【人教版】物理必修三 第13章 電磁感應(yīng)與電磁波初步（知識梳理+單元練習）

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第十三章 電磁感應(yīng)與電磁波初步 知識點一：磁場和磁感線 1.電場與磁場的比較 2.磁感線的特點 (1)在磁體外部，磁感線從N極發(fā)出，進入S極；在磁體內(nèi)部由S極回到N極。 (2)磁感線的疏密程度表示磁場的強弱，磁感線越密的地方磁場越強；磁場方向即過該點的磁感線的切線方向。 (3)磁感線閉合而不相交，不相切，也不中斷。 (4)磁感線是人們?yōu)榱诵蜗竺枋龃艌龆傧氲木€，并不真實存在。 【對點檢測1】以下說法中正確的是（　?。?A．磁場和電場一樣，是客觀存在的特殊物質(zhì) B．磁場是為了解釋磁極間相互作用而人為規(guī)定的 C．磁極與磁極間是直接發(fā)生作用的 D．磁場和電場是同一種物質(zhì) 【答案】A 【詳解】A．磁場和電場一樣，是客觀存在的特殊物質(zhì)，選項A正確； B．磁場是客觀存在的物質(zhì)。不是為了解釋磁極間相互作用而人為規(guī)定的。選項B錯誤； C．磁極與磁極之間是通過磁場發(fā)生作用的，選項C錯誤； D．磁場與電場的基本性質(zhì)不同、產(chǎn)生的原因不同。因此不是同一種物質(zhì)，D錯誤。 故選A。 【對點檢測2】下列關(guān)于磁感線的敘述中正確的是（????） A．磁感線是磁場中實際存在的一些曲線 B．在磁場中，磁感線不可以相交 C．磁感線從磁體的N極發(fā)出，終止于S極 D．鐵屑在磁場中規(guī)則排列而組成的曲線就是磁感線 【答案】B 【詳解】A．磁感線是人們?yōu)榱嗣枋龃艌龆傧氲那€，不是磁場中實際存在的一些曲線，故A錯誤； B．在磁場中，任何兩條磁感線都不相交，因為在磁場中的任一點，磁場方向只有一個，若磁感線相交，交點處切線方向有兩個，表示磁場方向有兩個，故B正確； C．磁感線在磁體的外部是從磁體的N極出發(fā)回到S極，在磁體的內(nèi)部，磁感線是從磁體的S極出發(fā)，回到N極，是閉合的曲線，故C錯誤； D．鐵屑在磁場中規(guī)則排列而組成的曲線能模擬磁感線的形狀，但并不是磁感線，故D錯誤。故選B。 知識點二：安培定則的理解和應(yīng)用 1.常見永磁體的磁場(如圖所示) 2.常見的三種電流磁感線分布 【對點檢測3】關(guān)于電流及電流周圍產(chǎn)生的磁場分布，下列各圖中正確的是（　?。?A． B． C． D． 【答案】D 【詳解】A．根據(jù)安培定則可知，圖中磁場方向與給出的箭頭所指方向相反，故A錯誤； B．根據(jù)安培定則可知，圖中磁場方向與給出的箭頭所指方向相反，故B錯誤； C．根據(jù)電源正負極判定電流方向沒有問題，根據(jù)安培定則可知，圖中磁場方向與給出的箭頭所指方向相反，故C錯誤； D．根據(jù)安培定則可知，圖中磁場方向與給出的箭頭所指方向相同，故D正確。 故選D。 【對點檢測4】當導(dǎo)線中分別通以圖示方向的電流，小磁針靜止時北極背向讀者的是（　?。?A．?? B．?? C．?? D．?? 【答案】B 【詳解】A．通電直導(dǎo)線電流方向從右向左，根據(jù)安培定則，則有小磁針所處的位置磁場方向垂直紙面向外，所以小磁針靜止時北極指向讀者，故A錯誤； B．通電直導(dǎo)線電流方向豎直向上，根據(jù)安培定則，磁場的方向為逆時針（從上向下看），因此小磁針靜止時北極背向讀者，故B正確； C．環(huán)形導(dǎo)線的電流方向如題圖C所示，根據(jù)安培定則，則有小磁針所處的位置磁場方向垂直紙面向外，所以小磁針靜止時北極指向讀者，故C錯誤； D．根據(jù)安培定則，結(jié)合電流的方向，則通電螺線管的內(nèi)部磁場方向由右向左，則小磁針靜止時北極指向左方，故D錯誤。故選B。 知識點三：磁感應(yīng)強度 1.物理意義：磁感應(yīng)強度是表示磁場強弱和方向的物理量。 2.大?。寒攲?dǎo)線方向與磁場方向垂直時B＝eq \f(F,Il)。 3.方向 磁感應(yīng)強度B是一個矢量，它的方向可以有以下幾種表述方式： (1)磁感應(yīng)強度的方向就是該點的磁場方向。 (2)小磁針靜止時N極所指的方向。 (3)小磁針N極受力的方向。 4.描述：磁感線的疏密程度表示磁感應(yīng)強度的大小，磁感線上某點的切線方向表示該點磁感應(yīng)強度的方向。 5.勻強磁場 如果磁場中各處的磁感應(yīng)強度大小和方向都相同，則該磁場為勻強磁場。 6.說明 (1)磁感應(yīng)強度是反映磁場本身特性的物理量，是由磁場本身決定的，與磁場中是否引入電流無關(guān)，與引入的電流是否受力無關(guān)。 (2)在定義式B＝eq \f(F,Il)中，通電導(dǎo)線必須垂直于磁場方向放置。因為磁場中某點通電導(dǎo)線受力的大小，除和磁場強弱有關(guān)以外，還和導(dǎo)線的方向有關(guān)，導(dǎo)線放入磁場中的方向不同，所受磁場力也不相同。 【對點檢測5】下列有關(guān)磁感應(yīng)強度的說法正確的是（　　） A．磁感線分布越密的地方，磁感應(yīng)強度越小 B．由可知，與成正比，與成反比 C．磁場中某點磁感應(yīng)強度與是否放入通電導(dǎo)線無關(guān) D．若一小段通電導(dǎo)線在某處所受磁場力為零，則該處的磁感應(yīng)強度一定為零 【答案】C 【詳解】A．磁感線是引入描述磁場的假想的曲線，磁感線分布越密的地方，磁感應(yīng)強度越大，故A錯誤； B．磁感應(yīng)強度定義式為當電流I增大時，其安培力F也隨之增大，而其比值是不變的，故磁感應(yīng)強度B與F、IL均無關(guān)，選項B錯誤； CD．磁場中某點的磁感應(yīng)強度B是客觀存在的，與是否放置通電導(dǎo)線無關(guān)，定義式中要求一小段通電導(dǎo)線應(yīng)垂直于磁場放置才行，如果平行于磁場放置，則力F為零，但是該處磁感應(yīng)強度不一定為零，故C正確，D錯誤。故選C。 【對點檢測6】如圖所示，兩根垂直紙面平行放置的直導(dǎo)線 M和N，通有大小相等、方向相同的電流 I，在紙面上有一點P，P與M、 N構(gòu)成等腰三角形，θ=30°。 此時P點磁感應(yīng)強度大小為B。 若將導(dǎo)線M中的電流反向(大小不變)，則 P點的磁感應(yīng)強度大小為（????） A．B B．-B C． D． 【答案】D 【詳解】根據(jù)右手螺旋定則可知，MN兩條通電導(dǎo)線在P點的磁場方向如圖，則即B1=B若將導(dǎo)線M中的電流反向，大小不變，則 P點的磁感應(yīng)強度大小為故選D。 知識點四：磁通量 1.磁通量的計算 (1)公式：Φ＝BS。 適用條件：①勻強磁場；②磁場與平面垂直。 (2)若磁場與平面不垂直，應(yīng)為平面在垂直于磁感線方向上的投影面積，Φ＝BScos θ。式中Scos θ即為平面S在垂直于磁場方向上的投影面積，也稱為“有效面積”(如圖所示)。 2.磁通量的正、負 (1)磁通量是標量，但有正、負，當磁感線從某一面上穿入時，磁通量為正值，則磁感線從此面穿出時即為負值。 (2)若同時有磁感線沿相反方向穿過同一平面，且正向磁通量大小為Φ1，反向磁通量大小為Φ2，則穿過該平面的合磁通量Φ＝Φ1－Φ2。 3.引起磁通量變化的原因 (1)當B不變，有效面積S變化時，ΔΦ＝B·ΔS。 (2)當B變化，S不變時，ΔΦ＝ΔB·S。 (3)B和S同時變化，則ΔΦ＝Φ2－Φ1。但此時ΔΦ≠ΔB·ΔS。 4.磁通量Φ、磁通量的變化量ΔΦ的比較 (1)Φ是狀態(tài)量，是閉合回路在某時刻(某位置)穿過回路的磁感線的條數(shù)，當磁場與回路平面垂直時Φ＝BS。 (2)ΔΦ是過程量，它表示回路從某一時刻到另一時刻磁通量的改變量，即ΔΦ＝Φ2－Φ1。 5.磁通量的三點提醒 (1)磁通量有正、負，但磁通量不是矢量而是標量。 (2)當有方向相反的磁場(磁感應(yīng)強度分別為B和B′)穿過同一個平面時，磁通量的大小等于磁感線相抵消之后剩余的磁感線的條數(shù)，即凈條數(shù)。 (3)線圈內(nèi)磁通量的大小與線圈匝數(shù)無關(guān)。 【對點檢測7】如圖所示，一匝數(shù)為n的矩形導(dǎo)體線框abcd放置在水平面內(nèi)。磁場方向與水平方向成α角，已知α=60°，回路面積為S，磁感應(yīng)強度為B，則通過導(dǎo)體線框的磁通量為（　?。? A．nBS B． C． D． 【答案】D 【詳解】通過導(dǎo)體線框的磁通量為故選D。 【對點檢測8】如圖所示，框架面積為S，框架平面與磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場方向垂直，則下列有關(guān)穿過平面的磁通量的情況表述正確的是（　?。??? A．磁通量有正負，所以是矢量 B．若使框架繞轉(zhuǎn)過60°角，磁通量為 C．若框架從初始位置繞轉(zhuǎn)過90°角，磁通量為0 D．若框架從初始位置繞轉(zhuǎn)過180°角，磁通量變化量為0 【答案】C 【詳解】A．磁通量有正負，但磁通量是標量，故A錯誤； B．使框架繞OO′轉(zhuǎn)過60°角，磁通量為=BScos60°=BS故B錯誤； C．若框架從初始位置繞OO′轉(zhuǎn)過90°角，線圈平面與磁場平行，磁通量為0，故C正確； D．若框架從初始位置繞OO′轉(zhuǎn)過180°角，磁通量變化量為故D錯誤。故選C。 知識點五：產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件 不論用什么方法，不論何種原因，只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生。 【對點檢測9】如圖所示，閉合圓形線圈放在范圍足夠大的勻強磁場中，下列說法正確的是（　　） ?? A．線圈向右平移，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流 B．線圈向上平移，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流 C．線圈以ab為軸轉(zhuǎn)動，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流 D．線圈以ab為軸轉(zhuǎn)動，線圈中磁通量不變 【答案】C 【詳解】AB．由于是勻強磁場，所以線圈向右平移或向上平移，線圈中磁通量都保持不變，則線圈中無感應(yīng)電流產(chǎn)生，故AB錯誤； CD．線圈以ab為軸轉(zhuǎn)動，線圈中磁通量變小，則線圈中有感應(yīng)電流產(chǎn)生，故C正確，D錯誤。 故選C。 【對點檢測10】紙面內(nèi)放有一磁鐵和一圓形閉合線圈，如圖所示，下列情況線圈中能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是（　　） ?? A．將線圈在紙面內(nèi)向上平移 B．將磁鐵在紙面內(nèi)向右平移 C．將線圈繞垂直于紙面的軸轉(zhuǎn)動 D．將磁鐵的N極轉(zhuǎn)向紙外，S極轉(zhuǎn)向紙內(nèi) 【答案】D 【詳解】A．圖示位置，沒有磁感線穿過線圈，線圈的磁通量為零，將線圈在紙面內(nèi)向上平移時，線圈的磁通量仍為零，沒有變化，所以線圈中沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生，故A錯誤； B．圖示位置，沒有磁感線穿過線圈，線圈的磁通量為零，將磁鐵在紙面內(nèi)向右平移時，線圈的磁通量仍為零，沒有變化，所以線圈中沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生，故B錯誤； C．圖示位置，沒有磁感線穿過線圈，線圈的磁通量為零，將線圈繞垂直紙面的軸轉(zhuǎn)動，線圈的磁通量仍為零，沒有變化，所以線圈中沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生，故C錯誤； D．將磁鐵的N極轉(zhuǎn)向紙外，S極轉(zhuǎn)向紙內(nèi)，將有磁感線穿過線圈，線圈的磁通量增大，將產(chǎn)生感應(yīng)電流，故D正確。故選D。 知識點六：電磁波和電磁波譜 1.對麥克斯韋電磁場理論的理解 2.電場、磁場的變化關(guān)系可用下面的框圖表示 3.電磁波的形成 周期性變化的電場和磁場交替產(chǎn)生，形成電磁場，電磁場由近及遠傳播，形成電磁波。 4.電磁波的特點 (1)電磁波的傳播不需要介質(zhì)。在真空中傳播速度等于光速c＝3×108 m/s。 (2)電磁場儲存電磁能，電磁波的發(fā)射過程就是輻射能量的過程。 (3)只有周期性變化的電場和磁場相互激發(fā)才能形成電磁波。 (4)電磁波是電磁場在空間中的傳播，電磁場是一種客觀存在的物質(zhì)——場物質(zhì)。 5.電磁波的波速 對于電磁波，用λ表示電磁波的波長、f表示頻率、c表示波速，則有c＝λf。 6.電磁波譜 電磁波譜的順序為無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線。它們共同構(gòu)成了范圍廣闊的電磁波譜。 7.不同電磁波的比較 【對點檢測11】11．下列關(guān)于電磁場和電磁波的理解正確的是（　?。?A．均勻變化的磁場產(chǎn)生均勻變化的電場 B．均勻變化的電場產(chǎn)生均勻變化的磁場 C．周期性變化的電場和周期性變化的磁場互相激發(fā)，形成電磁波 D．電磁波不能在真空中傳播 【答案】C 【詳解】A．均勻變化的磁場產(chǎn)生穩(wěn)定的電場，故A錯誤； B．均勻變化的電場產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，故B錯誤； C．根據(jù)麥克斯韋電磁場理論可知，周期性變化的電場和周期性變化的磁場互相激發(fā)，形成電磁波，故C正確； D．電磁波傳播不需要介質(zhì)，能在真空中傳播，故D錯誤。 故選C。 【對點檢測12】關(guān)于電磁場和電磁波，下列說法正確的是（　?。?A．赫茲預(yù)言了電磁波的存在，麥克斯韋最先用實驗證實了電磁波的存在 B．均勻變化的電場能夠產(chǎn)生均勻變化的磁場 C．紫外線是一種波長比紫光更長的電磁波，人體接受適量的紫外線照射，能促進鈣的吸收，改善身體健康狀況 D．無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線都是電磁波 【答案】D 【詳解】A．麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，赫茲最先用實驗證實了電磁波的存在，故A錯誤； B．均勻變化的電場能夠產(chǎn)生恒定的磁場，故B錯誤； C．紫外線是一種波長比紫光更短的電磁波，人體接受適量的紫外線照射，能促進鈣的吸收，改善身體健康狀況，故C錯誤； D．無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線都是電磁波，故D正確。故選D。 知識點七：黑體、熱輻射和能量子 1.熱輻射 (1)定義：周圍的一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關(guān)，所以叫熱輻射。 (2)特點：熱輻射強度按波長的分布情況隨物體的溫度不同而有所不同。 2.黑體 (1)定義：某種物體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就叫作黑體。 (2)黑體輻射特點：黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)。 3.能量子：普朗克認為，振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數(shù)倍，當帶電微粒輻射或吸收能量時，也是以這個最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收的，這個不可再分的最小能量值ε叫作能量子。 4.能量子大?。害牛絟ν，其中ν是電磁波的頻率，h稱為普朗克常量。h＝6.626× 10－34 J·s(一般取h＝6.63×10－34 J·s)。 5.能量的量子化：普朗克的假設(shè)認為微觀粒子的能量是量子化的，或者說微觀粒子的能量是不連續(xù)(分立)的。愛因斯坦把能量子假設(shè)進行了推廣，認為電磁場本身就是不連續(xù)的，光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的，頻率為ν的光的能量子為hν，h為普朗克常量。這些能量子后來被叫作光子。 6.能級：微觀世界中能量取分立值的觀念也適用于原子系統(tǒng)，原子的能量是量子化的。這些量子化的能量值叫作能級。 7.能級躍遷：通常情況下，原子處于能量最低的狀態(tài)，這是最穩(wěn)定的。氣體放電管中的原子受到高速運動的電子的撞擊，有可能躍遷到較高的能量狀態(tài)。這些狀態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，會自發(fā)地向能量較低的能級躍遷，放出光子。原子從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷時放出的光子的能量，等于前后兩個能級之差。 【對點檢測13】對宇宙微波背景輻射的黑體譜形狀的研究被譽為是宇宙學研究進入精密科學時代的起點。關(guān)于黑體輻射，下列說法正確的是（　?。?A．黑體不會輻射電磁波 B．溫度低于0℃的物體不會輻射電磁波 C．黑體輻射的能量是不連續(xù)的，只能是某一最小能量值的整數(shù)倍 D．愛因斯坦提出的能量子假說，能夠很好地解釋黑體輻射規(guī)律 【答案】C 【詳解】AB．一切物體都會輻射電磁波，絕對零度的物體才可能沒有輻射，溫度越高，輻射的電磁波越強，AB錯誤； CD．普朗克假設(shè)黑體輻射中的輻射能量是不連續(xù)的，只能取能量基本單位的整數(shù)倍，從而很好地解釋了黑體輻射的實驗現(xiàn)象，C正確，D錯誤。故選C。 【對點檢測14】關(guān)于對能量子的認識，下列說法正確的是（　?。?A．振動著的帶電微粒的能量只能是某一能量值ε B．帶電微粒輻射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍 C．能量子與電磁波的頻率成反比 D．這一假說與現(xiàn)實世界相矛盾，因而是錯誤的 【答案】B 【詳解】AB．由普朗克能量子假說可知帶電微粒輻射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍，故A錯誤，B正確； C．最小能量值ε=hν，ε與ν成正比，故C錯誤； D．能量子假說反映的是微觀世界的特征，不同于宏觀世界，并不是與現(xiàn)實世界相矛盾，故D錯誤。 故選B。 電場磁場場源電荷磁體、電流、運動電荷基本性質(zhì)對放入其中的電荷有靜電力的作用對放入其中的磁體、通電導(dǎo)線、運動電荷有磁場力的作用相同點磁場和電場都是客觀存在的特殊物質(zhì)，都具有能量安培定則立體圖橫截面圖縱截面圖直線電流環(huán)形電流內(nèi)部磁場比環(huán)外強，磁感線越向外越稀疏通電螺線管恒定的電場不產(chǎn)生磁場恒定的磁場不產(chǎn)生電場均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場不均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場不均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生變化的電場振蕩電場產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場振蕩磁場產(chǎn)生同頻率的振蕩電場