高中物理人教版 (2019)必修 第三册第十三章 电磁感应与电磁波初步综合与测试导学案

第十三章 电磁感应与电磁波初步

考点　磁场的描述及理解

角度1磁感应强度及其叠加(难度☆☆☆)

1.磁场中某点的磁感应强度的大小只取决于磁场本身,与该点放不放磁体或通电导体无关。

2.公式B=仅仅是定义式,而不是决定式。因此,我们不能说B由F及I、

l决定,更不能说B与F成正比,与Il成反比。

3.磁感应强度是矢量,多个磁场叠加时,合磁场的磁感应强度等于各分磁场单独

存在时在该点产生的磁感应强度的矢量和,叠加时遵循平行四边形定则。

角度2磁感线及其方向判定(难度☆☆☆)

1.磁感线与电场线的比较

提醒:磁感线和电场线都是为了形象地描述对应场的强弱和方向而引入的假想线,实际上并不存在。

2.安培定则的应用

(1)安培定则描述了电流方向与磁场方向之间的关系,应用它可以判断直线电流、环形电流及通电螺线管周围磁感线的分布及方向,在应用时,应注意分清“因”和“果”:

①直线电流的磁场:拇指指向“原因”即电流方向;四指指向“结果”即磁感线

的环绕方向。

②环形电流的磁场:四指指向“原因”即电流方向;拇指指向“结果”即中心轴线的磁感线方向。

③通电螺线管的磁场:四指指向“原因”即电流方向;拇指指向“结果”即螺线管内部沿中心轴线的磁感线方向,亦即指向螺线管的N极。

(2)一个其他形状的电流(如矩形、三角形等)的磁场,从整体效果上可等效为环形电流的磁场,采用安培定则判定,也可以分成几段直线电流判定,然后利用磁场叠加思想处理。

1.如图所示,真空中一根绝缘轻杆两端分别固定两个完全相同的、带等量异种电荷的小球M、N(可以看成点电荷),轻杆绕O点在水平面内沿逆时针方向(俯视)匀速转动,已知小球M距离O点较近,下列说法正确的是 (　　)

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

【解析】选D。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。故选D。

2.(2020·浙江7月选考)特高压直流输电是国家重点能源工程。如图所示,两根等高、相互平行的水平长直导线分别通有方向相同的电流I1和I2,I1>I2。a、b、c三点连线与两根导线等高并垂直,b点位于两根导线间的中点,a、c两点与b点距离相等,d点位于b点正下方。不考虑地磁场的影响,则              (　　)

A.b点处的磁感应强度大小为0

B.d点处的磁感应强度大小为0

C.a点处的磁感应强度方向竖直向下

D.c点处的磁感应强度方向竖直向下

【解析】选C。通电直导线周围产生磁场方向由安培定则判断,如图所示I1在b点产生的磁场方向向上,I2在b点产生的磁场方向向下,因为I1>I2,即B1>B2,则在b点的磁感应强度不为零,A错误;由图可知,d点处的磁感应强度不为零,a点处的磁感应强度竖直向下,c点处的磁感应强度竖直向上,B、D错误,C正确。

考点1　对电磁感应现象的理解与应用

角度1对磁通量大小的分析与计算(难度☆☆☆)

1.定性判断:磁通量是指穿过线圈面积的磁感线的“净条数”,当有不同方向的磁感线同时穿过同一面积时,此时的磁通量为沿不同方向穿过该面的磁感线抵消后的净条数。

2.定量计算:

通过公式Φ=BS来定量计算,计算磁通量时应注意的问题:

(1)明确磁场是否为匀强磁场,知道磁感应强度的大小。

(2)平面的面积S应为磁感线通过的有效面积。当平面S与磁场方向不垂直时,应明确所研究的平面与磁感应强度方向的夹角,准确找出垂直面积。

(3)线圈的磁通量及其变化与线圈匝数无关,即磁通量的大小不受线圈匝数的影响。

角度2对感应电流产生条件的理解与应用(难度☆☆☆)

1.要注意产生感应电流的条件和产生电磁感应现象的条件不同。产生感应电流需要两个条件:一是回路要闭合,二是穿过回路的磁通量要发生变化;产生电磁感应现象则没有“回路要闭合”这一条件。

2.要从磁场变化和回路面积变化两个方面准确判断回路磁通量的变化。

1.能产生感应电流必能产生电磁感应现象,反之则不一定,还要看回路是否闭合。

2.如果磁场和回路面积均变化,可以分别算出初末状态回路的磁通量,来判断穿过回路的磁通量是否发生变化。

如图所示,一个U形金属导轨水平放置,其上放有一根金属导体棒ab,有一个磁感

应强度为B的匀强磁场斜向上穿过轨道平面,且与竖直方向的夹角为θ。下列三

种方式:①改变磁感应强度B的大小;②沿导轨左右平移金属棒ab;③改变角的大

小,能在轨道回路里产生感应电流的是 (　　)

A.只有②可以　　　　　　　　　　  B.只有①和②可以

C.只有①和③可以       D.①②和③都可以

【解析】选D。感应电流产生的条件①闭合回路,②穿过闭合导体回路的磁通量发生变化。①根据磁通量的公式:Φ=BScosθ,改变磁感应强度B的大小,则磁通量一定改变。一定能产生感应电流。②根据磁通量的公式:Φ=BScosθ,沿导轨左右平移金属棒ab,S发生变化,则磁通量发生变化。一定能产生感应电流。③根据磁通量的公式:Φ=BScosθ,改变磁感应强度的方向与轨道之间的θ角,则磁通量发生变化。一定能产生感应电流。可知三种情况下都能产生感应电流,故A、B、C错误,D正确。故选D。

考点2　对能量量子化的理解与应用

角度1对能量子的理解与应用(难度☆☆☆☆)

1.能量子:黑体的空腔壁是由大量振子(振动着的带电微粒)组成的,其能量只能是某一最小能量值ε的整数倍。例如可能是ε或2ε、3ε……。当带电微粒辐射或吸收能量时,也是以这个最小能量值为单位一份一份地进行。这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子,ε=hν,其中ν是电磁波的频率,h是普朗克常量(h=6.26×10-34 J·s)。

2.能量的量子化:在微观世界里,能量不能连续变化,只能取分立值,这种现象叫

作能量的量子化。

角度2对能级的理解与应用(难度☆☆☆☆)

1.普朗克的能量量子化理论也适于原子系统,及原子的能量也是量子化的,每个量子化的能量值叫能级。

2.原子一般处于能量最低的状态叫基态,当原子收到高速粒子的撞击时可能会跃迁到能量较高的状态叫激发态。

3.当原子从基态跃迁到激发态时会吸收一定频率的光子,原子在能量较高的能级时会自发地向能量较低的能级跃迁,在此过程中原子会辐射一定频率的光子。原子在不同能级间跃迁时,辐射或吸收的光子的能量等于跃迁前后两个能级的能量差。

1.普朗克提出了能量量子化假设,开创了量子理论,但提出原子的能级理论及轨道跃迁假设的不是他,而是丹麦物理学家波尔。波尔在普朗克量子论及爱因斯坦光子说的基础上提出了包括上述内容在内的原子结构假说,并基于此假说完美地解释了氢光谱。

2.知道了能级跃迁过程中的光子能量,可以根据公式ε=hν=h计算光子的频率或波长。

3.这里只要求计算能级跃迁过程中辐射或吸收光子的能量或其频率及波长,不要求掌握基态能量和激发态能量的数值关系。

1.红、橙、黄、绿四种单色光中,光子能量最小的是 (　　)

A.红光　　　B.橙光　　　C.黄光　　　D.绿光

【解析】选A。在四种颜色的光中,红光的波长最长而频率最小,由光子的能量ε=hν可知,红光光子能量最小。

2.光是一种电磁波,可见光的波长的大致范围是400～700 nm。400 nm、700 nm电磁辐射的能量子的值各是多少?(h=6.63×10-34 J·s)

【解析】根据公式ν=和ε=hν可知:

400 nm对应的能量子

ε1=h=6.63×10-34× J≈4.97×10-19 J。

700 nm对应的能量子

ε2=h=6.63×10-34× J≈2.84×10-19 J。

答案:4.97×10-19 J　2.84×10-19 J