专题05 电磁场与电磁波 能量转化（考点串讲）-2024-2025学年高二物理上学期期中考点大串讲（鲁科版2019必修第三册）

期中复习·考点清单 物理必修第三册 •鲁科版 专题05 电磁场与电磁波 能量转化 01 02 03 方法模型归纳 巩固提升 知识清单 目 录 04 课堂小结 PART-01 知识清单 磁场和磁感线 一 1.磁场 (1)定义：磁体与磁体之间，磁体与通电导线之间，以及通电导线与通电导线之间的相互作用，是通过______发生的，______是磁体或______周围一种看不见、摸不着的特殊物质。 (2)磁场的存在形式：磁场和常见的由分子、原子组成的物质不同，不是以微粒的形式存在，而是以场的形式存在。 (3)磁场的方向：在磁场中的某一点，小磁针______受力的方向，也就是小磁针静止时______所指的方向，就是这一点的磁场方向。 磁场 磁场 电流 N极 N极 磁场和磁感线 一 2.磁感线 （1）定义：磁感线是为了形象地描述磁场而人为______的曲线，曲线上每一点的______方向都跟该点的磁场方向相同。 （2）物理意义：用来形象地描述磁场的______和______，并不真正存在。 （3）描述方法：磁感线上每一点的______方向表示该点的磁场方向，磁感线的______表示磁场的强弱。 假想 切线 强弱 方向 切线 疏密 安培定则 二 1.直线电流的磁场 安培定则：右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与______方向一致，弯曲的四指所指的方向就是__________________，如图甲所示。 2.环形电流的磁场 安培定则：如图乙所示，让右手____________与环形电流的方向一致，________________的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向。 电流 磁感线环绕的方向 弯曲的四指 伸直的拇指所指 安培定则 二 3.通电螺线管的磁场 安培定则：右手握住螺线管，让弯曲的四指与__________的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是____________磁感线的方向，如图丙所示。 环形电流 螺线管内部 甲　　　　　乙　　　　　　　丙 磁感应强度与磁通量 三 一、磁感应强度 1.定义：一段通电直导线______放在磁场中，所受的安培力与导线中的电流和导线长度的______的比值，叫磁感应强度。 垂直 乘积 3.单位：________，简称____，符号为T。 4.意义：B反映了磁场的______。 特斯拉 特 强弱 磁感应强度与磁通量 三 5.方向：磁感应强度是矢量，小磁针的______在磁场中某点______的方向或小磁针静止时N极所指方向，就是这点磁感应强度的方向。 提示　磁感应强度的定义式也适用于非匀强磁场，这时l应很短很短，Il称为“电流元”，相当于静电场中的“试探电荷”。 N极 受力 磁感应强度与磁通量 三 二、磁通量 1.定义：匀强磁场中____________和与磁场方向______的平面面积S的乘积。 2.单位：在国际单位制中是______，简称韦，符号是Wb，1 Wb＝________。 3.公式：Φ＝BS(B⊥S)。 4.意义：表示穿过某一面积的磁感线净条数的多少。 磁感应强度 垂直 韦伯 1 T·m2 感应电流的条件 四 1.引起磁通量变化的原因 (1)当B不变，有效面积S变化时，ΔΦ＝B·ΔS。 (2)当B变化，S不变时，ΔΦ＝ΔB·S。 (3)B和S同时变化，则ΔΦ＝Φ2－Φ1。但此时ΔΦ≠ΔB·ΔS。 2.感应电流产生条件 只要穿过______电路的________发生变化，______电路中就会产生感应电流。 闭合 磁通量 闭合 电磁波 五 1.麦克斯韦电磁场理论 (1)变化的磁场产生电场 ①在变化的磁场中放一个闭合的电路，由于穿过电路的________________，电路中会产生感应电流。这个现象的实质是变化的磁场在空间产生了______。 ②即使在变化的磁场中没有闭合电路，也同样要在空间产生______。 (2)变化的电场产生磁场 变化的电场也相当于一种电流，也在空间产生______，即______的电场在空间产生磁场。 磁通量发生变化 电场 电场 磁场 变化 电磁波 五 2.电磁场：变化的电场和变化的磁场所形成的不可分割的统一体。 3.电磁波 (1)电磁波的产生：________变化的电场和________变化的磁场交替产生，由近及远向周围传播，形成电磁波。 (2)电磁波的特点 ①电磁波______在真空中传播。 ②电磁波的传播速度等于______。 ③光在本质上是一种________。即光是以______形式传播的一种电磁振动。 周期性 周期性 可以 光速 电磁波 波动 能量的量子化 六 能量子： 1.定义：普朗克认为，振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的________，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__________地辐射或吸收的，这个不可再分的最小能量值ε叫作________。 2.能量子大小：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为________常量。h＝6.626×10－34 J·s(一般取h＝6.63×10－34 J·s)。 整数倍 一份一份 能量子 普朗克 能量的量子化 六 3.能量的量子化：普朗克的假设认为微观粒子的能量是________的，或者说微观粒子的能量是________________的。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，光本身就是由一个个不可分割的________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______。 量子化 不连续(分立) 能量子 光子 能量守恒定律 七 1.能量守恒定律 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。 2.能量守恒定律的意义 (1)各种形式的能可以相互转化。 (2)各种物理现象可以用能量守恒定律联系在一起。 能量守恒定律 七 3.能量耗散 （1）自然界中集中度较高(即有序度较高)的能量，如机械能、电能、化学能，当它们变为环境的内能后，就成为更加分散的能量，没有办法把这些分散的内能重新变成品质高的能量加以利用，这样的现象叫作能量耗散。 各种形式的能量向内能的转化，是能够自动发生、全额发生的，能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性。 （2）熵就是某一系统中存在的一定单位的无效能量的总和。熵的增加就意味着无效能量的增加，有效能量的减少。因此，我们应节省有效的能量。无论是不可再生能源还是可再生能源，我们都应珍惜。 PART-02 方法模型归纳 磁感线的特点 一 (1)在磁体外部，磁感线从N极发出，进入S极；在磁体内部由S极回到N极。 (2)磁感线的疏密程度表示磁场的强弱，磁感线越密的地方磁场越强；磁场方向即过该点的磁感线的切线方向。 (3)磁感线闭合而不相交，不相切，也不中断。 (4)磁感线是人们为了形象描述磁场而假想的线，并不真实存在。 1．关于磁感线，下列说法不正确的是（    ） A．磁感线是假想的，实际上并不存在 B．磁感线一定从N极发出，终止于S极 C．磁感线的疏密表示磁场的强弱 D．磁感线上某点的切线方向即为该点的磁场方向 磁感线的特点 一 B 安培定则的理解和应用 二 2．一束粒子沿着图中虚线所示的水平方向飞过，其下方原本静止的小磁针S极向纸内偏转，对该束带电粒子电性及飞行方向的描述，下列说法正确的是（　　） A．一束电子从左向右运动 B．一束中子从右向左运动 C．一束质子从左向右运动 D．一束光子从右向左运动 安培定则的理解和应用 二 A 磁感应强度 三 磁感应强度 三 4.描述：磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小，磁感线上某点的切线方向表示该点磁感应强度的方向。 5.匀强磁场：如果磁场中各处的磁感应强度大小和方向都相同，则该磁场为匀强磁场。 6.说明 (1)磁感应强度是反映磁场本身特性的物理量，是由磁场本身决定的，与磁场中是否引入电流无关，与引入的电流是否受力无关。 3．关于磁感应强度，下列说法正确的是（　　） A．沿磁感线方向，磁场逐渐减弱 B．小磁针N极所受磁场力的方向就是该处磁感应强度的方向 C．由可知，某处的磁感应强度大小与放入该处的通电导线所受磁场力F成正比，与导线的成反比 D．一小段通电导体在磁场中某处不受磁场力作用，则该处磁感应强度一定为零 磁感应强度 三 B 磁感应强度的叠加 四 磁感应强度是矢量，当空间存在几个磁体(或电流)时，每一点的磁场等于各个磁体(或电流)在该点产生磁场的矢量和。磁感应强度叠加时遵循平行四边形定则。 4．如图甲所示，环形电流在金属圆环中心O产生的磁感应强度大小为。若将圆环去掉一段圆心角为的圆弧，如图乙所示，保持电流大小不变，则该环在中心O产生的磁感应强度大小为（    ） A． B． C． D． 磁感应强度的叠加 四 A 磁通量的理解和计算 五 1.磁通量的计算 (1)公式：Φ＝BS。 适用条件：①匀强磁场；②磁场与平面垂直。 (2)若磁场与平面不垂直，应为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积，Φ＝BScos θ。式中Scos θ即为平面S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)。 磁通量的理解和计算 五 2.磁通量的正、负 (1)磁通量是标量，但有正、负，当磁感线从某一面上穿入时，磁通量为正值，则磁感线从此面穿出时即为负值。 (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。 磁通量的理解和计算 五 3.磁通量的三点提醒 (1)磁通量有正、负，但磁通量不是矢量而是标量。 (2)当有方向相反的磁场(磁感应强度分别为B和B′)穿过同一个平面时，磁通量的大小等于磁感线相抵消之后剩余的磁感线的条数，即净条数。 (3)线圈内磁通量的大小与线圈匝数无关。 5．如图所示，矩形线框ABCD垂直磁场放置，部分处在匀强磁场中，CD边与磁场边界MN平行且到MN的距离为AD边长的四分之一，此时线框中的磁通量为，当线框绕AB边转过时，线框中的磁通量为（    ）   A． B． C． D． 磁通量的理解和计算 五 C 感应电流产生的判定 六 感应电流产生的条件： 只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有感应电流产生。 感应电流产生的判定 六 B 6．下图所示的情境（速度均恒定）中能产生感应电流的是（    ） 电磁波 能量量子化 七 1.电磁波的形成 周期性变化的电场和磁场交替产生，形成电磁场，电磁场由近及远传播，形成电磁波。 2.电磁波的特点 (1)电磁波的传播不需要介质。在真空中传播速度等于光速c＝3×108 m/s。 (2)电磁场储存电磁能，电磁波的发射过程就是辐射能量的过程。 (3)只有周期性变化的电场和磁场相互激发才能形成电磁波。 (4)电磁波是电磁场在空间中的传播，电磁场是一种客观存在的物质——场物质。 电磁波 能量量子化 七 3.能量子： （1）定义：普朗克认为，振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的________，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__________地辐射或吸收的，这个不可再分的最小能量值ε叫作________。 （2）能量子大小：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为________常量。h＝6.626×10－34 J·s(一般取h＝6.63×10－34 J·s)。 整数倍 一份一份 能量子 普朗克 7．麦克斯韦在稳恒场理论的基础上，提出了涡旋电场和位移电流的概念，这就是麦克斯韦电磁场理论，它的基本概念是变化的电场和变化的磁场彼此不是孤立的，它们永远密切地联系在一起，相互激发，组成一个统一的电磁场的整体。下面对于电磁场与电磁波的认识，其中正确的是（　　） A．有电场就会产生磁场 B．电场和磁场总是相互联系的 C．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 D．电磁波的传播一定需要传播介质 电磁波 能量量子化 七 C PART-03 巩固提升 1．下列关于电场线和磁感线的说法中，正确的是（　　） A．电场线和磁感线都是电场或磁场中实际存在的线 B．磁场中两条磁感线一定不相交，但在复杂电场中的电场线是可以相交的 C．电场线是一条不闭合曲线，而磁感线是一条闭合曲线 D．电场线越密的地方，同一试探电荷所受的电场力越大；磁感线分布较密的地方，同一试探电荷所受的磁场力也越大 巩固提升 01 C 2．如图所示，在方向水平向右的匀强磁场中，水平放置一根长直通电导线，电流的方向垂直竖直纸面（纸面与磁感线平行）向外，a、b、c、d是纸面内以直导线与纸面的交点O为圆心的圆周上的四点，a、c两点间的距离等于圆的直径且a、c、O三点在同一水平线上，b、d两点的连线竖直。在a、b、c、d四点中，磁感应强度最小的是（　　） A．a点 B．b点 C．c点 D．d点 巩固提升 02 B 3．如图甲所示，一长直导线沿南北方向水平放置，在导线下方有一枚可以在水平方向自由转动的小磁针，处于静止状态且与导线平行。现在导线中通以图甲所示的恒定电流，测得小磁针偏离南北方向的角度θ（）的正切值与小磁针离开导线的距离之间的关系如图乙所示。若该处地磁场的水平分量为，则下列判断中正确的是（    ） A．通电后，小磁针的N极向纸面外偏转 B．通电后，小磁针静止时N极所指的方向即为电流在小磁针处产生的磁场方向 C．电流在处产生的磁场的磁感应强度大小为 D．处合磁场的磁感应强度大小为 巩固提升 03 D 4．如图所示，匀强磁场的磁感应强度方向沿x轴的正方向，且线段MN、DC长度相等，线段MD、NC、EF、NE、CF长度都相等，则（　　）   A．通过面积SMNCD和SMEFD的磁通量相等 B．通过面积SNEFC的磁通量不为零 C．通过面积SMNE的磁通量不为零 D．通过面积SMEFD的磁通量为零 巩固提升 04 A 5．如图所示，O1O2是矩形金属导线框abcd的对称轴，其左方有垂直于纸面向外的匀强磁场，以下情况中有感应电流产生的是（　　） A．将abcd向上平移 B．将abcd向下平移 C．将abcd以ab为轴转动60° D．将abcd以ad为轴转动60° 巩固提升 05 D 6．关于物理概念和物理规律的理解，下列说法正确的是（    ） A．两个磁场叠加的区域，磁感线有可能相交 B．若在磁场中穿过某一面积的磁通量为零，则该处的磁感应强度一定为零 C．普朗克在研究黑体辐射问题时提出了量子假说 D．变化的电场一定产生变化的磁场，变化的磁场一定产生变化的电场 巩固提升 06 C PART-04 课堂小结 课堂小结 2.定义式：B＝eq \f(F,Il)。 安培定则 立体图 横截面图 纵截面图 直线电流 环形电流 内部磁场比环外强，磁感线越向外越稀疏 通电螺线管 1.物理意义：磁感应强度是表示磁场强弱和方向的物理量。 2.大小：当导线方向与磁场方向垂直时B＝eq \f(F,Il)。 3.方向 磁感应强度B是一个矢量，它的方向可以有以下几种表述方式： (1)磁感应强度的方向就是该点的磁场方向。 (2)小磁针静止时N极所指的方向。 (3)小磁针N极受力的方向。 (2)在定义式B＝eq \f(F,Il)中，通电导线必须垂直于磁场方向放置。因为磁场中某点通电导线受力的大小，除和磁场强弱有关以外，还和导线的方向有关，导线放入磁场中的方向不同，所受磁场力也不相同。 $$