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第十三章电磁感应与电磁波初步 知识点清单 高中物理人教版（2019）必修第三册
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新教材 人教版 高中物理必修第三册第十三章知识点清单目录第13章 电磁感应与电磁波初步第1节 磁场 磁感线第2节 磁感应强度 磁通量第3节 电磁感应现象及应用第4节 电磁波的发现及应用第5节 能量量子化 第13章 电磁感应与电磁波初步第1节 磁场 磁感线一、电和磁的联系1. 磁现象(1)磁性：物体具有吸引铁、钴、镍等物质的性质，叫磁性。(2)磁体：具有磁性的物体叫磁体。(3)磁极：磁体中磁性最强的区域叫磁极。2. 磁极间的相互作用规律：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。3. 电流的磁效应： 奥斯特通过实验发现通电导线周围存在磁场，首次揭示了电和磁的联系。二、磁场1. 磁体与磁体之间、磁体与通电导体之间，以及通电导体与通电导体之间的相互作用，都是通过磁场发生的。2. 基本性质：对放入其中的磁体或通电导体有力的作用。三、磁感线1. 定义：在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟这点磁场的方向一致，这样的曲线就叫作磁感线。 2. 磁感线的特点(1)磁感线是为了形象描述磁场而引入的假想曲线，实际并不存在。(2)磁感线的疏密表示磁场的强弱，磁感线密的地方磁场强，磁感线疏的地方磁场弱。(3)磁感线上某点的切线方向为该点的磁场方向。在磁体外部，磁感线由N极指向S极；在磁体内部，磁感线由S极指向N极。(4)磁感线是闭合曲线，不相交、不相切、也不中断。3. 常见永磁体周围的磁场 四、安培定则1. 直线电流的磁场安培定则：用右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向，如图所示。 2. 环形电流的磁场 让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁场的方向，如图所示。3. 通电螺线管的磁场 通电螺线管可以看作许多匝环形电流串联而成，因此，通电螺线管的磁场是这些环形电流磁场的叠加，所以可以利用环形电流的安培定则判断通电螺线管的磁场。五、三种常见的电流的磁场说明 图中的“×”号表示垂直纸面向里，“·”表示垂直纸面向外。第2节 磁感应强度 磁通量一、磁感应强度1. 磁感应强度是描述磁场强弱和方向的物理量。2. 电流元：很短一段通电导线中的电流I与导线长度l的乘积Il。3. 影响通电导线受力的因素(1)通电导线与磁场方向垂直时，它受力的大小既与导线的长度l成正比，又与导线中的电流I成正比，即与I和l的乘积Il成正比。(2)同样的I、l，在不同的磁场中，或在非均匀磁场中的不同位置，导线受力一般不同。4. 磁感应强度的大小：在通电导线与磁场垂直的情况下，导线受到的磁场力F与I、l乘积的比值，定义式：B=FIl。5. 单位：特斯拉，简称特，符号为T。6. 磁感应强度的方向：磁感应强度是矢量，它的方向为该处的磁场方向，即该处小磁针静止时北极所指的方向。 二、匀强磁场1. 定义：如果磁场中各点的磁感应强度大小相等、方向相同，这个磁场就叫作匀强磁场。 图示立体图截面图直线电流 从上向下看从前向后看特点：以导线上任意点为圆心垂直于导线的多组同心圆，越向外越稀疏，磁场越弱环形电流 从右向左看 从前向后看特点：内部磁场比环外强，磁感线越向外越稀疏通电螺线管 从左向右看 从前向后看特点：内部磁场可视为匀强磁场且比外部强，方向由S极指向N极，外部磁场类似于条形磁铁的磁场，方向由N极指向S极2. 实例：距离很近的两个平行异名磁极之间的磁场(图甲)，除边缘部分外，可以认为是匀强磁场；两个平行放置较近的线圈通电时，其中间区域的磁场近似为匀强磁场(图乙)。三、磁通量1. 定义：在磁感应强度为B的匀强磁场中，当面积为S的平面与磁场方向垂直时，我们把B与S的乘积叫作穿过这个面积的磁通量。公式为Φ=BS。导师点睛 当α=90°时，Φ=BS；当0<α<90°时，Φ=BS sin α；当α=0°时，Φ=0。2. 单位：韦伯，简称韦，符号是Wb。1 Wb=1 T·m2。 3. 磁通量是标量，但有正负。由B=ΦS可知，磁感应强度的大小等于穿过垂直磁场方向的单位面积的磁通量。磁通量可以用磁感线的条数形象地说明，穿过平面的磁通量可以理解为向相反方向穿过平面的磁感线相抵消之后剩余的磁感线的条数。四、磁感应强度的叠加1. 磁感应强度的矢量叠加 由于磁感应强度是矢量，故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产生的磁感应强度的矢量和。处理磁感应强度的矢量叠加问题的方法为：(1)根据安培定则确定每根通电导线周围磁感线的方向。(2)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。(3)根据平行四边形定则将各磁感应强度合成。 2. 几个特殊的磁场叠加3. 三点提醒(1)当两磁场在某点同向时，该点的磁感应强度等于两磁场在该点的磁感应强度的和，即B=B1+B2。(2)当两磁场在某点反向时，该点的磁感应强度等于两磁场在该点的磁感应强度的差，即B=B1-B2。(3)当两磁场在某点方向成一夹角时，该点的磁感应强度由平行四边形定则求得。 等大平行同向电流等大平行反向电流连线上的中点 B1=B2，B合=0 B1=B2=B，B合=2B连线的中垂线上的对称点BA与BA'等大反向 BA与BA'等大同向五、磁通量的理解及计算1. 磁通量的计算(1)公式：Φ=BS。其中B为匀强磁场的磁感应强度，S为垂直磁场方向的面积。(2)若磁场与平面不垂直，应取平面在垂直于磁场方向上的投影面积，Φ=BS cos θ。式中S cos θ即平面在垂直于磁场方向上的投影面积，也称为“有效面积”(如图所示)。 2. 磁通量的正、负(1)磁通量是标量，但有正、负，当以磁感线从某一面穿入时的磁通量为正值，则磁感线从此面穿出时磁通量为负值。(2)若同时有磁感线沿相反方向穿过同一平面，且正向磁通量大小为Φ1，反向磁通量大小为Φ2，则穿过该平面的合磁通量Φ=Φ1-Φ2。3. 磁通量的变化量第3节 电磁感应现象及应用一、划时代的发现1. 1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象。2. 电磁感应现象：由磁场得到电流的现象叫作电磁感应，产生的电流叫作感应电流。二、探究感应电流产生的条件1. 实验原理 按照实验电路图连接电路，观察在开关闭合、断开瞬间及开关闭合时滑动变阻器滑片不动及迅速移动情况下，能否产生感应电流。 2. 实验结论 当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，闭合导体回路中就产生感应电流。三、电磁感应现象的应用 发电机、变压器、电磁炉等都是根据电磁感应现象制造的。 磁通量的变化量举例或注意事项B不变，S变ΔΦ=B·ΔS 例：闭合电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：此时由ΔΦ=Φt-Φ0计算并判断磁通量是否变化，ΔΦ≠ΔB·ΔSB和S大小都不变，但两者之间的夹角变ΔΦ=BS(sin θ2-sin θ1) 例：线圈在磁场中转动时四、感应电流产生条件的理解和应用1. 判断电路中能否产生感应电流的一般流程 2. 对导体切割磁感线的理解及应注意的问题在利用“切割”来讨论和判断有无感应电流时，应该注意：(1)导体是否将磁感线“割断”，如果没“割断”，就不能说切割。如图所示，(a)、(b)两图中，导体棒是真“切割”，而(c)图中，导体棒没有切割磁感线。(2)即使导体真“切割”了磁感线，也不能保证就能产生感应电流。如图所示，对于图甲(匀强磁场)，尽管导体“切割”了磁感线，但穿过闭合线框的磁通量并没有发生变化，没有感应电流产生；对于图乙，导线框的一部分“切割”了磁感线，穿过线框的磁通量减少，线框中有感应电流产生；对于图丙，闭合导线框在非匀强磁场中运动，切割了磁感线，同时穿过线框的磁通量减少，线框中有感应电流产生；对于图丁，导线框abcd的一部分在匀强磁场中上下平动，尽管部分导体做切割磁感线运动，但穿过线框的磁通量没有发生变化，所以在线框中没有感应电流产生。 第4节 电磁波的发现及应用一、电磁场 电磁波1. 麦克斯韦电磁场理论 英国物理学家麦克斯韦在总结前人对电磁现象研究成果的基础上，建立了完整的电磁场理论。可定性表述为：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。变化的电场和变化的磁场是相互联系着的，形成不可分割的统一的电磁场。2. 麦克斯韦预言电磁波 如果在空间某区域中有周期性变化的电场，那么它就在空间引起周期性变化的磁场；这个变化的磁场又引起新的变化的电场……于是，变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成了电磁波。周期性变化的电场电磁波的产生与传播示意图 二、电磁波谱1. 描述电磁波的三个物理量 波速c、波长λ、频率f，它们之间的关系是c=λf。电磁波在真空中的传播速度都等于光速，在介质中的传播速度均小于光速。2. 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，就是电磁波谱。按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、γ射线。第5节 能量量子化一、热辐射1. 定义：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。一般物体的热辐射除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关。2. 特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。物体在室温时，热辐射的主要成分是波长较长的电磁波。当温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强。3. 黑体：在热辐射的同时，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就叫作黑体。黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关。二、能量子1. 能量子假说：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，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。 2. 能量子大小的公式 3. 能量子假说的意义：在微观世界中微观粒子的能量是一份一份的，或者说微观粒子的能量是不连续(分立)的。这种现象叫能量的量子化。4. 光子：爱因斯坦认识到了普朗克能量子假设的意义，他把能量子假设进行了推广，认为电磁场本身就是不连续的。也就是说，光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν，h为普朗克常量。这些能量子后来被叫作光子。三、能级1. 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。通常情况下，原子处于能量最低的状态，这是最稳定的。2. 原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量，等于前后两个能级之差。由于原子的能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。
新教材 人教版 高中物理必修第三册第十三章知识点清单目录第13章 电磁感应与电磁波初步第1节 磁场 磁感线第2节 磁感应强度 磁通量第3节 电磁感应现象及应用第4节 电磁波的发现及应用第5节 能量量子化 第13章 电磁感应与电磁波初步第1节 磁场 磁感线一、电和磁的联系1. 磁现象(1)磁性：物体具有吸引铁、钴、镍等物质的性质，叫磁性。(2)磁体：具有磁性的物体叫磁体。(3)磁极：磁体中磁性最强的区域叫磁极。2. 磁极间的相互作用规律：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。3. 电流的磁效应： 奥斯特通过实验发现通电导线周围存在磁场，首次揭示了电和磁的联系。二、磁场1. 磁体与磁体之间、磁体与通电导体之间，以及通电导体与通电导体之间的相互作用，都是通过磁场发生的。2. 基本性质：对放入其中的磁体或通电导体有力的作用。三、磁感线1. 定义：在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟这点磁场的方向一致，这样的曲线就叫作磁感线。 2. 磁感线的特点(1)磁感线是为了形象描述磁场而引入的假想曲线，实际并不存在。(2)磁感线的疏密表示磁场的强弱，磁感线密的地方磁场强，磁感线疏的地方磁场弱。(3)磁感线上某点的切线方向为该点的磁场方向。在磁体外部，磁感线由N极指向S极；在磁体内部，磁感线由S极指向N极。(4)磁感线是闭合曲线，不相交、不相切、也不中断。3. 常见永磁体周围的磁场 四、安培定则1. 直线电流的磁场安培定则：用右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向，如图所示。 2. 环形电流的磁场 让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁场的方向，如图所示。3. 通电螺线管的磁场 通电螺线管可以看作许多匝环形电流串联而成，因此，通电螺线管的磁场是这些环形电流磁场的叠加，所以可以利用环形电流的安培定则判断通电螺线管的磁场。五、三种常见的电流的磁场说明 图中的“×”号表示垂直纸面向里，“·”表示垂直纸面向外。第2节 磁感应强度 磁通量一、磁感应强度1. 磁感应强度是描述磁场强弱和方向的物理量。2. 电流元：很短一段通电导线中的电流I与导线长度l的乘积Il。3. 影响通电导线受力的因素(1)通电导线与磁场方向垂直时，它受力的大小既与导线的长度l成正比，又与导线中的电流I成正比，即与I和l的乘积Il成正比。(2)同样的I、l，在不同的磁场中，或在非均匀磁场中的不同位置，导线受力一般不同。4. 磁感应强度的大小：在通电导线与磁场垂直的情况下，导线受到的磁场力F与I、l乘积的比值，定义式：B=FIl。5. 单位：特斯拉，简称特，符号为T。6. 磁感应强度的方向：磁感应强度是矢量，它的方向为该处的磁场方向，即该处小磁针静止时北极所指的方向。 二、匀强磁场1. 定义：如果磁场中各点的磁感应强度大小相等、方向相同，这个磁场就叫作匀强磁场。 图示立体图截面图直线电流 从上向下看从前向后看特点：以导线上任意点为圆心垂直于导线的多组同心圆，越向外越稀疏，磁场越弱环形电流 从右向左看 从前向后看特点：内部磁场比环外强，磁感线越向外越稀疏通电螺线管 从左向右看 从前向后看特点：内部磁场可视为匀强磁场且比外部强，方向由S极指向N极，外部磁场类似于条形磁铁的磁场，方向由N极指向S极2. 实例：距离很近的两个平行异名磁极之间的磁场(图甲)，除边缘部分外，可以认为是匀强磁场；两个平行放置较近的线圈通电时，其中间区域的磁场近似为匀强磁场(图乙)。三、磁通量1. 定义：在磁感应强度为B的匀强磁场中，当面积为S的平面与磁场方向垂直时，我们把B与S的乘积叫作穿过这个面积的磁通量。公式为Φ=BS。导师点睛 当α=90°时，Φ=BS；当0<α<90°时，Φ=BS sin α；当α=0°时，Φ=0。2. 单位：韦伯，简称韦，符号是Wb。1 Wb=1 T·m2。 3. 磁通量是标量，但有正负。由B=ΦS可知，磁感应强度的大小等于穿过垂直磁场方向的单位面积的磁通量。磁通量可以用磁感线的条数形象地说明，穿过平面的磁通量可以理解为向相反方向穿过平面的磁感线相抵消之后剩余的磁感线的条数。四、磁感应强度的叠加1. 磁感应强度的矢量叠加 由于磁感应强度是矢量，故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产生的磁感应强度的矢量和。处理磁感应强度的矢量叠加问题的方法为：(1)根据安培定则确定每根通电导线周围磁感线的方向。(2)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。(3)根据平行四边形定则将各磁感应强度合成。 2. 几个特殊的磁场叠加3. 三点提醒(1)当两磁场在某点同向时，该点的磁感应强度等于两磁场在该点的磁感应强度的和，即B=B1+B2。(2)当两磁场在某点反向时，该点的磁感应强度等于两磁场在该点的磁感应强度的差，即B=B1-B2。(3)当两磁场在某点方向成一夹角时，该点的磁感应强度由平行四边形定则求得。 等大平行同向电流等大平行反向电流连线上的中点 B1=B2，B合=0 B1=B2=B，B合=2B连线的中垂线上的对称点BA与BA'等大反向 BA与BA'等大同向五、磁通量的理解及计算1. 磁通量的计算(1)公式：Φ=BS。其中B为匀强磁场的磁感应强度，S为垂直磁场方向的面积。(2)若磁场与平面不垂直，应取平面在垂直于磁场方向上的投影面积，Φ=BS cos θ。式中S cos θ即平面在垂直于磁场方向上的投影面积，也称为“有效面积”(如图所示)。 2. 磁通量的正、负(1)磁通量是标量，但有正、负，当以磁感线从某一面穿入时的磁通量为正值，则磁感线从此面穿出时磁通量为负值。(2)若同时有磁感线沿相反方向穿过同一平面，且正向磁通量大小为Φ1，反向磁通量大小为Φ2，则穿过该平面的合磁通量Φ=Φ1-Φ2。3. 磁通量的变化量第3节 电磁感应现象及应用一、划时代的发现1. 1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象。2. 电磁感应现象：由磁场得到电流的现象叫作电磁感应，产生的电流叫作感应电流。二、探究感应电流产生的条件1. 实验原理 按照实验电路图连接电路，观察在开关闭合、断开瞬间及开关闭合时滑动变阻器滑片不动及迅速移动情况下，能否产生感应电流。 2. 实验结论 当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，闭合导体回路中就产生感应电流。三、电磁感应现象的应用 发电机、变压器、电磁炉等都是根据电磁感应现象制造的。 磁通量的变化量举例或注意事项B不变，S变ΔΦ=B·ΔS 例：闭合电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：此时由ΔΦ=Φt-Φ0计算并判断磁通量是否变化，ΔΦ≠ΔB·ΔSB和S大小都不变，但两者之间的夹角变ΔΦ=BS(sin θ2-sin θ1) 例：线圈在磁场中转动时四、感应电流产生条件的理解和应用1. 判断电路中能否产生感应电流的一般流程 2. 对导体切割磁感线的理解及应注意的问题在利用“切割”来讨论和判断有无感应电流时，应该注意：(1)导体是否将磁感线“割断”，如果没“割断”，就不能说切割。如图所示，(a)、(b)两图中，导体棒是真“切割”，而(c)图中，导体棒没有切割磁感线。(2)即使导体真“切割”了磁感线，也不能保证就能产生感应电流。如图所示，对于图甲(匀强磁场)，尽管导体“切割”了磁感线，但穿过闭合线框的磁通量并没有发生变化，没有感应电流产生；对于图乙，导线框的一部分“切割”了磁感线，穿过线框的磁通量减少，线框中有感应电流产生；对于图丙，闭合导线框在非匀强磁场中运动，切割了磁感线，同时穿过线框的磁通量减少，线框中有感应电流产生；对于图丁，导线框abcd的一部分在匀强磁场中上下平动，尽管部分导体做切割磁感线运动，但穿过线框的磁通量没有发生变化，所以在线框中没有感应电流产生。 第4节 电磁波的发现及应用一、电磁场 电磁波1. 麦克斯韦电磁场理论 英国物理学家麦克斯韦在总结前人对电磁现象研究成果的基础上，建立了完整的电磁场理论。可定性表述为：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。变化的电场和变化的磁场是相互联系着的，形成不可分割的统一的电磁场。2. 麦克斯韦预言电磁波 如果在空间某区域中有周期性变化的电场，那么它就在空间引起周期性变化的磁场；这个变化的磁场又引起新的变化的电场……于是，变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成了电磁波。周期性变化的电场电磁波的产生与传播示意图 二、电磁波谱1. 描述电磁波的三个物理量 波速c、波长λ、频率f，它们之间的关系是c=λf。电磁波在真空中的传播速度都等于光速，在介质中的传播速度均小于光速。2. 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，就是电磁波谱。按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、γ射线。第5节 能量量子化一、热辐射1. 定义：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。一般物体的热辐射除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关。2. 特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。物体在室温时，热辐射的主要成分是波长较长的电磁波。当温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强。3. 黑体：在热辐射的同时，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就叫作黑体。黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关。二、能量子1. 能量子假说：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，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。 2. 能量子大小的公式 3. 能量子假说的意义：在微观世界中微观粒子的能量是一份一份的，或者说微观粒子的能量是不连续(分立)的。这种现象叫能量的量子化。4. 光子：爱因斯坦认识到了普朗克能量子假设的意义，他把能量子假设进行了推广，认为电磁场本身就是不连续的。也就是说，光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν，h为普朗克常量。这些能量子后来被叫作光子。三、能级1. 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。通常情况下，原子处于能量最低的状态，这是最稳定的。2. 原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量，等于前后两个能级之差。由于原子的能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。
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