（2021新人教版）高中物理必修第三册第13章 电磁感应与电磁波初步 （课件+讲义+章末检测）.zip

学科素养提升学科素养提升 科学思维 1磁感应强度与电场强度的比较 电场强度 E磁感应强度 B 定义的 依据 电场对电荷 q 有作用力 F 对电场中任一点，Fq 恒量（由电场决定） F q 对不同点，一般来说恒量的 值不同 比值 可表示电场的强弱 F q 磁场对直线电流 I 有作用力 F 对磁场中任一点，F 与磁场方 向、电流方向有关，只考虑电 流方向垂直于磁场方向的情况 时，FIL，恒量（由磁场 F IL 决定） 对不同点，一般来说恒量的 值不同 比值可表示磁场的强弱 F IL 定义式 E F q B F IL 物理意义描述电场的强弱和方向描述磁场的强弱和方向 方向该点正电荷的受力方向小磁针 N 极的受力方向 场的叠加遵循矢量的平行四边形定则遵循矢量的平行四边形定则 单位1 N/C1 V/m1 T1 N/（Am） 例 1（多选）下列说法中正确的是（） A.电荷在某处不受静电力的作用，则该处的电场强度为零 B.一小段通电导线在某处不受安培力的作用，则该处磁感应强度一定为零 C.把一个试探电荷放在电场中的某点，它受到的静电力与所带电荷量的比值表 示该点电场的强弱 D.把一小段通电导线放在磁场中某处，它所受的磁场力与该小段通电导线的长 度和电流乘积的比值表示该处磁场的强弱 解析把电荷放入某处，如果电荷没有受到静电力的作用，则该处不存在电场或 该处的电场强度为零，故 A 正确；把通电直导线放入某处，如果放置得不合适， 既使有磁场存在，通电直导线也可能不受磁场力的作用，故 B 错误；由电场强度 的定义式 E 知，电场强度等于试探电荷受到的静电力 F 与所带电荷量 q 的比 F q 值，故 C 正确；磁感应强度的定义式 B的成立是有条件的，即通电直导线要 F IL 与磁场方向垂直，否则不成立，故 D 错误。 答案AC 针对训练 1下列关于磁感应强度的方向和电场强度的方向的说法中，错误的 是（） A.电场强度的方向与电荷所受静电力的方向相同 B.电场强度的方向与正电荷所受的静电力的方向相同 C.磁感应强度的方向与小磁针 N 极所受磁场力的方向相同 D.磁感应强度的方向与小磁针静止时 N 极所指的方向相同 解析电场强度的方向就是正电荷所受的静电力的方向，A 错误，B 正确；磁场 中某点磁感应强度的方向，就是放在该点的小磁针 N 极受力的方向，C 正确；也 就是小磁针静止时 N 极所指的方向，D 正确。 答案A 科学思维 2双向磁场的磁通量的比较 磁通量大小的比较和磁通量大小的计算要注意线圈所在位置处的磁场是单向磁 场还是双向磁场，对条形磁铁、蹄形磁铁、环形电流、通电直导线磁场的分布 要熟悉。磁通量，通俗地说，就是穿过某个面的磁感线的净条数，所以如果同 时有相反两个方向的磁感线穿过某一线圈，总的磁通量应该计算磁感线的净条 数。磁通量虽然是标量，却有正负之分。如图所示，套在条形磁铁外部的线圈 A 和 B 所在的平面内，既有向上的磁感线，又有向下的磁感线，净条数应该是 二者之差。 例 2两个圆环A、B 如图所示放置，且半径 RARB，一条形磁 铁的轴线过两个圆环的圆心处，且与圆环平面垂直，则穿过 A、B 环的磁通量 A和 B的关系是（） A.AB B.AB C.AB D.无法确定 解析因为有两个方向的磁感线穿过线圈，磁通量应是抵消之后所 剩余的磁感线的净条数。从上向下看，穿过圆环 A、B 的磁感线如 图所示，磁感线有进有出，A、B 环向外的磁感线条数一样多，但 A 环向里的磁感线条数较多，抵消得多，净剩条数少，所以 AB，故选项 C 正确。 答案C 科学思维 3雷达的原理和应用 1.雷达的原理 利用电磁波遇到障碍物发生反射的特性。 2.雷达的构造及特点 一般由天线系统、发射装置、接收装置、输出装置（显示器） 、电源、用于控制 雷达工作和处理信号的计算机以及防干扰设备等构成。 （1）雷达既是无线电波的发射端，又是无线电波的接收端。 （2）雷达使用的无线电波是直线性好、反射性能强的微波波段。 3.雷达的应用 （1）利用雷达测定物体的距离：解决这类问题的关键是区分发射脉冲波形和反 射脉冲波形，找出从发射电磁波到接收到回来的电磁波的时间差，再利用 s vt，求出物体的距离。 1 2 （2）利用雷达测定物体的速度：这类问题往往要有两个（或两个以上）的发射 脉冲与反射脉冲，可以确定一段时间始末物体的两个位置或一段时间的位移， 从而测出物体的速度。 （3）利用雷达确定物体的位置：雷达有一个可以转动的天线，它能向一定方向 发射无线电（微波）脉冲，雷达可根据发射无线电波的方向和仰角，再参考所 测得物体的距离，从而确定某一时刻物体的位置。实际上，这一切数据都由电 子电路自动计算并在荧光屏上显示出来。 例 3某一战斗机正以一定的速度朝雷达的正上方水平匀速飞行，已知雷达发 射相邻两次电磁波之间的时间间隔为 5104 s，某时刻在雷达荧光屏上显示的 波形如图甲所示，t173 s 后雷达向正上方发射和接收的波形如图乙所示，雷 达荧光屏上相邻刻线间表示的时间间隔为 104 s，电磁波的传播速度为 c3 108 m/s，则该战斗机的飞行速度大约为多少？ 思路点拨解答本题时应注意以下两点： （1）飞机与雷达的位置关系； （2）飞机与雷达的距离与飞机位移的关系。 解析由题意知荧光屏相邻刻线间的时间间隔 t0104 s，甲图发射波和接收波 的时间间隔 t14104 s，乙图时间间隔 t21104 s，所以，第一次战斗机距 雷达的距离为 s1c 6.0104 m，第二次战斗机在雷达正上方。所以，战斗 t1 2 机的高度 hc 1.5104 m，故 173 s 内战斗机飞行的水平距离为 t2 2 s5.8104 m。所以 v 335 m/s。 s t 答案335 m/s 方法凝炼雷达侦察问题的解决方法 （1）电磁波在空中的传播速度可认为等于真空中的光速 c，根据雷达荧光屏上发 射波形和反射波形间的时间间隔，可求得侦察距离。 （2）根据发射无线电波的方向和仰角，确定被侦察物体的位置。 （3）雷达的最大侦察距离应等于电磁波在雷达发射相邻两个脉冲的时间间隔内传 播距离的一半。 针对训练 2目前雷达发射的电磁波频率多在 200 MHz 至 1 000 MHz 的范围 内。请回答下列关于雷达和电磁波的有关问题。 （1）雷达发射电磁波的波长范围是多少？ （2）能否根据雷达发出的电磁波确定雷达和目标间的距离？ 解析（1）由 cf 可得 1 m1.5 m， c f1 3.0 108 200 106 2 m0.3 m。 c f2 3.0 108 1 000 106 故雷达发出的电磁波的波长范围是 0.3 m1.5 m。 （2）电磁波测距的原理就是通过发射和接收电磁波的时间间隔来确定距离，所以 可根据 x 确定雷达和目标间的距离。 vt 2 答案（1）0.3 m1.5 m（2）能 * 学科素养提升学科素养提升 * 科学思维科学思维1磁感应强度与电场强度的比较磁感应强度与电场强度的比较 * * 例例1（多选多选）下列说法中正确的是（）下列说法中正确的是（） A.电荷在某处不受静电力的作用，则该处的电场强度为零电荷在某处不受静电力的作用，则该处的电场强度为零 B.一小段通电导线在某处不受安培力的作用，则该处磁感应强度一定为零一小段通电导线在某处不受安培力的作用，则该处磁感应强度一定为零 C.把把一一个个试试探探电电荷荷放放在在电电场场中中的的某某点点，它它受受到到的的静静电电力力与与所所带带电电荷荷量量的的比比值值表表 示该点电场的强弱示该点电场的强弱 D.把把一一小小段段通通电电导导线线放放在在磁磁场场中中某某处处，它它所所受受的的磁磁场场力力与与该该小小段段通通电电导导线线的的长长 度和电流乘积的比值表示该处磁场的强弱度和电流乘积的比值表示该处磁场的强弱 * 答案答案AC * 针针对对训训练练1下下列列关关于于磁磁感感应应强强度度的的方方向向和和电电场场强强度度的的方方向向的的说说法法中中，错错误误的的是是 （） A.电场强度的方向与电荷所受静电力的方向相同电场强度的方向与电荷所受静电力的方向相同 B.电场强度的方向与正电荷所受的静电力的方向相同电场强度的方向与正电荷所受的静电力的方向相同 C.磁感应强度的方向与小磁针磁感应强度的方向与小磁针N极所受磁场力的方向相同极所受磁场力的方向相同 D.磁感应强度的方向与小磁针静止时磁感应强度的方向与小磁针静止时N极所指的方向相同极所指的方向相同 * 解解析析电电场场强强度度的的方方向向就就是是正正电电荷荷所所受受的的静静电电力力的的方方向向，A错错误误，B正正确确 ；磁磁场场中中某某点点磁磁感感应应强强度度的的方方向向，就就是是放放在在该该点点的的小小磁磁针针N极极受受力力的的方方向向 ，C正确；也就是小磁针静止时正确；也就是小磁针静止时N极所指的方向，极所指的方向， D正确。正确。 答案答案A * 科学思维科学思维2双向磁场的磁通量的比较双向磁场的磁通量的比较 磁磁通通量量大大小小的的比比较较和和磁磁通通量量大大小小的的计计算算要要注注意意线线圈圈所所在在位位置置处处的的磁磁 场场是是单单向向磁磁场场还还是是双双向向磁磁场场，对对条条形形磁磁铁铁、蹄蹄形形磁磁铁铁、环环形形电电流流、 通通电电直直导导线线磁磁场场的的分分布布要要熟熟悉悉。磁磁通通量量，通通俗俗地地说说，就就是是穿穿过过某某个个 面面的的磁磁感感线线的的净净条条数数，所所以以如如果果同同时时有有相相反反两两个个方方向向的的磁磁感感线线穿穿过过 某某一一线线圈圈，总总的的磁磁通通量量应应该该计计算算磁磁感感线线的的净净条条数数。磁磁通通量量虽虽然然是是标标 量量，却却有有正正负负之之分分。如如图图所所示示，套套在在条条形形磁磁铁铁外外部部的的线线圈圈A和和B所所在在 的的平平面面内内，既既有有向向上上的的磁磁感感线线，又又有有向向下下的的磁磁感感线线，净净条条数数应应该该是是 二者之差。二者之差。 * 例例2两两个个圆圆环环A、B如如图图所所示示放放置置，且且半半径径RARB，一一条条形形磁磁铁铁的的轴轴线线过过两两个个圆圆环环 的圆心处，且与圆环平面垂直，则穿过的圆心处，且与圆环平面垂直，则穿过A、B环的磁通量环的磁通量A和和B的关系是（的关系是（） A.AB B.AB C.AB D.无法确定无法确定 * 解解析析因因为为有有两两个个方方向向的的磁磁感感线线穿穿过过线线圈圈，磁磁通通量量应应 是是抵抵消消之之后后所所剩剩余余的的磁磁感感线线的的净净条条数数。从从上上向向下下看看， 穿穿过过圆圆环环A、B的的磁磁感感线线如如图图所所示示，磁磁感感线线有有进进有有出出， A、B环环向向外外的的磁磁感感线线条条数数一一样样多多，但但A环环向向里里的的磁磁感感 线线条条数数较较多多，抵抵消消得得多多，净净剩剩条条数数少少，所所以以AB， 故选项故选项 C正确。正确。 答案答案C * 科学思维科学思维3雷达的原理和应用雷达的原理和应用 1.雷达的原理雷达的原理 利用电磁波遇到障碍物发生反射的特性。利用电磁波遇到障碍物发生反射的特性。 2.雷达的构造及特点雷达的构造及特点 一一般般由由天天线线系系统统、发发射射装装置置、接接收收装装置置、输输出出装装置置（显显示示器器）、电电源源、用用于于控控制制雷雷达达 工作和处理信号的计算机以及防干扰设备等构成。工作和处理信号的计算机以及防干扰设备等构成。 （1）雷达既是无线电波的发射端，又是无线电波的接收端。）雷达既是无线电波的发射端，又是无线电波的接收端。 （2）雷达使用的无线电波是直线性好、反射性能强的微波波段。）雷达使用的无线电波是直线性好、反射性能强的微波波段。 * 3.雷达的应用雷达的应用 * （3）利利用用雷雷达达确确定定物物体体的的位位置置：雷雷达达有有一一个个可可以以转转动动的的天天线线，它它能能向向一一定定方方向向 发发射射无无线线电电（微微波波）脉脉冲冲，雷雷达达可可根根据据发发射射无无线线电电波波的的方方向向和和仰仰角角，再再参参考考所所 测测得得物物体体的的距距离离，从从而而确确定定某某一一时时刻刻物物体体的的位位置置。实实际际上上，这这一一切切数数据据都都由由电电 子电路自动计算并在荧光屏上显示出来。子电路自动计算并在荧光屏上显示出来。 * 例例3某某一一战战斗斗机机正正以以一一定定的的速速度度朝朝雷雷达达的的正正上上方方水水平平匀匀速速飞飞行行，已已知知雷雷达达发发射射相相 邻邻两两次次电电磁磁波波之之间间的的时时间间间间隔隔为为5104 s，某某时时刻刻在在雷雷达达荧荧光光屏屏上上显显示示的的波波形形如如图图甲甲 所所示示，t173 s后后雷雷达达向向正正上上方方发发射射和和接接收收的的波波形形如如图图乙乙所所示示，雷雷达达荧荧光光屏屏上上相相邻邻刻刻 线线间间表表示示的的时时间间间间隔隔为为104 s，电电磁磁波波的的传传播播速速度度为为c3108 m/s，则则该该战战斗斗机机的的飞飞 行速度大约为多少？行速度大约为多少？ * 思路点拨思路点拨解答本题时应注意以下两点：解答本题时应注意以下两点： （1）飞机与雷达的位置关系；）飞机与雷达的位置关系； （2）飞机与雷达的距离与飞机位移的关系。）飞机与雷达的距离与飞机位移的关系。 * 答案答案335 m/s * 方法凝炼方法凝炼雷达侦察问题的解决方法雷达侦察问题的解决方法 （1）电电磁磁波波在在空空中中的的传传播播速速度度可可认认为为等等于于真真空空中中的的光光速速c，根根据据雷雷达达荧荧 光屏上发射波形和反射波形间的时间间隔，可求得侦察距离。光屏上发射波形和反射波形间的时间间隔，可求得侦察距离。 （2）根据发射无线电波的方向和仰角，确定被侦察物体的位置。）根据发射无线电波的方向和仰角，确定被侦察物体的位置。 （3）雷雷达达的的最最大大侦侦察察距距离离应应等等于于电电磁磁波波在在雷雷达达发发射射相相邻邻两两个个脉脉冲冲的的时时间间 间隔内传播距离的一半。间隔内传播距离的一半。 * 针针对对训训练练2目目前前雷雷达达发发射射的的电电磁磁波波频频率率多多在在200 MHz至至1 000 MHz的的范范围围内内。请请回回 答下列关于雷达和电磁波的有关问题。答下列关于雷达和电磁波的有关问题。 （1）雷达发射电磁波的波长范围是多少？）雷达发射电磁波的波长范围是多少？ （2）能否根据雷达发出的电磁波确定雷达和目标间的距离？）能否根据雷达发出的电磁波确定雷达和目标间的距离？ 解析解析（1）由）由cf可得可得 故故雷雷达达发发出出的的电电磁磁波波的的波波长长范范围围是是0.3 m1.5 m。 * 答案答案（1）0.3 m1.5 m（2）能）能 章末检测章末检测 （时间：90 分钟满分 100 分） 一、选择题（本大题共 12 个小题，共 72 分。在每小题所给的四个选项中，第 18 题只有一项符合题目要求，第 912 题有多项符合题目要求，每小题满分 6 分。全部选对的得 6 分，选对但不全的得 3 分，有选错的得 0 分。 ） 1.关于磁感应强度，下列说法中正确的是（） A.若长为 l、电流为 I 的导体在某处受到的磁场力为 F，则该处的磁感应强度必 为 F Il B.由 B 知，B 与 F 成正比，与 Il 成反比 F Il C.由 B 知，一小段通电导体在某处不受磁场力，说明该处一定无磁场 F Il D.某点磁感应强度的方向就是小磁针北极在此点所受磁场力的方向 答案D 2.在匀强磁场中某处 P 放一个长度为 l20 cm，通电电流 I0.5 A 的直导线， 测得它受到的最大磁场力 F1.0 N，其方向竖直向上。现将该通电导线从磁场 中撤走，则 P 处的磁感应强度为（） A.零 B.10 T，方向竖直向上 C.0.1 T，方向竖直向下 D.10 T，方向肯定不沿竖直向上的方向 解析导体受到的是最大磁场力 F1.0 N，可判知导体与磁场方向垂直，由 B ，解得 B10 T。由于磁场力的方向是竖直向上的，故可判定磁场的方向一定不 F Il 会竖直向上，因为二者是互相垂直的关系，方向可有多种情况。撤走导线后，P 处 的磁感应强度不变，仍为 10 T。故正确答案为 D。 答案D 3.如图所示，为某磁场的一条磁感线，其上有 A、B 两点，则（） A.A 点的磁感应强度一定大 B.B 点的磁感应强度一定大 C.因为磁感线是直线，A、B 两点的磁感应强度一样大 D.条件不足，无法判断 解析磁感应强度的大小可由磁感线的疏密程度确定，只给出一条磁感线，无法 判断该条磁感线上两点磁感应强度的大小，故 A、B、C 错误，D 正确。 答案D 4.关于电磁场理论，以下说法正确的是（） A.在电场周围一定会产生磁场 B.任何变化的电场周围空间一定会产生变化的磁场 C.均匀变化的电场会产生变化的磁场 D.周期性变化的电场会产生周期性变化的磁场 解析变化的电场周围一定产生磁场，但若电场不发生变化，则不能在周围空间 产生磁场，选项 A 错误；均匀变化的电场只能在周围空间产生稳定的磁场，只有 不均匀变化的电场才能在周围空间产生变化的磁场，选项 B、C 错误；周期性变 化的电场（或磁场）在周围空间产生周期性变化的磁场（或电场），选项 D 正确。 答案D 5.下列有关电磁波的特性和应用，说法正确的是（） A.红外线和 X 射线都有很高的穿透本领，常用于医学上透视人体 B.过强的紫外线照射有利于人的皮肤健康 C.电磁波中频率最大的为 射线，最容易发生衍射现象 D.紫外线和 X 射线都可以使感光底片感光 解析X 射线有很高的穿透本领，医学上常用于透视人体，红外线不能，A 错误； 过强的紫外线照射对人的皮肤有害，B 错误；电磁波中频率最大的为 射线，其 波长最短，最不容易发生衍射，C 错误；紫外线和 X 射线都可以使感光底片感光， D 正确。 答案D 6.已知真空中的电磁波波速是 3108 m/s。在真空中波长是 5 m 的无线电波，它 的频率是（） A.6107 Hz B.1.5109 Hz C.8108 Hz D.1.7108 Hz 解析由 vf 得 f Hz6107 Hz。 v 3 108 5 答案A 7.直流电源跟一个线圈连接成闭合回路，线圈的上方和右侧各有一个可以自由 转动的小磁针，小磁针静止时的位置如图所示，由图得出的结论正确的是（ ） A.小磁针的 c 端为 N 极，电源的 a 端为正极 B.小磁针的 c 端为 N 极，电源的 a 端为负极 C.小磁针的 d 端为 N 极，电源的 a 端为正极 D.小磁针的 d 端为 N 极，电源的 a 端为负极 解析根据小磁针的 N 极方向可以确定通电线圈外部上方磁场的方向，然后应 用安培定则确定线圈中的电流方向，从而判断电源的 a 端为负极，同时判断 d 端 为 N 极。正确答案是 D。 答案D 8.如图所示，一有限范围的匀强磁场宽度为 d，若将一个边长为 L 的正方形导线框以速度 v 匀速地通过磁场区域，已知 dL，则导 线框从开始进入到完全离开磁场的过程中无感应电流的时间等于（ ） A. B. d v L v C. D. dL v d2L v 解析只有导线框完全在磁场里面运动时，导线框中才无感应电流，因导线框做 匀速运动，故不产生感应电流的时间为 t，C 正确，A、B、D 错误。 dL v 答案C 9.如图所示是等腰直角三棱柱，其平面 ABCD 为正方形，边长 为 L，它们按图示方式放置于竖直向下的匀强磁场中，磁感应 强度为 B0，则下列说法中正确的是（） A.穿过 ABCD 平面的磁通量大小为 B0L2 B.穿过 BCFE 平面的磁通量大小为B0L2 2 2 C.穿过 ADFE 平面的磁通量大小为零 D.穿过 ABCD 平面的磁通量大于穿过 BCFE 平面的磁通量 解析根据 BS，穿过 ABCD 平面的磁通量 B0L2sin 45B0L2，A 错 2 2 误；平面 BCFEB0，而 BCL，CFLsin 45L，所以四边形 BCFE 的面积 2 2 SBCCFL2，因而 B0SB0L2，B 正确，D 错误；平面 ADFE 在垂直 B0 2 2 2 2 的方向上的投影面积为零，所以穿过平面 ADFE 的磁通量为零，C 正确。 答案BC 10.下列说法中正确的是（） A.磁体在空间能产生磁场，磁场使磁体间不必接触便能相互作用 B.在磁场中的某一点，小磁针仅在磁场力作用下静止时北极所指的方向，就是 那一点的磁场方向 C.当两个磁体的同名磁极相互靠近时，两条磁感线有可能相交 D.磁体周围的磁感线都是闭合的曲线 解析磁体间的作用力是通过磁场传递的，可以不用接触便产生相互作用，A 项 正确；小磁针仅在磁场力作用下静止时北极的指向是北极受力的方向，就是那一 点的磁场方向，B 项正确；磁感线是闭合的曲线且不能相交，C 项错误，D 项正确。 答案ABD 11.如图所示，一个金属薄圆盘水平放置在竖直向上的匀强磁场 中，下列做法中能使圆盘中产生感应电流的是（） A.圆盘绕过圆心的竖直轴匀速转动 B.圆盘以某一水平直径为轴匀速转动 C.圆盘在磁场中向右匀速平移 D.磁场均匀增加 解析圆盘绕过圆心的竖直轴转动和在磁场中匀速平移，都不会使其磁通量发 生变化，故不会产生感应电流，选项 A、C 错误；圆盘绕水平轴转动或磁场均匀增 加，都会使穿过圆盘的磁通量发生变化，故有感应电流产生，选项 B、D 正确。 答案BD 12.2006 年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家，以表彰他们发现了宇宙微 波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化。他们的出色工作 被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点。下列与宇宙微波背景辐射黑体 谱相关的说法中正确的是（） A.微波和声波一样都只能在介质中传播 B.一般物体辐射电磁波的情况只与黑体温度有关 C.黑体的热辐射实质上是电磁辐射 D.普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说 解析微波是一种电磁波，传播不需要介质；一般物体辐射电磁波的情况除与温 度有关外，还与材料种类和表面状况有关，而黑体辐射只与黑体温度有关；黑体 辐射本质上是电磁辐射，普朗克最早提出了能量子假说，他认为能量是一份一份 的，每一份是一个能量子，故 A、B 错误，C、D 正确。 答案CD 二、非选择题（共 4 个小题，共 28 分，写出必要的文字说明和具体的解题步骤） 13.（4 分）如图所示，一带电小球 A 用绝缘细线悬挂，在水平面内做匀速圆周 运动，其正下方有一导体圆环 B 放在绝缘水平面上，圆环 B 的圆心位于悬点正 下方。 （1）将圆环以环上某点为支点竖起时，圆环中是否产生感应电流； （2）将圆环在水平面上拉动时，圆环中是否产生感应电流。 解析带电小球做圆锥摆运动等效为一环形电流，在空间产生磁场，可由安培定 则判断磁感线的分布特点。 （1）当圆环竖起时，穿过圆环的磁通量减少，由感应电流的产生条件知圆环中产 生电流。 （2）当圆环被拉动时，穿过圆环的磁通量减少，圆环中产生感应电流。 答案（1）产生（2）产生 14.（6 分）在磁感应强度处处相等的磁场中放一与磁场方向垂直的通电直导线， 通入的电流是 2.5 A，导线长 10 cm，它受到的磁场力为 5102 N。问： （1）这个磁场的磁感应强度是多大？ （2）如果把通电导线中的电流增大到 5 A 时，该磁场的磁感应强度是多大？ 解析（1）由磁感应强度的定义式得 B T0.2 T。 F IL 5 102 2.5 0.1 （2）磁感应强度 B 是由磁场和空间位置（点）决定的，和导线的长度 L、电流 I 的大 小无关，所以该点的磁感应强度是 0.2 T。 答案（1）0.2 T（2）0.2 T 15.（8 分）雷达是一种无线电探测装置，除了军用方面外，人们还可以使用雷达 测定人造卫星、宇宙飞船等飞行物的速度和轨道。雷达测距是由雷达指示器直 接显示出来的，当雷达向目标发射无线电波时，在指示器荧光屏上出现一个尖 形波；在收到反射回来的无线电波时，在荧光屏上呈现第二个尖形波。如图所 示，该图只记录了时间，每一小格表示 1.0104 s，那么根据此图，雷达与被 测目标的距离约为多少？ 解析设雷达与被测目标的距离为 s，来回的时间为 t，则有 2sct， 故 s m1.2105 m。 ct 2 3.0 108 8.0 104 2 答案1.2105 m 16.（10 分）某广播电台的发射功率为 10 kW，发射的是在空气中波长为 187.5 m 的电磁波，则：（普朗克常量 h6.631034 Js，光速 c3108 m/s） （1）该电台每秒从天线发射多少个能量子？ （2）若发射的能量子在以天线为球心的同一球面上的分布视为均匀的，求在离 天线 2.5 km 处，直径为 2 m 的球状天线每秒接收的能量子个数以及接收功率。 解析（1）每个能量子的能量 h J1.061027 J hc 6.63 1034 3 108 187.5 则每秒电台发射上述波长的能量子数 N9.41030个。 Pt （2）设球状天线每秒接收能量子数为 n 个，以电台发射天线为球心，则半径为 R 的球面积 S4R2，而球状天线的有效接收面积 Sr2，所以 nN N9.41030个3.761023个 S S r2 4R2 12 4 （2.5 103）2 接收功率 P收3.7610231.061027 W4104 W。 n t 答案（1）9.41030个（2）3.761023个4104 W 第第 1 节节磁场磁场磁感线磁感线 物理观念科学思维科学探究 核心 素养 1.了解磁现象在人类生活中的 作用，理解科学技术在社会 发展中的作用。 2.知道磁场的概念，理解一切 磁相互作用都是通过磁场来 实现的。 3.理解磁感线的概念，会用磁 感线描述电流的磁场。 了解磁现象在现代生 活中的应用，培养学 生热爱科学的精神。 理解安培定则， 会判断电流周围 的磁场。 知识点一电和磁的联系 观图助学 (1)上海磁悬浮列车加速到平稳运行之后，速度是 430 千米每小时，速度之高竟超 过了 F1 赛车的最高时速，这其中包含的物理知识是什么呢？ (2)指南针是我国古代四大发明之一，它对促进人类航海事业的发展产生了巨大 的影响，你知道指南针为什么指南吗？ (3)信鸽有惊人的远距离辨认方向的本领。试猜想：信鸽高超的认路本领是依赖于 什么？ 1.磁现象 (1)磁性：物质具有吸引铁质物体的性质叫磁性。 (2)磁体：天然磁石和人造磁铁都叫作磁体。 (3)磁极：磁体的各部分磁性强弱不同，磁性最强的区域叫磁极。能够自由转动 的磁体，静止时指南的磁极叫作南极(S 极)，指北的磁极叫作北极(N 极)。 (4)磁极间相互作用规律：自然界中的磁体总存在着两个磁极，同名磁极相互排 斥，异名磁极相互吸引。 2.电流的磁效应 (1)1820 年，奥斯特发现：把一根导线平行地放在磁针的上方，给导线通电时， 磁针发生了偏转，说明电流能产生磁场，这个现象称为电流的磁效应。 (2)电流磁效应的发现，用实验展示了电与磁的联系，说明电与磁之间存在相互 作用。 思考判断 (1)奥斯特实验说明了磁场可以产生电流。() (2)天然磁体与人造磁体都能吸引铁质物体。() (3)单独一个带电体可以只带正电荷(或负电荷)，同样磁体也可以只有 N 极或 S 极。() (4)磁与电紧密联系，有磁必有电，有电必有磁。() 知识点二磁场 观图助学 观察三幅图片，请思考： 甲图中的小磁针为什么会发生偏转？乙图中的通电导线为什么会运动起来？丙 图中通电导线之间的相互作用是怎样发生的？ 1.磁体、电流间的相互作用 (1)磁体与磁体间存在相互作用。 (2)通电导线对磁体有作用力，磁体对通电导线也有作用力。 (3)两条通电导线之间也有作用力。 2.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，是通过磁场发生的，磁场是磁体或电流周围一种看不见、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 N 极受力的方向，也就是小磁针静 止时 N 极所指的方向，就是这一点的磁场方向。 (4)磁场的基本性质：磁极与磁极之间，磁极与电流之间，电流与电流之间都是 通过磁场相互作用的，磁场的基本性质是对放入其中的磁体或通电导线能产生 力的作用。 思考判断 (1)磁场不是真实存在的，而是一种理想化的模型。() (2)磁极之间的相互作用是通过磁场发生的，磁场和电场一样，也是一种客观存在 的特殊物质。() (3)通电导线和通电导线之间的相互作用是通过电场发生的。() (4)磁场并不是真实存在的，而是人们假想出来的。() (5)磁场的基本性质是对处在磁场中的磁极或通电导线有力的作用。() 知识点三磁感线 观图助学 如图所示，在玻璃板上撒一层细铁屑，放入磁铁的磁场中，轻敲玻璃板，由细铁 屑的分布可以模拟磁感线的形状，由实验得到条形磁铁和蹄形磁铁的磁场的磁 感线是如何分布的？磁感线有什么特点？磁感线是磁场中真实存在的吗？ 1.定义：磁感线是为了形象地描述磁场而人为假想的曲线，曲线上每一点的切 线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强弱和方向，并不真正存在。 3.描述方法：磁感线上每一点的切线方向表示该点的磁场方向，曲线的疏密表 示磁场的强弱。 思考判断 (1)磁感线可以形象地描述各磁场的强弱和方向，它每一点的切线方向都和小磁 针放在该点静止时 N 极所指的方向一致。() (2)磁感线总是从磁铁的 N 极出发，到 S 极终止。() (3)磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的。() 知识点四安培定则 观图助学 如图所示，是奥斯特实验装置图，导线通上电流，小磁针发生偏转，奥斯特发现 了电流的磁效应，那么通电直导线周围的磁场是怎样分布的呢？ 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.通电螺线管的磁场 安培定则：右手握住螺线管，让弯曲的四指与环形电流的方向一致， 伸直的拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向，如图乙所示。 甲乙 3.环形导线可以看成只有一匝的螺线管，如图所示。 丙 思考判断 (1)通电直导线周围磁场的磁感线是闭合的圆。() (2)通电螺线管周围的磁场类似于条形磁体周围的磁场。() 关于奥斯特实验的几点说明 (1)操作技巧：为了排除地磁场的影响，导线应沿南北方向水平放置在小磁针的正 上方。 (2)实验结论：电流具有磁效应，即电流可以产生磁场。 (3)实验意义：首次揭示了电与磁之间的联系，揭开了人类对电磁现象研究的新纪 元。 奥斯特实验证明了电流周围存在磁场，实际实验时必须考虑地磁场的影响，让通 电导线沿南北方向放置，使电流产生的磁场方向与地磁场方向尽量不一致，这样 实验效果明显。 (1)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)自然界有两种基本的物质形态：实物和场。 实物即具体的、有形的物质形态，由物质粒子组成。 场是物质的另一种存在形态，和实物一样，也是客观存在的。电场和磁场已被 证明是一种客观存在。 实验时利用被磁化的铁屑来显示磁感线的分布情况，使抽象的磁场变得形象具 体，但磁感线是假想出来的，不是由铁屑排列而成的。 通电的螺线管相当于一个条形磁铁，一端是 N 极，另一端是 S 极，把一个小磁针 放入螺线管内部，小磁针 N 极的指向是 N 极受到磁场力的方向，N 极受力的方 向是该位置的磁感应强度的方向，在螺线管内部，磁感应强度方向由 S 极指向 N 极。所以小磁针的 N 极指向螺线管的 N 极。 核心要点 对磁场和奥斯特实验的理解 观察探究 如图所示，物理学家奥斯特通过该装置得出了电流磁效应。 (1)小磁针水平放置，若导线中没有通电流，静止时它的 N 极指 向何方？ (2)若给导线通电时，小磁针发生了明显的偏转，导线应该如何放置？小磁针为何 会在导线通电时发生偏转？ 答案(1)导线没有通电时，N 极指向北方。 (2)导线应沿南北方向水平放置在小磁针上方。原因是电流可以产生磁场。 探究归纳 1.电场与磁场的比较 电场磁场 场源电荷磁体、电流、运动电荷 基本 性质 对放入其中的电荷有静电力的作 用 对放入其中的磁体、通电导线、 运动电荷有磁场力的作用 相同点磁场和电场都是客观存在的特殊物质，都具有能量 2.理解 (1)磁场是一种特殊物质，它的基本性质是对放入磁场中的磁体、电流有磁场力 的作用；而电场是电荷周围存在的一种特殊物质，其基本性质是对放入电场中 的电荷有电场力的作用，而不会对放入静电场中的磁体产生力的作用。因此， 磁场和电场是两种不同的物质，具有各自的特点。 (2)磁场与电场一样，都是物质，作为一种特殊的物质场，电场与磁场有相 同点也有不同点，不要认为电场与磁场是同一种物质。不要把电流与电流之间 的相互作用误理解为电荷与电荷之间的相互作用。 试题案例 例 1 (多选)下列有关磁场的说法中，正确的是() A.磁体周围的空间存在看不见、摸不着的磁场 B.磁极间的相互作用是通过磁场发生的 C.磁场是有方向的，在磁场中的不同位置，其磁场方向一般不同 D.在磁场中的某点，小磁针南极所受磁场力的方向与该点的磁场方向相同 解析磁场虽然看不见、摸不到，但它是一种客观存在的物质，它的基本性质是 对放入其中的磁体产生力的作用，磁极间的相互作用就是通过磁场发生的，磁场 具有方向性，在磁场中的某点，小磁针北极所受磁场力的方向与该点的磁场方向 一致，南极所受磁场力的方向与该点的磁场方向相反(磁场方向的另一种描述方 法)，故 A、B、C 正确，D 错误。 答案ABC 方法总结对磁场的理解 基本性质对放入其中的磁体或通电导线有力的作用 客观性质磁场不是由分子、原子、离子组成的，但它是一种客观存在的物质 特殊性质磁场不是以微粒形式存在的，而是以场的形式存在 方向特性 磁场是具有方向的，磁场的方向就是小磁针 N 极在磁场中受力的方 向，或能自由转动的小磁针静止时 N 极的指向 例 2 物理实验都需要有一定的控制条件。奥斯特做电流磁效应实验时，应排 除地磁场对实验的影响。关于奥斯特的实验，下列说法中正确的是() A.该实验必须在地球赤道上进行 B.通电直导线应该竖直放置 C.通电直导线应该水平东西方向放置 D.通电直导线应该水平南北方向放置 解析小磁针静止时指向南北，说明地磁场的方向为南北方向，当导线南北方向 放置时，能产生东西方向的磁场，把小磁针放置在该处时，可有明显的偏转，故 选 D。 答案D 针对训练 1 奥斯特实验说明了() A.磁场的存在 B.磁场的方向性 C.电流可以产生磁场 D.磁体间有相互作用 解析奥斯特实验中电流能使静止的小磁针发生偏转，说明电流周围存在磁场， 即电流产生了磁场。故正确答案为 C。 答案C 核心要点 磁感线和电流的磁场 观察探究 如图所示是电路没接通时两个小磁针的指向。 (1)接通后，两个小磁针的 N 极指向一致吗？ (2)同名磁极相互排斥、异名磁极相互吸引的规律在螺线管内 部适用吗？ 答案(1)不一致。(2)不适用。 探究归纳 1.磁感线的特点 (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。 2.常见永磁体的磁场(如图所示) 3.常见的三种电流磁感线分布 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 说明： 用“”表示磁场方向垂直于纸面向里，用“”表示磁场方向垂 直于纸面向外，用“”表示电流方向垂直于纸面向里，用“” 表示电流方向垂直于纸面向外，则可方便、直观地描述磁感线的分 布。 “”可想象成从箭尾向箭头看到的情景， “”可想象成迎着箭头看到的情 景