第13讲 电磁感应与电磁波初步-2025年1月浙江省物理学业水平考试冲A计划

第13讲 电磁感应与电磁波初步 课 程 标 准 考点 【课程要求】 ◇知道常见仪器的使用，尤其是打点计时器。 ◇知道几个常见实验的操作。 ◇掌握实验数据处理方法。 【学业要求】 ◇会使用基本的力学实验器材获取数据。 ◇能用物理图像描述实验数据。 ◇能根据数据得出实验结论，知道实验存在误差。 ◇能描述科学探究的过程和结果。 磁场磁感线 磁感应强度 电磁感应现象及其应用 电磁波的发现及其应用 能量量子化 考点一 磁场　磁感线 一、电和磁的联系 1．磁极：自然界中的磁体总是存在两个磁极。 2．磁极间的作用：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。 3．电流的磁效应 (1)奥斯特实验：通电导线使小磁针偏转。 (2)实验结论：电流可以产生磁场——发现了电流的磁效应。 二、磁场 1．定义：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电流有力的作用。 三、磁感线 1．磁场的方向规定：小磁针静止时N极所指的方向。 2．磁感线：用来形象地描述磁场的曲线，曲线上每一点的切线方向都跟这点磁场的方向一致。 3．磁感线的疏密表示磁场的强弱。 四、安培定则 1．直线电流的磁场：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，如图甲所示。 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，如图乙所示。 3．通电螺线管的磁场：右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟螺线管电流方向一致，拇指所指的方向就是螺线管轴线上磁场的方向，或拇指指向螺线管的N极，如图丙所示。 五、安培分子电流假说 1．分子电流假说：安培认为，在原子、分子等物质微粒的内部，存在着一种环形电流，即分子电流。分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，它的两侧相当于两个磁极。 [例题1] （2022•浙江学业考试）图甲是学校提醒师生上下课的直流电铃。原理图如图乙所示，当电路接通时，蹄形电磁铁产生磁性，吸引衔铁向下运动时使小锤击打铃碗，同时导致电路断开，在弹性片弹力作用下衔铁弹回，电路再次接通，如此反复。关于电铃工作时的说法正确的是（　　） A．电磁铁有磁性时，A端为N极 B．小锤击打铃碗时，电磁铁仍有磁性 C．衔铁向下运动过程中，受到的吸引力一直变大 D．如改变电流方向，电铃不能正常工作 [例题2] 如图所示是通电螺线管的磁感线分布图，下列说法正确的是（　　） A．管内外磁场都是匀强磁场 B．电流越大，内部的磁场越强 C．改变电流方向时磁场方向不变 D．磁场方向与电流方向的关系满足左手定则 [例题3] 下面所述的几种相互作用中，不是通过磁场而产生的有（　　） A．两个静止电荷之间的相互作用 B．两根通电导线之间的相互作用 C．通电导线和磁体之间的相互作用 D．磁体与运动电荷之间的相互作用 考点二 磁感应强度　磁通量 一、磁感应强度 1．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。 2．控制变量法探究影响通电导线受力的因素 如图所示，三块相同的蹄形磁铁，并列放在桌上，直导线所在处的磁场认为是均匀的。 (1)保持长度不变，改变电流大小，观察直导线摆动角度大小来比较磁场力大小。 (2)保持电流大小不变，改变磁场中导线长度，通过观察直导线摆动角度大小比较磁场力大小。 (3)实验结论：直导线与磁场垂直时，它受力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。 3．磁感应强度的大小 在磁场中垂直于磁场方向放置的通电导线，所受的磁场力F跟电流I和导线长度l的乘积Il的比值叫磁感应强度。 4．公式：B＝。 5．单位：国际单位是特斯拉，简称特，国际符号是T,1 T＝1。 二、匀强磁场 1．定义：各点的磁感应强度的大小相等、方向相同的磁场。 2．磁感线特点：间隔相等的平行直线。 三、磁通量 1．定义：匀强磁场中磁感应强度和与磁场方向垂直的平面面积S的乘积，即Φ＝BS。 2．拓展：磁场B与研究的平面不垂直时，这个面在垂直于磁场B方向的投影面积S′与B的乘积表示磁通量。 3．单位：国际单位制是韦伯，简称韦，符号是Wb,1 Wb＝1 T·m2。 4．引申：B＝，表示磁感应强度等于穿过单位面积的磁通量，因此磁感应强度B又叫磁通密度。 [例题4] （2022•浙江学业考试）关于磁场的性质，说法正确的是（　　） A．根据，磁场中某点的磁感应强度B与F成正比，与IL成反比 B．磁感应强度B是矢量，方向与该处电流元受力的方向相同 C．将一段电流元沿不同路径从磁场中A点移动到B点，该电流元所受安培力做功相同 D．磁场中某点磁感应强度为零，电流在该处一定不受安培力 [例题5] （2021•浙江学业考试）条形磁体的磁感线如图所示，两面积相等的线圈与磁场方向垂直放置，则下列说法正确的是（　　） A．图中A、B两处磁场方向相同，但A处磁场要强 B．图中A、B两处磁场方向相同，磁场强度相等 C．图中穿过C处线圈的磁通量比穿过D处的磁通量要大 D．图中穿过C处线圈的磁通量与穿过D处的磁通量相等 [例题6] （2023秋•宁波期末）智能手机安装软件后可以测量磁感应强度B。如图，在手机上建立直角坐标系，手机显示屏所在平面为xOy平面。某同学在某地对地磁场进行了两次测量，每次测量时y轴指向不同而z轴正向保持竖直向上，不考虑地磁偏角。根据表中测量结果可推知（　　） 测量序号 Bx/μT By/μT Bz/μT 1 0 ﹣21 45 2 21 0 45 A．测量地点位于北半球，第一次测量时y轴正向指向南方 B．测量地点位于南半球，第二次测量时x轴正向指向北方 C．测量地点位于北半球，第一次测量时x轴正向指向西方 D．测量地点位于南半球，第二次测量时y轴正向指向东方 考点三 电磁感应现象及应用 一、划时代的发现 1．电流的磁效应引起的思考：既然电流能够产生磁场，那么，为什么不能用磁体使导线中产生电流呢？ 2．法拉第的探索：经历了长达10年的探索，经历了一次次失败，最终领悟到，“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才能出现的效应。 3．电磁感应：由磁产生电的现象。 4．感应电流：由电磁感应产生的电流。 二、产生感应电流的条件 1．探索感应电流产生的条件 (1)实验装置 (2)实验过程 开关和变阻器的状态 线圈B中是否有电流 开关闭合瞬间 有 开关断开瞬间 有 开关闭合时，滑动变阻器不动 无 开关闭合时，迅速移动滑动变阻器的滑片 有 2．产生感应电流的条件：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 1．最早的发电机：法拉第的圆盘发电机。 2．电厂里的发电机、生产和生活中广泛使用的变压器、电磁炉等都是根据电磁感应制造的。 [例题7] （2023•浙江学业考试）一闭合矩形导线框在匀强磁场中运动，则下列图示中线框中能产生感应电流的是（　　） A． B． C． D． [例题8] （2022•浙江学业考试）如选项图所示，A中线圈有一小缺口，B中通电导线位于水平放置的闭合线圈某一直径的正上方，C、D中匀强磁场区域足够大（v1≠v2）。其中能产生感应电流的是（　　） A． B． C． D． [例题9] （2023秋•宁波期中）如图所示，绕在铁芯上的线圈与电源、滑动变阻器和电键组成闭合回路，在铁芯的右端套有一个表面绝缘的铜环A，下列各种情况中铜环A中没有感应电流的是（　　） A．将电键突然断开的瞬间 B．通电时，保持变阻器的滑片P位置不变 C．通电时，使变阻器的滑片P做匀速移动 D．通电时，使变阻器的滑片P做加速移动 考点四 电磁波的发现及应用 一、电磁场 1．变化的磁场产生电场。 2．变化的电场产生磁场。 3．变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一的电磁场。 二、电磁波 1．麦克斯韦的预言 (1)电磁波的预言：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电磁波。 (2)电磁波可以在真空中传播。 (3)光的电磁理论：光是以波动形式传播的一种电磁振动，电磁波的速度等于光速。 2．赫兹的贡献：赫兹证实了电磁波的存在，证实了麦克斯韦的电磁场理论。 三、电磁波谱 1．电磁波的波速c与波长λ、频率f的关系：c＝λf。 2．电磁波在真空中的速度：c＝3×108 m/s。 3．电磁波谱的概念：按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列起来，形成电磁波谱。 4．电磁波谱组成 5．各种电磁波的应用 (1)无线电波中的长波、中波、短波用于广播及其他信号的传播。 (2)微波用于卫星通信、电视等信号传输。 (3)红外线用来加热理疗。 (4)可见光让我们看见这个世界，也可用于通信。 (5)紫外线可以消毒。 (6)X射线用于诊断病情。 (7)γ射线可以摧毁病变的细胞。 四、电磁波的能量 1．电磁波具有能量，电磁波是物质存在的一种形式。 2．微波炉加热食物应用了一种电磁波——微波，食物中的水分子在微波的作用下热运动加剧，内能增加，温度升高。 3．光是一种电磁波——传播着的电磁场，光具有能量。 五、电磁波通信 1．电信网、广播电视网和互联网相互渗透、相互兼容，逐步整合成为统一的信息通信网络。 2．以互联网为基础的信息服务都是通过电磁波来传递的。 [例题10] （2023秋•下城区校级期末）下列说法正确的是（　　） A．麦克斯韦首先预言了电磁波的存在并实验证实了电磁波的存在 B．均匀变化的电场可以激发磁场，并向外传播形成电磁波 C．在真空中，频率越高的电磁波波长越小，传播速度越大 D．音频电流的频率比较低，不能直接用来发射电磁波 [例题11] （2022•浙江学业考试）新冠病毒肆虐，全国上下众志成城，抗击疫情，感恩无数的逆行者为我们保驾护航。为了方便进行体温测量，如图所示不少公共场所设置了红外线安检门，以下关于红外线说法正确的是（　　） A．红外线是电磁波 B．红外线比紫外线的波长短 C．红外线比紫外线的能量子大 D．在真空中红外线比紫外线传播的速度快 [例题12] 2021年7月4日，我们在电视中看到湖南湘潭籍航天员汤洪波走出离地面高约为400km的中国空间站，标志着我国空间站阶段航天员首次出舱活动取得圆满成功。航天员出舱的画面是通过电磁波传输到地面接收站，下列关于电磁波的说法不正确的是（　　） A．生活中用微波炉来加热食物，可见，电磁波具有能量 B．汤洪波出舱活动的画面从空间站传到地面接收站最少需要约0.014s C．1886年，赫兹通过实验捕捉到电磁波，证实了麦克斯韦的电磁场理论，为无线电技术的发展开拓了道路 D．英国物理学家麦克斯韦系统总结了人类直至19世纪中叶对电磁规律的研究成果，在此基础上，他最终建立了经典电磁场理论 考点五 能量量子化 一、热辐射 1．热辐射：一切物体都在辐射电磁波。 2．热辐射规律：温度越高，热辐射中波长较短的成分越强。 3．黑体：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。 4．黑体辐射：黑体向外辐射电磁波的现象。 二、能量子 1．普朗克的能量子假设：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，这个最小的能量值ε叫作能量子。 2．能量子大小：ε＝hν。 ν是电磁波的频率，h是普朗克常量，h＝6.626 070 15×10－34 J·s。 3．爱因斯坦光子假设：光是由一个个不可分割的能量子组成，这些能量子叫作光子，光子的能量ε＝hν。 三、能级 1．定义：原子量子化的能量值。 2．原子处于能级最低的状态时最稳定，由高能级向低能级跃迁时放出光子。 3．原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量，等于两个能级之差。 4．原子光谱的谱线是一些分立的亮线。 [例题13] （2023•浙江学业考试）下列关于能量、能量量子化及电磁波的说法正确的是（　　） A．能量的耗散现象是与能量守恒定律相违背的一个特例 B．黑体虽然不反射电磁波，但可以向外辐射电磁波 C．微波炉使用红外线加热食物 D．普朗克提出了光是由一个个不可分割的能量子组成的 [例题14] （2022秋•嘉兴期末）关于能量子，下列说法正确的是（　　） A．能量子假设最早是由爱因斯坦提出 B．电磁波的波长越长，其能量子越大 C．能级是能量子连续的能量值体现 D．微观粒子的能量只能是能量子的整数倍 [例题15] （2022春•宁波期末）1900年，德国物理学家普朗克在研究黑体辐射的规律时，发现只有假定电磁波发射和吸收的能量是一份一份的，计算结果才能和实验结果相符，每一份能量与电磁波的领率呈正比，比例系数就是普朗克常量h，下列关于普朗克常量单位的表示正确的是（　　） A．J/s B．kg•m2/s C．kg•m/s2 D．eV 1. （2024•乐清市校级三模）在国际单位制中磁感应强度的单位符号是“T”，如果用国际单位制的基本单位来表示，正确的是（　　） A．Wb•m﹣2 B．N•C﹣1•m﹣1•S C．kg•s﹣2•A﹣1 D．kg•m2•s﹣2•A﹣1 2. （2024•镇海区校级三模）如图所示，甲、乙、丙、丁所示是四种常见的磁场，下列分析不正确的是（　　） A．矩形线框放置在甲图中异名磁极间所制成的磁电式电表，表盘刻度均匀 B．矩形线圈在乙图两异名磁极间转动，可产生正弦式交流电 C．图丙中马蹄形磁铁的两个异名磁极之间，除边缘外可认为是匀强磁场 D．图丁中相距一定距离的两个平行放置的线圈通电时，其中间区域的磁场不可以认匀强磁场 3. 一直导线平行于通电螺线管的轴线放置在螺线管的上方，如图所示，如果直导线可以自由地运动且通以由a到b的电流，则判断导线ab受磁场力后的运动情况（　　） A．从上向下看顺时针转动并靠近螺线管 B．从上向下看顺时针转动并远离螺线管 C．从上向下看逆时针转动并远离螺线管 D．从上向下看逆时针转动并靠近螺线管 4. （2024•镇海区校级模拟）下面是某同学对电场和磁场中的一些概念及公式的理解，其中正确的是（　　） A．根据电场强度的定义式可知，电场中某点的电场强度与试探电荷所带电荷量成反比 B．根据电势差的定义式可知，带电荷量为1C的正电荷，从A点移动到B点克服电场力做功为1J，则A、B两点间的电势差为﹣1V C．根据电容的定义式可知，电容器的电容与其所带电荷量成正比，与两极板间的电压成反比 D．由磁感应强度公式，磁感应强度方向与放入磁场中的通电直导线所受的安培力方向相同 5. （2024•温州二模）如图所示，甲图是距离很近的两个平行异名磁极之间磁场的磁感线、乙图是辐向磁场的磁感线、丙图为等量异种点电荷的电场线、丁图为等量同种正点电荷的电场线。一电子以某一初速度，仅受电场力或磁场力，在这四种场中，不可能做匀速圆周运动的是（　　） A．在甲图磁场中 B．在乙图磁场中 C．在丙图电场中 D．在丁图电场中 6. （2023秋•宁波期末）如图所示，将圆柱形强磁铁吸在干电池负极，金属导线折成上端有一支点、下端开口的导线框，使导线框的顶端支点和底端分别与电源正极和磁铁都接触良好但不固定，这样整个线框就可以绕电池轴心旋转起来。则（　　） A．使线框旋转起来的原理是电磁感应 B．俯视观察，线框沿顺时针方向旋转 C．电池输出的电功率等于线框旋转时的机械功率 D．旋转达到稳定时，线框中电流比刚开始转动时的电流小 7. （2023•慈溪市校级开学）为解释地球的磁性，19世纪安培假设：地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流I引起的。在下图中，正确表示安培假设中环形电流方向的是（　　） A． B． C． D． 8. （2023春•温州期中）如图甲，磁悬浮地球仪通电时，地球仪会悬浮起来。其原理如图乙所示，底座是线圈，地球仪是磁铁，通电时能让地球仪悬浮起来，下列选项正确的是（　　） A．地球仪只受重力作用 B．电路中的电源必须是直流电源 C．电路中的a端点必须连接直流电源的正极 D．要增加地球仪飘浮的最大高度，只要减少环绕软铁的线圈匝数 9. （2023秋•杭州月考）如图所示，线圈平面与水平方向夹角θ＝60°，线圈平面面积为S，共有n匝，匀强磁场磁感线竖直向下，磁感应强度的大小为B，设此时穿过线圈的磁通量为正，下列说法正确的是（　　） A．通过线圈的磁通量为 B．若线圈以cd为轴逆时针转过60°，通过线圈的磁通量为BS C．若线圈以cd为轴顺时针转过30°，通过线圈的磁通量为BS D．若线圈以cd为轴顺时针转过120°，通过线圈磁通量的变化量为 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B．小锤击打铃碗时，电磁铁仍有磁性 C．衔铁向下运动过程中，受到的吸引力一直变大 D．如改变电流方向，电铃不能正常工作 【解答】解：A．电磁铁有磁性时，根据安培定则可知A端为N极，故A正确； B．衔铁被吸引时，小锤击打铃碗，电路断开，故电磁铁无磁性，故B错误； C．衔铁向下运动过程中，致电路断开，无吸引力，故C错误； D．如改变电流方向，仍可使电磁铁产生磁性，电铃能正常工作，故D错误。 故选：A。 [例题2] 如图所示是通电螺线管的磁感线分布图，下列说法正确的是（　　） A．管内外磁场都是匀强磁场 B．电流越大，内部的磁场越强 C．改变电流方向时磁场方向不变 D．磁场方向与电流方向的关系满足左手定则 【解答】解：A、磁感线的疏密表示磁感应强度的强弱，根据通电螺线管的磁感线分布图可知，管内外磁感线的疏密不同，所以管内外磁场不是匀强磁场，故A错误； B、通电螺线管内磁感应强度的大小随电流的增大而增大，所以电流越大，内部的磁场越强，故B正确； C、根据安培定则可知，改变电流方向时磁场方向改变，故C错误； D、磁场方向与电流方向的关系满足安培定则，故D错误。 故选：B。 [例题3] 下面所述的几种相互作用中，不是通过磁场而产生的有（　　） A．两个静止电荷之间的相互作用 B．两根通电导线之间的相互作用 C．通电导线和磁体之间的相互作用 D．磁体与运动电荷之间的相互作用 【解答】解：A、两个静止电荷之间的相互作用是靠电场产生的，不是通过磁场而产生的，故A正确； B、通电导线周围存在磁场，磁场对通电导线有力的作用，知两根通电导线之间的相互作用是通过磁场而产生的，故B错误； C、磁场对通电导线有力的作用，所以通电导线和磁体之间的相互作用是通过磁场而产生的，故C错误； D、磁体周围存在磁场，而运动电荷在磁场中受到洛伦兹力的作用，故磁体与运动电荷之间的相互作用是通过磁场而产生的，故D错误。 故选：A。 考点二 磁感应强度　磁通量 一、磁感应强度 1．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。 2．控制变量法探究影响通电导线受力的因素 如图所示，三块相同的蹄形磁铁，并列放在桌上，直导线所在处的磁场认为是均匀的。 (1)保持长度不变，改变电流大小，观察直导线摆动角度大小来比较磁场力大小。 (2)保持电流大小不变，改变磁场中导线长度，通过观察直导线摆动角度大小比较磁场力大小。 (3)实验结论：直导线与磁场垂直时，它受力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。 3．磁感应强度的大小 在磁场中垂直于磁场方向放置的通电导线，所受的磁场力F跟电流I和导线长度l的乘积Il的比值叫磁感应强度。 4．公式：B＝。 5．单位：国际单位是特斯拉，简称特，国际符号是T,1 T＝1。 二、匀强磁场 1．定义：各点的磁感应强度的大小相等、方向相同的磁场。 2．磁感线特点：间隔相等的平行直线。 三、磁通量 1．定义：匀强磁场中磁感应强度和与磁场方向垂直的平面面积S的乘积，即Φ＝BS。 2．拓展：磁场B与研究的平面不垂直时，这个面在垂直于磁场B方向的投影面积S′与B的乘积表示磁通量。 3．单位：国际单位制是韦伯，简称韦，符号是Wb,1 Wb＝1 T·m2。 4．引申：B＝，表示磁感应强度等于穿过单位面积的磁通量，因此磁感应强度B又叫磁通密度。 [例题4] （2022•浙江学业考试）关于磁场的性质，说法正确的是（　　） A．根据，磁场中某点的磁感应强度B与F成正比，与IL成反比 B．磁感应强度B是矢量，方向与该处电流元受力的方向相同 C．将一段电流元沿不同路径从磁场中A点移动到B点，该电流元所受安培力做功相同 D．磁场中某点磁感应强度为零，电流在该处一定不受安培力 【解答】解：A、根据：B是磁感应强度的定义式，采用的是比值法定义，B与F、IL无关，不能说B与F成正比，与IL成反比，故A错误； B、磁感应强度B是矢量，根据左手定则，可知B的方向与该处电流元受力的方向是垂直关系，故B错误； C、将一段电流元沿不同路径从磁场中A点移动到B点，该电流元所受安培力做功不一定相同，与运动轨迹有关，故C错误； D、磁场中某点磁感应强度为零，根据公式F＝BILsinα，可知电流在该处一定不受安培力，故D正确。 故选：D。 [例题5] （2021•浙江学业考试）条形磁体的磁感线如图所示，两面积相等的线圈与磁场方向垂直放置，则下列说法正确的是（　　） A．图中A、B两处磁场方向相同，但A处磁场要强 B．图中A、B两处磁场方向相同，磁场强度相等 C．图中穿过C处线圈的磁通量比穿过D处的磁通量要大 D．图中穿过C处线圈的磁通量与穿过D处的磁通量相等 【解答】解：AB、磁感线越密集，表示磁场越强，磁感线上某点切线代表磁场方向，故A正确、B错误； CD、两线圈平面均垂直于磁场，面积相等前提下，穿过其磁感线的根数越多，代表磁通量越大，即穿过D处线圈的磁通量要大，故CD错误。 故选：A。 [例题6] （2023秋•宁波期末）智能手机安装软件后可以测量磁感应强度B。如图，在手机上建立直角坐标系，手机显示屏所在平面为xOy平面。某同学在某地对地磁场进行了两次测量，每次测量时y轴指向不同而z轴正向保持竖直向上，不考虑地磁偏角。根据表中测量结果可推知（　　） 测量序号 Bx/μT By/μT Bz/μT 1 0 ﹣21 45 2 21 0 45 A．测量地点位于北半球，第一次测量时y轴正向指向南方 B．测量地点位于南半球，第二次测量时x轴正向指向北方 C．测量地点位于北半球，第一次测量时x轴正向指向西方 D．测量地点位于南半球，第二次测量时y轴正向指向东方 【解答】解：两次测量时因为Bz＞0，即该地的磁场在竖直方向的分量向上，可知测量地点位于南半球；第二次测量时Bx＞0，By＝0，可知x轴正向指向北方，y轴正向指向西方，故B正确，ACD错误。 故选：B。 考点三 电磁感应现象及应用 一、划时代的发现 1．电流的磁效应引起的思考：既然电流能够产生磁场，那么，为什么不能用磁体使导线中产生电流呢？ 2．法拉第的探索：经历了长达10年的探索，经历了一次次失败，最终领悟到，“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才能出现的效应。 3．电磁感应：由磁产生电的现象。 4．感应电流：由电磁感应产生的电流。 二、产生感应电流的条件 1．探索感应电流产生的条件 (1)实验装置 (2)实验过程 开关和变阻器的状态 线圈B中是否有电流 开关闭合瞬间 有 开关断开瞬间 有 开关闭合时，滑动变阻器不动 无 开关闭合时，迅速移动滑动变阻器的滑片 有 2．产生感应电流的条件：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 1．最早的发电机：法拉第的圆盘发电机。 2．电厂里的发电机、生产和生活中广泛使用的变压器、电磁炉等都是根据电磁感应制造的。 [例题7] （2023•浙江学业考试）一闭合矩形导线框在匀强磁场中运动，则下列图示中线框中能产生感应电流的是（　　） A． B． C． D． 【解答】解：A、保持闭合矩形导线框平面始终与磁感线垂直，闭合矩形导线框在磁场中沿着磁感线运动，磁通量不变，没有感应电流，故A错误； B、保持线框平面始终与磁感线垂直，闭合矩形导线框在磁场中向右运动，磁通量不变，无感应电流，故B错误； C、闭合矩形导线框在磁场中转动，使其磁通量变化，则会产生感应电流，故C正确； D、保持线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中向左运动，磁通量一直为零，故磁通量不变，无感应电流，故D错误； 故选：C。 [例题8] （2022•浙江学业考试）如选项图所示，A中线圈有一小缺口，B中通电导线位于水平放置的闭合线圈某一直径的正上方，C、D中匀强磁场区域足够大（v1≠v2）。其中能产生感应电流的是（　　） A． B． C． D． 【解答】解：A、由于圆环不闭合，即使磁通量增加，也不产生感应电流，故A错误； B、穿过圆环的磁通量完全抵消，磁通量为零，保持不变，根据楞次定律可知，圆环中不产生感应电流，故B错误； C、两导线棒v1≠v2，由图知，闭合回路的面积变化，磁通量变化，根据楞次定律可知，回路中产生感应电流，故C正确； D、线框垂直于磁感线运动，穿过线框的磁通量没有变化，因此不会产生感应电流，故D错误； 故选：C。 [例题9] （2023秋•宁波期中）如图所示，绕在铁芯上的线圈与电源、滑动变阻器和电键组成闭合回路，在铁芯的右端套有一个表面绝缘的铜环A，下列各种情况中铜环A中没有感应电流的是（　　） A．将电键突然断开的瞬间 B．通电时，保持变阻器的滑片P位置不变 C．通电时，使变阻器的滑片P做匀速移动 D．通电时，使变阻器的滑片P做加速移动 【解答】解：A、将电键突然断开的瞬间，线圈产生的磁场从有到无消失，穿过穿过铜环A的磁通量减小，产生感应电流，故A错误； B、通电时，使变阻器的滑片P位置不动时，电流不变，穿过铜环A的磁通量不变，没有感应电流产生，故B正确； C、通电时，使变阻器的滑片P作向右匀速滑动时，变阻器接入电路的电阻减小，回路中电流增大，线圈产生的磁场增强，穿过铜环A磁通量增大，产生感应电流，故B错误； D、通电时，使变阻器的滑片P作左加速滑动时，变阻器接入电路的电阻变化，回路中电流变化，线圈产生的磁场变化，穿过铜环A磁通量变化，产生感应电流，故D错误。 本题选择没有感应电流的， 故选：B。 考点四 电磁波的发现及应用 一、电磁场 1．变化的磁场产生电场。 2．变化的电场产生磁场。 3．变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一的电磁场。 二、电磁波 1．麦克斯韦的预言 (1)电磁波的预言：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电磁波。 (2)电磁波可以在真空中传播。 (3)光的电磁理论：光是以波动形式传播的一种电磁振动，电磁波的速度等于光速。 2．赫兹的贡献：赫兹证实了电磁波的存在，证实了麦克斯韦的电磁场理论。 三、电磁波谱 1．电磁波的波速c与波长λ、频率f的关系：c＝λf。 2．电磁波在真空中的速度：c＝3×108 m/s。 3．电磁波谱的概念：按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列起来，形成电磁波谱。 4．电磁波谱组成 5．各种电磁波的应用 (1)无线电波中的长波、中波、短波用于广播及其他信号的传播。 (2)微波用于卫星通信、电视等信号传输。 (3)红外线用来加热理疗。 (4)可见光让我们看见这个世界，也可用于通信。 (5)紫外线可以消毒。 (6)X射线用于诊断病情。 (7)γ射线可以摧毁病变的细胞。 四、电磁波的能量 1．电磁波具有能量，电磁波是物质存在的一种形式。 2．微波炉加热食物应用了一种电磁波——微波，食物中的水分子在微波的作用下热运动加剧，内能增加，温度升高。 3．光是一种电磁波——传播着的电磁场，光具有能量。 五、电磁波通信 1．电信网、广播电视网和互联网相互渗透、相互兼容，逐步整合成为统一的信息通信网络。 2．以互联网为基础的信息服务都是通过电磁波来传递的。 [例题10] （2023秋•下城区校级期末）下列说法正确的是（　　） A．麦克斯韦首先预言了电磁波的存在并实验证实了电磁波的存在 B．均匀变化的电场可以激发磁场，并向外传播形成电磁波 C．在真空中，频率越高的电磁波波长越小，传播速度越大 D．音频电流的频率比较低，不能直接用来发射电磁波 【解答】解：A．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过电火花实验证实了电磁波的存在，故A错误； B．均匀变化的电场产生稳定不变的磁场，稳定不变的磁场就不能再激发电场了，不能产生电磁波，故B错误； C．在真空中，所有电磁波传播速度相同为光速，故C错误； D．有效发射电磁波，必须采用开放电路和高频发射，所以音频电流的频率较低，不能直接用来发射电磁波，故D正确。 故选：D。 [例题11] （2022•浙江学业考试）新冠病毒肆虐，全国上下众志成城，抗击疫情，感恩无数的逆行者为我们保驾护航。为了方便进行体温测量，如图所示不少公共场所设置了红外线安检门，以下关于红外线说法正确的是（　　） A．红外线是电磁波 B．红外线比紫外线的波长短 C．红外线比紫外线的能量子大 D．在真空中红外线比紫外线传播的速度快 【解答】解：A．由电磁波谱可知，红外线是电磁波，故A正确； BC．由电磁波谱可知红外线的波长大于紫外线的波长，由c＝λν可知红外线的频率小于紫外线的频率，根据E＝hν可知红外线比紫外线的能量子小，故BC错误； D．在真空中电磁波的传播速度为光速，所以红外线与紫外线传播的速度一样大，故D错误。 故选：A。 [例题12] 2021年7月4日，我们在电视中看到湖南湘潭籍航天员汤洪波走出离地面高约为400km的中国空间站，标志着我国空间站阶段航天员首次出舱活动取得圆满成功。航天员出舱的画面是通过电磁波传输到地面接收站，下列关于电磁波的说法不正确的是（　　） A．生活中用微波炉来加热食物，可见，电磁波具有能量 B．汤洪波出舱活动的画面从空间站传到地面接收站最少需要约0.014s C．1886年，赫兹通过实验捕捉到电磁波，证实了麦克斯韦的电磁场理论，为无线电技术的发展开拓了道路 D．英国物理学家麦克斯韦系统总结了人类直至19世纪中叶对电磁规律的研究成果，在此基础上，他最终建立了经典电磁场理论 【解答】解：A、电磁波具有能量，食物中的水分子受到微波的激发后，振动剧烈，使食物的温度升高，这就是微波炉加热食物的原理，故A正确； B、电磁波在真空中或空气中传播的速度v＝3.0×108m/s，空间站到地球表面的距离s＝4×105m，电磁波从空间站传播到地面的时间为：ts≈0.0013s，故B错误； C、麦克斯韦预言了电磁场理论，1886年，赫兹通过实验捕捉到电磁波，从而证明了电磁波的存在，故C正确； D、英国物理学家麦克斯韦系统总结了人类直至19世纪中叶对电磁规律的研究成果，建立了经典电磁场理论，即麦克斯韦电磁场理论，故D正确。 本题选择不正确的， 故选：B。 考点五 能量量子化 一、热辐射 1．热辐射：一切物体都在辐射电磁波。 2．热辐射规律：温度越高，热辐射中波长较短的成分越强。 3．黑体：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。 4．黑体辐射：黑体向外辐射电磁波的现象。 二、能量子 1．普朗克的能量子假设：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，这个最小的能量值ε叫作能量子。 2．能量子大小：ε＝hν。 ν是电磁波的频率，h是普朗克常量，h＝6.626 070 15×10－34 J·s。 3．爱因斯坦光子假设：光是由一个个不可分割的能量子组成，这些能量子叫作光子，光子的能量ε＝hν。 三、能级 1．定义：原子量子化的能量值。 2．原子处于能级最低的状态时最稳定，由高能级向低能级跃迁时放出光子。 3．原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量，等于两个能级之差。 4．原子光谱的谱线是一些分立的亮线。 [例题13] （2023•浙江学业考试）下列关于能量、能量量子化及电磁波的说法正确的是（　　） A．能量的耗散现象是与能量守恒定律相违背的一个特例 B．黑体虽然不反射电磁波，但可以向外辐射电磁波 C．微波炉使用红外线加热食物 D．普朗克提出了光是由一个个不可分割的能量子组成的 【解答】解：A、能量的耗散现象并不违背能量守恒定律，但能量品质降低，耗散的内能很难被人类再利用，故A错误； B、黑体能完全吸收入射到其表面的电磁波，并且不会有任何的反射与透射，但是黑体会向外辐射电磁波，辐射的强度按波长的分布只与温度有关，故B正确； C、微波炉使用微波加热食物，故C错误； D、爱因斯坦提出了光是由一个个不可分割的能量子组成的，故D错误。 故选：B。 [例题14] （2022秋•嘉兴期末）关于能量子，下列说法正确的是（　　） A．能量子假设最早是由爱因斯坦提出 B．电磁波的波长越长，其能量子越大 C．能级是能量子连续的能量值体现 D．微观粒子的能量只能是能量子的整数倍 【解答】解：A、能量量子化假说最早是由普朗克提出的，普朗克认为微观粒子能量是不连续的，故A错误； B、电磁波波长越长，频率越小，其能量子E＝hν越小，故B错误； C、能级是能量子不连续的能量值体现，故C错误； D、微观粒子的能量只能是能量子的整数倍，是能量量子化假说的内容，故D正确。 故选：D。 [例题15] （2022春•宁波期末）1900年，德国物理学家普朗克在研究黑体辐射的规律时，发现只有假定电磁波发射和吸收的能量是一份一份的，计算结果才能和实验结果相符，每一份能量与电磁波的领率呈正比，比例系数就是普朗克常量h，下列关于普朗克常量单位的表示正确的是（　　） A．J/s B．kg•m2/s C．kg•m/s2 D．eV 【解答】解：由光子能量E＝hν＝h可得：h＝ET，所以h的单位为：1J•s＝1N•m•s＝1kg•m•s﹣2•m•s＝1kg•m2/s.故B正确，ACD错误。 故选：B。 1. （2024•乐清市校级三模）在国际单位制中磁感应强度的单位符号是“T”，如果用国际单位制的基本单位来表示，正确的是（　　） A．Wb•m﹣2 B．N•C﹣1•m﹣1•S C．kg•s﹣2•A﹣1 D．kg•m2•s﹣2•A﹣1 【解答】解：AB．国际单位制中的七个基本单位是m、s、kg、K、A、cd、mol，韦伯（Wb）、牛顿（N）、库仑（C）是国际单位制中的导出单位，故AB错误； CD．根据F＝BIL可得 又F＝ma 联立解得： 故C正确，D错误。 故选：C。 2. （2024•镇海区校级三模）如图所示，甲、乙、丙、丁所示是四种常见的磁场，下列分析不正确的是（　　） A．矩形线框放置在甲图中异名磁极间所制成的磁电式电表，表盘刻度均匀 B．矩形线圈在乙图两异名磁极间转动，可产生正弦式交流电 C．图丙中马蹄形磁铁的两个异名磁极之间，除边缘外可认为是匀强磁场 D．图丁中相距一定距离的两个平行放置的线圈通电时，其中间区域的磁场不可以认匀强磁场 【解答】解：A.甲图中的电场是辐向磁场，同一半径处，磁感应强度大小相等，则表盘刻度均匀，故A正确； B.磁电式电表内部磁极做成弧形，线圈绕在铁芯上，题干中没有铁芯，故B错误； C.相距很近的异名磁极之间的磁场，除边缘外，是匀强磁场，故C正确； D.图丁中相距一定距离的两个平行放置的线圈通同向电流，其中间区域的磁场可认为是匀强磁场，故D正确。 本题选择不正确的，故选：B。 3. 一直导线平行于通电螺线管的轴线放置在螺线管的上方，如图所示，如果直导线可以自由地运动且通以由a到b的电流，则判断导线ab受磁场力后的运动情况（　　） A．从上向下看顺时针转动并靠近螺线管 B．从上向下看顺时针转动并远离螺线管 C．从上向下看逆时针转动并远离螺线管 D．从上向下看逆时针转动并靠近螺线管 【解答】解：通电螺线管的磁感线如图所示则由图示可知左侧导体所处的磁场方向斜向上，右侧导体所处的磁场斜向下，则由左手定则可知，左侧导体受力方向向外，右侧导体受力方向向里，故从上向下看，导体应为逆时针转动；当导体转过90°时，由左手定则可得导体受力向下，故可得出导体运动为逆时针转动的同时还要向下运动。即为a端转向纸外，b端转向纸里，且靠近通电螺线管，故D正确，ABC错误； 故选：D。 4. （2024•镇海区校级模拟）下面是某同学对电场和磁场中的一些概念及公式的理解，其中正确的是（　　） A．根据电场强度的定义式可知，电场中某点的电场强度与试探电荷所带电荷量成反比 B．根据电势差的定义式可知，带电荷量为1C的正电荷，从A点移动到B点克服电场力做功为1J，则A、B两点间的电势差为﹣1V C．根据电容的定义式可知，电容器的电容与其所带电荷量成正比，与两极板间的电压成反比 D．由磁感应强度公式，磁感应强度方向与放入磁场中的通电直导线所受的安培力方向相同 【解答】解：A．电场强度定义式是比值定义式，电场强度取决于电场本身，与有无试探电荷无关，故A错误； B．根据电势差的定义式知，带电量为1C正电荷，从A点移动到B点电场力做功为﹣1J，则A、B点的电势差为﹣1V，故B正确； C．电容的定义式是用比值定义的，电容器的电容与极板间距离和正对面积有关，与所带电荷量、两极板间的电压无关，故C错误； D．根据左手定则，磁感应强度的方向与放入磁场中的通电直导线所受安培力的方向垂直，故D错误。 故选：B。 5. （2024•温州二模）如图所示，甲图是距离很近的两个平行异名磁极之间磁场的磁感线、乙图是辐向磁场的磁感线、丙图为等量异种点电荷的电场线、丁图为等量同种正点电荷的电场线。一电子以某一初速度，仅受电场力或磁场力，在这四种场中，不可能做匀速圆周运动的是（　　） A．在甲图磁场中 B．在乙图磁场中 C．在丙图电场中 D．在丁图电场中 【解答】解：A.在甲图的磁场中，只要电子的速度方向恰当，根据左手定则满足洛伦兹力提供向心力，电子是可以做匀速圆周运动的，故A可以； B.乙图的辐向磁场不是匀强磁场，根据左手定则可知，无论电子运动方向如何调整，都不能使洛伦兹力提供向心力而完成完整的圆周运动，故B不可以； C.如下图 如果电子在图中位置，满足F斥和F引的合力F合始终指向图中O点，则靠这个合力提供向心力做匀速圆周运动是可能的，故C可以； D.如下图 电子在受到两个库仑力的合力指向O提供向心力的情况下能做匀速圆周运动，故D可以。 本题选不可能做匀速圆周运动的，故选：B。 6. （2023秋•宁波期末）如图所示，将圆柱形强磁铁吸在干电池负极，金属导线折成上端有一支点、下端开口的导线框，使导线框的顶端支点和底端分别与电源正极和磁铁都接触良好但不固定，这样整个线框就可以绕电池轴心旋转起来。则（　　） A．使线框旋转起来的原理是电磁感应 B．俯视观察，线框沿顺时针方向旋转 C．电池输出的电功率等于线框旋转时的机械功率 D．旋转达到稳定时，线框中电流比刚开始转动时的电流小 【解答】解：AB、在磁铁外部，磁感线从N极出发进入S极，由左手定则可知：线框受到逆时针方向的安培力，俯视观察，线框沿逆时针转动，所以该装置的原理是电流在磁场中受到安培力，而不是电磁感应，故AB错误； C、因为电源消耗的电能一部分转化为内能，另一部分转化为线框的动能，所以电池输出的电功率大于线框旋转时的机械功率，故C错误。 D、旋转达到稳定时，因导线切割磁感线产生反电动势，所以线框中电流比刚开始转动时的小，故D正确； 故选：D。 7. （2023•慈溪市校级开学）为解释地球的磁性，19世纪安培假设：地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流I引起的。在下图中，正确表示安培假设中环形电流方向的是（　　） A． B． C． D． 【解答】解：地磁的南极在地理北极的附近，故在用安培定则判定环形电流的方向时右手的拇指必需指向南方； 而根据安培定则：拇指与四指垂直，而四指弯曲的方向就是电流流动的方向，故四指的方向应该向西。故B正确，ACD错误。 故选：B。 8. （2023春•温州期中）如图甲，磁悬浮地球仪通电时，地球仪会悬浮起来。其原理如图乙所示，底座是线圈，地球仪是磁铁，通电时能让地球仪悬浮起来，下列选项正确的是（　　） A．地球仪只受重力作用 B．电路中的电源必须是直流电源 C．电路中的a端点必须连接直流电源的正极 D．要增加地球仪飘浮的最大高度，只要减少环绕软铁的线圈匝数 【解答】解：A、地球仪静止时受到的磁场力与重力平衡，故A错误； B、地球仪要悬浮，根据平衡条件可知，磁场力与重力始终要等大反向，所以线圈磁场方向要不变，所以电路中的电源必须是直流电源，故B正确； C、磁铁下端是N极，因此线圈的上端为N极，由安培定则可知，电路中的a端点必须连接直流电源的负极，故C错误； D、要增加地球仪飘浮的最大高度，则磁场力要更大，所以可增加环绕软铁的线圈匝数，故D错误。 故选：B。 9. （2023秋•杭州月考）如图所示，线圈平面与水平方向夹角θ＝60°，线圈平面面积为S，共有n匝，匀强磁场磁感线竖直向下，磁感应强度的大小为B，设此时穿过线圈的磁通量为正，下列说法正确的是（　　） A．通过线圈的磁通量为 B．若线圈以cd为轴逆时针转过60°，通过线圈的磁通量为BS C．若线圈以cd为轴顺时针转过30°，通过线圈的磁通量为BS D．若线圈以cd为轴顺时针转过120°，通过线圈磁通量的变化量为 【解答】解：A．线圈平面与水平方向夹角θ＝60°，根据Φ＝BScosθ可得，通过线圈的磁通量为，故A错误； B．若线圈以cd为轴逆时针转过60°，线圈平面与磁场垂直，所以通过线圈的磁通量为Φ＝BS，故B正确； C．若线圈以cd为轴顺时针转过30°，线圈平面与磁场平行，通过线圈的磁通量为Φ＝0，故C错误； D．若线圈以cd为轴顺时针转过120°，线圈平面与磁场垂直，通过线圈的磁通量为Φ′＝﹣BS，所以通过线圈磁通量的变化量为，故D错误。 故选：B。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$