（2019）新人教版高中物理必修第三册期中复习讲义（三）电磁感应与电磁波初步.rar

高二上学期物理期中专题复习讲义（四）高二上学期物理期中专题复习讲义（四）-电磁场与电磁波初电磁场与电磁波初步步（新人教版必修三（新人教版必修三 第十三章）第十三章）【课标要求】1.能列举磁现象在生产生活中的应用。了解我国古代在磁现象方面的研究成果及其对人类文明的影响。关注与磁相关的现代技术发展。2.通过实验，认识磁场。了解磁感应强度, 会用磁感线描述磁场。体会物理模型在探索自然规律中的作用。3.知道磁通量。通过实验，了解电磁感应现象，了解产生感应电流的条件。知道电磁感应现象的应用及其对现代社会的影响。4.通过实验，了解电磁波，知道电磁场的物质性。5.通过实例，了解电磁波的应用及其带来的影响。6.知道光是一种电磁波。知道光的能量是不连续的。初步了解微观世界的量子化特征。【知识框架】【要点提示】要点 1：磁场安培定则的应用安培定则的应用在运用安培定则判定直线电流和环形电流的磁场时应分清“因”和“果”。因果磁场原因(电流方向)结果(磁场方向)直线电流的磁场大拇指四指环形电流的磁场四指大拇指磁场的叠加磁场的叠加(1)磁感应强度是矢量，计算时与力的计算方法相同，利用平行四边形定则或正交分解法进行合成与分解。(2)两个电流附近的磁场的磁感应强度是由两个电流分别独立存在时产生的磁场在该处的磁感应强度叠加而成的。【例例】如图，在磁感应强度大小为 B0的匀强磁场中，两长直导线 P 和 Q 垂直于纸面固定放置，两者之间的距离为 l。在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流 I 时，纸面内与两导线距离均为 l 的 a 点处的磁感应强度为零。如果让 P 中的电流反向、其他条件不变，则 a 点处磁感应强度的大小为()A0BB033C.B0 D2B02 33要点 2：电磁感应1.划时代的发现(1)奥斯特在 1820 年发现了电流磁效应，即“电能生磁”.(2)1831 年，法拉第发现了电磁感应现象，即“磁能生电”.2.感应电流的产生条件只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，闭合导体回路中就有感应电流.【例】(多选)某学生做观察电磁感应现象的实验时，将电流表、线圈 A 和 B、蓄电池、开关，用导线连接成如图所示的实验电路，闭合开关，下列说法正确的是()A.线圈 A 插入线圈 B 的过程中，有感应电流B.线圈 A 从线圈 B 拔出的过程中，有感应电流C.线圈 A 停在线圈 B 中，有感应电流D.线圈 A 拔出线圈 B 的过程中，线圈 B 的磁通量在减小要点要点 3：电磁波与能量量子化：电磁波与能量量子化电磁波电磁波1.电磁波的产生：如果在空间某区域中有周期性变化的电场，那么这个变化的电场就在空间引起周期性变化的磁场；这个变化的磁场又会引起新的变化的电场于是，变化的电场和磁场交替产生，由近及远地传播.电磁场这样由近及远地传播，就形成电磁波.2.特点(1)电磁波可以在真空中传播.(2)电磁波的传播速度等于光速.(3)光在本质上是一种电磁波.(4)光是以波动形式传播的一种电磁振动.3.电磁波的波速(1)波速、波长、频率三者之间的关系：波速波长频率.电磁波的波速 c 与波长 、频率 f 的关系是 cf.(2)电磁波在真空中的传播速度 c3.00108 m/s.例 电磁波在真空中传播的速度 c 是 3.00108 m/s，有一个广播电台的频率 f90.0 MHz，这个电台发射的电磁波的波长 为()A.2.70 m B.270 mC.3.00 m D.3.33 m电磁波谱电磁波谱1.按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列成谱，叫做电磁波谱.2.不同波长的电磁波的比较 名称无线电波红外线可见光紫外线X 射线 射线特性主要应用通信、广播红外探测器、红外体温计引起视觉灭菌、消毒、防伪医学透视、安检治疗疾病、金属探伤真空中的速度都是 c3.00108 m/s频率小大同介质中速度大小【例例】下面列出一些医疗器械的名称和这些器械运用的物理现象.请将相应的字母填写在运用这种现象的医疗器械后面的空格上.(1)X 光机，_.(2)紫外线灯，_.(3)理疗医用“神灯”照射伤口，可使伤口愈合得较好.这里的“神灯”是利用_.A.光的全反射B.紫外线具有很强的荧光作用C.紫外线具有杀菌消毒作用D.X 射线具有很强的穿透力E.红外线具有显著的热效应F.红外线波长较长，易发生衍射光的能量光的能量(1)能量子：不可再分的最小能量 叫做能量子，h，其中 h 叫做普朗克常量，实验测得h6.631034 Js， 为电磁波的频率.(2)能量的量子化：在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，(3)光子说：光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子被称为光量子，简称光子.频率为 的光子的能量为 h.(4)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做能级。【例】已知某单色光的波长为 ，真空中光速为 c，普朗克常量为 h，则电磁波辐射的能量子 的值为()A.h B. C. D.以上均不正确chch【典题例析典题例析】1.电场线与磁感线的比较电场线与磁感线的比较【例例 1】 关于电场线和磁感线的概念，以下说法正确的是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2.双向磁场的磁通量的比较双向磁场的磁通量的比较【例 2】 两个圆环 A、B 如图所示放置，且半径 RARB，一条形磁铁的轴线过两个圆环的圆心处，且与圆环平面垂直，则穿过 A、B 环的磁通量 A和 B的关系是（）A.AB B.ABC.AB D.无法确定3.安培定则的应用安培定则的应用电流磁场的判断电流磁场的判断【例 3】 如图为电流产生磁场的分布图，正确的分布图是()A B C D4.对磁感应强度的理解例 4 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 BFIlB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CB 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FIlD通电导线所受安培力的方向就是磁感应强度的方向【实战训练】1.关于磁感应强度，下列说法中正确的是()A.通电导线在磁场中受力大的地方，磁感应强度一定大B.磁感应强度的大小和方向跟放在磁场中的通电导线受力的大小和方向有关C.磁感线的疏密表示磁感应强度的大小D.磁感线的指向就是磁感应强度减小的方向2.如图所示，环中电流方向由左向右，且 I1I2，则圆环中心 O 处的磁场是()A.最大，垂直穿出纸面B.最大，垂直穿入纸面C.为零D.无法确定3.如图所示，在垂直于纸面的匀强磁场中(范围足够大)，有一个矩形线圈 abcd，线圈平面与磁场垂直，O1O2和 O3O4都是线圈的对称轴，应使线圈怎样运动才能使其中产生感应电流( )A.向左平动 B.向右平动C.绕 O1O2转动 D.向上或向下平动4.如图所示，当开关 S 闭合后，小磁针处在通电电流的磁场中的位置正确的是() 5.如图所示为通电长直导线的磁感线截面图，等面积线圈 S1、S2与导线处于同一平面.关于通过线圈 S1、S2的磁通量 1、2，下列分析正确的是()A.12B.12C.120D.1206.如图所示，在竖直向下的匀强磁场中(磁场范围足够大)，有一闭合导体环，环面与磁场方向垂直，当导体环在磁场中完成下述运动时，可能产生感应电流的是()A.导体环保持水平方位在磁场中向上或向下运动B.导体环保持水平方位向左或向右加速平动C.导体环绕垂直环面、通过环心的轴转动D.导体环以一条直径为轴，在磁场中转动7.关于生活中遇到的各种波，下列说法正确的是()A.电磁波可以传递信息，声波不能传递信息B.手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波C.太阳光中的可见光和医院“B 超”中的超声波传播速度相同D.遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的 X 射线波长相同8.下列各组电磁波中，按波长由长到短排列正确的是()A.红外线、紫外线、可见光、 射线B. 射线、紫外线、红外线、可见光C. 射线、紫外线、可见光、红外线D.红外线、可见光、紫外线、 射线9.如图所示是一种太阳能草坪节能灯，太阳能电池板供一只“10 V9 W”的电子节能灯工作，若太阳能电池板接收太阳能的有效面积为 0.3 m2，平均 1 小时得到的太阳辐射能为4105 J，太阳光平均一天按 8 小时计算，恰好可以供电子节能灯工作 10 小时.问(结果保留整数)：(1)太阳能节能灯的能量转化情况；(2)太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率大约是多少？(3)太阳能节能灯利用太阳能的效率大约是多少？10.神光“”装置是我国规模最大的高功率固体激光系统，利用它可以获得能量为 2 400 J、波长0.35 m 的紫外激光.已知普朗克常量h6.631034 Js，则该紫外激光所含光子数为多少？高二上学期物理期中专题复习讲义（四）高二上学期物理期中专题复习讲义（四）-电磁场与电磁波初电磁场与电磁波初步步（新人教版必修三（新人教版必修三 第十三章）第十三章）【课标要求】1.能列举磁现象在生产生活中的应用。了解我国古代在磁现象方面的研究成果及其对人类文明的影响。关注与磁相关的现代技术发展。2.通过实验，认识磁场。了解磁感应强度, 会用磁感线描述磁场。体会物理模型在探索自然规律中的作用。3.知道磁通量。通过实验，了解电磁感应现象，了解产生感应电流的条件。知道电磁感应现象的应用及其对现代社会的影响。4.通过实验，了解电磁波，知道电磁场的物质性。5.通过实例，了解电磁波的应用及其带来的影响。6.知道光是一种电磁波。知道光的能量是不连续的。初步了解微观世界的量子化特征。【知识框架】【要点提示】要点 1：磁场安培定则的应用安培定则的应用在运用安培定则判定直线电流和环形电流的磁场时应分清“因”和“果”。因果磁场原因(电流方向)结果(磁场方向)直线电流的磁场大拇指四指环形电流的磁场四指大拇指磁场的叠加磁场的叠加(1)磁感应强度是矢量，计算时与力的计算方法相同，利用平行四边形定则或正交分解法进行合成与分解。(2)两个电流附近的磁场的磁感应强度是由两个电流分别独立存在时产生的磁场在该处的磁感应强度叠加而成的。【例例】如图，在磁感应强度大小为 B0的匀强磁场中，两长直导线 P 和 Q 垂直于纸面固定放置，两者之间的距离为 l。在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流 I 时，纸面内与两导线距离均为 l 的 a 点处的磁感应强度为零。如果让 P 中的电流反向、其他条件不变，则 a 点处磁感应强度的大小为()A0BB033C.B0 D2B02 33【解析】两长直导线 P 和 Q 在 a 点处的磁感应强度的大小相等，设为 B，方向如图甲所示，此时 a 点处的磁感应强度为零，则两磁感应强度的合磁感应强度 B合的大小等于 B0，方向与 B0相反，即 B0的方向水平向左，此时 BB0；让 P 中的电流反向、其他条B02cos 3033件不变，两长直导线 P 和 Q 在 a 点处的磁感应强度的大小仍为 B，方向如图乙所示，则两磁感应强度的合磁感应强度大小为 B，方向竖直向上，B 与 B0垂直，其合磁感应强度为BaB0，选项 C 正确。B2B2 02 33【答案】C要点 2：电磁感应1.划时代的发现(1)奥斯特在 1820 年发现了电流磁效应，即“电能生磁”.(2)1831 年，法拉第发现了电磁感应现象，即“磁能生电”.2.感应电流的产生条件只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，闭合导体回路中就有感应电流.【例】(多选)某学生做观察电磁感应现象的实验时，将电流表、线圈 A 和 B、蓄电池、开关，用导线连接成如图所示的实验电路，闭合开关，下列说法正确的是()A.线圈 A 插入线圈 B 的过程中，有感应电流B.线圈 A 从线圈 B 拔出的过程中，有感应电流C.线圈 A 停在线圈 B 中，有感应电流D.线圈 A 拔出线圈 B 的过程中，线圈 B 的磁通量在减小答案ABD解析由感应电流产生的条件知 A、B 选项正确，C 选项错误；在线圈 A 从线圈 B 拔出的过程中线圈 B 的磁通量减小，D 选项正确.要点要点 3：电磁波与能量量子化：电磁波与能量量子化电磁波电磁波1.电磁波的产生：如果在空间某区域中有周期性变化的电场，那么这个变化的电场就在空间引起周期性变化的磁场；这个变化的磁场又会引起新的变化的电场于是，变化的电场和磁场交替产生，由近及远地传播.电磁场这样由近及远地传播，就形成电磁波.2.特点(1)电磁波可以在真空中传播.(2)电磁波的传播速度等于光速.(3)光在本质上是一种电磁波.(4)光是以波动形式传播的一种电磁振动.3.电磁波的波速(1)波速、波长、频率三者之间的关系：波速波长频率.电磁波的波速 c 与波长 、频率 f 的关系是 cf.(2)电磁波在真空中的传播速度 c3.00108 m/s.例 电磁波在真空中传播的速度 c 是 3.00108 m/s，有一个广播电台的频率 f90.0 MHz，这个电台发射的电磁波的波长 为()A.2.70 m B.270 mC.3.00 m D.3.33 m答案D解析根据 得， m3.33 m.cf3.00 10890.0 106电磁波谱电磁波谱1.按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列成谱，叫做电磁波谱.2.不同波长的电磁波的比较 名称特性无线电波红外线可见光紫外线X 射线 射线主要应用通信、广播红外探测器、红外体温计引起视觉灭菌、消毒、防伪医学透视、安检治疗疾病、金属探伤真空中的速度都是 c3.00108 m/s频率小大同介质中速度大小【例例】下面列出一些医疗器械的名称和这些器械运用的物理现象.请将相应的字母填写在运用这种现象的医疗器械后面的空格上.(1)X 光机，_.(2)紫外线灯，_.(3)理疗医用“神灯”照射伤口，可使伤口愈合得较好.这里的“神灯”是利用_.A.光的全反射B.紫外线具有很强的荧光作用C.紫外线具有杀菌消毒作用D.X 射线具有很强的穿透力E.红外线具有显著的热效应F.红外线波长较长，易发生衍射答案(1)D(2)C(3)E解析(1)X 光机是用来透视人的体内器官的，因此需要具有较强穿透力的电磁波，但又不能对人体造成太大伤害，因此采用了穿透能力比较强又不会给人体造成太大伤害的 X 射线，选 D.(2)紫外线灯主要是用来杀菌的，因此它应用的是紫外线的杀菌作用而非荧光作用，因此选 C.(3)“神灯”又称红外线灯，主要是用于促进局部血液循环，它利用的是红外线的热效应，使人体局部受热，血液循环加快，因此选 E.光的能量光的能量(1)能量子：不可再分的最小能量 叫做能量子，h，其中 h 叫做普朗克常量，实验测得h6.631034 Js， 为电磁波的频率.(2)能量的量子化：在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，(3)光子说：光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子被称为光量子，简称光子.频率为 的光子的能量为 h.(4)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做能级。【例】已知某单色光的波长为 ，真空中光速为 c，普朗克常量为 h，则电磁波辐射的能量子 的值为()A.h B. C. D.以上均不正确chch答案A解析由光速、波长的关系可得出光的频率 ，从而 hh ，故 A 选项正确。cc【典题例析典题例析】1.电场线与磁感线的比较电场线与磁感线的比较【例例 1】 关于电场线和磁感线的概念，以下说法正确的是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【解析】 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【答案】 CD2.双向磁场的磁通量的比较双向磁场的磁通量的比较【例 2】 两个圆环 A、B 如图所示放置，且半径 RARB，一条形磁铁的轴线过两个圆环的圆心处，且与圆环平面垂直，则穿过 A、B 环的磁通量 A和 B的关系是（）A.AB B.ABC.AB D.无法确定【解析】因为有两个方向的磁感线穿过线圈，磁通量应是抵消之后所剩余的磁感线的净条数。从上向下看，穿过圆环 A、B 的磁感线如图所示，磁感线有进有出，A、B 环向外的磁感线条数一样多，但 A 环向里的磁感线条数较多，抵消得多，净剩条数少，所以AB，故选项 C 正确。【答案】C3.安培定则的应用安培定则的应用电流磁场的判断电流磁场的判断【例 3】 如图为电流产生磁场的分布图，正确的分布图是()A B C D【解析】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，据此判定知对，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，所以错，对。判断时注意立体图形的俯视方向，所以选项 C 正确。【答案】 C4.对磁感应强度的理解例 4 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 BFIlB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CB 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FIlD通电导线所受安培力的方向就是磁感应强度的方向【解析】 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。【答案】 C【实战训练】1.关于磁感应强度，下列说法中正确的是()A.通电导线在磁场中受力大的地方，磁感应强度一定大B.磁感应强度的大小和方向跟放在磁场中的通电导线受力的大小和方向有关C.磁感线的疏密表示磁感应强度的大小D.磁感线的指向就是磁感应强度减小的方向【答案】C【解析】由通电导线在磁场中受力公式 FBILsin 可知，通电导线所受磁场力的大小还与导线与磁场的夹角有关，故 A 项错；磁感应强度的大小和方向由磁场本身决定，与其他因素无关，磁感线的疏密表示磁感应强度的大小，故 C 项对，B、D 项错.2.如图所示，环中电流方向由左向右，且 I1I2，则圆环中心 O 处的磁场是()图 1A.最大，垂直穿出纸面B.最大，垂直穿入纸面C.为零D.无法确定【答案】C【解析】根据安培定则，上半圆环中电流 I1在环内产生磁场垂直纸面向里，下半圆环中电流 I2在环内产生的磁场垂直纸面向外，由于 O 对于 I1和 I2对称(距离相等)，故 I1和 I2在 O处产生的磁场大小相等、方向相反，在 O 处相互抵消.3.如图所示，在垂直于纸面的匀强磁场中(范围足够大)，有一个矩形线圈 abcd，线圈平面与磁场垂直，O1O2和 O3O4都是线圈的对称轴，应使线圈怎样运动才能使其中产生感应电流( )A.向左平动 B.向右平动C.绕 O1O2转动 D.向上或向下平动【答案】C【解析】只要穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中就会产生感应电流.当线圈向左、向右、向上、向下等方向平动时线圈的磁通量均不变，不会产生感应电流，选项 A、B、D 错误；当线圈绕 O1O2转动时穿过线圈的磁通量变化，会产生感应电流，选项 C 正确.4.如图所示，当开关 S 闭合后，小磁针处在通电电流的磁场中的位置正确的是()【答案】D【解析】根据安培定则判断出电流的磁场方向，由于小磁针静止时 N 极指向磁场方向，判断可知选项 D 正确.5.如图所示为通电长直导线的磁感线截面图，等面积线圈 S1、S2与导线处于同一平面.关于通过线圈 S1、S2的磁通量 1、2，下列分析正确的是()A.12B.12，选项A 正确.6.如图所示，在竖直向下的匀强磁场中(磁场范围足够大)，有一闭合导体环，环面与磁场方向垂直，当导体环在磁场中完成下述运动时，可能产生感应电流的是()A.导体环保持水平方位在磁场中向上或向下运动B.导体环保持水平方位向左或向右加速平动C.导体环绕垂直环面、通过环心的轴转动D.导体环以一条直径为轴，在磁场中转动【答案】D7.关于生活中遇到的各种波，下列说法正确的是()A.电磁波可以传递信息，声波不能传递信息B.手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波C.太阳光中的可见光和医院“B 超”中的超声波传播速度相同D.遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的 X 射线波长相同【答案】B【解析】无论是电磁波还是声波，都可以传递能量和信息，则 A 项错误；太阳光中的可见光和医院“B 超”中的超声波的传播速度不相同，则 C 项错误；遥控器发出的红外线频率和医院“CT”中的 X 射线频率不同，它们的波长也不相同，则 D 项错误.8.下列各组电磁波中，按波长由长到短排列正确的是()A.红外线、紫外线、可见光、 射线B. 射线、紫外线、红外线、可见光C. 射线、紫外线、可见光、红外线D.红外线、可见光、紫外线、 射线【答案】D9.如图所示是一种太阳能草坪节能灯，太阳能电池板供一只“10 V9 W”的电子节能灯工作，若太阳能电池板接收太阳能的有效面积为 0.3 m2，平均 1 小时得到的太阳辐射能为4105 J，太阳光平均一天按 8 小时计算，恰好可以供电子节能灯工作 10 小时.问(结果保留整数)：(1)太阳能节能灯的能量转化情况；(2)太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率大约是多少？(3)太阳能节能灯利用太阳能的效率大约是多少？【解析】(1)能量转化：太阳能电能光能(热能).(2)太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率：P W370 W.4 1050.3 1 3 600(3)节能灯利用太阳能的效率：100%10%.9 10 3 6004 105 810.神光“”装置是我国规模最大的高功率固体激光系统，利用它可以获得能量为 2 400 J、波长0.35 m 的紫外激光.已知普朗克常量h6.631034 Js，则该紫外激光所含光子数为多少？【解析】紫外激光的波长已知，由此可求得紫外激光能量子的值，再根据紫外激光发射的总能量为 2 400 J，即可求得紫外激光所含光子数.紫外激光能量子的值为 0 J5.681019 J.hc6.63 1034 3 1080.35 106则该紫外激光所含光子数 n4.231021(个).E02 4005.68 1019