
回路中就产生感应电流.
闭合导体
磁通量
闭合导体
乙
知识点三 电磁感应现象的应用
生产、生活中广泛使用的
、
等是根据电磁感应制造的.
变压器
电磁炉
小试身手
判断下列说法的正误并和同学交流(正确的打“√”,错误的打“×”).
1.奥斯特发现了电流的磁效应,法拉第发现了电磁感应.( )
2.穿过闭合回路的磁通量只与磁场的强弱有关.
( )
3.只要闭合回路内有磁通量,闭合回路中就有感应电流.( )
4.线框不闭合,即使穿过线框的磁通量变化,线框中也没有感应电流.( )
5.导体棒切割磁感线不一定产生感应电流,但若垂直切割,则一定产生感应电流.( )
6.不论用什么方法,只要穿过闭合回路的磁通量发生变化,闭合回路中就有电流产生.( )
√
×
×
√
×
√
探究一 磁通量的变化
问题情境
(一)图甲中,导体棒向右运动;图乙中,条形磁体插入线圈;图丙中,矩形线圈绕OO'转动(小于90°).
甲
乙
丙
2.以图乙为例,还有什么方法可以改变穿过线圈的磁通量?
答案:磁体向上移动、向左右移动、向前后移动均可以使穿过线圈的磁通量变化;磁体不动,线圈绕任一直径转动等也可以使穿过线圈的磁通量变化.
1.三幅图中,穿过闭合回路的磁通量是否变化?均是如何变化的?
答案:图甲中,导体棒向右移动,闭合回路的面积减小,穿过闭合回路的磁通量减小;图乙中,磁体靠近线圈时,线圈所在位置的磁场增强,穿过闭合回路的磁通量增大;图丙中,线圈转动(小于90°),穿过闭合回路的磁通量减小.
3.若开关S一直接通,有无磁感线穿过线圈C?若有,穿过线圈C的磁通量是否变化?
答案:有磁感线穿过线圈C,但是穿过线圈C的磁通量不变化.
(二)如图所示,线圈A、电源、滑动变阻器、开关组成闭合回路;线圈C与电流表组成闭合回路,线圈A与C很近.
答案:滑动变阻器接入电路的阻值变化,线圈A中的电流变化,其产生的磁场变化,穿过线圈C的磁通量变化;开关S由断开改为闭合、开关S由闭合改为断开、线圈A远离线圈C也可以使穿过线圈C的磁通量发生变化.
4.当开关S接通时,改变滑动变阻器接入电路的阻值,穿过线圈C的磁通量是否变化?还有哪些方式可以改变穿过线圈C的磁通量?
过程建构
引起闭合回路磁通量变化的原因:
(1)磁感应强度B不变,有效面积S发生变化.
(2)有效面积S不变,磁感应强度B发生变化.
(3)磁感应强度B和有效面积S都变化.
【典例1】(多选)如图所示,竖直放置的长直导线通有恒定电流,有一矩形线框与导线在同一平面内,在下列情况中,穿过线框的磁通量发生变化的是( )
A.导线中电流变大
B.线框向右平动
C.线框向下平动
D.线框以ab边为轴转动
E.线框以直导线为轴转动
解析:选项A中,I增大时引起导线周围的磁场增强,穿过线框的磁通量增大,选项A正确.选项B中,距离直导线越远,磁感线分布越疏,因此线框向右平动时,穿过线框的磁通量变小,选项B正确.选项D中,线框以ab边为轴转动,有效面积S变化,穿过线框的磁通量变化,选项D正确.
答案:ABD
探究二 产生感应电流的条件
问题情境
1.实验装置如图所示,观察磁体在螺线管中运动或静止时回路中是否有电流产生,将观察到的现象填入表格.
磁体的状态
回路中是否有电流
N极插入线圈
?
N极停在线圈中
?
N极从线圈中抽出
?
S极插入线圈
?
S极停在线圈中
?
S极从线圈中抽出
?
答案:有 没有 有 有 没有 有
2.实验装置如图所示,观察下面几种情况下线圈B中是否有电流产生,将观察到的现象填入表格.
答案:有 有 没有 有
开关和滑动变阻器的状态
线圈B中是否有电流
开关闭合瞬间
?
开关断开瞬间
?
开关闭合时,滑动变阻器滑片不动
?
开关闭合时,迅速移动
滑动变阻器的滑片
?
3.利用“2”中的实验装置进行实验,当开关处于断开状态时,迅速移动滑动变阻器的滑片或将线圈A快速插入(或拔出)线圈B,线圈B中是否有电流?为什么?
答案:没有电流.通过对比“2”的操作过程及现象,此时线圈A所在的电路处于断开状态,因此,线圈B所在的电路没有产生感应电流.
4.请你根据实验现象总结,什么情况下闭合导体回路中产生感应电流.
答案:当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时,闭合导体回路中就产生感应电流.
过程建构
是否产生感应电流,主要体现在“磁通量变化”上,有没有磁感线穿过闭合导体回路不是产生感应电流的条件,如果穿过回路的磁通量很大但不变化,那么无论磁通量多么大,都不会产生感应电流.
【典例2】(多选)下图中能产生感应电流的是( )
A.磁体靠近弯曲的导线
B.导体棒在金属导轨
上沿相反方向运动
C.通入增大的电流(水平直导线在水平导体圆环的正上方)
D.导体框向右平动
答案:BD
解析:选项A中,回路没有闭合,无感应电流产生;选项B中,闭合回路面积增大,通过闭合导体回路的磁通量增大,有感应电流产生;选项C中,穿过导体环的磁感线相互抵消,磁通量恒为0,无感应电流产生;选项D中,穿过闭合导体回路的磁通量减小,有感应电流产生.综上所述,选项B、D正确.
课堂评价
答案:D
1.首先发现电流的磁效应和电磁感应的物理学家分别是
( )
A.安培和法拉第 B.法拉第和楞次
C.奥斯特和安培 D.奥斯特和法拉第
答案:CD
2.(多选)闭合导体线框在匀强磁场中运动的情况如下图所示,能产生感应电流的是
( )
A.线框垂直纸面向外运动
B.线框向右运动
C.线框绕OO'转动
D.线框绕虚线转动
3.如图所示,矩形导体线框abcd由静止开始运动,若要使线框中产生感应电流且穿过线框的磁通量逐渐变大,则线框的运动情况应该是
( )
答案:A
A.向右平动(ad边还没有进入磁场)
B.向上平动(ab边还没有离开磁场)
C.以bc边为轴转动(ad边还没有转入磁场)
D.以ab边为轴转动(转角不超过90°)
4.(多选)如图所示,在匀强磁场中有两条平行的金属导轨,磁场方向与导轨平面垂直;导轨上有两条可沿导轨移动的导体棒A、C.若导体棒的运动速度大小分别为v1、v2.下列四种情况,回路中产生感应电流的是( )
答案:ABC
A.v1>v2,且方向相反
B.v1C.v1=v2,且方向相反
D.v1=v2,且方向相同
学科素养培优
模型建构——产生感应电流的常见类型
1.切割磁感线类:闭合回路的一部分导体切割磁感线时,闭合回路中产生电流(见图甲).
2.磁体与线圈相对运动类:磁体插入和拔出线圈时,回路中产生电流(见图乙).
3.电流变化类:如图丙所示,当开关S闭合或断开时,线圈B中产生电流;开关闭合,滑动变阻器滑片向上或向下滑时,回路B中产生电流.
甲
乙
丙
【典例】如图所示,在匀强磁场中的U形导轨上,有两根等长的平行导体棒AB和CD,它们以相同的速度v匀速向右滑动.为使AB中有感应电流产生,下列操作可行的是( )
A.断开和闭合开关都可以B.断开开关
C.断开和闭合开关都不行D.闭合开关
解析:若开关断开,导体棒运动时,只有ABCD是闭合回路,但穿过ABCD的磁通量不变,不产生感应电流;若开关闭合,导体棒运动时,穿过闭合回路ABNM的磁通量变化,产生感应电流,选项D正确.
答案:D
【素养建构】
判断是否产生感应电流的一般思路:章末整合提升
主题一 功和功率的计算
1.安培定则的应用.
安培定则描述了电流方向与电流产生的磁场的方向之间的关系,应用它可以判断直线电流、环形电流及通电螺线管周围磁感线的分布及方向.在应用时,应注意分清“因”和“果”.
2.磁场叠加问题.
空间中的磁场通常会是多个磁场的叠加,磁感应强度是矢量,可以利用平行四边形定则解决磁场的叠加问题.通常,题目中出现的磁场不是匀强磁场.如图所示,通电直导线M、N中的电流大小相等,M中的电流在C点的磁感应强度为B1,B1垂直MC,N中的电流在C点的磁感应强度为B2,B2垂直NC,C点的磁感应强度为B1和B2的矢量和B.
【典例1】如图所示,在磁感应强度大小为B0的匀强磁场中,两长直导线P和Q垂直于纸面固定放置,二者之间的距离为l.在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流I时,纸面内与两导线距离均为l的A点的磁感应强度为0.如果让P中的电流反向,其他条件不变,那么A点的磁感应强度的大小为
( )
A.0 B.B0 C.B0 D.2B0
解析:导线P和Q中电流I均垂直于纸面向里时,设它们在A点产生的磁感应强度大小分别为BP、BQ,则BP=BQ=B1,如图所示.
BP与BQ的夹角为60°,它们在A点的合磁场的磁感应强度平行于PQ向右、大小为B1.又根据题意A点的实际磁感应强度BA=0,则B0=B1,且B0平行于PQ向左.若P中电流反向,则BP反向、大小不变,BQ和BP大小不变,夹角变为120°,二者的合磁场的磁感应强度大小为B1'=B1(方向垂直于PQ向上,与B0垂直),此时A点实际磁感应强度BA'==B0,则选项A、B、D均错误,选项C正确.
答案:C
【典例2】如图甲所示,A、B两平行直导线中通有相同的电流,当两通电导线垂直纸面放置于圆周上,且两导线与圆心连线的夹角为60°时,圆心处的磁感应强度大小为B.如图乙所示,C导线中通有与A、B导线完全相同的电流,A、B、C垂直纸面放置在圆周上,且A、B两导线与圆心连线的夹角为120°,B、C两导线与圆心连线的夹角为30°,则此时圆心处的磁感应强度大小为( )
甲乙
A.B B.B C.0 D.B
解析:当A、B两导线与圆心连线的夹角为60°时,它们在圆心处的磁感应强度如图甲所示,设BA=BB=B1,则有B=B1.如图乙所示,当A、B两导线与圆心连线夹角为120°时,它们在圆心处的磁感应强度的矢量和为B'=B1;B'与C导线在圆心处产生的磁场叠加,磁感应强度矢量和为B1,因此圆心处的磁感应强度大小为B,选项A正确.
甲乙
答案:A
主题二 磁通量及其变化
1.对磁通量的理解.
磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积是穿过这个面积的磁通量,定义式为Φ=BS,适用于匀强磁场;磁通量也可以用穿过某一面积磁感线的净条数来表示.
(1)面积S是指平面中有磁场的那部分区域的有效面积.
如图所示,若闭合回路abcd和矩形ABCD共面,均与匀强磁场垂直,面积分别为S1和S2,且S1>S2,但磁场分布在矩形ABCD对应的区域,穿过S1和S2的磁通量是相同的,Φ=BS中的S是指闭合回路中包含磁场的那部分的有效面积S2.
(2)如果平面与磁感应强度B不垂直,可将磁感应强度B向着垂直于平面的方向投影,也可以将平面向着垂直于磁感应强度B的方向投影.
特例:B∥S时,Φ=0;B⊥S时,Φ最大(Φ=BS).
(3)磁通量与线圈的匝数无关.线圈匝数的多少不改变线圈面积的大小,所以不管有多少匝线圈,S是不变的,B也和线圈无关,所以磁通量不受线圈匝数影响.也可以理解为磁通量大小只取决于穿过闭合线圈的磁感线条数.
2.磁通量的正、负.
(1)磁通量是标量,其正、负不表示大小,只表示与规定的正方向相同或相反.若磁感线沿相反方向穿过同一平面,且正向磁通量为Ф1,反向磁通量为Ф2,则磁通量等于穿过该平面的磁通量的代数和,即Ф=Ф1-Ф2,这类似于导体带电时的“净”电荷.
(2)穿过任意闭合曲面的磁通量一定为0.例如一个球面,磁感线只要穿入球面,就一定穿出球面,穿过球面的磁感线的净条数为0,即穿过球面的磁通量为0.
3.磁通量的变化量ΔΦ.
如图所示,θ为磁场方向与平面的夹角.B是匀强磁场的磁感应强度,线圈的面积为S,穿过线圈的磁通量Φ=BSsinθ.
(1)S、θ不变,B改变,这时ΔΦ=ΔB·Ssinθ.
(2)B、θ不变,S改变,这时ΔΦ=ΔS·Bsinθ.
(3)B、S不变,θ改变,这时ΔΦ=BS(sin
θ2-sin
θ1).
磁通量Φ是由B、S及它们间的夹角θ共同决定的,磁通量的变化情况应从B、S、θ这三个方面去考虑.
【典例3】如图所示,一有界匀强磁场(磁感应强度为B)恰好完全垂直穿过圆环C,正方形线框A与圆环C在同一平面内.设正方形线框A的面积为S1,圆环C的面积为S2,则穿过正方形线框的磁通量为
( )
A.BS1 B.BS2C.B(S1-S2) D.B(S1+S2)
解析:线框平面与磁场方向垂直,穿过正方形线框的磁通量Φ=BS2,故选项B正确.
答案:B
【典例4】如图所示,框架面积为S,框架所在平面与磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直.
(1)若使框架绕OO'轴从初始位置转过60°,则穿过框架的磁通量为多少?
(2)若使框架绕OO'轴从初始位置转过90°,则穿过框架的磁通量为多少?
(3)若使框架绕OO'轴从初始位置转过180°,则穿过框架的磁通量变化量为多少?
解析:(1)当框架绕OO'轴转过60°,
Φ=BS⊥=BS·cos
60°=BS.
(2)当框架绕OO'轴转过90°时,由磁感线垂直穿过线框变为磁感线与磁场平行,Φ'=0.
(3)在初始位置时,磁感线与框架平面垂直,Φ1=BS,
框架转过180°时,磁感线仍然垂直穿过框架,只不过穿过方向改变了,因而Φ2=-BS,
ΔΦ=Φ2-Φ1=-2BS,即磁通量变化了2BS.
答案:(1)BS (2)0 (3)2BS
