高中物理第3章电磁场与电磁波初步章末综合提升学案教科版必修第三册
展开第3章 电磁场与电磁波初步
[巩固层·知识整合]
(教师用书独具)
[提升层·能力强化]
电场线与磁感线的比较 |
1．相似之处
(1)电场线和磁感线都是为了形象地描述场而引入的假想的曲线，实际上并不存在。
(2)电场线和磁感线都是用来描述场的强弱和方向的，电场线和磁感线切线方向分别表示了电场和磁场的方向。
(3)电场线和磁感线都不能相交。因为如果相交，在相交点就会出现两个切线方向，与电场和磁场中某一确定点的场的方向是唯一的相矛盾。
2．电场线和磁感线的显著区别：电场线起始于正电荷或无穷远，终止于无穷远或负电荷，是非闭合的曲线，而磁感线是闭合的曲线。
【例1】 (多选)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
CD [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，CD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．]
[一语通关]
电场线与磁感线
(1)都能描述场的强弱
(2)都能描述场的方向
(3)都不能相交。
安培定则的应用及磁场叠加 |
1．安培定则的“因”和“果”判断磁场的方向
| 原因(电流的方向) | 结果(磁场方向) |
直线电流的磁场 | 大拇指 | 四指 |
环形电流及通电螺线管的磁场 | 四指 | 大拇指 |
2．磁场的叠加
(1)磁感应强度是矢量，磁场中每一点磁感应强度的方向为该点磁感线的切线方向。
(2)多个通电导体产生的磁场叠加时，合磁场的磁感应强度等于各场源单独存在时在该点磁感应强度的矢量和，叠加时遵循矢量合成法则。
【例2】 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．
A [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。]
[一语通关]
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。
对电磁感应现象的理解及应用 |
1．判断磁通量变化
变化情形 | 举例 | 磁通量变化量 | |
磁场变化 | 永磁铁靠近或远离线圈、电磁铁(螺线管)内电流发生变化 | ΔΦ＝ΔB·S | |
有效面积变化 | 回路面积变化 | 闭合线圈的部分导线做切割磁感线运动 | ΔΦ＝B·ΔS |
回路平面与磁场夹角变化 | 线圈在磁场中转动 | ΔΦ＝|Φ2－Φ1| | |
2．利用产生电磁感应的条件判断是否产生感应电流
(1)磁通量是否变化。
(2)是否为闭合回路。
二者同时满足才能产生感应电流。
【例3】 上海市某中学的几位同学把一条大约10 m长电线的两端连接在一个灵敏电流计的接线柱上，形成闭合导体回路。甲、乙两位同学沿南北方向站立匀速摇动电线时，灵敏电流计的示数I1，两位同学沿东西方向站立匀速摇动电线时，灵敏电流计的示数I2，则( )
A．I1＝0，I2≠0 B．I1≠0，I2＝0
C．I1≠0，I2≠0 D．I1＝0，I2＝0
C [由于地球的周围存在磁场，且磁感线的方向是从地理的南极指向地理的北极，所以当两个同学朝东西方向站立，并匀速摇动电线时，导线就会做切割磁感线运动，灵敏电流计有读数I2≠0。沿南北方向站立匀速摇动电线时，由于北半球的磁场有向下的分量，所以穿过线圈的磁通量发生变化，有感应电流，所以I1≠0，故C正确。]
[一语通关]
只要闭合回路的磁通量发生变化，回路中就有感应电流。
[培养层·素养升华]
(教师用书独具)
科学技术是一把双刃剑，电磁波的应用也是这样。它在使人类的生活发生变化的同时也存在着副作用——电磁污染。频率超过0.1 MHz的电磁波的强度足够大时就会对人体造成威胁。按照有关规定，工作场所受到的电磁辐射强度(单位时间内垂直通过单位面积的电磁辐射能量)不得超过0.50 W/m2。
[设问探究]
假设某小型无线电通信装置的发射电磁波的功率是1 W，发射频率为10 MHz，普朗克常量为6.63×10－34 J·s：
(1)该设备每秒发射的能量子有多少个？
(2)人应该距离该通信装置多远才处于符合规定的安全区域？
[解析] (1)由ε＝hν，N＝可得
该设备每秒发射的能量子数为
N＝个≈1.51×1026个。
(2)设以通信装置为球心，半径为R的球面以外是符合规定的安全区域，则＝0.50 W/m2
可得R＝≈0.40 m。
[答案] (1)1.5×1026 0.40
[深度思考]
1．有人根据条形磁铁的磁场分布情况用塑料制作了一个模具，模具的侧边界刚好与该条形磁铁的磁感线重合，如图所示。另取一个柔软的弹性导体线圈套在模具上某位置，线圈贴着模具上下移动的过程中，下列说法正确的是(地磁场很弱，可以忽略)( )
A．线圈切割磁感线，线圈中出现感应电流
B．线圈贴着模具上下移动的过程中不出现感应电流
C．由于线圈所在处的磁场是不均匀的，故不能判断线圈中是否有电流产生
D．若线圈平面放置不水平，则移动过程中会产生感应电流
B [线圈贴着模具上下移动的过程中，由于穿过线圈的磁通量不变，可知不会产生感应电流，选项AC错误，B正确；即使线圈平面放置不水平，移动过程中穿过线圈的磁通量也不变，也不会产生感应电流，选项D错误。]
2．人眼对绿光最为敏感，如果每秒有N个波长为λ的绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉，现有一个光源以功率P均匀地向各个方向发射波长为λ的绿光，设瞳孔在暗处的直径为D，且不计空气对光的吸收，那么眼睛最远在多大距离能够看到这个光源？(普朗克常量用h表示，真空中光速用c表示)
[解析] 设瞳孔与光源相距为r，在t＝1 s内，瞳孔处单位面积上的能量为E0＝，瞳孔在1 s内接收到的能量为E＝E0·π，若此时刚好可以看到，则有E＝Nh，由以上式子联立可得，r＝。
[答案]
[素养定位]
能量量子化理论的考查，常结合一些实际问题进行综合考查，如电磁辐射的安全距离，眼睛对光的感知问题等，以考查学生分析问题、解决问题的能力。应该注意的是，无论是光，还是一般的电磁波，其能量子均为ε＝hν。
