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第十三章　电磁感应与电磁波初步
1.磁场　磁感线
核心素养 素养目标
物理观念 1.知道磁场、磁感线的概念. 2.知道磁体之间、磁体与电流之间、电流与电流之间都是通过磁场相互作用的.
科学思维 会用安培定则判断通电直导线和通电线圈周围磁感线的方向.
科学态度 与责任 认识磁的应用对生产、生活和科技发展的作用，拓宽视野，培养学习兴趣及科学精神.
@一、电和磁的联系　磁场
教材认知
引入　我国是世界上最早发现磁现象的国家，早在战国末年就有磁铁的记载.我国古代四大发明之一的指南针（司南）就利用了磁现象，指南针的发明为世界的航海业作出了巨大的贡献.你知道指南针为什么指南吗？
提示：地球是一个巨大的磁场，其地磁场南极在地理北极附近，地磁场北极在地理南极附近.指南针在地球的磁场中受磁场力的作用，所以会一端指南一端指北.
【知识梳理】
1.电和磁的联系
（1）自然界中的磁体总存在着两个磁极，自然界中同样存在着两种电荷.同名磁极或同种电荷相互　排斥　，异名磁极或异种电荷相互　吸引　.
（2）奥斯特实验
实验现象：把导线放置在小磁针的　上方　，当给导线通电时，与导线平行放置的小磁针发生转动.
注意事项：导线应沿南北方向水平放置.
结论：通电导线对小磁针有力的作用，说明电流具有　磁　效应.奥斯特首次揭示了　电和磁　的联系.
2.磁场
（1）磁体与磁体之间、磁体与通电导体之间，以及通电导体与通电导体之间的相互作用都是通过　磁场　发生的.
（2）基本性质：磁场对磁体或　电流　有力的作用.
（3）磁场尽管看不见、摸不着，但它与电场类似，都是不依赖于我们的感觉而　客观存在　的物质.
【拓展深化】　对磁场性质的理解
客观性 磁场虽然不是由分子、原子组成的，但是它和常见的桌子、房屋、水和空气一样，是一种客观存在的物质
特殊性 磁场和常见的由分子、原子组成的物质不同，它是以一种场的形式存在的
方向性 自由小磁针静止时，N极的指向即为该处的磁场方向，或小磁针N极的受力方向即为该处磁场方向
典题讲练
[典例1]　（多选）如图所示，关于磁体、电流间的相互作用，下列说法正确的是（　BC　）
甲　乙
丙
A.甲图中，电流不产生磁场，电流对小磁针的力的作用是通过小磁针的磁场发生的
B.乙图中，磁体对通电导体的力的作用是通过磁体的磁场发生的
C.丙图中，电流间的相互作用是通过电流的磁场发生的
D.丙图中，电流间的相互作用是通过电荷的电场发生的
解析：题图甲中，电流对小磁针的力的作用是通过电流的磁场发生的；题图乙中，磁体对通电导体的力的作用是通过磁体的磁场发生的；题图丙中，电流间的相互作用是通过电流的磁场发生的.综上所述，选项B、C正确.
名师点评
　　（1）磁体、电流周围产生磁场，磁场的基本性质是对放入磁场中的磁体和电流有力的作用.
（2）磁体与磁体之间、电流与电流之间、磁体与电流之间的作用不是直接发生的，而是通过磁场发生的.
[训练1]　下列关于磁场的说法正确的是（　A　）
A.磁场和电场一样，是客观存在的特殊物质
B.磁场是为了解释磁极间相互作用而人为规定的
C.磁极与磁极之间是直接发生作用的
D.磁场只有在磁极与磁极、磁极与电流之间发生作用时才产生
解析：电场和磁场都是一种物质，它和我们常见的由分子、原子组成的物质不同，不是以微粒形式存在的，而是以“场”的形式客观存在的，故A正确，B错误；磁极与磁极之间的相互作用，是通过磁场发生的，C错误；磁场是磁体或电流周围存在的一种特殊物质，即使磁极与磁极、磁极与电流之间没有发生相互作用，磁场仍然存在，D错误.
@二、磁感线
教材认知
引入　如图甲所示为条形磁体的磁感线的分布情况，如图乙所示为通电螺线管的磁感线的分布情况，观察两幅图，请思考：
从图中可以看出，通电螺线管的磁感线是闭合的，而条形磁铁的磁感线不闭合，这种判断对吗？
提示：不对，不管是磁体的磁场，还是电流的磁场，磁感线都是闭合的.
【知识梳理】
1.磁感线：在磁场中画出一些有方向的曲线，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.
2.磁感线的特点
（1）磁感线是假想出来的有方向的曲线，实际并不存在.
（2）磁感线的　疏密　反映磁场的强弱，磁感线越密的地方表示磁场越强，磁感线越疏的地方表示磁场越弱.
（3）磁感线不相交，不相切，也不中断.
（4）磁感线是闭合曲线，在磁体外部由N极指向S极，在磁体内部由S极指向N极.
3.磁体的磁感线
（1）条形磁体和蹄形磁体的磁感线
（2）同名磁极和异名磁极的磁感线
【辨析】
（1）磁感线从磁体的N极出发到磁体的S极终止.（　×　）
（2）磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的.（　×　）
典题讲练
[典例2]　关于磁场和磁感线，下列说法中正确的是（　C　）
A.磁场并不真实存在，而是人们假想出来的
B.磁铁周围磁感线的形状与铁屑在它周围排列的形状相同，说明磁场呈线条形状，磁感线是磁场的客观反映
C.磁感线可以用来表示磁场的强弱和方向
D.磁感线类似于电场线，它总是从磁体的N极出发，回到S极终止
解析：小磁针放在磁体的周围受到力的作用，说明磁体在周围空间产生了磁场，磁场是一种客观存在的物质，故A错误；人们为了形象地描述磁场，用图形——磁感线将抽象的磁场描绘出来，磁感线是假想的曲线，其客观上并不存在，铁屑在磁场中被磁化为小磁针，在磁场的作用下运动，最终规则地排列起来，显示出磁感线的形状，并非磁场的客观反映，故B错误；磁感线都是闭合曲线，在磁体外部从N极到S极，在磁体内部从S极到N极，而电场线是从正电荷出发到负电荷终止，不闭合，故D错误；磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小，C正确.
名师点评
　　（1）磁场是客观存在的，而磁感线是为了形象地描述磁场而人为假设的不存在的曲线，分布在三维空间内；
（2）由于磁体的N极和S极是密不可分的，所以磁感线总是闭合的曲线，而电场线则是不闭合的，这是两者的显著区别.
[训练2]　某磁场的磁感线如图所示，则下列说法中正确的是（　C　）
A.M点的切线方向和该点的磁场方向垂直
B.M点的磁场比N点的磁场弱
C.M点的磁场比N点的磁场强
D.M点的磁场方向和N点的磁场方向相同
解析：过M点的磁感线的切线方向和该点的磁场方向相同，选项A错误；磁感线越密集的地方磁场越强，则M点的磁场比N点的磁场强，选项B错误，C正确；过磁场中某点的磁感线的切线方向是该点的磁场方向，因M点切线方向与N点的切线方向不同，则M点的磁场方向和N点的磁场方向不相同，选项D错误.
@三、几种常见的磁场　安培定则
教材认知
引入　如图所示，放在通电螺线管内部中间处的小磁针静止时N极指向右，试判定电源的正、负极.
提示：c端为正极，d端为负极.
【知识梳理】
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.
【拓展深化】　三种常见的电流的磁场
安培定则 立体图 横截面图 纵截面图
直线 电流
以导线上任意点为圆心垂直于导线的多组同心圆，越向外越稀疏，磁场越弱
环形 电流 从右向左看
内部磁场比环外强，磁感线越向外越稀疏
通电 螺线 管 从左向右看
内部为匀强磁场且比外部强，方向由S极指向N极，外部类似条形磁铁，由N极指向S极
典题讲练
[典例3]　把一根通电的硬直导线ab放在磁场中，导线所在区域的磁感线呈弧形，如图所示，导线可以在空中自由移动和转动，导线中的电流方向由a指向b.虚线框内有产生以上弧形磁感线的磁场源，磁场源都放在导线正下方，则下列图中的磁场源不可能是 （　D　）
解析：蹄形磁铁和条形磁铁均可以形成如题图所示的磁场，通电螺线管的磁场与条形磁铁的磁场相似，也可形成如题图所示的磁场，环形电流的磁场是垂直纸面方向的，不能形成题图所示的磁场，故选D.
名师点评
常见电流磁场的特点
（1）直线电流：通电直导线周围的磁感线是以导线上各点为圆心的同心圆.离导线越近磁场越强，离导线越远磁场越弱.
（2）环形电流：环形电流的磁场类似于条形磁体的磁场.由于磁感线均为闭合曲线，所以环内磁感线条数与环外相等，故环内磁场强，环外磁场弱.
（3）通电螺线管：通电螺线管外部的磁场跟条形磁体外部的磁场分布情况相同，两端分别为N极和S极；管内是匀强磁场，磁场方向由S极指向N极.
[训练3]　（多选）如图所示，E、F分别表示蓄电池两极，P、Q分别表示螺线管两端，当闭合开关时，发现小磁针N极偏向螺线管Q端，下列判断正确的是（　AD　）
A.F为蓄电池正极 B.螺线管P端为S极
C.流过电阻R的电流方向向下 D.管内磁场方向由Q指向P
解析：闭合开关后，小磁针N极偏向螺线管Q端，说明小磁针所在位置磁场方向向左，即螺线管的P端为N极，Q端为S极，螺线管内部的磁场方向由Q指向P，由安培定则可知，电流从蓄电池右端流出、左端流入，因此，电源的F为正极，E为负极，流过电阻R的电流方向向上，故B、C错误，A、D正确.
@随堂检测
1.下列关于磁场的说法正确的是（　A　）
A.最基本的性质是对处于其中的磁体和通电导体有力的作用
B.磁场是看不见、摸不着、实际不存在的，是人们假想出来的一种物质
C.地球的磁场不是真实存在，是假想出来的
D.磁场存在与否决定于人的思想，想其有则有，想其无则无
解析：磁场的基本性质是对处于其中的磁体或通电导体有力的作用，故A正确；磁场虽然看不见、摸不着，但是它是客观存在的，与人的思想无关，故B、C、D错误.
2.（多选）关于磁现象的电本质，下列说法正确的是（　AC　）
A.一切磁现象都起源于运动电荷，一切磁作用都是运动电荷通过磁场而发生的
B.除永久磁铁外，一切磁场都是由运动电荷产生的
C.根据安培的分子电流假说，在外界磁场的作用下，物体内部分子电流取向变得大致相同时，物体就被磁化，两端形成磁极
D.有磁必有电，有电必有磁
解析：组成物质的原子的核外电子绕核运动形成分子电流，分子电流使每个物质分子相当于一个小磁体.当各分子电流的取向大致相同时，物质对外显磁性，所以一切磁现象都源于运动电荷，A、C正确，B错误；静电场不产生磁场，D错误.
3.中国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了地磁偏角：“以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也.”进一步研究表明，地球周围地磁场的磁感线分布如图所示.结合上述材料，下列说法不正确的是（　C　）
A.地理南、北极与地磁场的北、南极不重合
B.地球内部也存在磁场，地磁南极在地理北极附近
C.地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行
D.在赤道上小磁针的N极在静止时指向地理北极附近
解析：地球为一巨大的磁体，地磁场的南、北极在地理的北极、南极附近，并不重合，地球内部也存在磁场，故A、B正确；只有赤道附近上空磁场的方向才与地面平行，故C错误；小磁针静止时N极指向与磁场方向相同，故D正确.
4.如图所示，一通电螺线管有图示电流，四个小磁针静止在如图所示位置，则四个小磁针的N、S极标注正确的是（　B　）
A.1 B.2 C.3 D.4
解析：小磁针静止时N极的指向为该处的磁感线方向，根据安培定则可知通电螺线管的右端为N极，左端为S极，内部磁感线方向是从左到右，故只有2小磁针的N、S极标注正确，故选B.
@课时作业（二十六）
[基础训练]
1.关于磁感线，下列说法正确的是（　A　）
A.磁感线可以形象地描述磁场的强弱与方向
B.磁感线总是从磁铁的N极发出，到S极终止
C.磁感线就是细铁屑在磁铁周围排列的曲线，没有细铁屑的地方就没有磁感线
D.沿磁感线的方向磁场逐渐减弱
解析：磁场是一种看不见的特殊物质，人们为了形象地描述磁场而引入了磁感线这一假想的曲线，它的疏密可以反映磁场的强弱，磁感线上某点的切线方向为该点的磁场方向（磁感应强度的方向），选项A正确，D错误；磁感线都是闭合曲线，选项B错误；磁感线是人们假想的曲线，与有无铁屑无关，选项C错误.
2.如图所示，在南北方向水平放置的长直导线的正下方，有一个可以自由转动的小磁针.现给直导线通以由b向a的恒定电流I，则小磁针的N极将（　D　）
A.保持不动 B.向下转动
C.垂直纸面向里转动 D.垂直纸面向外转动
解析：当通入如题图所示向左的电流时，根据安培定则可得小磁针处的磁场方向是垂直纸面向外的，由于小磁针静止时N极的指向为磁场的方向，所以小磁针的N极将垂直纸面向外转动，故A、B、C错误，D正确.
3.“司南”是我国古代四大发明之一，主体由磁勺和罗盘构成.据东汉《论衡》记载，其“司南之杓，投之于地，其柢（即勺柄）指南”.若在静止的磁勺正上方附近，放置一根由南向北通电的直导线，请推测勺柄将（　　）
A.向正东方向转动 B.向正西方向转动
C.向正南方向移动 D.向正北方向移动
解析：由于在磁勺正上方放置一根由南向北通电的直导线，根据安培定则可知电流在磁勺处的磁场方向指向正西方向，则磁勺的N极向正西方向转动，S极向正东方向转动，根据题意可知，勺柄为磁勺的S极，即勺柄将向正东方向转动，故选A.
4.如图所示，与通电直导线垂直的平面上放有两枚小磁针.忽略地磁场的影响，两小磁针静止时，磁针的指向符合实际的是（　D　）
A B C D
解析：通电直导线中的电流方向向上，根据安培定则可知，从上往下看，直导线周围的磁场方向为逆时针方向，而小磁针的N极指向磁场方向，故题图D中小磁针的指向正确.
5.如图所示，一束电子沿z轴正向流动，则在图中y轴上A点的磁场方向是（　A　）
A.＋x方向 B.－x方向 C.＋y方向 D.－y方向
解析：由题意可知，电子沿z轴正向流动，电流方向沿z轴负向，由安培定则可以判断电流激发的磁场以z轴为中心沿顺时针方向（沿z轴负方向看），通过y轴A点时方向向外，即沿x轴正向.故A正确.
6.（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两点关于直线对称，下面说法正确的是（　AD　）
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点没有磁场
C.c、d两点关于直线对称，所以c、d两点磁场方向相同
D.b、e两点在同一直线上，所以b、e两点磁场方向相同
解析：从磁感线分布情况看，e位置的磁感线分布最密集，磁场最强，A正确；磁感线是人为绘制的描述磁场强弱及方向的曲线，并非真实存在的，a点没有画磁感线，但a点有磁场，B错误；磁感线在c、d两点的切线方向表示c、d两点的磁场方向，所以c、d两点磁场方向并不相同，C错误；磁感线在b、e两点的切线方向相同，所以b、e两点磁场方向相同，D正确.
7.当导线中分别通以图示方向的电流，小磁针静止时N极垂直纸面向外的是 （　C　）
解析：A选项图中通电直导线电流从左向右，根据安培定则可知，在小磁针处，导线产生的磁场方向垂直纸面向里，所以小磁针静止时N极垂直纸面向里，A错误；根据安培定则可知，B选项图中磁场方向为逆时针方向（从上向下看），因此小磁针静止时N极垂直纸面向里，B错误；根据安培定则可知，C选项图环中产生的磁场方向垂直纸面向外，所以小磁针静止时N极垂直纸面向外，C正确；根据安培定则，结合电流的方向可知，D选项图中通电螺线管的内部磁场方向由右向左，则小磁针静止时N极指向左，D错误.
[能力提升]
8.如图所示为电视机显像管偏转线圈的示意图，线圈通以图示方向的电流时，圆环的圆心O处的磁场方向为（　A　）
A.向下 B.向上
C.垂直纸面向里 D.垂直纸面向外
解析：由安培定则可知左侧线圈上端为N极，下端为S极，右侧线圈也是上端为N极，下端为S极，再结合磁感线是闭合曲线，可知圆环的圆心O处磁场方向向下，故选项A正确.
9.（2025·山东东营高二开学考）（多选）一束带电粒子沿水平方向平行飞过小磁针上方，如图所示，此时小磁针S极向纸内偏转，这一束粒子可能是 （　BC　）
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：向右飞行的正离子束形成的电流方向向右，根据安培定则可知，正离子束在下方产生的磁场方向垂直纸面向里，则小磁针S极向纸外偏转，不符合题意，故A错误；向左飞行的正离子束形成的电流方向向左，根据安培定则可知，正离子束在下方产生的磁场方向垂直纸面向外，则小磁针S极向纸内偏转，符合题意，故B正确；向右飞行的负离子束形成的电流方向向左，根据安培定则可知，负离子束在下方产生的磁场方向垂直纸面向外，则小磁针S极向纸内偏转，符合题意，故C正确；向左飞行的负离子束形成的电流方向向右，根据安培定则可知，负离子束在下方产生的磁场方向垂直纸面向里，则小磁针S极向纸外偏转，不符合题意，故D错误.
10.某校实验小组根据物理学史上的“罗兰实验”，在学校实验室进行了验证.如图所示，把大量的负电荷加在一个有水平固定转轴的橡胶圆盘上，然后在圆盘中轴线左侧附近悬挂了一个小磁针，小磁针静止时N极垂直指向纸里，圆盘所在平面与小磁针静止时的指向平行.现将圆盘绕中轴线按如图所示方向（从左向右看顺时针）高速旋转，下列说法正确的是（　B　）
　
A.垂直指向纸里的方向为南方
B.小磁针的N极向左侧偏转
C.小磁针的N极向右侧偏转
D.小磁针发生偏转的原因是橡胶圆盘上产生了感应电流
解析：小磁针静止时N极垂直指向纸里，故垂直指向纸里的方向为北方，故A错误；圆盘绕中轴线按如题图所示方向（从左向右看顺时针）高速旋转，即负电荷顺时针方向旋转，产生的电流方向为逆时针，根据安培定则，可知环形电流
产生的磁场左侧为N极，故小磁针的N极向左侧偏转，故B正确，C错误；小磁针发生偏转的原因是橡胶圆盘上电荷定向移动产生了电流，而电流周围产生了磁场，故D错误.
11.安培观察到通电螺线管的磁场和条形磁体的磁场很相似，提出了分子电流假说.他认为，在物质内部存在着一种环形电流——分子电流（分子电流实际上是由原子内部电子绕核运动形成的），分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，它的两侧相当于磁体的两个磁极，如图所示.下列将分子电流（箭头表示电子运动方向）等效为小磁体的图示中正确的是（　B　）
解析：做圆周运动的电荷带负电，则环形电流方向与其运动方向相反，根据安培定则可知其左侧为N极，右侧为S极，B正确.
2.磁感应强度　磁通量
核心素养 素养目标
物理观念 1.知道磁场、磁感应强度和匀强磁场的概念. 2.知道磁通量的概念，会计算磁通量的大小.
科学思维 通过实验、类比和分析的方法建立磁感应强度的概念，进一步体会比值法定义物理量的方法.
科学探究 探究通电导线受到的力与电流的大小、通电导线长度、磁感应强度的关系.
@一、磁感应强度
教材认知
引入　实验室中的磁铁能吸引几只铁钉，而工地上的电磁铁却能吸引上吨重的物体（如图所示）.可见不同磁体的磁性是不同的，那么如何定量描述不同磁体的磁性强弱呢？
提示：类比电场强度定量描述电场的强弱，我们可以用一个类似的物理量描述磁场的强弱.
【知识梳理】
1.磁感应强度
（1）电流元：在物理学中，把很短一段通电导线中的　电流I　与　长度l　的乘积　Il　叫作电流元.
（2）定义：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.
（3）定义式：B＝　　.
（4）磁感应强度在国际单位制中的单位是　特斯拉　，简称特，符号为T.
1 T＝1 N/（A·m）.
（5）磁感应强度是矢量，既有大小又有方向.方向就是该处小磁针静止时N极所指的方向，叠加遵循　平行四边形定则　.
2.匀强磁场
（1）定义：如果磁场中各点的磁感应强度的　大小相等，方向相同　，这个磁场叫作匀强磁场.
（2）产生方法：
①距离很近的两个平行异名磁极之间的磁场（除边缘部分外）.
②通电螺线管内部的磁场（除边缘部分外）.
③相隔一定距离的两个平行放置的线圈通电时，其中间区域的磁场.
（3）匀强磁场的磁感线：一些间隔　相等　的　平行　直线，如图所示.
【辨析】
（1）磁感应强度是用来表示磁场强弱的物理量.（　√　）
（2）若有一小段通电导体在磁场某点不受力的作用，则该点的磁感应强度一定为零.（　×　）
典题讲练
[典例1]　（多选）在物理学中，常常用物理量之比表示研究对象的某种性质，从而定义新物理量的方法叫作比值定义法.在用比值定义磁感应强度B时，下列理解正确的是（　AC　）
A.B＝的比值不描述电流元的性质，描述的是磁场的性质
B.由B＝知，一小段通电导线在某处不受磁场力，说明该处一定无磁场
C.在定义B的同时，也就确定了B与F、IL单位间的关系
D.若长为L、电流为I的导线在某处受到的磁场力大小为F，则该处的磁感应强度大小必为
解析：这一比值不描述电流元的性质，描述磁场的性质，即对垂直放入其中的电流元有力的作用，选项A正确；一小段通电导线在某处不受磁场力，可能是该处有磁场但通电导线平行于磁场方向放置，选项B错误；在定义B的同时，也就确定了B与F、IL单位间的关系，即1 T＝1 ，选项C正确；只有长为L、电流为I的导线垂直磁场方向放入磁场某处受到的磁场力为F时，该处的磁感应强度大小才为，若导线与磁场方向不垂直，该处的磁感应强度大小不等于，选项D错误.
名师点评
正确理解比值定义法
（1）用B＝定义B的方法是比值定义法，这种定义物理量的方法实质就是一种测量方法，被测量点的磁感应强度与测量方法无关.
（2）用a＝、E＝定义 a、E的方法也是比值定义法，被测量的物理量也与测量方法无关，不是由定义式中的两个物理量决定的.
（3）磁感应强度取决于磁场本身，与是否放置通电导线及放置通电导线的方向均无关.
[训练1]　在磁场中某一点放入一通电导线，导线与磁场垂直，导线长1 cm，电流为5 A，所受磁场力为5×10－2 N.求：
（1）这点的磁感应强度是多大？若电流增加为10 A，所受磁场力为多大？
答案：（1）1 T　0.1 N
解析：（1）B＝＝ T＝1 T.
电流增加为10 A时，通电导线受到的磁场力
F'＝BI'l＝1×10×1×10－2 N＝0.1 N.
（2）若让导线与磁场平行，这点的磁感应强度多大？通电导线受到的磁场力多大？
答案：（2）1 T　0　
解析：（2）磁感应强度B是磁场本身的性质，与F、I、l无关.若导线与磁场平行，磁感应强度不变，即B＝1 T，而通电导线受到的磁场力为0.
@二、磁通量
教材认知
引入　一面积S的矩形导线框abcd水平放置于匀强磁场中，如图中位置Ⅰ所示，磁场方向竖直向下，磁感应强度大小为B.请思考：
（1）图中位置Ⅰ，穿过线框abcd的磁通量是多少？
（2）图中以bc边为转轴将该线框转过60°至位置Ⅱ的过程中，穿过线框abcd的磁通量变化量是多少？
提示：（1）BS　解析：（2）BS
【知识梳理】
1.定义：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.
拓展：磁感应强度B与平面不垂直时，这个面在垂直于磁场方向的　投影面积S'　与磁感应强度B的乘积表示磁通量.Φ＝BS'＝BScos θ，如图所示.
2.单位：国际单位是　韦伯　，简称韦，符号是Wb，1 Wb＝　1 T·m2　.
引申：B＝，表示磁感应强度的大小等于穿过垂直磁场方向的单位面积的磁通量.
3.磁通量的正、负
（1）磁通量是　标量　，但有正、负.当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）若沿相反方向的磁感线穿过同一平面，且正向磁通量为Φ，反向磁通量为Φ'，则穿过该平面的磁通量Φ总＝Φ－｜Φ'｜.
典题讲练
[典例2]　如图所示，线圈平面与水平方向夹角θ＝60°，磁感线竖直向下，线圈平面面积S＝0.4 m2，匀强磁场磁感应强度B＝0.6 T，则：
（1）穿过线圈的磁通量Φ为多少？
答案：（1）0.12 Wb
解析：（1）线圈在垂直磁场方向上的投影面积S⊥＝Scos 60°＝0.4× m2＝0.2 m2，穿过线圈的磁通量Φ1＝BS⊥＝0.6×0.2 Wb＝0.12 Wb.
（2）把线圈以cd为轴顺时针转过120°角，则通过线圈磁通量的变化量大小为多少？
答案：（2）0.36 Wb
解析：（2）线圈以cd为轴顺时针方向转过120°角后变为与磁场垂直，但由于此时磁感线从线圈平面穿入的方向与原来相反，故此时通过线圈的磁通量
Φ2＝－BS＝－0.6×0.4 Wb＝－0. 24 Wb，
故ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－0.24 Wb－0.12 Wb＝－0.36 Wb，故磁通量的变化量大小为0.36 Wb.
名师点评
　　（1）磁通量是标量，但有正、负，当磁感线从某一面上穿入时，磁通量为正值，而磁感线从此面穿出时即为负值.
（2）磁通量的变化量ΔΦ＝Φ2－Φ1，在具体的计算中，一定要注意Φ1及Φ2的正、负问题.
（3）公式Φ＝BS中的S应为有效面积.此处是有磁场部分的面积，并非线圈面积.
[训练2]　如图所示，半径为R的圆形线圈共有n匝，其中心位置处半径为r的虚线范围内有匀强磁场，磁场方向垂直线圈平面.若磁感应强度为B，则穿过线圈的磁通量为（　B　）
A.πBR2 B.πBr2
C.nπBR2 D.nπBr2
解析：磁通量与线圈匝数无关，故C、D错误；磁感线穿过的面积为πr2，而非πR2，则磁通量为πBr2，故B项正确，A错误.
磁感应强度的叠加
1.原理：由于磁感应强度是矢量，若某区域有多个磁场叠加，该区域中某点的磁感应强度就等于各个磁场在该点的磁感应强度的矢量和，可根据平行四边形定则求解.
2.磁场叠加问题的一般解题思路
（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感应强度的大小和方向.如图所示为M、N在c点产生的磁感应强度.
（3）应用平行四边形定则进行合成，如图中的合磁感应强度B.
[典例]　（2025·铜仁市高二期中）如图，两根平行长直导线相距2L，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，左侧导线与它们的距离分别为、L和3L.关于这三点处的磁感应强度，下列判断正确的是（　D　）
A.a处的磁感应强度大小比c处的小
B.b、c两处的磁感应强度大小相等
C.a、c两处的磁感应强度方向相同
D.b处的磁感应强度为零
解析：a、c两处的磁感应强度是两电流在a、c处产生的磁感应强度叠加的合磁感应强度，由安培定则可知，a处磁感应强度方向垂直纸面向里，c处磁感应强度方向垂直纸面向外，且a距离两导线比c近，故a处的磁感应强度大小比c的处的大，故A、C错误；b、c与右侧导线距离相同，故右侧电流在b、c两处产生的磁感应强度等大反向，但因为左侧电流在b、c两处产生大小不同、方向相同的磁感应强度，故b、c两处的磁感应强度大小不相等，故B错误；b与两导线距离相等，故左右两侧电流在b处产生的磁感应强度大小相等，方向相反，则b处的磁感应强度为零，故D正确.
名师点评
分析磁场叠加问题的注意点
（1）磁感应强度是矢量，若空间存在几个磁场，则空间某点的磁感应强度为各个磁场单独在该点的磁感应强度的矢量和.
（2）对于磁场的叠加，应先确定有几个磁场，搞清楚每个磁场在该处的磁感应强度的大小和方向，再根据平行四边形定则求矢量和.
（3）磁场的方向性比重力场、静电场的方向性复杂得多，要注意培养空间想象力.
[变式] 　如图所示，M、N和P是以MN为直径的半圆弧上的三个点，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，这时O点的磁感应强度大小为B0.若将P处长直导线移开，则O点的磁感应强度的大小为（　B　）
A.B0 B.B0 C.B0 D.B0
解析：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，合磁感应强度大小为B0，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B正确，A、C、D错误.
@随堂检测
1.磁感应强度的单位是特斯拉（T），与它等价的是（　A　）
A. B.
C. D.
解析：当导线与磁场方向垂直时，由公式B＝知，磁感应强度B的单位由F、I、L的单位决定.在国际单位制中，磁感应强度的单位是特斯拉，符号是T，则1 T＝1，故A正确.
2.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，下列的说法正确的是（　A　）
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：应用公式B＝或F＝IBL时要注意导线必须垂直于磁场方向放置.故B、C、D错误，A正确.
3.（2025·福建期中）如图所示，闭合金属线框bc边与匀强磁场的左边界MN重合，将线框平行纸面向右匀速平移至ad边与MN重合，此过程中穿过线框的磁通量（　B　）
A.一直减小 B.一直增大
C.先减小后增大 D.先增大后减小
解析：穿过线圈的磁通量Φ＝BS，线框平行纸面向右匀速平移至ad边与MN重合的过程中，B不变，S一直增大，所以磁通量一直增大，故B正确.
4.（2025·新疆乌鲁木齐六校高二联考）如图所示，圆形单匝线圈面积为0.5 m2，在该圆形线圈平面内有一个面积为0.2 m2的正方形区域，该区域内有垂直线圈平面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为3.0 T，则穿过该圆形线圈的磁通量为（　A　）
A.0.6 Wb B.0.9 Wb C.1.5 Wb D.2.1 Wb
解析：由题图可知，线圈的有效面积为S＝0.2 m2，故磁通量为Φ＝BS＝3.0×0.2 Wb＝0.6 Wb，故A正确.
5.（2025·江苏扬州开学考）如图所示，空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度B1＝1×10－2 T.矩形线框置于水平桌面上，其面积S＝4×10－2 m2.在线框中心O点正上方某位置水平放置一通电长直导线，电流产生的磁场在O点的磁感应强度B2＝1×10－2 T.求：
（1）O点磁感应强度大小BO；
答案：（1）×10－2 T
解析：（1）电流在O点产生的磁感应强度B2水平向左，O点磁感应强度如图所示.
BO＝＝×10－2 T.
（2）穿过线框的磁通量Φ.
答案：（2）4×10－4 Wb
解析：（2）电流的磁场穿过线框的磁通量为零，竖直向下的匀强磁场穿过线框的磁通量Φ＝B1S＝4×10－4 Wb.
@课时作业（二十七）
[基础训练]
1.关于磁感应强度，下列说法正确的是（　C　）
A.磁感应强度只是描述磁场的强弱的物理量
B.通电导线所受磁场力为零，该处磁感应强度一定为零
C.通电导线所受磁场力为零，该处磁感应强度不一定为零
D.放置在磁场中1 m的导线，通过1 A的电流，受到的力为1 N时，该处磁感应强度就是1 T
2.在磁感应强度的定义式B＝中，有关各物理量间的关系，下列说法中正确的是（　B　）
A.B由F、I和L决定 B.F由B、I和L决定
C.I由B、F和L决定 D.L由B、F和I决定
3.某地地磁场的磁感应强度大约是4×10－5 T，一根长为 500 m的导线，通入10 A的电流，则该导线受到的磁场力最大为（　B　）
A.0.1 N B.0.2 N C.0.3 N D.0.4 N
解析：F＝BIL＝0.2 N，这是导线在地磁场中受到的磁场力的最大值，故B正确.
4.磁通量可以形象地理解为“穿过一个闭合电路的磁感线的条数”.在如图所示磁场中，S1、S2、S3为三个面积相同且相互平行的线圈，穿过S1、S2、S3的磁通量分别为Φ1、Φ2、Φ3且都不为零.下列判断正确的是（　A　）
A.Φ1最大 B.Ф2最大 C.Φ3最大 D.Φ1、Φ2、Φ3相等
解析：由题图知穿过S1的磁感线条数最多，故Φ1最大，故A正确.
5.（2025·山东青岛二中高二期末）如图所示，矩形线框abcd放置在水平面内，匀强磁场的方向与水平面成α角，已知sin α ＝，线框面积为S，磁感应强度为B，则通过线框的磁通量为（　B　）
A.BS B.BS C.BS D.BS
解析：可将磁感应强度沿水平方向与竖直方向分解，所以B⊥＝Bsin α，由于sin α＝，则穿过矩形线框的磁通量是Φ＝B⊥S＝BS，故选B.
6.如图所示，两个单匝线圈a、b的半径分别为r和2r.圆形匀强磁场B的边缘恰好与a线圈重合，则穿过a、b两线圈的磁通量之比为（　A　）
A.1∶1 B.1∶2 C.1∶4 D.4∶1
解析：根据Φ＝BS，S为与磁场垂直的有效面积，因此a、b两线圈的有效面积相等，故磁通量之比为Φa∶Φb＝1∶1，选项A正确.
7.如图所示，两个同心放置的平面金属圆环，条形磁铁穿过圆心且与两环平面垂直，则通过两圆环的磁通量Φa、Φb间的关系是（　A　）
A.Φa＞Φb B.Φa＜Φb
C.Φa＝Φb D.不能确定
解析：通过圆环的磁通量为穿过圆环的磁感线的条数，首先明确条形磁铁的磁感线分布情况，另外要注意磁感线是闭合的曲线.条形磁铁的磁感线在磁体的内部是从S极到N极，在磁体的外部是从N极到S极，内部有多少根磁感线，外部的整个空间就有多少根磁感线同内部磁感线构成闭合曲线；对两个圆环，磁体内部的磁感线全部穿过圆环，外部的磁感线穿过多少，磁通量就抵消多少，所以面积越大，磁通量反而越小.故A正确.
8.匀强磁场中长2 cm的通电导线垂直磁场方向放置，当通过导线的电流为2 A时，它受到的磁场力大小为4×10－3 N.
（1）求磁感应强度B的大小；
答案：（1）0.1 T
解析：（1）该处的磁感应强度B＝＝ T＝0.1 T.
（2）若导线长度不变，电流增大为5 A，求它受到的磁场力F和该处的磁感应强度B的大小.
答案：（2）0.01 N　0.1 T
解析：（2）若导线长度不变，电流增大为5 A，磁感应强度B不变，仍为0.1 T，磁场力为F＝BI'l＝0.1×5×0.02 N＝0.01 N.
[能力提升]
9.（2025·陕西榆林高二联考）如图所示，匝数为n、边长为L的正方形线圈MNPQ位于纸面内，过MN中点和PQ中点的连线OO'恰好位于垂直纸面向外的匀强磁场的右边界上，磁感应强度大小为B，设此时穿过线圈的磁通量为正，则线圈从图示位置开始按图示方向绕OO'轴转过60°的过程中，磁通量的变化量ΔΦ为（　D　）
A.n B.n C.－ D.－
解析：公式Φ＝BS中，S应为有效面积，且磁通量与线圈匝数无关.由题意可得，初态S1＝，所以此时穿过线圈的磁通量的大小Φ＝，若线圈从题图所示位置开始按题图所示方向绕OO'轴转过60°，有效面积S2＝·cos 60°＝，Φ'＝，所以磁通量的变化量为ΔΦ＝Φ'－Φ＝－，D正确.
10.（2025·山东潍坊一中高二期中）如图所示，把两个完全一样的环形线圈互相垂直地放置，它们的圆心位于一个共同点O上.当通以相同大小的电流时，两通电线圈在O点产生的磁场方向分别为垂直于纸面向里和竖直向上，大小相等，则O处的磁感应强度与一个线圈单独产生的磁感应强度的大小之比是（　C　）
A.1∶1 B.2∶1 C.∶1 D.1∶
解析：设每个线圈在O处产生的磁感应强度为B，由于两线圈产生的磁场方向相互垂直，由平行四边形定则可知，B合＝B，故B合∶B＝∶1，C正确.
11.如图所示，框架的面积为S，匀强磁场的磁感应强度大小为B.规定图中所示磁通量为正，试求：
（1）框架平面与磁感应强度B垂直时，穿过框架平面的磁通量为多少？
答案：（1）BS
解析：（1）框架平面与磁感应强度B垂直时，穿过框架平面的磁通量为Φ1＝BS.
（2）若框架绕OO'转过60°，则穿过框架平面的磁通量为多少？
答案：（2）BS
解析：（2）若框架绕OO'转过60°，则穿过框架平面的磁通量为Φ2＝BScos 60°＝BS.
（3）若从图示位置转过90°，则穿过框架平面的磁通量的改变量为多少？
答案：（3）－BS
解析：（3）若从图示位置转过90°，则穿过框架平面的磁通量为Φ3＝BScos 90°＝0，此过程中的磁通量的变化量为ΔΦ＝Φ3－Φ1＝0－BS＝－BS.
（4）若从图示位置转过180°，则穿过框架平面的磁通量的改变量为多少？
答案：（4）－2BS
解析：（4）若从图示位置转过180°时，磁通量Φ4＝－BS，则转过180°的过程中，磁通量的变化量为ΔΦ＝Φ4－Φ1＝－BS－BS＝－2BS.
3.电磁感应现象及应用
核心素养 素养目标
物理观念 1.知道电磁感应现象在生活中的应用. 2.理解产生感应电流的条件，理解电磁感应现象.
科学探究 通过观察实验现象，分析归纳在磁场中产生感应电流的条件.
科学态度 与责任 通过探究产生电磁感应的条件，体验由实验发现规律的乐趣，养成探究物理规律的良好习惯.
@一、划时代的发现
教材认知
【知识梳理】
1.奥斯特梦圆“电生磁”
（1）电流的磁效应：1820年，丹麦物理学家奥斯特发现电流能使小磁针偏转，这种作用称为电流的磁效应.
（2）电流磁效应的意义：首次揭示出电现象和磁现象之间有着紧密的联系，突破了人类对电和磁认识的局限性.
2.法拉第心系“磁生电”
（1）1831年，英国物理学家　法拉第　发现了磁生电.
（2）法拉第认为：磁生电是一种在变化、运动的过程中才能出现的效应，“磁生电”现象的本质特征是“变化”与“运动”.
（3）电磁感应现象：由磁场得到　电流　的现象叫作电磁感应，产生的电流叫作　感应电流　.
（4）法拉第发现电磁感应的意义
法拉第发现电磁感应使人们对电和磁内在联系的认识更加完善，宣告了　电磁学　作为一门统一学科的诞生，为电磁学的发展作出了重大贡献，同时也推动了电气化时代的到来.
@二、实验：探究产生感应电流的条件
教材认知
【知识梳理】
1.实验探究
（1）实验一：如图甲所示，导体捧AB做切割磁感线运动时，线路中　有　电流产生，而导体棒AB顺着磁感线运动时，线路中　无　电流产生.（均选填“有”或“无”）
（2）实验二：如图乙所示，当条形磁体插入或拔出线圈时，线圈中　有　电流产生，但条形磁体在线圈中静止不动时，线圈中　无　电流产生.（均选填“有”或“无”）
（3）实验三：如图丙所示，将小线圈A插入大线圈B中不动，当开关S闭合或断开时，电流表中　有　电流通过；若开关S一直闭合，当改变滑动变阻器的阻值时，电流表中　有　电流通过；而开关S一直闭合，滑动变阻器的滑片不动时，电流表中　无　电流通过.（均选填“有”或“无”）
2.实验结论：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.
【辨析】
（1）闭合电路中只要有磁通量，就有感应电流产生.（　×　）
（2）穿过闭合电路的磁通量发生变化，电路中不一定有感应电流.（　×　）
（3）线框不闭合时，即使穿过线框的磁通量发生变化，线框中也没有感应电流产生.（　√　）
典题讲练
[典例1]　（2025·陕西省延安市第一中学高二月考）在“探究法拉第电磁感应现象”实验中，某同学将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电表及开关组成的部分电路已连接好了，如图所示.
（1）请使用两根导线，将电路补充完整.
答案：（1）见解析图
解析：（1）将电池组、开关、滑动变阻器、线圈A串联成一个回路，注意滑动变阻器接一上一下两个接线柱，再将电表与线圈B串联成另一个回路，如图所示.
（2）此实验中使用的电表应是　A　.（填选项前的字母）
A.灵敏电流表
B.大量程的电压表
C.倍率适宜的电阻表
解析：（2）本实验要使用灵敏电流计来检测电路中是否有电流产生，故选A.
（3）正确选择电表和连接电路后，开始实验探究.下列说法正确的是　BD　.
A.开关闭合后，线圈A插入线圈B中或从线圈B中拔出，都不会引起电表的指针偏转
B.线圈A插入线圈B中后，在开关闭合和断开的瞬间，电表的指针均会偏转
C.开关闭合后，滑动变阻器的滑片P匀速滑动，会使电表的指针静止在中央零刻度
D.开关闭合后，只要移动滑动变阻器的滑片P，电表的指针一定会偏转
解析：（3）开关闭合后，线圈A插入线圈B中或从线圈B中拔出，穿过线圈B的磁通量都会发生变化，都会产生感应电流，都会引起电表的指针偏转，故A错误；线圈A插入线圈B中后，在开关闭合和断开的瞬间，穿过线圈B的磁通量都会发生变化，线圈B中会产生感应电流，电表的指针均会偏转，故B正确；开关闭合后，只要滑动变阻器的滑片P移动，不论是加速还是匀速，穿过线圈B的磁通量都会变化，都会有感应电流产生，电表的指针都会偏转，故C错误，D正确.
名师点评
电磁感应现象的探索历程
　　（1）1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，证实了电和磁存在着必然的联系，拉开了研究电与磁联系的序幕.
（2）英国物理学家法拉第经过十年不懈的探索，在1831年第一次发现了“磁生电”现象，并从中领悟到“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才能出现的效应.
[训练1]　如图所示的实验装置中用于研究电磁感应现象的是（　B　）
A B C D
解析：选项A是用来探究影响安培力大小的因素的实验；选项B是研究电磁感应现象的实验，观察导体棒在磁场中做切割磁感线运动时是否会产生感应电流；选项C是用来探究安培力的方向与哪些因素有关的实验；选项D是奥斯特实验，证明通电导线周围存在磁场.
@三、产生感应电流的条件的理解和应用
教材认知
引入　1825年，瑞士物理学家德拉里夫的助手科拉顿将一个螺线管与电流计相连.为了避免强磁性磁铁影响，他把电流计放在另外一个房间，用长导线把“电流表”和螺线管连接起来.当他把磁铁投入螺线管中后，立即跑到另一个房间去观察（如图所示）.他在两个房间跑来跑去，没有观察到电流表指针摆动.电路中有没有产生感应电流呢？
提示：科拉顿把磁铁投入螺线管的瞬间，回路中产生感应电流，磁铁静止后感应电流消失，所以当他跑到另一房间时，电流计指针早已停止了摆动.故科拉顿观察不到电流计指针的偏转.
【知识梳理】
1.感应电流产生的必要条件是穿过闭合电路的磁通量发生变化，所以判断感应电流有无时必须明确以下两点：
（1）明确电路是否为闭合电路.
（2）判断穿过电路的磁通量是否发生变化.
2.判断电磁感应现象是否发生的一般流程
（1）确定研究的闭合回路.
（2）弄清楚电路内的磁场分布，并确定该回路的磁通量Φ.
（3）磁通量变化与感应电流的产生
典题讲练
[典例2]　法拉第在1831年发现了“磁生电”现象.如图所示，他把两个线圈绕在同一个软铁环上，线圈A和电池连接，线圈B用长直导线连通，长直导线正下方平行于导线放置一个小磁针.实验中可能观察到的现象是（　C　）
A.只要线圈A中电流足够强，小磁针就会发生偏转
B.线圈A闭合开关电流稳定后，线圈B匝数较少时小磁针不偏转，匝数足够多时小磁针偏转
C.线圈A和电池接通瞬间，小磁针会偏转
D.线圈A和电池断开瞬间，小磁针不会偏转
解析：小磁针会不会偏转取决于线圈B中有没有电流，而B中有没有电流取决于线圈B中的磁通量是否发生变化，当线圈A中电流足够强，但不变化时，B中无感应电流，磁针不会发生偏转，A错误；当线圈A闭合开关电流稳定后，穿过线圈B的磁通量不发生变化，所以小磁针也不会发生偏转，故B错误；当线圈A和电池接通或断开的瞬间，穿过线圈B的磁通量发生变化，所以B中有感应电流，则小磁针会偏转，故C正确，D错误.
名师点评
　　（1）在闭合回路中是否产生感应电流，取决于穿过回路的磁通量是否发生变化，而不取决于回路里是否有磁通量.
（2）磁通量发生变化，主要表现为两种形式：一种是回路的面积不变，而穿过回路的磁场变化从而引起磁通量发生变化，ΔΦ＝ΔB·S，回路中产生感应电流；另一种是磁场不变，而回路面积发生变化从而引起磁通量发生变化，即ΔΦ＝B·ΔS，回路中产生感应电流.闭合回路的一部分导体做切割磁感线运动产生感应电流属于第二种情况.
[训练2]　（2025·北京四中期中）（多选）如图所示，下列情况能产生感应电流的是（　BD　）
甲　　乙
丙
A.如图甲所示，导体棒AB顺着磁感线运动
B.如图乙所示，条形磁体插入或抽出线圈
C.如图丙所示，小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一直闭合
D.如图丙所示，小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一直闭合，改变滑动变阻器接入电路的阻值
解析：导体棒AB顺着磁感线运动，没有切割磁感线，穿过闭合电路的磁通量没有发生变化，无感应电流，故选项A错误；条形磁体插入线圈时线圈中的磁通量增加，抽出线圈时线圈中的磁通量减少，都产生感应电流，故选项B正确；开关S一直闭合，回路中为恒定电流，螺线管A产生的磁场稳定，螺线管B中的磁通量无变化，线圈中不产生感应电流，故选项C错误；开关S一直闭合，滑动变阻器接入电路的阻值变化，回路中的电流变化，螺线管A产生的磁场发生变化，螺线管B中磁通量发生变化，产生感应电流，故选项D正确.
@随堂检测
1.关于感应电流，下列说法正确的是（　D　）
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.只要闭合电路中有部分导体做切割磁感线运动，闭合电路中就一定有感应电流
C.若闭合电路中没有导体做切割磁感线运动，闭合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：只要穿过闭合电路或闭合线圈的磁通量发生变化，闭合电路或闭合线圈中就一定有感应电流，A错误，D正确；闭合电路中有部分导体做切割磁感线运动，但穿过闭合电路的磁通量不一定变化，闭合电路中不一定有感应电流，B错误；如果闭合电路中没有导体做切割磁感线运动，但磁场变化，磁通量变化，也能产生感应电流，C错误.
2.如图所示，闭合圆导线圈平行地放置在匀强磁场中，其中ac、bd分别是平行、垂直于磁场方向的两直径.试分析线圈做以下哪种运动时能产生感应电流（　D　）
A.使线圈在其平面内平动或转动
B.使线圈平面沿垂直纸面方向向纸外平动
C.使线圈以ac为轴转动
D.使线圈以bd为轴转动
解析：线圈在匀强磁场中运动，磁感应强度B为定值，由ΔФ＝B·ΔS知，只要回路中相对磁场的正对面积改变量ΔS≠0，则磁通量一定要改变，回路中一定有感应电流产生.当线圈在纸面内平动或转动时，线圈相对磁场的正对面积始终为零，因此ΔS＝0，因而无感应电流产生，A错误；当线圈平面沿垂直纸面方向向纸外平动时，同样ΔS＝0，因而无感应电流产生，B错误；当线圈以ac为轴转动时，线圈相对磁场的正对面积改变量ΔS仍为零，回路中仍无感应电流，C错误；当线圈以bd为轴转动时，线圈相对磁场的正对面积发生了改变，因此在回路中产生了感应电流，D正确.
3.（多选）如图所示，绕在铁芯上的线圈与电源、滑动变阻器和开关组成闭合回路，在铁芯的右端套有一个表面绝缘的铜环A，下列各种情况中铜环A中有感应电流的是（　BCD　）
A.线圈中通以恒定的电流
B.通电过程中，使变阻器的滑片P做匀速移动
C.通电过程中，使变阻器的滑片P做加速移动
D.将开关突然断开的瞬间
解析：线圈中通以恒定的电流，铜环A中磁通量不变，铜环A中没有感应电流，A错误；变阻器的滑片P做匀速、加速移动时，线圈中电流变化，铜环A中磁通量发生变化，铜环A中有感应电流，B、C正确；将开关突然断开的瞬间，线圈中电流变为零，铜环A中磁通量发生变化，铜环A中有感应电流，D正确.
4.如图所示，一有界匀强磁场的宽度为d0，一个边长为l的正方形导线框abcd以速度v匀速通过磁场区域.若d0＞l，线框平面与磁场方向垂直且有两条边与磁场边界平行，则线框穿过磁场的过程中，线框中不产生感应电流的时间应等于（　C　）
A. B. C. D.
解析：线框在进入磁场时，cd边切割磁感线，导线框中磁通量增大，产生感应电流；当线框全部进入磁场内时，导线框中的磁通量不变，无感应电流；当线框穿出磁场时，ab边切割磁感线，导线框中磁通量减少，产生感应电流.故线框中无感应电流的时间为t＝，故选项C正确.
@课时作业（二十八）
[基础训练]
1.（2025·湖南株洲北师大株洲附中高一入学考）全球首段承载式光伏高速公路位于山东济南，路面预留了电磁线圈，未来可实现电动车边跑边充电，以下图中实验装置与它的原理相同的是（　D　）
解析：根据题意可知，承载式光伏高速公路通过光伏发电，再通过路面预留的电磁线圈产生磁场，电动车上的线圈切割磁感线产生感应电流，给电动车充电，所以电动车边跑边充电的原理为电磁感应，A选项电流通过绕在铁芯上的线圈，产生磁场，原理为电流的磁效应，A错误；B选项通电导体在磁场中受力运动，原理为通电导体在磁场中受到作用力，B错误；C选项导线中有电流通过时，下方的小磁针发生转动，是因为通电导线周围产生了磁场，原理是电流的磁效应，C错误；D选项导体切割磁感线产生感应电流，原理为电磁感应，D正确.
2.（多选）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（　AC　）
A.进入匀强磁场区域的过程中，线框ABCD中有感应电流
B.在匀强磁场中加速运动时，线框ABCD中有感应电流
C.在匀强磁场中匀速运动时，线框ABCD中没有感应电流
D.离开匀强磁场区域的过程中，线框ABCD中没有感应电流
解析：线框ABCD在进入和离开匀强磁场区域时，穿过线框的磁通量发生变化，线框ABCD中有感应电流，选项A正确，D错误；线框ABCD在匀强磁场中运动时，无论加速还是匀速，磁通量都没发生变化，线框ABCD中没有感应电流，选项C正确，D错误.
3.如图所示，在正方形线框的内部有一条形磁体，线框与磁铁在同一平面内，两者有共同的中心轴线OO'，关于线框中产生感应电流的下列说法中，正确的是（　D　）
A.当磁铁向纸面外平移时，线框中产生感应电流
B.当磁铁向上平移时，线框中产生感应电流
C.当磁铁向下平移时，线框中产生感应电流
D.当磁铁N极向纸外，S极向纸里绕OO'轴转动时，线框中产生感应电流
解析：A、B、C错：三种情况下，穿过线框的磁通量为零，不产生感应电流.D对：图示时刻穿过正方形线框的磁通量为零，当N极向纸外，S极向纸里绕OO'轴转动时，通过线框的磁通量变化，则线框中产生感应电流.
4.（2025·浙江诸暨中学高二期中）在闭合铁芯上绕有一组线圈，线圈与滑动变阻器、电源构成闭合电路，假定线圈产生的磁场的磁感线全部集中在铁芯内，a、b、c三个闭合金属圆环的位置如图所示.当滑动变阻器的滑片滑动时，能产生感应电流的圆环是（　A　）
A.a、b B.b、c
C.a、c D.a、b、c
解析：由安培定则可知，穿过a环的磁感线方向向右，穿过b环的磁感线方向向下，当滑动变阻器的滑片滑动时，电路中电流发生变化，从而引起闭合铁芯中的磁场变化，穿过a、b两圆环的磁通量随之变化，有感应电流产生；而c环中有两个铁芯同时穿过，穿入和穿出c环的磁通量始终相等，合磁通量为零，所以c环中不能产生感应电流，故A正确.
5.如图所示，在匀强磁场中做各种运动的矩形线框，能产生感应电流的是（　B　）
甲 乙 丙 丁
A.图甲中矩形线框向右加速运动
B.图乙中矩形线框以OO'为轴匀速转动
C.图丙中矩形线框以OO'为轴匀速转动
D.图丁中矩形线框斜向上运动
解析：题图甲中线框中的磁通量不发生变化，没有感应电流，选项A错误；题图乙中线框转动过程中线框中的磁通量发生变化，有感应电动势产生，同时构成闭合回路，有感应电流产生，选项B正确；题图丙中线框平面与磁感线始终平行，磁通量始终为零，没有感应电流产生，选项C错误；题图丁中线框平面与磁感线始终平行，磁通量始终为零，没有感应电流产生，选项D错误.
6.（2025·吉林长春外国语学校高二期中）某兴趣小组在探究感应电流的产生条件和影响感应电流方向的因素.
（1）通过图（a）所示的实验得知：当磁体向上运动时，电流计指针向右偏转，此时线圈中磁通量在　减少　（填“增加”或“减少”）.
解析：（1）当磁体向上运动时，穿过线圈的磁场竖直向下且减弱，则穿过线圈的磁通量减少.
（2）为进一步探究影响感应电流方向的因素，该小组设计了如图（b）的电路.若图（b）电路连接正确，在闭合开关前滑动变阻器滑片应移至最　左　（填“左”或“右”）端.
解析：（2）闭合开关瞬间，电路中电流增大，铁芯的磁性增强，穿过线圈的磁通量增加，会产生感应电流，为了防止产生的感应电流过大烧坏电流计，闭合开关前需要将滑动变阻器的滑片移到最左端，即最大阻值处.
（3）若图（b）电路连接正确，开关闭合后，将铁芯从线圈中快速抽出时，观察到电流计指针　偏转　（填“偏转”或“不偏转”）.
解析：（3）将铁芯从线圈中快速抽出时，穿过线圈的磁通量减少，会产生感应电流，则观察到电流计指针偏转.
[能力提升]
7.一个匝数为n、面积为S的闭合线圈置于水平面上，若线圈内的磁感应强度在时间t内由竖直向下从B1减小到零，再反向增加到B2，则线圈内的磁通量的变化量ΔΦ大小为（　D　）
A.n（B2－B1）S B.n（B2＋B1）S
C.（B2－B1）S D.（B2＋B1）S
解析：设竖直向上为磁感应强度的正方向，则末状态的磁通量Φ2＝B2S，初状态的磁通量Φ1＝－B1S，因为磁感应强度方向相反，则线圈内的磁通量的变化量ΔΦ＝（B2＋B1）S，与线圈匝数无关，故D正确，A、B、C错误.
8.（2025·浙江六校高三联考）（多选）如图所示，A为多匝线圈，与开关、滑动变阻器相连后接入M、N间的交流电源，B为一接有小灯泡的闭合多匝线圈，下列关于小灯泡发光情况的说法正确的是（　AB　）
A.闭合开关后小灯泡可能发光
B.若闭合开关后小灯泡发光，再将B线圈靠近A，则小灯泡更亮
C.闭合开关瞬间，小灯泡才能发光
D.若闭合开关后小灯泡不发光，将滑动变阻器滑片左移后，小灯泡可能会发光
解析：A对：因回路接入的是交流电，所以当开关闭合后，线圈A中有变化的电流，产生变化的磁场，所以通过线圈B的磁通量变化，回路中有感应电流，小灯泡可能发光.B对：若闭合开关后小灯泡发光，再将B线圈靠近A，穿过B的磁通量变化更剧烈，产生的电流更大，所以小灯泡会更亮.C错：因回路接入的是交流电，闭合开关后，线圈B中仍有感应电流.D错：若闭合开关后小灯泡不发光，说明线圈B中电流过小，当滑片向左移时，B中的感应电流变小，小灯泡不会发光.
9.（多选）如图所示，导线ab和cd互相平行，则下列四种情况中，导线cd中有电流的是（　ABC　）
A.开关S闭合或断开的瞬间
B.开关S是闭合的，滑动触头向左滑
C.开关S是闭合的，滑动触头向右滑
D.开关S始终闭合，滑动触头不动
解析：开关S闭合或断开的瞬间，开关S闭合、滑动触头向左或向右滑的过程，都会使通过导线ab的电流发生变化，使穿过cd回路的磁通量发生变化，从而在cd导线中产生感应电流，故选项A、B、C正确.
10.如图所示，线圈Ⅰ与电源、开关、滑动变阻器相连，线圈Ⅱ与电流计G相连，线圈Ⅰ与线圈Ⅱ绕在同一个铁芯上，在下列情况下，电流计G中是否有示数？
（1）开关闭合瞬间；
答案：（1）有
解析：（1）开关闭合时线圈Ⅰ中电流从无到有，故电流形成的磁场也从无到有，穿过线圈Ⅱ的磁通量也从无到有，故线圈Ⅱ中产生感应电流，电流计G有示数.
（2）开关闭合稳定后；
答案：（2）无
解析：（2）开关闭合稳定后，线圈Ⅰ中电流稳定不变，电流形成的磁场不变，此时线圈Ⅱ中虽有磁通量但磁通量稳定不变，故线圈Ⅱ中无感应电流产生，电流计G无示数.
（3）开关闭合稳定后，来回移动滑动变阻器的滑片；
答案：（3）有
解析：（3）开关闭合稳定后，来回移动滑动变阻器的滑片，电阻变化，线圈Ⅰ中的电流变化，电流形成的磁场也发生变化，穿过线圈Ⅱ的磁通量也发生变化，故线圈Ⅱ中有感应电流产生，电流计G有示数.
（4）开关断开瞬间.
答案：（4）有
解析：（4）开关断开瞬间，线圈Ⅰ中电流从有到无，电流形成的磁场也从有到无，穿过线圈Ⅱ的磁通量也从有到无，故线圈Ⅱ中有感应电流产生，电流计G有示数.
11.如图所示，固定于水平面上的金属框架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.t＝0时，磁感应强度为B0，此时MN到达的位置使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，从t＝0开始，磁感应强度B应怎样随时间t变化？请推导出这种情况下B与t的关系式.
答案：见解析
解析：要使MN棒中不产生感应电流，应使穿过线圈平面的磁通量不发生变化，在t＝0时刻，穿过线圈平面的磁通量Φ1＝B0S＝B0l2
设t时刻的磁感应强度为B，此时磁通量为
Φ2＝Bl（l＋vt）
由Φ1＝Φ2，得B＝.
4.电磁波的发现及应用
核心素养 素养目标
物理观念 1.了解麦克斯韦的电磁场理论，知道电磁波的形成以及赫兹证明了电磁波的存在. 2.知道电磁波在真空中传播的速度与波长、频率的关系. 3.了解电磁波谱的组成和各波段电磁波的特点及应用.
科学探究 通过探究捕捉电磁波的活动，让学生真实感受到电磁波的存在.
科学态度 与责任 能体会电磁技术应用对人类生活和社会发展带来的影响.
@一、电磁场
教材认知
引入　如图所示，当磁铁相对闭合导体运动时，导体中的电子定向移动，是因为受到什么力的作用？若把闭合导体换成一个内壁光滑的绝缘环形管，管内有直径略小于环内径的带正电的小球，则磁铁运动过程中会有什么现象？小球受到的是什么力？以上现象说明了什么问题？
提示：电子受到电场力的作用而定向移动.磁铁运动过程中，带正电小球会定向滚动，小球受到的仍然是电场力.可见空间磁场变化，会产生电场，与有没有闭合导体无关.
【知识梳理】
1.麦克斯韦电磁场理论
（1）变化的磁场产生电场
①在变化的磁场中放入一个闭合电路，由于穿过电路的磁通量发生变化，电路中会产生　感应电流　.这个现象的实质是变化的磁场在空间产生了　电场　.
②即使在变化的磁场中没有闭合电路，也同样会在空间产生　电场　.
（2）变化的电场产生磁场：变化的电场就像导线中的电流一样，会在空间产生　磁场　，即　变化　的电场产生磁场.
2.电磁场：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电磁场.
【拓展深化】　对麦克斯韦电磁场理论中“变化”的理解
项目 电场 磁场
恒定 恒定的电场不产生磁场 恒定的磁场不产生电场
均匀 变化 均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场 均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场
非均匀 变化 非均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场 非均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场
周期性 变化 周期性变化的电场产生同频率周期性变化的磁场 周期性变化的磁场产生同频率周期性变化的电场
典题讲练
[典例1]　（多选）根据麦克斯韦的电磁场理论判断下列表示电场产生磁场（或磁场产生电场）的关系图像中（每个选项中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（　BC　）
解析：A图中的上图磁场是稳定的，由麦克斯韦的电磁场理论可知，其周围空间不会产生电场，A图中的下图是与其不对应，故A图错误；B图中的上图是均匀变化的电场，应该产生稳定的磁场，下图的磁场是稳定的，故B图正确；C图中的上图是周期性变化的磁场，它能产生同频率周期性变化的电场，且相位差为，故C图正确；D图的上图是周期性变化的电场，在其周围空间产生周期性变化的磁场，但是下图中的图像与上图相比较，相位差为π，故D图错误.
名师点评
　　理解麦克斯韦电磁场理论的两点注意
（1）静电场不产生磁场，静磁场也不产生电场.
（2）变化的电场一定能产生磁场，但不一定能产生变化的磁场，如均匀变化的电场产生恒定的磁场；同理，变化的磁场也不一定产生变化的电场.
[训练1]　关于麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是（　D　）
A.有电场的空间一定存在磁场，有磁场的空间也一定能产生电场
B.在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变化的磁场周围一定产生变化的电场
C.均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场
D.变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路无关
解析：根据麦克斯韦电磁场理论可知，选项A错误；根据麦克斯韦电磁场理论，在均匀变化的电场周围产生恒定的磁场，非均匀变化的电场周围产生变化的磁场，在均匀变化的磁场周围产生恒定的电场，非均匀变化的磁场周围产生变化的电场，选项B、C均错误；变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路无关，电路只是显示出电流的存在，选项D正确.
@二、电磁波
教材认知
引入　“为了您和他人的安全，请您不要在飞机上使用手机和手提电脑.”这句提醒警示语是乘坐飞机的旅客都听过的语言，因为有些空难事故就是由于某位乘客在飞行的飞机中使用手机造成的.如图所示是飞机上的警示标志.1999年广州白云机场飞机降落时，机上有四位旅客同时使用了手机，使飞机降落偏离了8度，险些造成事故；2015年4月27日下午一位旅客在飞往乌鲁木齐的途中使用手机，被处以五百元的治安罚款.请问为什么在飞机上不能使用手机和手提电脑呢（包括游戏机）？
提示：由于手机在使用时要发射电磁波，对飞机产生电磁干扰，而飞机上导航系统是非常复杂的，抗干扰能力不是很强，所以如果飞机上的乘客使用了手机，对飞机产生电磁干扰，那么后果将十分严重.所以，在飞机上不能使用手机和手提电脑.
【知识梳理】
1.电磁波
（1）麦克斯韦的伟大预言：周期性变化的电场引起　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　，这样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，形成电磁波.
（2）电磁波可以在　真空　中传播，因为电磁波的传播靠的是电场和磁场的相互“激发”，不需要传播介质.
（3）光的电磁理论：光是以波动形式传播的一种电磁振动，电磁波在真空中的传播速度等于　光速　，即c＝3×108 m/s.
（4）赫兹的贡献：1886年，德国科学家赫兹通过实验捕捉到了　电磁波　，证实了麦克斯韦的电磁场理论.
（5）电磁场中储存着能量，电磁波的发射过程就是辐射电磁能的过程.
2.波长、频率与波速之间的关系
（1）波速＝波长×频率，即c＝λf.
（2）频率由波源决定，与介质无关，而波长、波速的大小与介质有关，所以同一电磁波在不同介质中传播时，频率不变，波速、波长发生改变.
典题讲练
[典例2]　2022年6月5日，中央电视台对神舟十四号飞船与天和核心舱的交会对接盛况进行了直播，其间航天员与北京飞控中心保持通话联络，直播画面通过电磁波传送到地面接收站.下列关于电磁波和声波的说法正确的是（　A　）
A.电磁波是一种物质，也具有能量
B.电磁波跟声波一样，其传播都需要介质
C.麦克斯韦预言了电磁波的存在，并通过实验捕捉到了电磁波
D.航天员讲话时画面与声音同步，说明电磁波与声波具有相同的传播速度
解析：电磁波是一种物质，也具有能量，选项A正确；电磁波的传播不依赖介质，可在真空中传播，声波是机械波，只能在介质中传播，选项B错误；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过实验捕捉到了电磁波，选项C错误；航天员讲话时画面能与声音同步，那是因为画面与声音同时转化成电信号，通过电磁波传回到地面接收器再转化成画面和声音.电磁波的传播速度为光速，声波的传播速度约为340 m/s，选项D错误.
名师点评
　　（1）从无线电波到γ射线都是本质相同的电磁波，遵循共同的规律，但因波长（或频率）不同又表现出不同的特点.
（2）波长越长的电磁波频率越低，能量越低，衍射能力越强，穿透力越差.波长越短的电磁波频率越高，能量越高，衍射能力越弱，穿透力越强.
[训练2]　我国成功研发的反隐身先进米波雷达堪称隐身飞机的克星，它标志着我国雷达研究又创新的里程碑.米波雷达发射无线电波的波长在1～10 m范围内，则对该无线电波的判断正确的是（　C　）
A.米波的频率比厘米波频率高
B.和声波一样需靠介质传播
C.同光波一样会发生反射现象
D.雷达发射的无线电波只传递信息不传递能量
解析：据c＝λf，得f＝，故波长越长，频率越低，选项A错误；无线电波属于电磁波，传播不需要介质，选项B错误；反射是波所特有的现象，选项C正确；雷达发射的无线电波传递信息也传递能量，选项D错误.
@三、电磁波谱
教材认知
【知识梳理】
1.概念：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.
2.各种电磁波按波长由大到小排列顺序为：
　无线电波　、红外线、　可见光　、　紫外线　、X射线、γ射线.
【拓展深化】　不同电磁波的特性和用途
种类 波长范围 特性 应用
无线电波 大于1 mm 波动能力强 通信、广播、射电望远镜
红外线 760～106 nm 热作用强 烘干、红外遥感、测温、夜视仪
可见光 400～760 nm 感光性强 照明、照相
紫外线 10～400 nm 化学作用、荧光作用 消毒、荧光效应、促使人体合成维生素D
X射线 0.001～ 10 nm 较强的 穿透能力 透视人体、检查金属零件的质量
γ射线 小于 10－3 nm 穿透能 力最强 医学上的γ刀技术、探测金属内部的缺陷
【辨析】
（1）过强的紫外线照射有利于人的皮肤健康.（　×　）
（2）电磁波频率最大的是γ射线，医学上常用它进行人体透视检查.（　×　）
（3）紫外线和X射线都可以使感光底片感光.（　√　）
典题讲练
[典例3]　电磁波包括无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等，电磁波谱如图所示，下列说法正确的是 （　B　）
A.只有高温物体才辐射红外线
B.紫外线常用于杀菌消毒，长时间照射可能损害人体健康
C.无线电波的频率比γ射线的频率大
D.红光的波长比X射线小
解析：一切物体都在辐射红外线，紫外线常用于杀菌、消毒，B正确，A错误；无线电波的频率比γ射线小，红光的波长比X射线大，C、D错误.
@四、电磁波的能量及通信
教材认知
引入　“神舟号”系列飞船的成功发射及正常运行，载人航天测控通信系统立下了很大的功劳，它通过国内外的地面测控站和遍布三大洋的4艘远洋测量船，保证地面指挥员及时与飞船取得联系.你知道各测控站点是通过什么途径对飞船传递指令的吗？
提示：各测控站点和飞船之间通过发射和接收载有指令信号的电磁波实现对飞船的测控.
【知识梳理】
1.电磁波的能量
（1）电磁波是　物质　存在的一种特殊形式
电磁波和我们学过的电场、磁场一样，是一种特殊的物质，不是由分子、原子所组成的，与通常的实物不同，但它是客观存在的，具有通常物质所具有的能量等客观属性.
（2）电磁波具有能量
从场的观点来看，电场具有　电场能　，磁场具有　磁场能　，电磁场具有电磁能，电磁波发射的过程就是辐射能量的过程，电磁波在空间传播，　电磁能　就随之一起传播.
2.电磁波通信
（1）传播途径
电磁波携带的信息，既可以　有线　传播，也可以实现　无线　传播.
有线传播利用金属导线、光纤等有形媒介传送信息.如台式电脑、电话等，具体的媒介有：光纤、电缆、电话线、网线等.
无线传播仅利用电磁波而不通过线缆传递信息，如收音机、手机、GPS、无线鼠标等.
（2）传输特点
电磁波的频率越高，相同时间传递的信息量　越大　.由于光的频率比无线电波的频率高得多，因此光缆可以传递大量的信息.
典题讲练
[典例4]　（2025·湖北华中师大附中期末）5G是“第五代移动通信技术”的简称，目前世界各国正大力发展5G网络.5G网络使用的无线电波通信频率在3.0 GHz以上的超高频段和极高频段，比目前4G及以下网络（通信频率在0.3～3.0 GHz的特高频段）拥有更大的带宽和更快的传输速率.未来5G网络的传输速率（指单位时间传输的数据量大小）可达10 Gbps（bps为bits per second的英文缩写，即比特/秒），是4G网络的50～100倍.关于5G网络使用的无线电波，下列说法正确的是（　D　）
A.在真空中的传播速度更快
B.在真空中的波长更长
C.与4G网络使用的无线电波具有相等的能量
D.频率更高，相同时间传递的信息量更大
解析：无线电波在真空中的传播速度与光速相同，保持不变，其速度与频率没有关系，A错误；由c＝λf，知频率越大，波长越短，B错误；电磁波的频率越高，能量越高，C错误；无线电波频率越高，相同时间内传递的信息量越大，D正确.
名师点评
　　（1）电磁波可以通过电缆、光缆进行有线传输，也可实现无线传输.电磁波的频率越高，相同时间内传递的信息量越大.
（2）每一部移动电话就是一个无线电台，它将用户的声音转变为高频电信号发射到空中；同时它又相当于一台收音机，捕捉空中的电磁波，使用户接收到对方传来的信息.
[训练3]　微波炉的工作应用了一种电磁波——微波（微波的频率为2.45×109 Hz）.食物中的水分子在微波的作用下加剧了热运动，内能增加，温度升高，食物增加的能量是微波给它的.如表所示是某微波炉的部分技术参数，问：
微波炉
额定电压：220V　50 Hz
微波额定功率：1 100 W
微波输出功率：700 W
内腔容积：20 L
振荡频率：2 450 MHz
（1）该微波炉内磁控管产生的微波波长是多少？
答案：（1）0.12 m
解析：（1）微波炉内磁控管产生的微波的波长为
λ＝＝ m≈0.12 m.
（2）该微波炉在使用微波挡工作时的额定电流是多少？
答案：（2）5 A
解析：（2）微波挡工作时的额定电流为I＝＝ A＝5 A.
（3）如果做一道菜，使用微波挡需要正常工作30 min，则做这道菜需消耗多少电能？
答案：（3）1.98×106 J
解析：（3）消耗的电能ΔE＝W＝Pt＝1 100×1 800 J＝1.98×106 J.
@随堂检测
1.下列关于麦克斯韦的电磁场理论说法正确的是（　D　）
A.变化的磁场产生的电场一定是变化的
B.不均匀变化的电场产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场产生不均匀变化的电场
C.稳定的磁场产生不稳定的电场
D.振荡的磁场在周围空间产生的电场是振荡的
解析：根据麦克斯韦的电磁场理论可知，变化的磁场周围能产生电场，均匀变化的磁场周围产生稳定的电场，A错误；不均匀变化的电场产生变化的磁场，磁场有可能不是均匀变化的，均匀变化的磁场周围产生稳定的电场，B错误；稳定的磁场周围不产生电场，C错误；振荡的磁场在周围空间产生的电场是振荡的，振荡的电场在周围空间产生的磁场也是振荡的，D正确.
2.有四种磁场，其磁感应强度B随时间t变化的图像如图所示.下列说法正确的是（　B　）
A.这四种磁场都能产生电场
B.除了图甲中的磁场，其他三种磁场都可以产生电场
C.只有图丙中的磁场可以产生电磁波
D.除了图甲中的磁场，其他三种磁场都可以产生电磁波
解析：根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的磁场产生电场，故乙、丙、丁都可以产生电场，A错误，B正确；均匀变化的磁场产生恒定的电场，周期性变化的磁场产生周期性变化的电场，从而产生电磁波，故丙、丁可以产生电磁波，C、D错误.
3.（多选）某山地转播中心包括转播中心本体建筑和电视演播室两大部分.山地转播中心面积约1.2万平方米，内设四个转播技术分隔区；电视演播室建筑面积约8 000平方米，分上、中、下三层，设有10个电视演播间.下列关于电磁波的说法正确的是（　ACD　）
A.电磁波在真空中的传播速度是c＝3×108 m/s
B.电磁波不能传播能量
C.无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线均属于电磁波
D.麦克斯韦预言了电磁波的存在
解析：电磁波在真空中的传播速度是c＝3×108 m/s，选项A正确；电磁波能传播能量，选项B错误；无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线均属于电磁波，选项C正确；麦克斯韦预言了电磁波的存在，选项D正确.故选ACD.
4.2024年4月12日消息，“中国天眼”的强大观测能力结合创新的分析方法，能够深入刻画宇宙间的神秘爆发信号，有望最终揭示其起源.如图所示是中国天眼FAST－500 m口径球面射电望远镜，天眼接收的射电波工作波长在分米到米的范围，真空中的光速c＝3.0×108 m/s，下列说法正确的是（　C　）
A.天眼接收的射电波是电磁波，麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在
B.天眼只能在白天晴朗的天气工作
C.天眼接收的射电波的频率区间为108～109 Hz
D.天眼接收的电磁波是横波，电磁波的传播需要介质
解析：第一个用实验的方法证实电磁波的科学家是赫兹，麦克斯韦只是预言了电磁波的存在，故A错误；中国天眼接收来自宇宙的射电波信号，射电波是一种波长更长，频率更低的电磁波，可以穿透云层、星云等天体物质，所以中国天眼在任何天气下都可以正常运行，不受白天黑夜的影响，故B错误；根据题意知天眼接收的射电波工作波长在分米到米的范围，由f＝得射电波的频率区间为108～109 Hz，故C正确；电磁波是横波，电磁波的本质是电场和磁场的交替变化，在空间中以波的形式传播，不需要通过物质介质来传递能量，故D错误.
@课时作业（二十九）
[基础训练]
1.关于电磁场和电磁波的说法正确的是（　B　）
A.当电场和磁场在某一区域同时存在时，可称为电磁场
B.电磁场由发生区域向远处传播形成电磁波
C.在电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场
D.电磁波是一种波，声波也是一种波，它们是同种性质的波动
2.关于电磁波的传播速度，下列说法中正确的是（　D　）
A.波长越长，传播速度就越大
B.频率越高，传播速度就越大
C.发射能量越大，传播速度就越大
D.电磁波的传播速度与传播介质有关
解析：电磁波在真空中传播速度均相同，在介质中电磁波的传播速度与介质有关，还与频率有关，故选D.
3.所有电磁波在真空中传播时，具有相同的物理量是（　D　）
A.频率 B.波长 C.能量 D.波速
解析：不同电磁波在真空中传播时，只有速度相同，即为波速，故选D.
4.（2025·山西临晋中学高二期末）关于电磁场理论，下列说法中正确的是（　D　）
A.在电场的周围一定存在着由该电场产生的磁场
B.非均匀变化的电场产生的磁场一定是均匀变化的
C.均匀变化的磁场一定产生变化的电场
D.均匀变化的电场一定产生恒定的磁场
解析：A错：在稳定的电场周围不会产生磁场.B错：非均匀变化的电场产生非均匀变化的磁场，而均匀变化的电场产生恒定的磁场.C错，D对：均匀变化的磁场一定产生恒定的电场，均匀变化的电场一定产生恒定的磁场.
5.（2025·江苏苏州一中高二检测）麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验证实了这一预言.电磁波的波长为λ、频率为f、真空中传播速度为c（即光速），则这三个物理量之间的关系式正确的是（　B　）
A.λ＝cf B.c＝λf
C.c＝ D.f＝cλ
6.下列电磁波中，频率最高的是（　C　）
A.无线电波 B.红外线 C.γ射线 D.紫外线
7.（多选）电磁波无论在通信领域，还是医疗健康领域以及食品卫生中的应用都是极其广泛，而这几个领域仅仅是电磁波在日常生活中的一小部分，可见电磁波的应用范围之广.日常生活中电磁波的广泛应用给人们生活带来了极大的便利，提高了人们的生活质量.因此，掌握了电磁波就可以为我们的生活造福.下列关于电磁波的描述，正确的是（　ABD　）
A.真空中电磁波的传播速度等于光速
B.光是以波动形式传播的一种电磁振动
C.一束红光从空气传入水中，光的频率发生变化
D.电磁波具有能量
解析：电磁波是电磁场的传播，光是以波动形式传播的一种电磁振动，电磁波在真空中的传播速度等于光速，故A、B正确；一束红光从空气传入水中，光的颜色不变，即光的频率不变，故C错误；电磁波具有能量，如微波炉发出的微波可以加热食物，故D正确.
8.如图所示是医生用计算机辅助某种射线断层摄影（简称“CT”）检查身体的情景，这种能穿透身体的射线是（　A　）
A.X射线 B.红外线 C.紫外线 D.可见光
解析：X射线具有较强的穿透能力，常在医疗上用来检查身体.红外线具有显著的热效应，能制成热谱仪、红外线夜视仪，红外线还可以用来遥控，制成电视遥控器.紫外线化学效应强，能制成消毒灯，还具有荧光效应，能制成验钞机来验钞.可见光的穿透性还不及紫外线.综上所述，A符合题意.
[能力提升]
9.（2025·福建平和一中高二检测）关于电磁波，下列说法中正确的是（　C　）
A.电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的
B.超声波属于电磁波
C.光属于电磁波
D.电磁波不能在真空中传播
10.（2025·四川眉山二校高二期末）把电磁波按波长大小的顺序排列成谱，如图所示，由电磁波谱可知 （　A　）
A.微波是不可见光
B.红外线可以杀菌消毒
C.紫外线的波长比红外线长
D.X射线的波长比红外线的波长更长
解析：由电磁波谱可知，微波是不可见光，A正确；红外线有热效应，紫外线可以杀菌消毒，B错误；紫外线的波长比红外线短，C错误；红外线的波长比X射线的波长更长，D错误.
11.（多选）下列关于电磁波的叙述，正确的是（　AC　）
A.电磁波是以波动的形式由发生区域向远处传播的电磁场
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中传播时，波长将变短
D.电磁波由真空进入介质中传播时，频率将变大
解析：电场、磁场相互激发并以波动的形式向外传播，形成电磁波，选项A正确；电磁波只有在真空中波速为3×108 m/s，在其他介质中波速均小于3×108 m/s，选项B错误；电磁波由真空进入介质中传播时，频率不变，波速减小，根据λ＝知，波长λ减小，故选项C正确，D错误.
12.关于电磁波的应用，下列说法正确的是（　C　）
A.雷达可以利用反射电磁波定位，是因为其工作波段的电磁波衍射效应较为明显
B.移动电话选择微波作为工作波段，是因为微波比其他波段的电磁波的波速更快
C.X射线衍射能探测晶体内原子的排列结构，是因为X射线的波长与原子间距相近
D.工程上用γ射线探测金属内部缺陷，是因为γ射线具有频率高、波动性强的特点
解析：雷达可以利用反射电磁波定位，是因为其工作波段的电磁波的波长短，衍射现象不明显，传播的方向性好，有利于定位，A错误；移动电话选择微波作为工作波段，是因为微波的波长短，方向性强，频带范围广，与波速无关，且所有波段的电磁波在真空中的传播速度均和光速一样，B错误；X射线的波长与原子间距相近，衍射现象明显，能探测晶体内原子的排列结构，C正确；工程上用γ射线探测金属内部缺陷，是因为γ射线能量大，波动性弱，穿透本领强的特点，D错误.
13.在电视节目中，我们经常看到主持人与派到热带地区的记者通过同步通信卫星通话，他们之间每一问一答总是迟“半拍”，这是为什么？如果有两个手持卫星电话的人通过同步通信卫星通话，一方讲话，另一方至少要等多长时间才能听到对方的讲话.（已知地球的质量为6.0×1024 kg，地球半径为6.4×106 m，引力常量为6.67×1 N·m2· kg－2）
答案：电磁波传递信息需要时间　0.24 s
解析：主持人与记者之间通话的不合拍是因为电磁波是以有限的速度在空中传播的，利用电磁波传递信息是需要时间的，设同步卫星高度为H，由万有引力提供卫星做圆周运动的向心力，即＝m（R＋H），H＝－R＝3.6×107 m，则一方讲话，另一方听到对方的讲话所需的最少时间是t＝＝0.24 s.
5.能量量子化
核心素养 素养目标
物理观念 1.了解什么是热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐射. 2.初步了解微观世界的量子化特征.
科学思维 根据黑体辐射的实验规律，分析黑体辐射的强度与波长的关系.
科学态度 与责任 由黑体辐射实验结论与光的电磁理论的矛盾，领会这一科学突破过程中科学家的思想.
@一、热辐射
教材认知
引入　把铁块投进火炉中.刚开始铁块只是发热，并不发光.随着温度的升高，铁块会慢慢变红，开始发光.铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色，直至成为黄白色.为什么会有这样的变化呢？
提示：辐射强度按波长的分布情况随物体的温度变化而有所不同.
【知识梳理】
1.热辐射
（1）定义：我们周围的一切物体都在辐射　电磁波　.这种辐射与物体的　温度　有关，所以叫作热辐射.
（2）特点：当温度升高时，热辐射中波长　较短　的电磁波的成分越来越强.
2.黑体
（1）定义：能够　完全　吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体.
（2）特点
①黑体不反射电磁波，但可以向外　辐射　电磁波.
②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.
说明：黑体不一定是黑的，只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑的；有些可看成黑体的物体由于有较强的辐射，看起来还会很明亮，如炼钢炉口上的小孔.
典题讲练
[典例1]　（多选）下列说法正确的是（　CD　）
A.只有温度高的物体才会有热辐射
B.黑体只是从外界吸收能量，从不向外界辐射能量
C.黑体可以看起来很明亮，是因为黑体可以有较强的辐射
D.一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面情况有关
解析：任何物体在任何温度下都存在辐射，温度越高辐射的能力越强，A错误；能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体叫作黑体，黑体不反射电磁波，但可以向外辐射电磁波，有些黑体有较强的辐射，看起来也可以很明亮，B错误，C正确；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，与构成黑体的材料、形状无关，而一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面情况有关，D正确.
名师点评
　　（1）黑体完全吸收电磁波而不反射，同时其本身也辐射电磁波；黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与其他因素无关.
（2）一般材料的物体，辐射电磁波的情况不仅与温度有关，还与材料的种类及表面状况有关.
[训练1]　关于黑体及黑体辐射，下列说法正确的是（　B　）
A.黑体是真实存在的
B.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
C.随着温度升高黑体辐射的各波长的强度有些会增强，有些会减弱
D.黑体辐射无任何实验依据
解析：黑体并不是真实存在的，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正确；随着温度的升高，各种波长的辐射强度都会增强，故C错误；黑体辐射是有实验依据的，故D错误.
@二、能量子和能级
教材认知
引入　如图所示为我国首颗量子通信卫星“墨子号”.“墨子号”的成功发射使我国在量子通信技术领域走在了世界前列.那么，量子通信的理论基础是什么？该理论的提出背景又是什么？
提示：量子通信的理论基础来源于德国物理学家的能量量子化假设.该假设提出的背景是经典电磁理论解释不了黑体辐射实验的实验规律.
【知识梳理】
1.普朗克能量子概念
（1）定义：振动着的带电微粒的能量只能是某个最小能量值ε的　整数倍　，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子.
（2）能量子大小的公式：　ε＝hν　.其中ν是电磁波的频率，h为普朗克常量，h＝6.626×10－34 J·s.
（3）能量子假说的意义：在微观世界中微观粒子的能量是　一份一份　的，或者说微观粒子的能量是不连续（分立）的.这种现象叫能量的　量子化　.
（4）光子：爱因斯坦认识到了普朗克能量子假设的意义，他把能量子假设进行了推广，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hν，h为普朗克常量.这些能量子后来被叫作光子.
2.能级及能级跃迁
（1）能级：微观世界中能量取分立值的观念也适用于原子系统，原子的能量是量子化的，这些量子化的　能量值　叫作能级.
（2）通常情况下，原子处于能量最低的状态是最稳定的.
（3）原子获得能量有可能跃迁到较高的能量状态，这些状态的原子是　不稳定　的，会自发地向能量　较低　的能级跃迁，放出光子.
（4）原子从高能级向低能级跃迁放出的光子的能量等于前后两个　能级　之差，原子从低能级跃迁到高能级吸收光子的能量也等于前后两个　能级　之差.
典题讲练
[典例2]　（2023·新课标全国卷）铯原子基态的两个超精细能级之间跃迁发射的光子具有稳定的频率，铯原子钟利用的两能级的能量差量级为10－5 eV，跃迁发射的光子的频率量级为（普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，元电荷e＝1.60×10－19 C）（　C　）
A.103 Hz B.106 Hz C.109 Hz D.1012 Hz
解析：铯原子钟利用的两能级的能量差量级对应的能量为ε＝10－5 eV＝10－5×1.6×10－19 J＝1.6×10－24 J，由光子能量的表达式ε＝hν可得，跃迁发射的光子的频率量级为ν＝＝ Hz≈2.4×109 Hz，跃迁发射的光子的频率量级为109 Hz，故选C.
名师点评
能量子问题的求解方法
（1）应用ε＝hν＝h计算不同波长的光的能量子的大小.
（2）应用λ＝h计算光的波长.
（3）应用E＝nε＝nhν＝nh计算光子数.
[训练2]　关于光子的发射和吸收，下列说法正确的是（　C　）
A.原子从低能级跃迁到高能级要放出光子，放出光子的能量等于原子在始、末两个能级的能量差
B.原子不能从低能级向高能级跃迁
C.原子吸收光子后从低能级跃迁到高能级，从高能级跃迁到低能级时放出光子
D.原子无论是吸收光子还是放出光子，吸收或放出的光子的能量可大于始、末两个能级的能量差值
解析：原子从低能级向高能级跃迁要吸(共12张PPT)
第十三章　电磁感应与电磁波初步
章末整合提升
[素养提升]
提升一　磁感应强度与电场强度的对比
项目 磁感应强度B 电场强度E
物理意义 描述磁场的力的性质的物理量 描述电场的力的性质的物理量
定义式
大小决定因素 由磁场本身决定，与试探电流无关 由电场本身决定，与试探电荷无关
与力的
关系 试探电流所受磁场力F＝0时，B不一定为0 试探电荷所受电场力F＝0时，E一定为0
标矢性 矢量，其方向沿磁感线的切线方向，是小磁针N极的受力方向 矢量，其方向沿电场线的切线方向，是放入该点的正电荷的受力方向
场的
叠加 合磁感应强度等于各磁感应强度的矢量和 合场强等于各个电场强度的矢量和
单位 1 T＝1 N/（A·m） 1 V/m＝1 N/C
A. 电荷在某处不受静电力的作用，则该处的电场强度为零
B. 一小段通电导线在某处不受安培力的作用，则该处磁感应强度一定为零
C. 把一个试探电荷放在电场中的某点，它受到的静电力与所带电荷量的比值表示该点电场的强弱
D. 把一小段通电导线放在磁场中某处，它所受的磁场力与该小段通电导线的长度和电流乘积的比值表示该处磁场的强弱
AC
A. 小球N转动时形成的等效电流沿逆时针方向
B. 小球M转动时形成的等效电流大于小球N转动时形成的等效电流
C. O点的磁感应强度为零
D. O点的磁感应强度方向竖直向上
D
解析：点电荷的定向移动，形成电流，两个电荷量相等，转动的周期相等，所以它们的电流的大小是相等的；根据正电荷的定向移动方向即为电流的方向可知，小球N转动形成的等效电流沿顺时针方向，故A、B错误.根据安培定则可知，正电荷在O点的磁场方向为竖直向上，而负电荷在O点的磁场方向为竖直向下，由于正电荷距离O点较近，正电荷运动时在O点产生的磁场强，根据矢量叠加原理，则合磁场的方向为竖直向上，故D正确，C错误.
提升二　感应电流产生条件的理解和应用
1. 产生感应电流的条件
（1）闭合回路.
（2）穿过回路的磁通量发生变化.
2. 分析磁通量的变化
首先要弄清磁感线是如何分布的，其次看磁场变化情况，最后看有效面积变化情况.具体有如下四种情况：
项目 类型 磁通量的变化量大小 举例
Φ变化的
四种情况 B不变，S变 ΔΦ＝｜B·ΔS｜
闭合回路的一部分导体做切割磁感线运动
B变，S不变 ΔΦ＝｜ΔB·S｜
线圈与磁体之间发生相对运动
B和S都变 ΔΦ＝｜B2S2－B1S1｜ 注意：此时可由ΔΦ＝｜Φ2－Φ1｜计算并判断磁通量是否变化
项目 类型 磁通量的变化量大小 举例
Φ变化的
四种情况 B和S大
小都不变，
但两者之
间的夹角
θ变 ΔΦ＝｜BS·
（sin θ2－
sin θ1）｜
线框绕垂直
磁场的轴线转动
D
A. 先闭合S2，后闭合S1的瞬间，电流计指针不偏转
B. S1、S2闭合后，在断开S2的瞬间，电流计指针偏转
C. 先闭合S1，后闭合S2的瞬间，电流计指针偏转
D. S1、S2闭合后，在断开S1的瞬间，电流计指针偏转
解析：回路A中有电源，当S1闭合后，回路中有电流，在回路的周围产生磁场，回路B中有磁通量，在S1闭合或断开的瞬间，回路A中的电流从无到有或从有到无，电流周围的磁场发生变化，从而使穿过回路B的磁通量发生变化，产生感应电动势，此时若S2是闭合的，则回路B中有感应电流，电流计指针偏转.所以选项D正确.
A. 导线中电流变大 B. 线框向右平动
C. 线框以ab边为轴转动 D. 线框以直导线为轴转动
ABC
解析：导线中电流变大、线框向右平动、线框以ab边为轴转动都会使线框内磁通量发生变化而产生感应电流；而线框以直导线为轴转动不会使线框内磁通量发生变化，不会产生感应电流.故A、B、C正确，D错误.

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