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高中物理必修三素养提升学案
第13章 电磁感应与电磁波初步
章末综合提升
【知识整合】
【题型探究】
主题1　电和磁的联系
1．磁场与电场的对比
磁场 电场
产生 磁体、电流、运动电荷周围产生的一种特殊物质 电荷周围产生的一种特殊物质
特性 对处于其中的磁体、电流和运动电荷有力的作用 对放入其中的电荷产生力的作用
方向 小磁针静止时N极所指的方向或小磁针N极受力方向 正电荷的受力方向或负电荷受力的反方向
2．磁感应强度与电场强度的对比
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 B＝(通电导线与B垂直) E＝
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
【典例1】　如图所示，完全相同的甲、乙两个环形电流同轴平行放置，甲的圆心为O1，乙的圆心为O2，在两环圆心的连线上有a、b、c三点，其中aO1＝O1b＝bO2＝O2c，此时a点的磁感应强度大小为B1，b点的磁感应强度大小为B2。当把环形电流乙撤去后，c点的磁感应强度大小为(　　)
甲　　　乙
A．B1－　　B．B2－　　C．B2－B1　　D．
【答案】A　
【解析】对于图中单个环形电流，根据安培定则，其在中轴线上的磁场方向均是向左，故c点的磁场方向也是向左的；
令aO1＝O1b＝bO2＝O2c＝r，设单个环形电流在距离中点r位置的磁感应强度为B0，在距离中点3r位置的磁感应强度为B3，故a点磁感应强度：B1＝B0＋B3，b点磁感应强度：B2＝B0＋B0，当撤去环形电流乙后，c点磁感应强度：Bc＝B3＝B1－，故A正确，B、C、D错误。
【关键点拨】
(1)两环形电流均存在时，两环心连线上任意点的磁感应强度均为两环形电流单独存在所产生的磁感应强度的矢量和。
(2)距环形电流的距离不同的点，磁感应强度的大小也不同。
主题2　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)电路闭合。
(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。具体有以下四种情况：
类型 磁通量的变化量 举例
Φ变化的四种情况 B不变，S变 ΔΦ＝B·ΔS 例：闭合回路的一部分导体做切割磁感线运动时
B变，S不变 ΔΦ＝ΔB·S 例：线圈与磁体之间发生相对运动时
B和S都变 ΔΦ＝B2S2－B1S1 注意此时应由ΔΦ＝Φ2－Φ1计算并判断磁通量是否变化
B和S大小都不变，但两者之间的夹角θ变 ΔΦ＝BS(sin θ2－sin θ1) 例：线圈在磁场中转动时
3．判断电路中是否存在感应电流的思路
【典例2】　(多选)如图所示，竖直放置的长直导线通以恒定电流，一矩形线框abcd与通电导线共面放置，且ad边与通电导线平行。下列情况中线框能产生感应电流的是(　　)
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
[思路点拨]　解答本题时可按以下思路分析：
→→
【答案】ABC　
【解析】讨论线框是否产生感应电流，需分析通电直导线周围的磁场分布情况，通电直导线周围的磁感线是一系列的同心圆，且离导线越远磁感线越稀疏。只要穿过线框的磁通量发生变化，线框中就能产生感应电流。因I增大而引起导线周围磁场的磁感应强度增大，穿过线框的磁通量增大，故A正确；因离直导线越远，磁感线分布越稀疏(如图甲)，因此线框向右平动时，穿过线框的磁通量变小，故B正确；线框以ab边为轴转动，当线框在如图甲所示位置(共面)时，穿过线框的磁通量最大，当线框转过90°时，穿过线框的磁通量最小，Φ＝0，因此可以判定线框以ab边为轴转动时磁通量一定变化，故C正确；对D选项，先画出俯视图(如图乙)，由图乙可看出线框绕直导线转动时，在任何一个位置穿过线框的磁感线条数均不变，因此无感应电流产生，故D错误。
　　　甲　　　　　　乙
主题三、电磁波和量子化
1．麦克斯韦电磁场理论
变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围空间产生磁场。
2．电磁波及其传播
(1)电磁场在空间由近及远的传播，形成电磁波。电磁波是波。
(2)电磁波的传播不需要介质，在真空中不同频率的电磁波传播速度都等于光速。但在同一介质中，不同频率的电磁波传播速度是不同的，频率越高，波速越小(可联系v＝理解记忆)。
(3)波速公式：v＝λf，f是电磁波的频率。
3.能量子的理解
（1）组成黑体的振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍。例如，可能是或、 ……把这个不可再分的最小能量值叫作能量子。
（2）能量子公式：，其中ν是电磁波的频率，称为普朗克常量。。
（3）能量的量子化：微观粒子的能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的。
【典例3】. （2022·全国理综乙卷·17）一点光源以113W的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6 × 10 - 7m的光，在离点光源距离为R处每秒垂直通过每平方米的光子数为3 × 1014个。普朗克常量为h = 6.63 × 10 - 34Js。R约为（ ）
A. 1 × 102m B. 3 × 102m
C. 6 × 102m D. 9 × 102m
【答案】B
【解析】由E = hν和c = λν
可得一个光子的能量为E = hc/λ
光源每秒发出的光子的个数为
P为光源的功率，光子以球面波的形式传播，那么以光源为原点的球面上的光子数相同，此时距光源的距离为R处，每秒垂直通过每平方米的光子数为3 × 1014个，那么此处的球面的表面积为S = 4πR2
则
联立以上各式解得R ≈ 3 × 102m，选项B正确。
【综合训练】
1．如图所示，匝数为N、半径为r1的圆形线圈内有匀强磁场，匀强磁场在半径为r2的圆形区域内，匀强磁场的磁感应强度B垂直于线圈平面。通过该线圈的磁通量为(　　)21教育名师原创作品
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A．Bπr B．Bπr C．NBπr D．NBπr
【解析】　通过线圈的磁通量Φ＝BS＝Bπr，A选项错误，B选项正确；磁通量与线圈的匝数无关，C、D选项错误。
答案　B
2．(2014·浙江1月学考)如图甲所示为法拉第在研究电磁感应时用过的线圈，其工作原理如图乙所示，则实验中不会使电流表指针发生偏转的是(　　)
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A．保持开关闭合 B．开关闭合瞬间
C．开关断开瞬间 D．移动变阻器滑片
【解析】　保持开关闭合，右侧线圈中磁通量不变，不产生感应电流，实验中不会使电流表指针发生偏转，A正确。
【答案】A
3 如图所示，矩形线框在磁场内做的各种运动中，能够产生感应电流的是(　　)
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【解析】　根据产生感应电流的条件，闭合回路内磁通量发生变化才能产生感应电流，只有选项B正确。
答案　B
4.(2015·浙江学业水平考试)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。下列判断中，正确的是(　　)
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A.E为蓄电池正极
B.螺线管P端为S极
C.流过电阻R的电流方向向上
D.管内磁场方向由P指向Q
【解析】　小磁针N极指向Q，说明Q端为S极，根据安培定则可知，通过R的电流方向向上，C选项正确；蓄电池的F端为正极，A选项错误；螺线管的P端为N极，B选项错误；管内磁场方向应由S极指向N极，即由Q指向P，D选项错误。
答案　C
5.(2015·浙江学业水平考试)下列表示的工具或装置中，利用地磁场工作的是(　　)
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INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Administrator\\AppData\\W644.tif" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Administrator\\AppData\\W644.tif" \* MERGEFORMAT
【解析】指南针利用地磁场工作，B正确。
答案　B
6. 下列各图为电流产生磁场的分布图，正确的分布图是(　　)
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A.①③ B.②③ C.①④ D.②④
【解析】利用安培定则可判断出①④正确。
答案　C
7. （2020高考北京卷）随着通信技术的更新换代，无线通信使用的电磁波频率更高，频率资源更丰富，在相同时间内能够传输的信息量更大。第5代移动通信技术(简称5G)意味着更快的网速和更大的网络容载能力，“4G改变生活，5G改变社会”。与4G相比，5G使用的电磁波
A.光子能量更大 B.衍射更明显
C.传播速度更大 D.波长更长
【答案】A
【命题意图】本题考查光子能量、光的衍射及其相关知识点。
【解析】5G使用的电磁波频率更高，光子能量E=hv更大，选项A正确；5G使用的电磁波频率更高，波长更短，衍射不明显，选项BD错误；电磁波在真空中速度都是光速c，选项C错误。
8.（2020高考江苏物理）国际宇航联合会将2020年度“世界航天奖”授予我国“嫦娥四号”任务团队.“嫦娥四号”任务创造了多项世界第一.在探月任务中，“玉兔二号”月球车朝正下方发射一束频率为f的电磁波，该电磁波分别在月壤层的上、下表面被反射回来，反射波回到“玉兔二号”的时间差为.已知电磁波在月壤层中传播的波长为，求该月壤层的厚度d.
【答案】
【解析】（3）电磁波的传播速度，根据题意，解得
9. (2022天津河西区二模)为了体现高考的公平公正，很多地方高考时在考场上使用手机信号屏蔽器，该屏蔽器在工作过程中以一定的速度由信道的低端频率向高端扫描。该扫描速度可以在手机接收报文信号中形成乱码干扰，手机不能检测出从基站发出的正常数据，使手机不能与基站建立联接，达到屏蔽手机信号的目的，手机表现为搜索网络、无信号、无服务系统等现象。根据你学过的知识可以判断（　　）
A. 手机信号屏蔽器是利用静电屏蔽的原理来工作的
B. 手机信号必须在介质中才能传播
C. 手机信号屏蔽器工作时基站发出的电磁波不能传播到考场内
D. 手机信号屏蔽器是通过发射电磁波干扰手机工作来达到目的
【答案】D
【解析】手机信号屏蔽器是利用屏蔽器发出的信号去干扰从基站发出的正常信号，从而起到屏蔽作用，不是利用静电屏蔽原理来工作的，A错误；手机信号属于电磁波，可以不借助介质传播，B错误；手机信号屏蔽器工作时基站发出的电磁波能传播到考场内，干扰从基站传过来的信号，C错误；手机信号屏蔽器是通过发射电磁波干扰手机工作来达到目的，D正确。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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