第5章 第2节 电磁感应现象及其应用第3节 初识电磁波及其应用第4节 初识光量子与量子世界（Word教参）-【学霸笔记·同步精讲】2025-2026学年高中物理必修第三册（鲁科版）

本高中物理讲义聚焦磁通量、电磁感应现象、电磁波及光量子等核心知识点，从磁通量的概念与计算切入，通过电磁感应条件的探究过渡到麦克斯韦电磁场理论，最终延伸至光的波粒二象性与量子化，构建从经典电磁学到量子物理的递进式学习支架。 该资料以实验探究为核心，如设计感应电流产生条件的实验步骤，结合磁通量变化辨析题与例题解析，培养学生科学探究能力和科学思维。课中辅助教师引导学生动手操作与推理，课后通过练习题帮助学生巩固知识，查漏补缺，落实物理观念的形成与科学态度的培养。

第2节　电磁感应现象及其应用 第3节　初识电磁波及其应用 第4节　初识光量子与量子世界 1．理解磁通量的概念，会计算磁通量的大小。 2．通过实验，探究和理解感应电流的产生条件。能够运用感应电流的产生条件判断能否产生感应电流。 3．知道麦克斯韦电磁场理论及其在物理学发展史上的意义。了解电磁波的应用和电磁污染及防护。 4．知道光的波粒二象性，光的量子化的含义，认识量子化世界。 　 一、磁通量 1．定义：磁感应强度B与垂直于磁场方向的平面面积S的乘积，即Φ＝BS。 2．单位 国际单位制中单位是韦伯，简称韦，符号是Wb，1 Wb＝1 T·m2。　 3．理解 (1)穿过垂直于磁场方向平面单位面积的磁感线条数表示磁感线的疏密程度。 (2)垂直穿过单位面积的磁感线条数等于该处的磁感应强度的大小。 (3)穿过某个面的磁通量可理解为穿过该面的磁感线条数。 Ｋ (4)B＝，表示磁感应强度在数值上等于穿过垂直于磁感线的单位面积的磁通量，因此磁感应强度称为磁通密度。 二、电磁感应现象 1．电磁感应：因闭合回路的磁通量变化而产生电流的现象称为电磁感应，所产生的电流称为感应电流。 2．产生感应电流的条件 只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，闭合回路中就会产生感应电流。 三、电磁波的产生及其应用 1．麦克斯韦认为：(1)变化的磁场产生电场； (2)变化的电场产生磁场。 2．变化的电场和变化的磁场相互联系在一起，就会在空间形成一个统一的、不可分割的电磁场。 3．电磁波：在空间交替变化的电磁场传播出去就形成了电磁波。 4．麦克斯韦预言空间存在电磁波并推算电磁波的速度等于光速。 5．赫兹通过实验捕捉到了电磁波，证实了麦克斯韦的电磁场理论。 四、光的量子化 1．光的本质 (1)光的微粒学说：牛顿认为，光是从光源射出的具有高速度的粒子流，可以解释光的反射、光的颜色等。 (2)光的波动学说：惠更斯认为光是一种波，可以发生干涉、衍射和偏振；麦克斯韦认为光是一种电磁波。 (3)光子说：用光照射金属会使金属发射出电子，这种现象叫光电效应。光量子即为光子。 2．波粒二象性：光既具有波动特性，又具有粒子特性，即光具有波粒二象性。 五、初识量子世界 1．能量子：物质辐射(或吸收)能量E只能是某一最小能量单位的整数倍，这个不可再分的最小能量值ε称为能量子。 2．能量子ε ＝hν，其中ν是电磁波的频率，h＝6.626 176×10－34 J·s是一个常量，称为普朗克常量。 3．量子：一个物理量如果存在最小的不可分割的基本单位，那么该物理量是量子化的，并把这个最小的基本单位称为量子。 判断下列说法是否正确。 (1)磁通量不仅有大小而且有方向，所以是矢量。(　　) (2)将一平面置于匀强磁场中的任何位置，穿过该平面的磁通量总相等。(　　) (3)只要闭合电路内有磁通量，闭合电路中就有感应电流产生。(　　) (4)穿过螺线管的磁通量发生变化时，螺线管内部就一定有感应电流产生。(　　) (5)磁场一定可以产生电场，电场也一定可以产生磁场。(　　) (6)微观粒子的能量只能是能量子的整数倍。(　　) (7)能量子的能量不是任意的，其大小与电磁波的频率成正比。(　　) 提示：(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)× (6)√　(7)√ 知识点一　磁通量 如图所示，一矩形线框从abcd位置移动到a′b′c′d′ 位置的过程中(线框平行于纸面移动)，中间是一条电流方向向上的通电导线，请思考： (1)导线的左边磁场的方向向哪？右边呢？ (2)在移动过程中，当线框的一半恰好通过导线时，穿过线框的磁感线条数有何特点？ [提示]　(1)导线左边的磁场方向垂直于纸面向外，右边的磁场方向垂直于纸面向里。 (2)当线框的一半恰好通过导线时，穿过线框垂直于纸面向外的磁感线条数与垂直于纸面向里的磁感线条数相同。 1．磁通量的计算 (1)公式：Φ＝BS。 适用条件：①匀强磁场；②磁感线与平面垂直。 (2)在匀强磁场B中，若磁感线与平面不垂直，公式Φ＝BS中的S应为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积。例如图中的S，则有S⊥＝S cos θ，Φ＝BS cos θ，式中S cos θ即为面积S在垂直于磁感线方向上的投影，我们称为“有效面积”。 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，且正向磁通量为Φ1，反向磁通量为Φ2，则穿过该平面的磁通量Φ＝Φ1－Φ2。　 3．磁通量的变化量 (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。 　关于磁场的有关概念，下列说法正确的是　(　　) A．磁通量是描述穿过某一面积磁感线的数量，有方向性，是矢量 B．磁感应强度的方向跟产生磁场的电流方向无关 C．磁感应强度的方向跟放入磁场中的、受磁场力作用的电流方向有关 D．磁感线某处的切线方向表示该点的磁场方向，其疏密程度表示磁感应强度的大小 [解析]　磁通量虽然有方向，但其计算不使用平行四边形定则，是标量，故A错误；根据安培定则可知，磁感应强度的方向跟产生磁场的电流方向有关，故B错误；磁感应强度的方向仅仅与磁场本身有关，与电流受到的磁场力方向以及电流的方向无关，故C错误；磁感线可以形象描述磁场的强弱和方向，磁感线的切线方向表示磁场的方向，其疏密表示磁感应强度的大小，故D正确。 [答案]　D 　如图所示，三个平面的面积大小关系为Sa＝Sb<Sc，其所处磁场的磁感应强度大小关系为Ba＝Bc＞Bb穿过它们的磁通量分别为Φa、Φb、Φc，则(　　) A．Φa＜Φb B．Φa＝Φb C．Φa＞Φb D．Φa＝Φc [解析]　匀强磁场中，平面与磁场方向垂直时Φ＝BS，因为Ba＝Bc，Sa＜Sc，所以Φa＜Φc，故D错误；因为Ba＞Bb，Sa＝Sb，所以Φa＞Φb，故A、B错误，C正确。 [答案]　C 　(多选) 根据条形磁体的磁场分布情况用塑料制作一个模具，在模具中放入一条形磁铁，如图所示，模具侧边界与条形磁体的磁感线重合。取一柔软的弹性线圈套在模具上保持水平，线圈贴着模具竖直向上平移过程中，则　(　　) A.线圈所处位置的磁感应强度变小 B．线圈所处位置的磁感应强度不变 C．通过线圈的磁通量变小 D．通过线圈的磁通量不变 [解析]　线圈贴着模具竖直向上平移过程中，根据磁感线的疏密程度表示磁感应强度大小可知，线圈所处位置的磁感应强度变小，穿过线圈的磁感线条数不变，则通过线圈的磁通量不变。 [答案]　AD 知识点二　电磁感应现象 　　　　　　　　　　　 角度1　实验：探究产生感应电流的条件 　在实验室我们通过如图所示的实验装置来探究电路中产生感应电流的条件。线圈A通过滑动变阻器和开关S1连接到电源上，构成直流电路，线圈B、开关S2和电流表串联构成回路，线圈A放在线圈B内。实验步骤如下： (1)断开开关S2，闭合开关S1的瞬间，发现电流表的指针________(选填“偏转”或“不偏转”)。 (2)闭合开关S2，闭合开关S1，匀速移动滑动变阻器滑片的过程中，发现电流表的指针________(选填“偏转”或“不偏转”)。 (3)以上实验表明：产生感应电流的条件是________。 [解析]　(1)线圈B所在回路未闭合，没有感应电流，电流表的指针不偏转。 (2)线圈B所在回路闭合，移动滑动变阻器的滑片时，线圈A的电流变化，产生的磁场变化，穿过线圈B的磁通量变化，线圈B所在回路产生感应电流，电流表的指针偏转。 (3)同时满足回路闭合和回路中的磁通量发生变化才能产生感应电流，即产生感应电流的条件是闭合回路的磁通量发生变化。 [答案]　(1)不偏转　(2)偏转　(3)闭合回路的磁通量发生变化 　实验：探究感应电流产生的条件。 (1)实验一：如图甲所示，当条形磁铁插入或拔出线圈时，线圈中________电流产生，但条形磁铁在线圈中静止不动时，线圈中______电流产生(均选填“有”或“无”)。 (2)实验二：如图乙所示，将小螺线管A插入大螺线管B中不动，当开关S闭合或断开时，电流表中________电流通过；若开关S一直闭合，当改变滑动变阻器的阻值时，电流表中________电流通过；而开关S一直闭合，滑动变阻器的滑片不动时，电流表中__________电流通过(均选填“有”或“无”)。 [解析]　(1)实验一：如题图甲所示，当条形磁铁插入或拔出线圈时，线圈中磁通量均发生变化，线圈中有电流产生，但条形磁铁在线圈中静止不动时，线圈中磁通量未发生变化，线圈中无电流产生。 (2)实验二：如题图乙所示，将小螺线管A插入大螺线管B中不动，当开关S闭合或断开时，小螺线管A中电流发生变化，大螺线管B中磁通量发生变化，电流表中有电流通过；若开关S一直闭合，当改变滑动变阻器的阻值时，小螺线管A中电流发生变化，大螺线管B中磁通量发生变化，电流表中有电流通过；而开关S一直闭合，滑动变阻器的滑片不动时，小螺线管A中电流不变，大螺线管B中磁通量不变，电流表中无电流通过。 [答案]　(1)有　无　(2)有　有　无 角度2　感应电流产生的判定 　如图所示，边界MN右侧存在匀强磁场，现使边长为L的正方形闭合金属线框由边界左侧以速度v匀速运动到图中虚线位置。此过程线框中产生感应电流的时间为(　　) A．　　　B．　　　C．　　　D． [解析]　线框在整个运动过程中，只在右侧边框恰好进入磁场到线框恰好完全进入磁场的过程中产生感应电流，此过程线框的位移为L，故根据匀速直线运动规律可得，产生感应电流的时间t＝。 [答案]　A 　(多选)如图所示，开始时矩形线圈与磁场垂直，且一半在匀强磁场内，一半在匀强磁场外。要使线圈产生感应电流，下列方法可行的是(　　) A．将线圈向左平移一小段距离 B．将线圈向上平移一小段距离 C．以ab为轴转动，且转动角度小于60° D．以bc为轴转动，且转动角度小于60° [解析]　将线圈向左平移一小段距离，通过线圈的磁通量减小，线圈会产生感应电流，故A正确；将线圈向上平移一小段距离，通过线圈的磁通量保持不变，线圈不会产生感应电流，故B错误；以ab为轴转动，且转动角度小于60°，通过线圈的磁通量减小，线圈会产生感应电流，故C正确；以bc为轴转动，且转动角度小于60°，通过线圈的磁通量保持不变，线圈不会产生感应电流，故D错误。 [答案]　AC 知识点三　麦克斯韦电磁场理论 1．麦克斯韦电磁场理论 (1)电磁场理论的核心之一：变化的磁场产生电场 如图所示，在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里会产生感应电流，其实质是变化的磁场在它周围产生了电场，电路中的自由电荷在电场力作用下做定向运动，形成了感应电流，即使在变化的磁场周围没有闭合电路，也同样可以产生电场。 (2)电磁场理论的核心之二：变化的电场产生磁场 麦克斯韦认为：由电现象和磁现象的相似性和变化的磁场能产生电场的观点猜想变化的电场就像导线中的电流一样，会在空间产生磁场。 如图所示，根据麦克斯韦电磁场理论可知，在给电容器充电的时候，不仅导体中的电流要产生磁场，而且在电容器两极板间变化着的电场周围也要产生磁场。 2．对麦克斯韦电磁场理论的理解 (1)恒定的电场不产生磁场。 (2)恒定的磁场不产生电场。 (3)均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场。 (4)均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场。 (5)周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场。 (6)周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场。 　关于电磁场和电磁波，下列说法不正确的是(　　) A．变化的电场能够产生磁场，变化的磁场能够产生电场 B．麦克斯韦第一次通过实验验证了电磁波的存在 C.手机是通过电磁波进行通信的 D．雷达是利用电磁波进行测距、定位的仪器 [解析]　变化的电场能产生磁场，变化的磁场能产生电场，所以电场和磁场总是相互联系，故A正确，不符合题意；麦克斯韦只是预言了电磁波的存在，是赫兹第一次通过实验验证了电磁波的存在，故B错误，符合题意；手机和雷达均是利用电磁波工作的，故C、D正确，不符合题意。 [答案]　B 知识点四　能量子假说和光子假说 1．物体在发射或接收能量的时候，只能从某一状态“飞跃”地过渡到另一状态，而不可能停留在不符合这些能量的任何一个中间状态。 2．在宏观尺度内研究物体的运动时我们可以认为：物体的运动是连续的，能量变化是连续的，不必考虑量子化；在研究微观粒子时必须考虑能量量子化。 3．能量子的能量ε＝hν，其中h是普朗克常量，ν是电磁波的频率。 4．光子假说：当光照射在金属上时，有时会有电子从金属表面逸出，这种现象被称为光电效应。为解释光电效应，在普朗克能量子假说的启发下，爱因斯坦于1905年指出，当光和物质相互作用时，光的能量不是连续的，而是一份一份光量子。这些光量子后来被称为光子。光子的能量与它的频率成正比，即ε＝hν。 　下列关于量子化的说法正确的是(　　) A．爱因斯坦首先提出了“能量子”的概念 B．物体的长度是量子化的 C.对于宏观带电物体，其电荷量是量子化的 D．能量子与电磁波的频率成反比 [解析]　普朗克首先提出了“能量子”的概念，A错误； 物体的长度是连续的，B错误；对于宏观带电物体，其电荷量是量子化的，是元电荷的整数倍，C正确；根据ε＝hν，能量子与电磁波的频率成正比，D错误。 [答案]　C 　(多选)对于带电微粒的辐射和吸收能量时的特点，以下说法正确的是(　　) A．以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收 B．辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍 C．吸收的能量可以是连续的 D．辐射和吸收的能量是量子化的 [解析]　带电微粒辐射或吸收能量时是以最小能量值——能量子ε的整数倍一份一份地辐射或吸收的，是不连续的，A、B、D正确，C错误。 [答案]　ABD 　　　　　　　　　　　 1．(对磁通量的理解)如图所示，a、b线圈套在磁铁中部，在同一平面且与磁铁垂直，穿过它们的磁通量分别为Φa、Φb，则(　　) A．Φa＞Φb B．Φa＜Φb C．Φa＝Φb D．不能确定 解析：选A。根据磁感线的分布情况可知，磁铁内部穿过环面的磁感线方向向上，外部磁感线方向向下。由于磁感线是闭合曲线，磁铁内部的磁感线条数等于磁铁外部磁感线的总条数，而磁铁外部磁感线分布在无限大的空间，所以穿过环面的磁铁外部向下的磁感线将磁铁内部向上的磁感线抵消一部分，a的面积小，抵消较小，则磁通量较大，所以Φa＞Φb。 2．(磁通量的变化)如图所示的磁场中有一个垂直于磁场中心磁感线放置的闭合圆环，现在将圆环从图示A位置水平向右移到B位置，穿过圆环的磁通量的变化情况是(　　) A．变小 B．变大 C．不变 D．先变小后变大 解析：选A。磁通量的大小可以根据穿过圆环的磁感线条数进行分析判断，由题图可知，由A到B的过程中，穿过圆环的磁感线条数变少，故说明穿过圆环的磁通量变小，B、C、D错误，A正确。 3．(感应电流产生的判定)(多选)如图，在通电直导线AB旁放置一闭合金属线圈abcd，下列情况中能产生感应电流的是(　　) A．线圈向右平动 B．线圈沿AB向上平动 C．线圈绕AB轴转动 D．线圈绕bc边转动 解析：选AD。线圈向右平动，线圈中磁通量减小，可以产生感应电流，故A符合题意；线圈沿AB向上平动，线圈中磁通量不变，不能产生感应电流，故B不符合题意；线圈绕AB轴转动，线圈中磁通量不变，不能产生感应电流，故C不符合题意；线圈绕bc边转动，线圈中磁通量发生变化，可以产生感应电流，故D符合题意。 4．(电磁波)(多选)关于电磁波，下列说法正确的是(　　) A．电磁波需要通过介质传播，它由一种介质进入另一种介质时频率不变 B.根据麦克斯韦电磁场理论可知，变化的电磁场在空间中传播形成电磁波 C．电磁波在真空中的传播速度是3×108 m/s D．雷达发射的是直线性能好、反射性能强的超声波 解析：选BC。电磁波的传播不需要通过介质，它由一种介质进入另一种介质时频率不变，故A错误；根据麦克斯韦电磁场理论可知，变化的电场和变化的磁场构成不可分离的、统一的电磁场，变化的电磁场在空间中传播形成电磁波，故B正确；电磁波在真空中的传播速度等于光速，为3.0×108 m/s，故C正确；雷达发射的是直线性能好、反射性能强的电磁波，故D错误。 5．(能量量子化)下列关于能量子的说法正确的是(　　) A．能量子假设是由爱因斯坦最早提出来的 B．能量子表示微观世界的不连续性观念 C．电磁波波长越长，其能量子的能量越大 D．能量子是类似于质子、中子的微观粒子 解析：选B。能量子假设是由普朗克最早提出来的，故A错误；能量子表示微观世界的不连续性观念，故B正确；电磁波波长越长，其能量子的能量越小，故C错误；能量子是不可再分的最小能量值，不是指类似于质子、中子的微观粒子，故D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $