第十三章 电磁感应与电磁波初步【速记清单】-2024-2025学年高二物理单元速记·巧练（人教版2019必修第三册）

第十三章 电磁感应与电磁波初步 01 思维导图 02 考点速记 【考点1 安培定则的应用和磁场的叠加】 1.环形电流和直线电流安培定则的比较 定则名称 定则示意图 共同点 区别 安培定则(右手螺旋定则) 一个量沿大拇指所指的方向，另一个量必以大拇指所在直线为轴顺时针旋转(沿直线箭头的方向看) 大拇指指向磁场的方向 大拇指指向电流的方向 2．磁场的叠加：磁感应强度为矢量，合成与分解遵从平行四边形定则。 磁场叠加问题的一般解题思路： 　(1)确定磁场场源，如通电直导线。 (2)定位空间中需求解磁场的点，利用安培定则及其他已知条件判定各个场源在这一点上产生的磁场的磁感应强度的大小和方向。如图中BM、BN分别为M、N在c点产生的磁场的磁感应强度。 (3)应用平行四边形定则进行合成，如图中c点的合磁场的磁感应强度B。 【考点2 电磁感应现象的判断】 1.感应电流能否产生的判断 2．磁通量变化的常见情况 变化情况 举例 磁通量变化量 磁感应 强度变化 永磁体靠近或远离线圈、电磁铁(螺线管)内电流发生变化 ΔΦ＝ΔB·S 有效面积变化 有磁感线穿过的回路面积变化 闭合线圈的部分导线做切割磁感线运动，如图 ΔΦ＝B·ΔS 回路平面与磁场夹角变化　 线圈在磁场中转动，如图 磁感应强度和有效面积 同时变化　 弹性线圈在向外拉的过程中，如图 ΔΦ＝Φ2－Φ1 【素养能力提升】 判断是否产生感应电流的方法 ①确定所研究回路；②看Φ是否变化；③回路是否闭合；②③同时满足可产生感应电流。 【考点3 实验：探究影响感应电流方向的因素】 1．数据处理 (1)实验结果示意图 (2)数据记录 表1　磁通量增大时的情况 图号 磁体磁场的方向 感应电流的方向 感应电流的磁场方向 甲 向下 逆时针(俯视) 向上 乙 向上 顺时针(俯视) 向下 表2　磁通量减小时的情况 图号 磁体磁场的方向 感应电流的方向 感应电流的磁场方向 丙 向下 顺时针(俯视) 向下 丁 向上 逆时针(俯视) 向上 (3)根据数据记录表格，归纳出影响感应电流方向的因素，并得出实验结论。 2．注意事项 (1)确定电流方向与电流表指针偏转方向的关系时，要用试触法，并注意减小电流强度，防止电流过大或通电时间过长而损坏电流表。 (2)电流表选用零刻度在中间的灵敏电流计。 (3)实验前设计好表格，并明确线圈的绕线方向。 (4)按照控制变量的思想进行实验。 (5)进行完一种磁极运动情况的操作后，等电流表指针回零后再进行下一种情况的操作。 【素养能力升华】 在分析“探究影响感应电流方向的因素”的实验结果时，发现感应电流的方向与磁通量变化不容易建立起直接的联系，关键是引入“感应电流的磁场”这个中介，从而分析感应电流磁场的方向与引起感应电流的磁通量变化的关系。 【考点4 电磁振荡的分析】 1.振荡电流、极板所带电荷量随时间的变化图像 电磁振荡中各物理量的变化 过程 电荷量 电场强度 电场能 电流 磁感应强度 磁场能 放电过程 变小 变小 变小 变大 变大 变大 放电完毕 0 0 0 最大 最大 最大 充电过程 变大 变大 变大 变小 变小 变小 充电完毕 最大 最大 最大 0 0 0 从上表可总结出如下两类关系： (1)同步同变关系 在LC振荡电路发生电磁振荡的过程中，电容器相关的物理量：电荷量q、电场强度E、电场能EE是同步变化的，即： q↓→E↓→EE↓(或q↑→E↑→EE↑)。 线圈相关的物理量：振荡电流i、磁感应强度B、磁场能EB也是同步变化的，即： i↓→B↓→EB↓(或i↑→B↑→EB↑)。 (2)同步异变关系 在LC振荡过程中，电容器相关的三个物理量q、E、EE与线圈相关的三个物理量i、B、EB是同步异向变化的，即q、E、EE同时减小时，i、B、EB同时增大，且它们的变化是同步的。 2．LC振荡电路充、放电过程的判断方法 根据电流 流向判断 当电流流向带正电的极板时，电容器的电荷量增加，磁场能向电场能转化，处于充电过程；反之，当电流流出带正电的极板时，电容器的电荷量减少，电场能向磁场能转化，处于放电过程 根据物理量的变化趋势判断 当电容器的电荷量q(电压U、场强E)增大或电流i(磁场B)减小时，处于充电过程；反之，处于放电过程 根据能量判断 电场能增加时充电，磁场能增加时放电 【素养能力提升】 分析电容器所带电荷量的变化要注意以下两点 (1)把电容器当成断路简化电路图，按照电路动态分析的基本方法来分析各部分电路电压与电流的变化。 (2)电路稳定时，找到与电容器并联的电阻，而电容器两极板的电压等于与之并联的电阻两端的电压。 【考点5 电磁波的产生、传播及电磁波谱】 1.对麦克斯韦电磁场理论的理解 2．对电磁波的理解 (1)电磁波是横波，电磁波的电场、磁场、传播方向三者两两垂直，如图所示。 (2)根据电磁场理论，电磁场的转换就是电场能量和磁场能量的转换，因而电磁波的发射过程就是辐射能量的过程，传播过程就是能量传播的过程。 能量是电磁场的物质性最有说服力的证据之一。 由此，人们认识到物质存在两种形式，一种是由原子和分子构成的实物，另一种则是以电磁场为代表的场。 (3)电磁波与机械波的比较 名称 项目 电磁波 机械波 产生 由周期性变化的电场、磁场产生 由质点(波源)的振动产生 波的特点 横波 纵波或横波 波速 在真空中等于光速c＝3×108 m/s；在介质中波速较小 在空气中不大(如声波波速在空气中约为340 m/s)；在液体和固体中较大 是否需要介质 不需要介质(在真空中仍可传播) 必须有介质(真空中不能传播) 传播能量 电磁能 机械能 3．对电磁波发射、接收过程的理解 (1)区分调制和解调 声音、图像等信号频率相对较低，不能转化为电信号直接发射出去，将这些低频信号加载到高频电磁波信号上，就能有效发射。在电磁波发射技术中，将声音、图像信号加载到高频电磁波上的过程就是调制。而将声音、图像信号从高频信号中还原出来的过程就是解调。 (2)区分调谐和解调 调谐就是使接收电路产生电谐振的过程，即选择携带有用信号的高频振荡电流，使其在接收电路中产生的感应电流最强的过程；解调是将高频电流中携带的有用信号分离出来的过程。 【素养能力提升】 对电磁波谱的五点说明 (1)波长不同的电磁波，表现出不同的特性。其中波长较长的无线电波和红外线，易发生干涉、衍射现象；波长较短的X射线、γ射线，穿透能力较强。 (2)电磁波谱中，相邻两波段的电磁波的波长并没有很明显的界线，如紫外线和X射线、X射线和γ射线都有重叠。 (3)不同的电磁波，产生的机理不同，无线电波是振荡电路中自由电子的周期性运动产生的；红外线、可见光、紫外线是原子的外层电子受到激发后产生的；X射线是原子的内层电子受到激发后产生的；γ射线是原子核受到激发后产生的。 (4)都具有反射、折射、衍射和干涉的特性，波长越长越容易发生干涉、衍射现象，波长越短，穿透能力越强。 (5)电磁波的能量随频率的升高而增大。 【考点6 能量量子化】 1．热辐射 (1)理解：我们周围的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。 (2)热辐射的特点：物体在室温时，热辐射的主要成分是波长较长的电磁波，不能引起人的视觉。当温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强。即辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。 2．物体表面对外界射来的电磁波的吸收和反射 除了热辐射外，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。常温下我们看到的不发光物体的颜色就是反射光所致。 3．黑体 (1)理解：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体就叫作黑体。 (2)黑体辐射的特点：辐射电磁波的强度按波长的分布只与它的温度有关。 4．普朗克的能量子理论 (1)普朗克的假设 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。 能量子公式：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s。 (2)普朗克的假设认为微观粒子的能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是不连续(分立)的。 (3)能量子理论在微观与宏观世界的联系与区别 由于ε＝hν极微小，所以在宏观尺度内研究物体的能量时，我们可以认为物体的能量变化是连续的，不必考虑量子化；在研究微观粒子的能量时，能量量子化(ε＝hν)不可忽略，即必须考虑能量量子化。 5．光子 爱因斯坦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。 6．能级 (1)定义：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。 (2)理解：通常情况下，原子处于能量最低的状态，这是最稳定的。原子受到高速运动的电子的撞击，有可能跃迁到较高的能量状态。这些状态的原子是不稳定的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子。 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。 7．量子力学的建立 19世纪末和20世纪初，物理学研究深入到微观世界，发现了电子、质子、中子等微观粒子，而且发现它们的运动规律在很多情况下不能用经典力学来说明。20世纪20年代，量子力学建立了，它能够很好地描述微观粒子运动的规律，并在现代科学技术中发挥了重要作用。 03 素养提升 易错点及纠正 易错点一：磁感应强度的理解 【易错题1】1．下述说法中正确的是（　　） A．根据E=，可知电场中某点的场强与电荷量q成反比 B．根据B=，可知通电导线L所在处受到磁场力F为零，该处的磁感应强度B也一定为零 C．电场和磁场都是客观存在的物质，但是电场线和磁感线是假想的 D．电场线和磁感线都是电荷在场中运动的轨迹 易错点二：电流周围的磁场方向 【易错题2】法国物理学家安培发现了关于电流周围产生的磁场方向问题的安培定律，根据安培定律，下列各图中，已标出电流I和磁感应强度B的方向，其中正确的是（　　） A． B． C． D． 【易错题3】如图所示，带负电的玻璃圆盘绕沿着东西方向的轴以一定的角速度匀速转动（从东向西看为逆时针方向），在圆盘西侧轴线上的小磁针静止时（　　） A．N极沿轴线东偏北方向 B．N极沿轴线西偏北方向 C．N极沿轴线东偏南方向 D．N极沿轴线西偏南方向 故选B。 【易错题4】（多选）如图，电磁打点计时器是利用电磁原理打点计时的一种仪器。它的工作原理为：线圈中通入交流电时，线圈中的钢制弹簧片被周期性的磁化，并受到永久磁铁作用使弹簧片带动振针周期性的上下振动。当某时刻线圈中通入图示电流时，下列说法正确的是（　　） A．线圈右端为N极 B．线圈右端为S极 C．弹簧片被磁化后受到向上的作用力 D．弹簧片被磁化后受到向下的作用力 易错点三：磁感应强度的叠加 【易错题5】已知通电长直导线在其周围某点产生磁场的磁感应强度大小B。与通电导线中的电流 I成正比，与该点到通电导线的距离r成反比，即,式中k为比例系数。现有两条相距为L的通电长直导线a 和b平行放置，空间中存在平行于图中菱形PbQa的匀强磁场（图中未画出）。已知菱形PbQa的边长也为L，当导线a和b中通以大小相等、方向如图所示的电流I时，P 点处的磁感应强度恰好为零。下列说法正确的是（　　） A．Q点处的磁感应强度大小为 B．两导线连线中点处的磁感应强度大小为 C．匀强磁场的磁感应强度大小为3kIL D．匀强磁场的方向从Q点指向P点 【易错题6】如图所示，在甲图竖直向上的匀强电场中，旋置一带正电的点电荷，a、b、c、d是以点电荷为圆心的同一圆周上的四点；在乙图的竖直向上的匀强磁场中，水平放置着一根长直导线，电流方向垂直纸面向里，a、b、c、d是以直导线为圆心的同一圆周上的四点，下列说法正确的是（　　） A．甲图中b点电场强度最大，乙图中b点磁感应强度最大 B．甲图中b、d两点电场强度相同，乙图中a、c两点磁感应强度相同 C．甲图中c点电场强度可能为零，乙图中d点磁感应强度可能为零 D．甲图中a点电场强度方向竖直向上，乙图中a点磁感应强度方向竖直向上 易错点四：磁通量的理解 【易错题7】如图所示，矩形线框的边长为，边竖直，边水平，磁感应强度大小为，时刻线框平面与磁场垂直，且规定该时刻穿过线框的磁通量为正，分别为边、边的中点，现让线框绕轴转动。则下列说法正确的是（　　） A．线框转过时，磁通量的变化量为 B．线框转过时，磁通量的变化量为 C．线框转过时，磁通量的变化量为 D．线框转过时，磁通量的变化量为 易错点五：电磁振荡分析 【易错题8】甲图表示LC振荡电路，乙图图像为其电流随时间变化的图像。在时刻，回路中电容器的M板带正电。在某段时间里，回路的磁场能在减小，而M板仍带正电，则这段时间对应图像中（    ） A．Oa段 B．ab段 C．bc段 D．cd段 易错点六：热辐射与黑体 【易错题9】如图为在、两种温度下黑体的辐射强度与其辐射电磁波波长的关系，下列说法正确的是（　　） A． B．黑体能反射电磁波 C．温度升高，黑体辐射强度的极大值向波长较长的方向移动 D．牛顿提出的能量子假说很好地解释了黑体辐射的实验规律 04 单元小结 一、考点考向 考点1、安培定则的应用和磁场的叠加 考向1：电流的磁效应 【典例1】1．如图甲所示是一个磁悬浮地球仪，其原理如图乙所示，摆件的底座有一个线圈，地球仪里有一块磁铁，磁铁N极在下，S极在上，底座通电时地球仪就可以悬浮起来，忽略线圈电阻变化及电源内阻，下列说法正确的是（　　） A．要使地球仪悬浮起来，线圈应该接上交流电 B．当电流从线圈a端流入时，地球仪就可以悬浮起来 C．若仅增大线圈中的电流，地球仪稳定时受到的斥力变大 D．若仅增加线圈的匝数，地球仪稳定时受到的斥力不变 考向2：地磁场 【典例2】智能手机安装适当的软件后，利用手机中的磁传感器可以测量磁感应强度．如图所示，小廈同学在首门市某公园测量地磁场，将手机水平放置后建立直角坐标系，手机显示屏所在平面为面，屏幕朝上且轴正向指向北方．若忽略其他磁场的干扰，则所测得地磁场的磁感应强度可能为（    ） A． B． C． D． 考向3：直线电流磁场的叠加 【典例3】如图是三根平行直导线的截面图，若它们的电流大小都相同，方向垂直纸面向里。每根通电直导线在距离导线为d处产生的磁感应强度为B，如果AB＝AC＝AD=d，则A点的磁感应强度的大小和方向，下列正确的是（　　） A．大小为B，方向向左； B．大小为B，方向向右； C．大小为，方向为左下方； D．大小为，方向向右下方。 考向4：直线电流磁场与匀强磁场的叠加 【典例4】如图所示，一根通电直导线放在磁感应强度B=2T的匀强磁场中，在以导线为圆心、半径为r的圆周上有a、b、c、d四个点，若a点的磁感应强度为零，则下列说法中正确的是（　　） A．直导线中电流方向垂直纸面向外 B．b点与d点的磁感应强度大小相等 C．c点的磁感应强度也为0 D．d点的磁感应强度为4T，方向斜向下，与B夹角为45° 考向5：环形电流磁场的叠加 【典例5】两个半径均为的彼此绝缘的相同金属圆环、，相互垂直放置，其中金属圆环水平放置，两金属圆环的圆心重合于点，通有大小相同、方向如图所示的电流。若将一个单独的通电金属圆环在其内部产生的磁场近似的视作均匀的，且磁感应强度大小为，则下列说法正确的是（　　） A．穿过水平金属圆环的磁通量为 B．穿过水平金属圆环的磁通量为 C．圆心处的磁感应强度大小为 D．圆心处的磁感应强度大小为零 考点2、电磁感应现象的判断 【典例6】一个简单的门窗防盗报警装置示意图如图所示，门的上沿嵌入一块永磁体，当门窗紧闭时，蜂鸣器不响，指示灯亮；打开时，蜂鸣器响，指示灯灭。为实现上述功能，最适合的传感器是（　　） A．光敏电阻 B．电阻应变片 C．热敏电阻 D．干簧管 考点4、电磁波的产生、传播及电磁波谱 考向1：电磁波的产生和传播 【典例7】无线话筒中的一个重要元件就是LC振荡电路。某时刻在LC振荡电路中，磁场方向、电场方向如图所示，下列说法正确的是（　　） A．电容器间场强正在减小 B．增大两极板间的距离振荡电路的周期将减小 C．磁场能在增大 D．振荡电流的方向从b到a 考向2：电磁波谱 【典例8】2024年3月，华为小折叠屏PocketS2手机正式发售。该款手机搭载了麒麟990E芯片，支持5G网络，可以满足用户对于高速网络的需求。5G 网络相比 4G 网络具有更高的数据传输速率。已知4G网络通信技术采用1 880 MHz~2635 MHz频段的无线电波，5G网络通信技术采用3300 MHz~5000 MHz频段的无线电波。下列说法正确的是（　　） A．在真空中， 5G信号比4G信号传播速度快 B．5G信号和4G信号相遇会发生干涉现象 C．5G信号属于横波，4G信号属于纵波 D．5G信号比4G信号更难发生明显衍射现象 考点5、能量量子化 考向1：热辐射 【典例9】关于对黑体的认识，下列说法正确的是（　　） A．黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的 B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关 C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关 D．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体 考向2：能级 【典例10】关于“能量量子化”，下列说法正确的是（　　） A．认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的 B．认为能量值是连续的 C．认为微观粒子的能量是量子化的 D．认为微观粒子的能量是分立的 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！11 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第十三章 电磁感应与电磁波初步 01 思维导图 02 考点速记 【考点1 安培定则的应用和磁场的叠加】 1.环形电流和直线电流安培定则的比较 定则名称 定则示意图 共同点 区别 安培定则(右手螺旋定则) 一个量沿大拇指所指的方向，另一个量必以大拇指所在直线为轴顺时针旋转(沿直线箭头的方向看) 大拇指指向磁场的方向 大拇指指向电流的方向 2．磁场的叠加：磁感应强度为矢量，合成与分解遵从平行四边形定则。 磁场叠加问题的一般解题思路： 　(1)确定磁场场源，如通电直导线。 (2)定位空间中需求解磁场的点，利用安培定则及其他已知条件判定各个场源在这一点上产生的磁场的磁感应强度的大小和方向。如图中BM、BN分别为M、N在c点产生的磁场的磁感应强度。 (3)应用平行四边形定则进行合成，如图中c点的合磁场的磁感应强度B。 【考点2 电磁感应现象的判断】 1.感应电流能否产生的判断 2．磁通量变化的常见情况 变化情况 举例 磁通量变化量 磁感应 强度变化 永磁体靠近或远离线圈、电磁铁(螺线管)内电流发生变化 ΔΦ＝ΔB·S 有效面积变化 有磁感线穿过的回路面积变化 闭合线圈的部分导线做切割磁感线运动，如图 ΔΦ＝B·ΔS 回路平面与磁场夹角变化　 线圈在磁场中转动，如图 磁感应强度和有效面积 同时变化　 弹性线圈在向外拉的过程中，如图 ΔΦ＝Φ2－Φ1 【素养能力提升】 判断是否产生感应电流的方法 ①确定所研究回路；②看Φ是否变化；③回路是否闭合；②③同时满足可产生感应电流。 【考点3 实验：探究影响感应电流方向的因素】 1．数据处理 (1)实验结果示意图 (2)数据记录 表1　磁通量增大时的情况 图号 磁体磁场的方向 感应电流的方向 感应电流的磁场方向 甲 向下 逆时针(俯视) 向上 乙 向上 顺时针(俯视) 向下 表2　磁通量减小时的情况 图号 磁体磁场的方向 感应电流的方向 感应电流的磁场方向 丙 向下 顺时针(俯视) 向下 丁 向上 逆时针(俯视) 向上 (3)根据数据记录表格，归纳出影响感应电流方向的因素，并得出实验结论。 2．注意事项 (1)确定电流方向与电流表指针偏转方向的关系时，要用试触法，并注意减小电流强度，防止电流过大或通电时间过长而损坏电流表。 (2)电流表选用零刻度在中间的灵敏电流计。 (3)实验前设计好表格，并明确线圈的绕线方向。 (4)按照控制变量的思想进行实验。 (5)进行完一种磁极运动情况的操作后，等电流表指针回零后再进行下一种情况的操作。 【素养能力升华】 在分析“探究影响感应电流方向的因素”的实验结果时，发现感应电流的方向与磁通量变化不容易建立起直接的联系，关键是引入“感应电流的磁场”这个中介，从而分析感应电流磁场的方向与引起感应电流的磁通量变化的关系。 【考点4 电磁振荡的分析】 1.振荡电流、极板所带电荷量随时间的变化图像 电磁振荡中各物理量的变化 过程 电荷量 电场强度 电场能 电流 磁感应强度 磁场能 放电过程 变小 变小 变小 变大 变大 变大 放电完毕 0 0 0 最大 最大 最大 充电过程 变大 变大 变大 变小 变小 变小 充电完毕 最大 最大 最大 0 0 0 从上表可总结出如下两类关系： (1)同步同变关系 在LC振荡电路发生电磁振荡的过程中，电容器相关的物理量：电荷量q、电场强度E、电场能EE是同步变化的，即： q↓→E↓→EE↓(或q↑→E↑→EE↑)。 线圈相关的物理量：振荡电流i、磁感应强度B、磁场能EB也是同步变化的，即： i↓→B↓→EB↓(或i↑→B↑→EB↑)。 (2)同步异变关系 在LC振荡过程中，电容器相关的三个物理量q、E、EE与线圈相关的三个物理量i、B、EB是同步异向变化的，即q、E、EE同时减小时，i、B、EB同时增大，且它们的变化是同步的。 2．LC振荡电路充、放电过程的判断方法 根据电流 流向判断 当电流流向带正电的极板时，电容器的电荷量增加，磁场能向电场能转化，处于充电过程；反之，当电流流出带正电的极板时，电容器的电荷量减少，电场能向磁场能转化，处于放电过程 根据物理量的变化趋势判断 当电容器的电荷量q(电压U、场强E)增大或电流i(磁场B)减小时，处于充电过程；反之，处于放电过程 根据能量判断 电场能增加时充电，磁场能增加时放电 【素养能力提升】 分析电容器所带电荷量的变化要注意以下两点 (1)把电容器当成断路简化电路图，按照电路动态分析的基本方法来分析各部分电路电压与电流的变化。 (2)电路稳定时，找到与电容器并联的电阻，而电容器两极板的电压等于与之并联的电阻两端的电压。 【考点5 电磁波的产生、传播及电磁波谱】 1.对麦克斯韦电磁场理论的理解 2．对电磁波的理解 (1)电磁波是横波，电磁波的电场、磁场、传播方向三者两两垂直，如图所示。 (2)根据电磁场理论，电磁场的转换就是电场能量和磁场能量的转换，因而电磁波的发射过程就是辐射能量的过程，传播过程就是能量传播的过程。 能量是电磁场的物质性最有说服力的证据之一。 由此，人们认识到物质存在两种形式，一种是由原子和分子构成的实物，另一种则是以电磁场为代表的场。 (3)电磁波与机械波的比较 名称 项目 电磁波 机械波 产生 由周期性变化的电场、磁场产生 由质点(波源)的振动产生 波的特点 横波 纵波或横波 波速 在真空中等于光速c＝3×108 m/s；在介质中波速较小 在空气中不大(如声波波速在空气中约为340 m/s)；在液体和固体中较大 是否需要介质 不需要介质(在真空中仍可传播) 必须有介质(真空中不能传播) 传播能量 电磁能 机械能 3．对电磁波发射、接收过程的理解 (1)区分调制和解调 声音、图像等信号频率相对较低，不能转化为电信号直接发射出去，将这些低频信号加载到高频电磁波信号上，就能有效发射。在电磁波发射技术中，将声音、图像信号加载到高频电磁波上的过程就是调制。而将声音、图像信号从高频信号中还原出来的过程就是解调。 (2)区分调谐和解调 调谐就是使接收电路产生电谐振的过程，即选择携带有用信号的高频振荡电流，使其在接收电路中产生的感应电流最强的过程；解调是将高频电流中携带的有用信号分离出来的过程。 【素养能力提升】 对电磁波谱的五点说明 (1)波长不同的电磁波，表现出不同的特性。其中波长较长的无线电波和红外线，易发生干涉、衍射现象；波长较短的X射线、γ射线，穿透能力较强。 (2)电磁波谱中，相邻两波段的电磁波的波长并没有很明显的界线，如紫外线和X射线、X射线和γ射线都有重叠。 (3)不同的电磁波，产生的机理不同，无线电波是振荡电路中自由电子的周期性运动产生的；红外线、可见光、紫外线是原子的外层电子受到激发后产生的；X射线是原子的内层电子受到激发后产生的；γ射线是原子核受到激发后产生的。 (4)都具有反射、折射、衍射和干涉的特性，波长越长越容易发生干涉、衍射现象，波长越短，穿透能力越强。 (5)电磁波的能量随频率的升高而增大。 【考点6 能量量子化】 1．热辐射 (1)理解：我们周围的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。 (2)热辐射的特点：物体在室温时，热辐射的主要成分是波长较长的电磁波，不能引起人的视觉。当温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强。即辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。 2．物体表面对外界射来的电磁波的吸收和反射 除了热辐射外，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。常温下我们看到的不发光物体的颜色就是反射光所致。 3．黑体 (1)理解：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体就叫作黑体。 (2)黑体辐射的特点：辐射电磁波的强度按波长的分布只与它的温度有关。 4．普朗克的能量子理论 (1)普朗克的假设 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。 能量子公式：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s。 (2)普朗克的假设认为微观粒子的能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是不连续(分立)的。 (3)能量子理论在微观与宏观世界的联系与区别 由于ε＝hν极微小，所以在宏观尺度内研究物体的能量时，我们可以认为物体的能量变化是连续的，不必考虑量子化；在研究微观粒子的能量时，能量量子化(ε＝hν)不可忽略，即必须考虑能量量子化。 5．光子 爱因斯坦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。 6．能级 (1)定义：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。 (2)理解：通常情况下，原子处于能量最低的状态，这是最稳定的。原子受到高速运动的电子的撞击，有可能跃迁到较高的能量状态。这些状态的原子是不稳定的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子。 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。 7．量子力学的建立 19世纪末和20世纪初，物理学研究深入到微观世界，发现了电子、质子、中子等微观粒子，而且发现它们的运动规律在很多情况下不能用经典力学来说明。20世纪20年代，量子力学建立了，它能够很好地描述微观粒子运动的规律，并在现代科学技术中发挥了重要作用。 03 素养提升 易错点及纠正 易错点一：磁感应强度的理解 【易错题1】1．下述说法中正确的是（　　） A．根据E=，可知电场中某点的场强与电荷量q成反比 B．根据B=，可知通电导线L所在处受到磁场力F为零，该处的磁感应强度B也一定为零 C．电场和磁场都是客观存在的物质，但是电场线和磁感线是假想的 D．电场线和磁感线都是电荷在场中运动的轨迹 【答案】C 【详解】 A. 电场强度定义式 E= 场强是描述自身性质的物理量，与F、q无关，故A错误； B. 磁感应强度的定义式 中，通电导线L所在处受到磁场力F为零时，该处磁感应强度不一定为零，当B与L平行时，F也为零，故B错误； C．电场和磁场都是客观存在的物质，但是电场线和磁感线是假想的，故C正确； D．电场线和磁感线一般不是电荷在场中运动的轨迹，故D错误。 故选C。 易错点二：电流周围的磁场方向 【易错题2】法国物理学家安培发现了关于电流周围产生的磁场方向问题的安培定律，根据安培定律，下列各图中，已标出电流I和磁感应强度B的方向，其中正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】A．根据右手定则，磁感应强度B的方向应为逆时针方向，故A错误； B．根据右手定则可知导线右边磁场垂直纸面向里，导线左边磁场垂直纸面向外，故B错误； C．根据右手定则，可知两根通电导线之间的磁感应强度B的方向如图所示，故C正确； D．根据右手定则，可知通电螺线管内部磁感应强度B的方向与图中所示方向相反，故D错误； 故选C。 【易错题3】如图所示，带负电的玻璃圆盘绕沿着东西方向的轴以一定的角速度匀速转动（从东向西看为逆时针方向），在圆盘西侧轴线上的小磁针静止时（　　） A．N极沿轴线东偏北方向 B．N极沿轴线西偏北方向 C．N极沿轴线东偏南方向 D．N极沿轴线西偏南方向 【答案】B 【详解】所以带负电玻璃圆盘如图所示的旋转，则金属环的电流方向与旋转方向相反，再由右手螺旋定则可以知道磁感线的方向在盘内从东向西。因此小磁针N极向西偏，由于地磁场的存在，所以N极沿轴线西偏北方向。 故选B。 【易错题4】（多选）如图，电磁打点计时器是利用电磁原理打点计时的一种仪器。它的工作原理为：线圈中通入交流电时，线圈中的钢制弹簧片被周期性的磁化，并受到永久磁铁作用使弹簧片带动振针周期性的上下振动。当某时刻线圈中通入图示电流时，下列说法正确的是（　　） A．线圈右端为N极 B．线圈右端为S极 C．弹簧片被磁化后受到向上的作用力 D．弹簧片被磁化后受到向下的作用力 【答案】AD 【详解】AB．由右手螺旋定律知线圈右端为N极，弹簧片被磁环后右端为N极，故A正确，B错误； CD．由磁场对磁极的作用可知，弹簧片右端受向下的磁场力，故C错误，D正确。 故选AD。 易错点三：磁感应强度的叠加 【易错题5】已知通电长直导线在其周围某点产生磁场的磁感应强度大小B。与通电导线中的电流 I成正比，与该点到通电导线的距离r成反比，即,式中k为比例系数。现有两条相距为L的通电长直导线a 和b平行放置，空间中存在平行于图中菱形PbQa的匀强磁场（图中未画出）。已知菱形PbQa的边长也为L，当导线a和b中通以大小相等、方向如图所示的电流I时，P 点处的磁感应强度恰好为零。下列说法正确的是（　　） A．Q点处的磁感应强度大小为 B．两导线连线中点处的磁感应强度大小为 C．匀强磁场的磁感应强度大小为3kIL D．匀强磁场的方向从Q点指向P点 【答案】B 【详解】CD．由题意知电流在P点处产生的磁场的磁感应强度大小 由安培定则知导线a和b中的电流在P点处产生的磁场的磁感应强度方向分别垂直Pa和Pb，由平行四边形定则可知电流产生的合磁场由Q点指向P点，磁感应强度大小仍为 ，则匀强磁场的磁感应强度方向应由P点指向Q点，且大小为，才能使P点处的磁感应强度恰好为零，CD错误； A．同理可知，Q点处的磁感应强度也为零，A错误； B．由于两导线连线中点到两导线的距离均为，两导线在该处产生的磁感应强度大小加倍，均为，合磁感应强度的大小为，B正确。 故选B。 【易错题6】如图所示，在甲图竖直向上的匀强电场中，旋置一带正电的点电荷，a、b、c、d是以点电荷为圆心的同一圆周上的四点；在乙图的竖直向上的匀强磁场中，水平放置着一根长直导线，电流方向垂直纸面向里，a、b、c、d是以直导线为圆心的同一圆周上的四点，下列说法正确的是（　　） A．甲图中b点电场强度最大，乙图中b点磁感应强度最大 B．甲图中b、d两点电场强度相同，乙图中a、c两点磁感应强度相同 C．甲图中c点电场强度可能为零，乙图中d点磁感应强度可能为零 D．甲图中a点电场强度方向竖直向上，乙图中a点磁感应强度方向竖直向上 【答案】C 【详解】图甲中，a、b、c、d四点的实际电场强度为匀强电场和点电荷电场的叠加，做出矢量合成图，如图所示    可知a点电场强度最大，电场强度方向竖直向上，b、d两点电场强度大小相同，方向不同，c点电场强度可能为零。 图乙中a、b、c、d四点的实际磁感应强度为匀强磁场和电流磁场的叠加，结合安培定则作出矢量合成图，如图所示    b点磁感应强度最大，a、c两点磁感应强度大小相同，方向不同。d点磁感应强度可能为零。综上所述。 故选C。 易错点四：磁通量的理解 【易错题7】如图所示，矩形线框的边长为，边竖直，边水平，磁感应强度大小为，时刻线框平面与磁场垂直，且规定该时刻穿过线框的磁通量为正，分别为边、边的中点，现让线框绕轴转动。则下列说法正确的是（　　） A．线框转过时，磁通量的变化量为 B．线框转过时，磁通量的变化量为 C．线框转过时，磁通量的变化量为 D．线框转过时，磁通量的变化量为 【答案】C 【详解】根据题意可知，时穿过线框的磁通量为 A．线框转过时，磁通量为 则该过程磁通量的变化量为 故A错误； B．线框转过时，磁通量为 则该过程磁通量的变化量为 故B错误； C．线框转过时，磁通量为 则该过程磁通量的变化量为 故C正确； D．线框转过时，磁通量为 则该过程磁通量的变化量为 故D错误。 故选C。 易错点五：电磁振荡分析 【易错题8】甲图表示LC振荡电路，乙图图像为其电流随时间变化的图像。在时刻，回路中电容器的M板带正电。在某段时间里，回路的磁场能在减小，而M板仍带正电，则这段时间对应图像中（    ） A．Oa段 B．ab段 C．bc段 D．cd段 【答案】D 【详解】在时，电容器开始放电，且M极板带正电，结合图像可知，电流以逆时针方向为正方向。某段时间里，回路的磁场能在减小，是磁场能向电场能的转化过程，磁场能减小，电场能增大，说明回路中的电流在减小，电容器在充电，充电完毕时电流减小为0，而此时M板带正电，则电流方向为顺时针方向。因此这段时间内电流为负且正在减小，符合条件的只有图像中的cd段； 故选D。 易错点六：热辐射与黑体 【易错题9】如图为在、两种温度下黑体的辐射强度与其辐射电磁波波长的关系，下列说法正确的是（　　） A． B．黑体能反射电磁波 C．温度升高，黑体辐射强度的极大值向波长较长的方向移动 D．牛顿提出的能量子假说很好地解释了黑体辐射的实验规律 【答案】A 【详解】AC．对于黑体辐射，温度越高，辐射强度越强，且极大值向着波长较短的方向移动，因此根据图像可知 故A正确，C错误； B．黑体只能吸收电磁波，不能反射电磁波，故B错误； D．普朗克最先提出了能量子的概念，很好的解释了黑体辐射，故D错误。 故选A。 04 单元小结 一、考点考向 考点1、安培定则的应用和磁场的叠加 考向1：电流的磁效应 【典例1】1．如图甲所示是一个磁悬浮地球仪，其原理如图乙所示，摆件的底座有一个线圈，地球仪里有一块磁铁，磁铁N极在下，S极在上，底座通电时地球仪就可以悬浮起来，忽略线圈电阻变化及电源内阻，下列说法正确的是（　　） A．要使地球仪悬浮起来，线圈应该接上交流电 B．当电流从线圈a端流入时，地球仪就可以悬浮起来 C．若仅增大线圈中的电流，地球仪稳定时受到的斥力变大 D．若仅增加线圈的匝数，地球仪稳定时受到的斥力不变 【答案】D 【详解】A．为使地球仪稳定地悬浮在空中，线圈产生的磁场方向应是不变的，线圈应通稳恒电流，电路中的电源不能是交流电源，故A错误； B．磁铁下端是N极，因此线圈上端是N极，由安培定则可知，电路中a端点必须连接直流电源的负极，地球仪才可能悬浮起来，故B错误； CD．地球仪稳定悬浮时受到的斥力与重力等大反向，所以大小是一定的，故C错误，D正确。 故选D。 考向2：地磁场 【典例2】智能手机安装适当的软件后，利用手机中的磁传感器可以测量磁感应强度．如图所示，小廈同学在首门市某公园测量地磁场，将手机水平放置后建立直角坐标系，手机显示屏所在平面为面，屏幕朝上且轴正向指向北方．若忽略其他磁场的干扰，则所测得地磁场的磁感应强度可能为（    ） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】地磁场的方向由地理南极指向地理北极，首门市位于北半球，则屏幕朝上且轴正向指向北方时，=0，>0，<0。 故选A。 考向3：直线电流磁场的叠加 【典例3】如图是三根平行直导线的截面图，若它们的电流大小都相同，方向垂直纸面向里。每根通电直导线在距离导线为d处产生的磁感应强度为B，如果AB＝AC＝AD=d，则A点的磁感应强度的大小和方向，下列正确的是（　　） A．大小为B，方向向左； B．大小为B，方向向右； C．大小为，方向为左下方； D．大小为，方向向右下方。 【答案】B 【详解】根据右手螺旋定则可知BDC三处的导线在A点产生的磁场方向分别为竖直向下、竖直向上、水平向右，大小相等，根据磁场的叠加法则可知A点的磁感应强度的大小B，方向向右。 故选B。 考向4：直线电流磁场与匀强磁场的叠加 【典例4】如图所示，一根通电直导线放在磁感应强度B=2T的匀强磁场中，在以导线为圆心、半径为r的圆周上有a、b、c、d四个点，若a点的磁感应强度为零，则下列说法中正确的是（　　） A．直导线中电流方向垂直纸面向外 B．b点与d点的磁感应强度大小相等 C．c点的磁感应强度也为0 D．d点的磁感应强度为4T，方向斜向下，与B夹角为45° 【答案】B 【详解】A．题中的磁场是由通电直导线产生的磁场和匀强磁场共同形成的，磁场中任一点的磁感应强度应为两磁场分别产生的磁感应强度的矢量和。a点的磁感应强度为零，说明通电直导线在该点产生的磁感应强度大小与匀强磁场的磁感应强度大小相等、方向相反，可得直导线中电流方向应是垂直纸面向里，故A错误； BD．在圆周上任一点，由通电直导线产生的磁场的磁感应强度大小均为B=2T，方向沿圆周切线方向，可知通电直导线在b点产生的磁感应强度方向竖直向上，根据磁场的叠加原理可得b点的磁感应强度大小为，方向与B成45°角斜向右上方，通电直导线在d处产生的磁感应强度方向竖直向下，根据磁场的叠加原理可得d点的磁感应强度大小为，方向与B成45°角斜向右下方，因此b点与d点的磁感应强度大小相等，故B正确，D错误； C．在圆周上任一点，由通电直导线产生的磁场的磁感应强度大小均为B=2T，方向沿圆周切线方向，可知c点的磁感应强度大小为4T，方向水平向右，故C错误。 故选B。 考向5：环形电流磁场的叠加 【典例5】两个半径均为的彼此绝缘的相同金属圆环、，相互垂直放置，其中金属圆环水平放置，两金属圆环的圆心重合于点，通有大小相同、方向如图所示的电流。若将一个单独的通电金属圆环在其内部产生的磁场近似的视作均匀的，且磁感应强度大小为，则下列说法正确的是（　　） A．穿过水平金属圆环的磁通量为 B．穿过水平金属圆环的磁通量为 C．圆心处的磁感应强度大小为 D．圆心处的磁感应强度大小为零 【答案】A 【详解】AB．根据题意知，通电水平金属圆环在其内部产生的磁感应强度大小为，根据右手螺旋定则知，方向水平向左，通电水平金属圆环产生的磁感应强度大小为，方向竖直向下，故穿过水平金属圆环的磁通量为，故A正确，B错误； CD．由题知，通电圆环在O点处的磁感应强度大小均为B，方向相互垂直，则由几何关系知，圆心处的磁感应强度大小为 故CD错误。 故选A。 考点2、电磁感应现象的判断 【典例6】一个简单的门窗防盗报警装置示意图如图所示，门的上沿嵌入一块永磁体，当门窗紧闭时，蜂鸣器不响，指示灯亮；打开时，蜂鸣器响，指示灯灭。为实现上述功能，最适合的传感器是（　　） A．光敏电阻 B．电阻应变片 C．热敏电阻 D．干簧管 【答案】D 【详解】根据题意，应使用干簧管，使得门动时穿过干簧管磁通量变化，产生感应电流。 故选D。 考点4、电磁波的产生、传播及电磁波谱 考向1：电磁波的产生和传播 【典例7】无线话筒中的一个重要元件就是LC振荡电路。某时刻在LC振荡电路中，磁场方向、电场方向如图所示，下列说法正确的是（　　） A．电容器间场强正在减小 B．增大两极板间的距离振荡电路的周期将减小 C．磁场能在增大 D．振荡电流的方向从b到a 【答案】B 【详解】ACD．由题图，根据安培定则以及线圈产生的磁感应强度的方向可以判定此时电流的方向从a到b，电容器正在充电，电场能正在增加，振荡电流正在减小，线圈中的磁场能正在减弱，电场正在增大，故ACD错误； B．增大电容器两板距离，根据 可知C减小，再根据 可知振荡周期减小，故B正确。 故选B。 考向2：电磁波谱 【典例8】2024年3月，华为小折叠屏PocketS2手机正式发售。该款手机搭载了麒麟990E芯片，支持5G网络，可以满足用户对于高速网络的需求。5G 网络相比 4G 网络具有更高的数据传输速率。已知4G网络通信技术采用1 880 MHz~2635 MHz频段的无线电波，5G网络通信技术采用3300 MHz~5000 MHz频段的无线电波。下列说法正确的是（　　） A．在真空中， 5G信号比4G信号传播速度快 B．5G信号和4G信号相遇会发生干涉现象 C．5G信号属于横波，4G信号属于纵波 D．5G信号比4G信号更难发生明显衍射现象 【答案】D 【详解】A．在真空中， 5G信号与4G信号传播速度相等，均为光速，选项A错误； B．5G信号和4G信号频率不同，则相遇不会发生干涉现象，选项B错误； C．5G信号和4G信号都属于横波，选项C错误； D．5G信号比4G信号频率更大，波长更短，更难发生明显衍射现象，选项D正确。 故选D。 考点5、能量量子化 考向1：热辐射 【典例9】关于对黑体的认识，下列说法正确的是（　　） A．黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的 B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关 C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关 D．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体 【答案】C 【详解】 A．黑体自身辐射电磁波，不一定是黑的，故A错误； BC．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，故 B错误，C正确； D．小孔只吸收电磁波，不反射电磁波，因此小孔成了一个黑体，而不是空腔，故D错误。 故选C。 考向2：能级 【典例10】关于“能量量子化”，下列说法正确的是（　　） A．认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的 B．认为能量值是连续的 C．认为微观粒子的能量是量子化的 D．认为微观粒子的能量是分立的 【答案】ACD 【详解】 普朗克的理论认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的，微观粒子的能量是量子化的，是分立的。 故选ACD。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！11 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$