專題10磁場電磁感應電磁波及能量量子化（講義）目錄目錄第一部分明晰學考要求·精準復習第二部分基礎知識梳理·全面提升第三部分考點精講精練·對點突破考點一：功與功率考點二：動能與重力勢能考點三：機械能守恒定律考點四：動能定理、機械能守恒綜合問題磁現(xiàn)象和磁場：理解（b）磁感應強度：簡單應用（c）幾種常見的磁場：理解（b）通電導線在磁場中受到的力：簡單應用（c）運動電荷在磁場中受到的力：簡單應用（c）帶電粒子在勻強磁場中的運動：不要求知識點一基本概念一、磁場1）磁場:磁場是存在于磁體、電流和運動電荷周圍的一種物質.永磁體和電流都能在空間產生磁場.變化的電場也能產生磁場.2）磁場的基本性質:磁場對處于其中的磁體、電流和運動電荷有力的作用.3）磁現(xiàn)象的電本質:一切磁現(xiàn)象都可歸結為運動電荷（或電流）之間通過磁場而發(fā)生的相互作用.4）磁場的方向:規(guī)定在磁場中任一點小磁針N極受力的方向（或者小磁針靜止時N極的指向）就是那一點的磁場方向.二、磁感線1）定義：在磁場中人為地畫出一系列曲線，曲線的切線方向表示該位置的磁場方向，曲線的疏密能定性地表示磁場的弱強，這一系列曲線稱為磁感線.2）磁感線是閉合曲線;磁感線不相交：磁鐵外部的磁感線，都從磁鐵N極出來，進入S極，在內部，由S極到N極，.3）幾種典型磁場的磁感線的分布:①條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁場②電流的磁場直線電流的磁場通電螺線管的磁場環(huán)形電流的磁場安培定則立體圖橫截面圖縱截面圖磁場特點不等距的同心圓。無磁極、非勻強磁場,且距導線越遠磁場越弱與條形磁鐵的磁場相似,管內為勻強磁場,管外為非勻強磁場環(huán)形電流的兩側分別是N極和S極,且離圓環(huán)中心越遠磁場越弱③地磁場：地球的磁場與條形磁體的磁場相似，其主要特點有三個:Ⅰ、地磁場的N極在地球南極附近，S極在地球北極附近.Ⅱ、地磁場B的水平分量（Bx）總是從地球南極指向北極，而豎直分量（By）則南北相反，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下.Ⅲ、在赤道平面上，距離地球表面相等的各點，磁感強度相等，且方向水平向北.④勻強磁場：磁場中各點的磁感應強度的大小相等、方向相同，磁感線是疏密程度相同、方向相同的平行直線．三、磁感應強度1）定義:磁感應強度是表示磁場強弱的物理量，在磁場中垂直于磁場方向的通電導線，受到的磁場力F跟電流I和導線長度L的乘積IL（電流元）的比值，叫做通電導線所在處的磁感應強度，定義式.單位T，1T=1N/（A·m）.2）磁感應強度是矢量，磁場中某點的磁感應強度的方向就是該點的磁場方向，即通過該點的磁感線的切線方向.3）磁場中某位置的磁感應強度的大小及方向是客觀存在的，與放入的電流強度I的大小、導線的長短L的大小無關，與電流受到的力也無關，即使不放入載流導體，它的磁感應強度也照樣存在，因此不能說B與F成正比，或B與IL成反比.4）磁感應強度B是矢量，遵守矢量分解合成的平行四邊形定則，注意磁感應強度的方向就是該處的磁場方向，并不是在該處的電流的受力方向.四、磁場疊加1.空間中的磁場通常涉及多個磁場的疊加,磁感應強度是矢量,可以通過平行四邊形定則進行計算或判斷.通?？碱}中出現(xiàn)的磁場不是勻強磁場2.解題思路①確定磁場場源，如通電導線．②定位空間中需求解磁場的點，利用安培定則判定各個場源在這一點產生的磁場的方向．如圖所示為M、N在c點產生的磁場BM、BN.③應用平行四邊形定則進行合成，如圖中的B為合磁場．五、磁感應強度B與電場強度E的比較磁感應強度B電場強度E物理意義描述磁場強弱的物理量描述電場強弱的物理量定義式(I與B垂直)方向磁感線切線方向,小磁針N極受力方向(小磁針靜止時N極所指方向)電場線切線方向,正電荷受力方向大小決定因素由磁場決定,與電流元無關由電場決定,與試探電荷無關場的疊加合磁感應強度等于各磁場的磁感應強度的矢量和合電場強度等于各電場的電場強度的矢量和六、磁通量1.定義:磁感應強度B與垂直磁場方向的面積S的乘積叫做穿過這個面的磁通量2.定義式:.技巧點撥：如果面積S與B不垂直，應以B乘以在垂直于磁場方向上的投影面積S′，即3.磁通量是標量，但是有正負。求磁通量時應該是穿過某一面積的磁感線的凈條數.任何一個面都有正、反兩個面;磁感線從面的正方向穿入時，穿過該面的磁通量為正.反之，磁通量為負.所求磁通量為正、反兩面穿入的磁感線的代數和.4.國際單位:Wb知識點二電磁感應現(xiàn)象一、電磁感應現(xiàn)象及感應電流當穿過閉合導體回路的磁通量發(fā)生變化時，閉合導體回路中有感應電流產生，這種利用磁場產生電流的現(xiàn)象叫做電磁感應．產生的電流叫做感應電流.二、產生感應電流的條件穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，即.【點撥】【點撥】電磁感應現(xiàn)象的實質是產生感應電動勢，如果回路閉合，則有感應電流，回路不閉合，則只有感應電動勢而無感應電流.知識點三電磁波的發(fā)現(xiàn)及應用一、麥克斯韋的電磁場理論1.變化的磁場能夠在周圍空間產生電場，變化的電場能夠在周圍空間產生磁場.2.隨時間均勻變化的磁場產生穩(wěn)定電場.隨時間不均勻變化的磁場產生變化的電場.隨時間均勻變化的電場產生穩(wěn)定磁場，隨時間不均勻變化的電場產生變化的磁場.3.變化的電場和變化的磁場總是相互關系著，形成一個不可分割的統(tǒng)一體，這就是電磁場.二、電磁波

1.周期性變化的電場和磁場總是互相轉化，互相激勵，交替產生，電磁場由發(fā)生區(qū)域由近及遠地向周圍傳播，形成電磁波.2.電磁波是橫波，電磁波的電場、磁場、傳播方向兩兩垂直,如圖所示.3.電磁波的傳播不需要介質，可在真空中傳播，在真空中不同頻率的電磁波傳播速度相同(都等于光速)4.不同頻率的電磁波，在同一介質中傳播，其速度是不同的，頻率越高，波速越?。?.電磁波從一種介質進入另一介質，頻率不變、波速和波長均發(fā)生變化，電磁波傳播速度等于波長和頻率的乘積，即.三、電磁波與機械波的比較名稱項目電磁波機械波產生由周期性變化的電場、磁場產生由質點(波源)的振動產生傳播介質不需要介質(在真空中仍可傳播)必須有介質(真空中不能傳播)波的種類橫波既有橫波也有縱波速度特點由介質和頻率決定，在真空中等于光速(c＝3×108m/s)僅由介質決定能量都能攜帶能量并傳播能量速度公式v＝λf遵循規(guī)律都能發(fā)生反射、折射、干涉、衍射等現(xiàn)象四、電磁波譜按照電磁波的波長或頻率大小的順序把它們排列成譜．按波長由長到短排列的電磁波譜為：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線．各種電磁波中，除可見光以外，相鄰兩個波段間都有重疊?！军c撥】【點撥】①各種電磁波的產生機理分別是：無線電波是振蕩電路中自由電子的周期性運動產生的；紅外線、可見光、紫外線是原子的外層電子受到激發(fā)后產生的；倫琴射線是原子的內層電子受到激發(fā)后產生的；γ射線是原子核受到激發(fā)后產生的。②紅外線、紫外線、X射線的主要性質及其應用舉例。種類產生主要性質應用舉例紅外線一切物體都能發(fā)出熱效應遙感、遙控、加熱紫外線一切高溫物體能發(fā)出化學效應熒光、殺菌、合成VD2X射線陰極射線射到固體表面穿透能力強人體透視、金屬探傷③波長不同的電磁波表現(xiàn)出不同的特性,其中波長較長的無線電波和紅外線等易發(fā)生干涉、明顯的衍射現(xiàn)象,波長較短的紫外線、X射線、γ射線等穿透能力較強.④電磁波譜中,相鄰兩波段的電磁波的波長并沒有很明顯的界線,如紫外線和X射線、X射線和γ射線都有重疊,但它們產生的機理不同五、電磁波通信：電磁波具有能量，電磁波是一種物質六、電磁波通信：通過電磁波來傳遞信息知識點四能量量子化一、能量子1）熱輻射①定義：周圍的一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關，所以叫熱輻射．②特點：熱輻射強度按波長的分布情況隨物體溫度的不同而有所不同．2）黑體：能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體．3）能量子：普朗克認為，當帶電微粒輻射或吸收能量時，只能輻射或吸收某個最小能量值的整數倍，這個不可再分的最小能量值叫做能量子．4）能量子大?。?，其中是帶電微粒吸收或輻射電磁波的頻率，稱為普朗克常量．(一般取)．二、能級1）能級：原子的能量是量子化的，這些量子化的能量值叫作能級．練考點一：磁場電磁感應電磁波及能量量子化【典型例題1】[2023.1浙江學考]一個矩形閉合導線框在勻強磁場內運動，導線框回路中能產生感應電流的是（）ABCD【答案】C【解析】保持閉合矩形導線框平面始終與磁感線垂直，閉合矩形導線框在磁場中沿著磁感線運動，磁通量不變，沒有感應電流，故A項錯誤；保持線框平面始終與磁感線垂直，閉合矩形導線框在磁場中向右運動，磁通量不變，無感應電流，故B項錯誤；閉合矩形導線框在磁場中轉動，使其磁通量變化，則會產生感應電流，故C項正確；保持線框平面始終與磁感線平行，線框在磁場中向D【典型例題2】[2022.1浙江學考]小明同學研究通電導線周圍的磁場。如圖所示，水平直導線正下方有一靜止的小磁針，當導線中通有向右的電流I時，可觀察到小磁針N極（）A.轉向紙內 B.轉向紙外C.靜止不動D.勻速轉動【答案】A【解析】根據安培定則可知，通電導線下方小磁針N極垂直紙面轉向紙內，故A項正確?！镜湫屠}3】[2022.1浙江學考]下列說法正確的是（）甲乙丙丁A.圖甲中“3000F2.7V”的超級電容器最多可以儲存8.1C的電荷量B.圖乙中小磁針放在超導環(huán)形電流中間，靜止時小磁針的指向如圖中所示C.圖丙中直導線懸掛在磁鐵的兩極間，通以如圖所示的電流時會受到磁場力D.圖丁中金屬矩形線框從勻強磁場中的a位置水平移到b位置，框內會產生感應電流【答案】C【解析】根據C=QU可得，Q=CU=3000×2.7C=8100C，故A項錯誤；根據安培定則可知，靜止時小磁針N極指向垂直環(huán)形電流所在平面向外，故B項錯誤；通電導線在磁場中，電流方向與磁場方向不平行，會受到磁場力的作用，故C項正確；金屬矩形線框從勻強磁場中的a位置水平移到b【典型例題4】[2022.1浙江學考]某充氣泵的結構如圖所示，當電磁鐵通入電流時，可吸引或排斥上部的小磁體，從而帶動彈性金屬片對橡皮碗下面的氣室施加力的作用，達到充氣的目的。電磁鐵用的鐵芯可分為硬磁性材料和軟磁性材料，硬磁性材料在磁場撤去后還會有很強的磁性，而軟磁性材料在磁場撤去后就沒有明顯的磁性了。為了可以不斷充氣，下列說法正確的是（）A.小磁體的下端一定為N極B.小磁體的下端一定為S極C.充氣泵電磁鐵的鐵芯應該用硬磁性材料D.充氣泵電磁鐵的鐵芯應該用軟磁性材料【答案】D【解析】由于電磁鐵通入電流方向不確定，也不確定對小磁體是吸引還是排斥，因此小磁體的下端可能為N極也可能為S極，故AB兩項錯誤；根據電磁鐵的工作要求，不通電流時，要讓鐵芯失去磁性，當通電時，要有磁性，因此鐵芯最好用軟磁性材料，故C項錯誤，D項正確。對點專攻1．（2024高二上·湖北·學業(yè)考試）下圖能正確表示條形磁鐵或通電直導線周圍磁感線分布的是（）A． B．C． D．【答案】A【詳解】AB．條形磁鐵外部磁場方向由N極出發(fā)指向S極，故A正確，B錯誤；C．根據右手螺旋定則可知，圖中直線電流產生的磁場方向為逆時針方向，故C錯誤；D．根據右手螺旋定則可知，圖中直線電流產生的磁場方向為順時針方向，故D錯誤。故選A。2．（2024高二下·廣東·學業(yè)考試）如圖所示，勻強磁場中有一個閉合矩形導線框，保持線框平面與磁場垂直，下列過程能使線框中產生感應電流的是（）A．將線框在磁場內左右移動 B．將線框在磁場內上下移動C．將線框在磁場內前后移動 D．將線框從磁場內移出磁場【答案】D【詳解】A．將線框在磁場內左右移動，穿過線框的磁通量不變，線框中不會產生感應電流，故A錯誤；B．將線框在磁場內上下移動，穿過線框的磁通量不變，線框中不會產生感應電流，故B錯誤；C．將線框在磁場內前后移動，穿過線框的磁通量不變，線框中不會產生感應電流，故C錯誤；D．將線框從磁場內移出磁場，穿過線框的磁通量發(fā)生變化，線框中會產生感應電流，故D正確。故選D。3．（2023高二上·新疆喀什·學業(yè)考試）建立完整的電磁場理論并預言電磁波存在的科學家是（）A．法拉第 B．奧斯特 C．赫茲 D．麥克斯韋【答案】D【詳解】建立完整的電磁場理論并預言電磁波存在的科學家是麥克斯韋。故選D。4．（2024高二上·湖北·學業(yè)考試）下列說法正確的是（）A．雷達探測遠方物體時，使用的雷達波是一種機械波B．常用的手持式無接觸測溫槍工作時探測的是紫外線C．聲納設備是潛艇的“眼睛和耳朵”，它發(fā)出的聲納波屬于電磁波D．航天員在中國空間站進行太空授課的實時畫面是通過電磁波傳遞到地面的【答案】D【詳解】A．雷達波是一種電磁波，故A錯誤；B．紅外線最顯著的特性是熱效應，所以無接觸測溫槍工作時利用的電磁波是紅外線，故B錯誤；C．聲納波屬于機械波，故C錯誤；D．航天員在中國空間站進行太空授課的實時畫面是通過無線電波，即電磁波傳遞到地面的，故D正確。故選D。5．（2023高二·湖南·學業(yè)考試）不同電磁波由于具有不同的波長（或頻率），因此具有不同的特性。以下關于電磁波的應用中，利用了無線電波特性的是（）A．手機通