2024年高中物理新教材同步学案 必修第三册 第13章　章末素养提升（含解析）

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章末素养提升 例1　(2022·沂南第一中学高二开学考试)下列说法正确的是(　　) A．原子从低能级向高能级跃迁时放出光子能量等于两个能级之差 B．爱因斯坦提出了能量子的假设，得出了黑体辐射强度按波长分布的公式 C．变化的磁场能产生电场，变化的电场不能产生磁场 D．电磁波谱按照波长由大到小顺序排列为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线 答案　D 解析　原子从低能级向高能级跃迁时吸收光子能量等于两个能级之差，故A错误；普朗克引入能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元，故B错误；变化的磁场能产生电场，变化的电场也能产生磁场，故C错误；电磁波按波长由大到小的顺序排列为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线，故D正确。 例2　(多选)(2023·青岛二中高二月考)1876年物理学家罗兰完成了著名的“罗兰实验”。罗兰把大量的负电荷加在一个橡胶圆盘上，然后在圆盘附近悬挂一个小磁针，将圆盘绕中心轴按图示方向(自上向下看顺时针)高速旋转，发现小磁针发生偏转。忽略地磁场对小磁针的影响，则下列说法正确的是(　　) A．小磁针发生偏转的原因是橡胶圆盘上产生了电场 B．小磁针发生偏转说明因电荷运动形成的电流产生了磁场 C．当小磁针位于圆盘的左上方时，它的N极向左侧偏转 D．当小磁针位于圆盘的左下方时，它的N极向右侧偏转 答案　BCD 解析　由题意可知，小磁针受到磁场力的作用，原因是由于电荷的定向移动形成的电流，产生了磁场，故A错误，B正确；小磁针处于圆盘的左上方时，圆盘带负电，根据安培定则可知，产生的磁场方向向上，则小磁针的N极向左侧偏转，故C正确；同理，当小磁针处于圆盘的左下方时，则小磁针的N极向右侧偏转，故D正确。 例3　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＝60°，在M、N处各有一条长直导线垂直穿过纸面，导线中通有大小相等的恒定电流，方向如图所示，这时O点的磁感应强度大小为B1。若将M处长直导线移至P处，则O点的磁感应强度大小为B2，那么B2与B1之比为(　　) A.eq \r(3)∶1 B.eq \r(3)∶2 C．1∶1 D．1∶2 答案　B 解析　如图甲所示，当通有电流的长直导线在M、N两处时，根据安培定则知，二者在圆心O处产生的磁感应强度方向相同，磁感应强度大小都为B＝eq \f(B1,2)；当将M处长直导线移至P处时，如图乙所示，每根直导线在圆心O处产生的磁感应强度大小为eq \f(B1,2)，根据平行四边形定则，由图乙中的几何关系可得cos 30°＝eq \f(\f(B2,2),\f(B1,2))＝eq \f(B2,B1)＝eq \f(\r(3),2)，故B正确。 例4　(2023·贵阳市高二月考)在如图所示的各图所描述的物理情境中，能产生感应电流的是 (　　) A．甲图中开关S闭合稳定后，线圈N中 B．乙图矩形导电线圈平面垂直于磁场方向向右平移，线圈中 C．丙图金属框从A位置向B位置运动，金属框中 D．丁图矩形导电线圈绕水平轴OO′匀速转动，线圈中 答案　C 解析　题图甲中开关S闭合稳定后，穿过线圈N的磁通量保持不变，所以线圈N中不产生感应电流，故A错误；题图乙矩形导电线圈平面垂直于磁场方向向右平移，穿过线圈平面的磁通量不变，所以线圈中不产生感应电流，故B错误；题图丙金属框从A位置向B位置运动，穿过金属框的磁通量发生变化，所以会在金属框中产生感应电流，故C正确；题图丁矩形导电线圈绕水平轴OO′匀速转动中，穿过线圈的磁通量不变，所以在线圈中不产生感应电流，故D错误。 例5　(2022·嘉积中学高二期末)某激光器能发射波长为530 nm的激光，发射功率为2.3 W，光速为3×108 m/s，普朗克常量为6.63×10－34 J·s，则激光器每秒发射的光子数量约为(　　) A．3.0×1018 B．4.3×1017 C．6.1 ×1018 D．5.6 ×1019 答案　C 解析　每个光子能量为E＝heq \f(c,λ)，设1 s内激光发出光子数为n，则Pt＝nE，联立得n＝eq \f(Ptλ,hc)≈6.1×1018，故选C。 例6　(多选)(2023·天台平桥中学高二月考)在能量量子化研究的历程中，以下说法正确的是 (　　) A．物质辐射(或吸收)能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的 B．黑体既不反射电磁波，也不向外辐射电磁波 C．能量子假说中的能量子的能量ε＝hν，ν为带电微粒的振动频率，h为普朗克常量 D．一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度无关 答案　AC 解析　普朗克在研究物体热辐射的规律时发现，电磁波的辐射和吸收不是连续的，而是一份一份地进行的，每一份能量叫作一个能量子，能量子的能量ε＝hν，ν为带电微粒的振动频率，h为普朗克常量，故A、C正确；黑体不反射电磁波，但会向外辐射电磁波，即黑体辐射，故B错误；一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，故D错误。 例7　(2023·铁人中学高二月考)如图所示，固定于水平面上的金属架CDEF处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒MN沿框架以速度v向右做匀速运动。当t＝0时，磁感应强度大小为B0，此时MN到达的位置恰好使MDEN构成一个边长为L的正方形。为使MN棒中不产生感应电流，则： (1)磁感应强度B应随时间t增大还是减小？ (2)从t＝0开始，磁感应强度B与t应满足的关系式。 答案　(1)减小　(2)B＝eq \f(B0L,L＋vt) 解析　(1)由感应电流产生的条件可知，金属棒MN沿框架以速度v向右做匀速运动时，为使MN棒中不产生感应电流，则穿过MDEN回路的磁通量保持不变，故磁感应强度B应随时间t减小。 (2)穿过回路的磁通量保持不变，则有 B0L2＝BL(L＋vt) 解得B＝eq \f(B0L,L＋vt)。物理观念12概念1.磁场：是一种特殊的物质，对磁体或通电导体有力的作用 2.磁感线：用来形象描述磁场引入的假想的线，曲线上每一点的切线方向都跟这点磁场的方向一致 3.磁感应强度：在磁场中垂直磁场方向的通电导线，所受的磁场力F跟电流I和长度l的乘积Il的比值叫磁感应强度 4.磁通量：匀强磁场中磁感应强度B和与磁场方向垂直的平面面积S的乘积，即Φ＝BS 5.感应电流：法拉第把他发现的磁生电的现象叫作电磁感应，产生的电流叫作感应电流 6.电磁场：变化的电场和磁场互相联系，所形成的不可分割的统一体 7.电磁波：周期性变化的电场和周期性变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成电磁波 8.电磁波谱：按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列起来，就是电磁波谱 9.热辐射：一切物体都在辐射电磁波，且辐射强度与物体的温度有关，所以叫热辐射 10.黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射 11.能量子：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍，这个最小的能量值ε叫能量子 12.能级：原子的能量是量子化的，量子化的能量值叫能级1个定则1.直线电流的磁场 安培定则：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 2.环形电流的磁场 安培定则：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 3.通电螺线管的磁场 安培定则：用右手握住螺线管，让弯曲的四指与螺线管电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是螺线管轴线上磁场的方向1个条件产生感应电流的条件：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4个关系1.B＝eq \f(F,Il) 2.Φ＝BS 3.c＝λf 4.ε＝hν科学思维1.类比的思想：对于磁场，通过与电场进行类比学习。如，磁场与电场类比；磁感应强度与电场强度类比；磁感线与电场线类比 2.通过“做一做”可以体会赫兹对电磁波预言的证实，体现了假说、理论预言、实验证实、质疑创新等科学思维在科学发现中的重要意义科学探究通过实验“探究感应电流产生的条件”，提高科学探究能力。从已有认知出发，在初中学习的基础上提出问题。通过法拉第的发现，体会“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才出现的效应科学态度与责任电磁感应现象的发现是电磁学中最重大的发现之一。利用电磁感应原理制造的发电机使人类获取了巨大而廉价的电能，为电气化发展奠定了基础