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第13章 电磁感应与电磁波初步探究案
学习目标
知道磁场的概念，认识磁场是客观存在的物质，了解磁现象及电流的磁效应。
认识磁感应强度的概念及物理意义。
了解电磁感应现象，探究产生感应电流的条件。
电磁波的基本特点及其发现过程，通过电磁波体会电磁场的物质性。
了解什么是热辐射及热辐射的特性，了解黑体辐射的强度与波长的关系。
课堂探究
考点一：磁场 磁感线
磁场不仅存在于磁体周围，还存在于电流周围．
1．磁场概念：磁场是存在于磁体或电流周围的一种客观存在的物质．
2．磁场的基本性质：对处在它里面的磁极或电流有磁场力的作用（这种性质叫做磁场具有力的性质）．
3．磁感线：在磁场中画一些有方向的曲线，在这些曲线上，每一点的切线方向都在该点的磁场方向上．
磁感线的特点
(1)磁感线是为了形象地描述磁场而假想出来的有方向的曲线，并不是客观存在于磁场中的真实曲线．
(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)磁感线上每一点的切线方向就是该点的磁场方向．
(4)磁感线是闭合曲线，不相交，不相切，也不中断．
(5)磁场中的任何一条磁感线都是闭合曲线，在磁体外部由N极指向S极，在磁体内部由S极指向N极．
安培定则：用右手握住螺旋管，让弯曲的四指所指的方向跟电流方向一致，大拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向。（大拇指指向螺线管北极）
典例精析
如图所示，表示蹄形磁铁周围的磁感线，磁场中有a、b两点，下列说法正确的是(　　)
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．蹄形磁铁的磁感线起始于蹄形磁铁的N极，终止于蹄形磁铁的S极
D．a处没有磁感线，所以磁感应强度为零
考点二：磁感应强度　磁通量
1.磁感应强度B
物理意义：描述磁场强弱和方向的物理量
磁感应强度的方向：小磁针N极受力的方向
磁场的方向：小磁针静止时N极指的方向
磁感应强度的大小：
2．匀强磁场
磁感应强度的大小相等、方向处处相同的磁场叫匀强磁场。
产生方法
（1）距离很近的两个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。
匀强磁场的磁感线是间隔相等的平行直线
3.磁通量
定义：设在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，有一个与磁场方向垂直的平面，面积为 S，我们把 B 与 S 的乘积叫作穿过这个面积的磁通量，简称磁通。
公式：
单位：韦伯，韦， Wb
适用条件：（1）匀强磁场；（2）磁感线与平面垂直。
磁通量也可理解为穿过某面积的磁感线的条数。
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，则磁感线从此面穿出时，磁通量即为负值。
磁通量的变化量
（1）当B 不变，有效面积S变化时，
（2）当B 变化，有效面积S不变时，
（3）当B 和有效面积S都变化时，
4.磁场的叠加问题
当空间内有几种磁场时，空间中某点的磁感应强度等于每种磁场单独存在时在该点产生的磁感应强度的矢量和，磁感应强度矢量，叠加遵循平行四边形定则。
典例精析：
(多选)把一小段通电直导线垂直磁场方向放入一匀强磁场中，图中能正确反映各量间关系的是(　　)
考点三：电磁感应现象及应用
1.电磁感应
1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象．产生的电流叫作感应电流。
2.产生感应电流的条件
闭合电路包围的面积变化时，电路中有感应电流产生；包围的面积不变时，电路中无感应电流产生
当线圈中磁场发生变化时，闭合回路中有感应电流产生；当线圈中磁场不变时，闭合回路中无感应电流
3.电磁感应现象的应用
无线充电器是指不用传统的充电电源线连接到需要充电的终端设备上的充电器，采用了最新的无线充电技术。
通过使用线圈之间产生的磁场，神奇的传输电能，电感耦合技术将会成为连接充电基站和设备的桥梁。
无线充电技术在 2007 年获得了 20 项专利，多种设备可以使用一台充电基站，手机、MP3 播放器、电动工具和其他的电源适配器的有线充电情况将不会存在了。
典例精析：
下列属于电磁感应现象的是(　　)
A．通电导体周围产生磁场
B．磁场对感应电流发生作用，阻碍导体运动
C．由于导体自身电流发生变化，在回路中产生感应电流
D．电荷在磁场中定向移动形成电流
考点四：电磁波的发现及应用
1. 电磁场
恒定的电场不产生磁场
恒定的磁场不产生电场
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
振荡电场产生同频率的振荡磁场
振荡磁场产生同频率的振荡电场
2.电磁波：变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地传播。这种变化的电磁场在空间以一定的速度传播的过程叫做电磁波。
电磁波的特性：
a、不需要传播介质，可以在真空中传播。
b、传播速度等于光速。
c、光是一种电磁波。
3.电磁波谱：波峰与波谷:在一列水波中,凸起的最高处叫作波峰;凹下的最低处叫作波谷。
波长、频率与波速:如图邻近的两个波峰(或波谷)的距离叫作波长,波长用符号λ来表示;波的频率是在1 s内有多少次波峰(或波谷)通过,频率用符号f来表示;波速是用来描述波传播快慢的物理量,波速用符号c来表示。
波速、波长、频率三者之间的关系:c=λf,其中c=3×108 m/s。
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。
4.电磁波的能量：电磁波有能量。电磁波是一种物质存在的形式。
例：微波炉，食物增加的能量是微波给的。
太阳辐射能大部分集中在可见光和红外线、紫外线区域。如图所示：
典例精析：
LC振荡电路中，某时刻磁场方向如图所示，则下列说法正确的是(　　)
A．若磁场正在减弱，则电容器上极板带正电
B．若电容器正在充电，则电容器下极板带正电
C．若电容器上极板带正电，则线圈中电流正在增大
D．若电容器正在放电，则自感电动势正在阻碍电流增大
考点五：能量量子化
1.热辐射
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。物体在室温时，热辐射的主要成分是波长较长的电磁波，不能引起人的视觉。当温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强。
随着温度的升高，铁块从发热，再到发光，铁块的颜色也不断发生变化。
黑体：如果某物体能够完全吸收入射各种波长的电磁波而不发生反射，这物体称为黑体
绝对的黑体实际上是不存在的，但可以用某装置近似地代替．如图所示，如果在一个空腔壁上开一个小孔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体．
普朗克的量子化假设的意义
(1)普朗克的能量子假设，使人类对微观世界的本质有了全新的认识，对现代物理学的发展产生了革命性的影响．成为物理学发展史上一个重大转折点．
(2)普朗克常量h是自然界最基本的常量之一，它体现了微观世界的基本特征．
2.能量子
不可再分的最小能量值ε叫做能量子
ε=hν
h=6.626×10-34J.s
量子数
能量只能是最小能量值ε的整数倍，即：ε, 1 ε, 2 ε, 3 ε, ... n ε. n为正整数，称为量子数
3.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（energy level）。
典例精析：
(多选)黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知(　 　)
A．随温度升高，各种波长的辐射强度都增加
B．随温度降低，各种波长的辐射强度都增加
C．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
D．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
随堂检测
1．如图，P、Q两枚小磁针分别放在通电螺线管的正上方和右侧。闭合电键，小磁针静止时N极的指向是（　　）
A．P、Q均向左
B．P、Q均向右
C．P向左，Q向右
D．P向右，Q向左
2．电磁波包含了γ射线、红外线、紫外线、无线电波等，按波长由长到短的排列顺序是（　　）
A．无线电波、红外线、紫外线、γ射线
B．红外线、无线电波、γ射线、紫外线
C．γ射线、红外线、紫外线、无线电波
D．紫外线、无线电波、γ射线、红外线
3. 关于磁场，下列说法错误的是（　　）
A．磁场和电场是同一种物质
B．磁场的基本特性是对放入其中的磁体或通电导体有磁场力的作用
C．磁体与通电导体之间的相互作用是通过磁场发生的
D．通电导体和通电导体之间的相互作用是通过磁场发生的
A．只有甲同学设计的电路能测出电源的电动势和内电阻
B．只有乙同学设计的电路能测出电源的电动势和内电阻
C．只有丙同学设计的电路能测出电源的电动势和内电阻
D．三位同学设计的电路都能测出电源的电动势和内电阻
4. 下列现象中，属于电磁感应现象的是（　　）
A．小磁针在通电导线附近发生偏转
B．通电线圈在磁场中受磁场作用力转动
C．磁铁吸引小磁针
D．闭合线圈靠近磁铁时产生电流
本课小结
参考答案
课堂探究
考点一
典例精析
【解析】由题图可知b处的磁感线较密，a处的磁感线较疏，所以Ba考点二
典例精析
【解析】磁感应强度的大小和方向由磁场自身决定，不随F或IL的变化而变化，故B正确，D错误；当导线垂直于磁场放置时，有B＝ ，即F＝ILB.所以B不变的情况下F与IL成正比，故A错误，C正确．
考点三
典例精析
【答案】D
【解析】　A选项属于伏安法测定干电池的电动势和内阻的实验器材，A项正确；由U＝E－r知，B项正确；由E＝I(R＋r)知，C项正确；因不能读出滑动变阻器的阻值，D项错误。
考点四
典例精析
【答案】BC
【解析】本题考查各物理量发生变化的判断方法．由电流的磁场方向和安培定则可判断振荡电流方向，由于题目中未标明电容器两极板的带电情况，可分两种情况讨论：(1)若该时刻电容器上极板带正电，则可知电容器处于放电阶段，电流增大，则C对，A错；(2)若该时刻电容器下极板带正电，可知电容器处于充电状态，电流在减小，则B对，由楞次定律可判定D对．故正确答案为BCD
考点五
典例精析
【答案】ACD
【解析】由图可知，随温度升高，各种波长的辐射强度都增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，当温度降低时，上述变化都将反过来，故A、C、D正确，B错误．
随堂检测
1．C
【解析】闭合电建，根据右手螺旋定则，知螺线管内部的磁场方向从左向右，外部磁场方向从右向左，小磁针静止时N极的指向表示磁场的方向，所以Q的N极向右，P的N极向左。故C正确，A、B、D错误。
故选：C。
2．A
【解析】按照波长从大到小的顺序依次是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线。
故选：A。
3．A
【解析】A、磁体或者通电导体周围空间存在的物质叫磁场。电荷周围空间存在的物质叫电场，所以磁场和电场不是同一种物质，故A错误；
B、磁场的基本性质是对放入其中的磁体或通电导体有力的作用，故B正确；
CD、磁体和磁体之间、磁体和电流之间、电流和电流之间的相互作用都是通过磁场发生的，故CD正确；
本题是选错误的。
故选：A。
4．D
【解析】A、小磁针在通电导线附近发生偏转是由于电流产生磁场引起的，不是电磁感应现象，故A错误。
B、通电线圈在磁场中发生转动属于电流受到安培力的作用产生的，不是电磁感应现象，故B错误。
C、磁铁吸引小磁针属于磁现象，不是电磁感应现象，故C错误。
D、闭合线圈靠近磁铁时，闭合回路磁通量发生变化，产生感应电流，是电磁感应现象，故D正确。
故选：D。

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