人教版 (2019)必修 第三册第十三章 电磁感应与电磁波初步综合与测试学案

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[核心速填]
1．磁场
(1)发现：奥斯特发现了电流的磁效应。
(2)性质：对放入磁场的磁体或电流有力的作用。
(3)磁感线：为形象描述磁场引入的假想线，可以描述磁场的强弱和方向。
(4)可以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。
(5)磁感应强度的定义式：B＝eq \f(F,Il)。
(6)磁通量：Φ＝B·S。
2．电磁感应现象及应用
(1)法拉第探索电磁感应现象。
(2)产生感应电流的条件：闭合电路的磁通量发生变化。
3．电磁波及其应用
(1)麦克斯韦的电磁场理论：变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场。
(2)麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验证实了电磁波的存在。
(3)电磁波在真空中的传播速度c＝3.0×108 m/s。
4．能量量子化
(1)热辐射：一切物体都在辐射电磁波。
(2)热辐射规律：温度越高，热辐射中波长较短的成分越强。
(3)普朗克能量子假设：ε＝hν。
(4)能级：原子处于一系列不连续的能量状态中，在最低能级最稳定，由高能级向低能级跃迁时放出光子。
1．相似之处
(1)电场线和磁感线都是为了形象地描述场而引入的假想的曲线，实际上并不存在。
(2)电场线和磁感线都是用来描述场的强弱和方向的，电场线和磁感线切线方向分别表示了电场和磁场的方向。
(3)电场线和磁感线都不能相交。因为如果相交，在相交点就会出现两个切线方向，与电场和磁场中某一确定点的场的方向是唯一的相矛盾。
2．电场线和磁感线的显著区别：电场线起始于正电荷或无穷远，终止于无穷远或负电荷，是非闭合的曲线，而磁感线是闭合的曲线。
【例1】 (多选)关于电场线和磁感线的概念，以下说法正确的是( )
A．电场线和磁感线都是不封闭的曲线
B．沿着磁感线的方向，磁场越来越弱
C．任意两条电场线或磁感线都不能相交
D．电场线和磁感线的疏密都表示场的强弱
CD [电场线和磁感线都是为了形象描述场而引入的模型，由于曲线的切线方向表示场的方向，所以不可能相交，其疏密都反映场的强弱，所以B错误，C、D正确；电场线不闭合，而磁感线是闭合的，在条形磁铁外部，磁感线由N极到S极；在条形磁铁内部由S极到N极，故A错误．]
1．磁场中某区域的磁感线，如图所示，则( )
A．a、b两处的磁感应强度的大小不等，Ba＞Bb
B．a、b两处的磁感应强度的大小不等，BaC．同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力大
D．同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力小
B [根据磁感线的疏密程度可以判断出a、b两处的磁感应强度的大小不等，Ba＜Bb，即B正确；同一通电导线放在a、b处时的位置(即放入时与磁感线的方向)不确定，则其受安培力的大小就不一定。]
应用安培定则时要分清是直线电流还是环形电流。
(1)判断直线电流周围的磁场：
伸直的大拇指方向——电流方向
四指弯曲方向——周围磁感线环绕方向。
(2)判断环形电流周围的磁场：
四指弯曲方向——电流方向
伸直的大拇指方向——环形电流中心磁场方向。
(3)判断载流螺线管的磁场：
四指弯曲方向——电流方向
伸直的大拇指方向——载流螺线管中心磁场方向。
【例2】 如图为电流产生磁场的分布图，正确的分布图是( )
A．①③ B．②③ C．①④ D．②④
C [电流产生磁场的磁感线方向可以用安培定则来判定。对直线电流：手握导线，大拇指指向电流方向，四指指向磁感线的环绕方向，据此判定知①对，②错；对环形电流：四指指电流方向，大拇指指向中心轴线的磁感线方向，所以③错，④对。判断时注意立体图形的俯视方向，所以选项C正确。]
2．如图所示，带负电的金属环绕轴OO′以角速度ω匀速旋转，在环左侧轴线上原小磁针最后平衡的位置是( )
A．N极竖直向上B．N极竖直向下
C．N极沿轴线向左D．N极沿轴线向右
D [金属环匀速旋转时，形成的电流方向与旋转方向相反，由安培定则可以判断轴线上磁场的方向向右，则小磁针N极静止时的指向向右。]
1．通过实验归纳得出，电流方向跟磁场垂直时，电流受到的安培力最大为F＝BIl，平行放置时安培力为零。一般情况下，电流受到的安培力介于零和最大值之间，所以F＝BIl只适用于电流与磁场方向垂直的情况。
2．磁感应强度由磁场本身决定，跟在该位置放入的导体长度l、电流I的大小及受到磁场的作用力均无关，与放不放通电导体也无关。
3．不能根据公式B＝eq \f(F,Il)说B与F成正比，与Il成反比。
4．由公式B＝eq \f(F,Il)计算B时，通电直导线必须垂直于磁场放入，如果小段通电导线平行放入磁场，其所受安培力F为零，但不能说该处磁感应强度B为零。
【例3】 关于磁感应强度，下列说法正确的是( )
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＝eq \f(F,Il)
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＝eq \f(F,Il)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
思路点拨：①公式B＝eq \f(F,Il)是磁感应强度的定义式，而不是决定式。
②磁感应强度的方向就是该点小磁针N极受力方向。
C [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，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。]
3．关于磁感应强度，下列说法正确的是( )
A．由B＝eq \f(F,Il)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，该点就有磁感应强度，如果将通电导线拿走，该点的磁感应强度就为零
C．通电导线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(即B＝0)
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
D [磁感应强度B＝eq \f(F,Il)是定义式，用来量度某处的磁感应强度，但磁感应强度是由磁场本身的性质决定的，与放入的通电导线无关；当通电导线与磁场方向平行时受磁场力为零，但不能说明B＝0，故选项A、B、C均错，只有选项D正确。]
1．麦克斯韦总结了人们对电磁规律的研究成果，大胆预言了电磁场的存在，完整建立了电磁场理论。其理论的根本：变化的磁场(电场)产生电场(磁场)；均匀变化的磁场(电场)产生稳定的电场(磁场)；周期性变化的磁场(电场)产生周期性变化的电场(磁场)。赫兹的实验验证了麦克斯韦的电磁场理论。
2．周期性变化的电场和磁场从产生的区域由近及远地向周围空间传播开去，就形成了电磁波。
【例4】 (多选)应用麦克斯韦的电磁场理论判断如图所示的表示电场产生磁场(或磁场产生电场)的关系图像中(每个选项的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( )
A B C D
BCD [A图中的上图磁场是恒定的，由麦克斯韦的电磁场理论可知周围空间不会产生电场，A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，下图中的磁场是稳定的，所以B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，C图是正确的；D图中的上图是振荡的电场，在其周围空间产生振荡的磁场，故D正确。]
[一语通关]
(1)变化的磁场在周围空间产生电场，变化的电场在周围空间产生磁场。
(2)周期性变化的磁场在周围空间产生同频率变化的电场，周期性变化的电场在周围空间产生同频率变化的磁场。
4．下列有关电磁场理论的说法正确的是( )
A．任何磁场都能在空间产生电场
B．变化的磁场一定能产生变化的电场
C．非均匀变化的电场能产生变化的磁场
D．在电磁场中，变化的电场和变化的磁场是分立的
C [根据麦克斯韦电磁场理论，稳定的磁场不产生电场，变化的磁场产生电场，均匀变化的磁场产生稳定的电场，非均匀变化的磁场产生变化的电场，周期性变化的磁场产生同频率周期性变化的电场，反之也对，所以选项A、B错，选项C对；而电磁场的电场和磁场是不可分割的整体，选项D错。]
电场线与磁感线的比较
安培定则的应用——电流磁场的判断
对磁感应强度的理解
麦克斯韦的电磁场理论