2020-2021学年高二上学期物理鲁科版（2019）必修第三册学案：第五章初识电磁场与电磁波

第5章
知识体系·思维导图
考点整合·素养提升
　 考 点　电磁感应现象
角度1电磁感应现象的产生(难度☆☆☆)
1.产生感应电流的条件:只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化,闭合导体回路中就有感应电流产生。
2.引起磁通量变化的几种情况:
(1)闭合电路导线围成的面积不变,但闭合电路处的磁感应强度大小发生变化。
(2)磁感应强度不变,闭合电路导线围成的面积发生变化。
(3)线圈平面与磁场方向的夹角发生变化。
角度2电磁场的产生(难度☆☆☆)
变化的原场 产生的新场
恒定的磁场(电场) 不产生电场(磁场)
均匀变化的磁场(电场) 恒定的电场(磁场)
不均匀变化的磁场(电场) 变化的电场(磁场)
1.关于感应电流,下列说法中正确的是 (　　)
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.穿过某闭合线圈的磁通量为零时,线圈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
【解析】选D。产生感应电流的条件:回路闭合、磁通量变化,即使某时刻穿过闭合电路的磁通量为0,但只要磁通量在变化,电路中就有感应电流,故选项D正确,A、B、C错误。
2.(多选)在空间某处存在一变化的磁场,则 (　　)
A.在磁场中放一闭合线圈,线圈中一定会产生感应电流
B.在磁场中放一闭合线圈,线圈中不一定产生感应电流
C.在磁场中不放闭合线圈,在变化的磁场周围一定不会产生电场
D.在磁场中不放闭合线圈,在变化的磁场周围一定会产生电场
【解析】选B、D。根据感应电流的产生条件,只有穿过闭合线圈的磁通量发生变化,线圈中才产生感应电流,A错误,B正确;变化的磁场产生感生电场,与是否存在闭合线圈无关,C错误,D正确。
　　【加固训练】
(多选)(2020·江苏高考改编)如图所示,两匀强磁场的磁感应强度B1和B2大小相等、方向相反。金属圆环的直径与两磁场的边界重合。下列变化会在环中产生感应电流的是 (　　)
A.同时增大B1减小B2
B.同时减小B1增大B2
C.同时以相同的变化率增大B1和B2
D.同时以相同的变化率减小B1和B2
【解析】选A、B。闭合线圈内的磁通量发生改变时,会产生感应电流,同时增大B1减小B2以及同时减小B1增大B2,都会使线圈的磁通量改变,产生感应电流,以相同的变化率增大或减小B1和B2时,磁通量始终为零,没有发生变化,故没有感应电流,故A、B正确,C、D错误。
　考点1　对磁感应强度B=的认识及应用
角度1对磁感应强度的理解(难度☆☆☆)
1.适用条件:通电导线垂直磁场放置。适用于任何磁场,在非匀强磁场中IL为电流元相当于电场中的“试探电荷”。
2.B与F和IL的关系:磁场在某位置的磁感应强度的大小与方向是客观存在的,与通过导线的电流大小、导线的长短无关,即使不放入载流导线,磁感应强度也照样存在,故不能说“B与F成正比”或“B与IL成反比”。
3.磁感应强度的方向:小磁针静止时N极所指的方向,或小磁针静止时S极所指的反方向。
角度2磁感应强度的求解(难度☆☆☆)
1.运用公式:B=,通过通电直导线在磁场中的受力求解时需要注意导线要与磁场垂直。
2.运用公式:B=,通过磁通量求解时需要注意平面S要与磁场垂直。
1.对磁感应强度的定义式B=的理解,下列说法正确的是 (　　)
A.磁感应强度B跟安培力F成正比,跟电流强度I和导线长度L的乘积成反比
B.公式表明,磁感应强度B的方向与通电导线所受安培力F的方向相同
C.磁感应强度B是由磁场本身决定的,不随F,I及L的变化而变化
D.如果通电导体在磁场中某处受到的安培力F等于零,则该处的磁感应强度也等于零
【解析】选C。磁感应强度的定义式B=只是比值定义,但磁感应强度B是由磁场本身决定的,不随F,I及L的变化而变化,故A错误,C正确;实验探究可以发现磁感应强度B的方向与通电导体所受力F的方向垂直,B错误;当导体与磁场平行时,受到的安培力F=0,但该处的磁感应强度并不等于0,D错误。
2.在磁场中某一点,已经测出一段0.5 cm长的导线中通入0.01 A 电流时,受到的安培力为5.0×10-6 N,则下列说法正确的是 (　　)
A.该点磁感应强度大小一定是0.1 T
B.该点磁感应强度大小一定不大于0.1 T
C.该点磁感应强度大小一定不小于0.1 T
D.该点磁感应强度的方向即为导线所受安培力的方向
【解析】选C。由于导线放置情况不明,因此磁感应强度的最小值Bmin== T=0.1 T,而磁感应强度的方向与安培力方向垂直,则C正确,A、B、D错误。
3.匀强磁场中存在一平面,平面面积为0.1 cm2,已知该平面的磁通量为0.5 Wb,则该匀强磁场的磁感应强度大小为 (　　)
A.5 T　　 B.500 T
C.50 T D.以上均有可能
【解析】选D。磁感应强度计算式B=适用于B与S垂直时,由于题干没有说明平面与磁场的夹角,所以磁感应强度可以为任意值,选项A、B、C给出的答案均有可能,故D正确。
【加固训练】
　　1.关于磁感应强度B、电流I、导线长度l和电流所受磁场力F的关系,下面的说法中正确的是 (　　)
A.在B=0的地方,F一定等于零
B.在F=0的地方,B一定等于零
C.若B=1 T,I=1 A,l=1 m,则F一定等于1 N
D.若l=1 m,I=1 A,F=1 N,则B一定等于1 T
【解析】选A。应用公式B=或F=IlB时要注意导线必须垂直于磁场方向放置。故选项A正确,B、C、D错误。
2.(多选)下列说法正确的是 (　　)
A.通过某平面的磁感线条数为零,则此平面处的磁感应强度一定为零
B.空间各点磁感应强度的方向就是该点的磁场方向
C.平行放置的两条形磁铁异名磁极间的磁场为匀强磁场
D.磁感应强度为零,则通过放在该处的某平面的磁感线条数一定为零
【解析】选B、D。磁感应强度反映磁场的强弱和方向,它的方向就是该处磁场的方向,故选项B正确;磁感应强度为零,放在该处的某平面一定无磁感线穿过,故选项D正确;穿过某一平面的磁感线的条数除与磁场强弱有关之外,还与平面的放置情况有关,若某平面无磁感线穿过,可能磁场很强,只是平面平行于磁场放置导致磁感线穿过该平面的条数为零,所以选项A错误;平行放置的两条形磁铁异名磁极间的磁场不一定是匀强磁场,近距离平行放置的两异名磁极间其中间部分的磁场可认为是匀强磁场,选项C错误。
　考点2　安培定则与磁场的叠加
角度1安培定则的应用(难度☆☆☆)
1.安培定则的应用:
原因
(电流方向) 结果
(磁场方向)
直线电流的磁场 大拇指 四指
环形电流及通电螺线管的磁场 四指 大拇指
提醒:在应用安培定则时一定要注意四指与拇指的作用及指向。
2.一个其他形状电流(如矩形,三角形等)的磁场,从整体效果上可以等效为环形电流的磁场,也可以分成几段直线电流判断,然后用磁场叠加思想处理。
角度2磁场的叠加(难度☆☆☆☆)
1.磁场的叠加原理:磁感应强度是矢量,在进行运算时遵循平行四边形定则。
2.主要步骤:
(1)确定磁场场源,如通电导线。
(2)定位空间中需求解磁场的点,利用安培定则判定各个场源在这一点上产生的磁场的大小和方向。
(3)应用平行四边形定则进行合成。
1.(多选)如图所示,M、N和P是以MN为直径的半圆弧上的三点,O为半圆弧的圆心,∠MOP=90°,在M、P处各有一条长直导线垂直穿过纸面,导线中通有垂直纸面向里、大小相等的恒定电流。整个系统处于平行于纸面的匀强磁场中,匀强磁场的磁感应强度大小为B0,此时O点的磁感应强度为零,则 (　　)
A.匀强磁场的方向水平向左
B.M处电流在圆心O点处产生的磁感应强度大小为B0
C.P处电流在圆心O点处产生的磁感应强度大小为B0
D.若把P点处电流反向,其他条件不变,则O点磁感应强度大小为B0
【解析】选C、D。根据安培定则可知,两导线在O点形成的磁感应强度如图所示,两电流的合磁感应强度大小与外磁场大小相等为B0,方向相反。则根据几何关系可知,两导线单独形成的磁感应强度大小为B0,故A、B错,C正确;当P处电流反向后,根据几何关系可得合磁场为B0,故D正确。
2.(多选)无限长通电直导线在周围某一点产生的磁场的磁感应强度B的大小与电流成正比,与导线到这一点的距离成反比,即B=(式中k为常数),如图所示,两根相距L的无限长直导线M、N通有大小相等、方向相反的电流,a点在两根导线连线的中点,b点在a点正上方且距两根直导线的距离均为L,下列说法正确的是(　　)
A.a点和b点的磁感应强度方向相同
B.a点和b点的磁感应强度方向相反
C.a点和b点的磁感应强度大小之比为4∶
D.a点和b点的磁感应强度大小之比为4∶1
【解析】选A、D。设通电导线在距离L处产生的磁感应强度大小为B0,两导线MN在b点产生的磁感应强度方向成120°角,磁感应强度的合矢量为B0,方向垂直MN向下;由B=知,两导线MN在a点产生的磁感应强度大小均为2B0,磁感应强度的合矢量为4B0,方向垂直MN向下。所以a点和b点的磁感应强度方向相同,大小之比为4∶1,故A、D正确,B、C错误。
【加固训练】
1.(多选)有两根长直导线a、b互相平行放置,如图所示为垂直于导线的横截面图。在如图所示的平面内,O点为两根导线连线的中点,M、N为两导线连线段的中垂线上的两点,与O点的距离相等,aM与MN夹角为θ。若两导线中通有大小相等、方向相同的恒定电流I,单根导线中的电流在M处产生的磁感应强度为B0。则关于线段MN上各点的磁感应强度,下列说法中正确的是 (　　)
A.M点和N点的磁感应强度方向一定相反
B.M点和N点的磁感应强度大小均为2B0cos θ
C.M点和N点的磁感应强度大小均为2B0sin θ
D.在线段MN上各点的磁感应强度都不可能为零
【解析】选A、B。作出两根导线在M、N处产生的磁感应强度的示意图,并根据平行四边形定则求出合磁场,如图所示,则M、N两点的磁感应强度B大小相等,B=2B0cos θ,方向相反,选项A、B均正确,C错误;在线段MN的中点O处,合磁感应强度的矢量和为零,选项D错误。
2.如图所示,三根长直导线A、B和C垂直纸面并固定于等腰直角三角形的三个顶点上,三根导线均通有方向垂直纸面向里的电流I时,AC的中点O处磁感应强度的大小为B0。若使A中的电流反向其他条件不变,则O点处磁感应强度的大小变为 (　　)
A.0　　　B.B0　　　C.B0　　　D.B0
【解析】选C。当三导线中均通有垂直纸面向里的电流I时,A、C中点O磁感应强度为B0,用右手螺旋定则判断通电直导线A与通电直导线C在O点的合磁场为零,则通电直导线B在O点产生的磁场方向沿着AC,由A指向C,磁感应强度为B0,如果使A中的电流反向其他条件不变,则通电直导线A与通电直导线C在O点的合磁场大小为2B0,方向垂直AC向上;依据矢量的合成法则,则三根通电直导线在O点共同产生的磁场大小为:B合==B0,故A、B、D错误,C正确。