第5章 章末复习 学案 高中物理新鲁科版必修第三册（2022年）

章末复习

[重点知识和方法回顾]

一、磁场

1．磁场

(1)基本特性：磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有磁场力的作用．

(2)方向：小磁针的N极所受磁场力的方向．

2．磁感线

在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟该点的磁感应强度的方向一致．

3．磁体的磁场和地磁场

4．磁感应强度

(1)物理意义：描述磁场强弱和方向．

(2)大小：B＝(通电导线垂直于磁场)．

(3)方向：小磁针静止时N极的指向．

5.　电流的磁场

（1）．奥斯特实验

奥斯特实验发现了电流的磁效应，即电流可以产生磁场，首次揭示了电与磁的联系．

（2）．安培定则

①通电直导线：用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向．

②通电螺线管：让右手弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致，大拇指所指的方向就是环形电流中轴线上的磁感线的方向或螺线管内部磁感线的方向．

二、电磁感应现象

1、　磁通量

（1）．定义：在磁感应强度为B的匀强磁场中，与磁场方向垂直的面积S和B的乘积．

（2）公式  Φ＝B·S.

适用条件：(1)匀强磁场；(2)S为垂直磁场的有效面积．

（3）矢标性   磁通量的正、负号不表示方向，磁通量是标量．

2、电磁感应现象

（1）电磁感应现象

当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，电路中有感应电流产生的现象．

（2）产生感应电流的条件

①条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化．

②特例：闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线运动．

3. 电磁感应现象的应用

（1）变压器（2）ABS系统（3）计算机磁盘及磁记录（4）无线充电（5）动圈式话筒

三、电磁波

1．麦克斯韦电磁理论：

（1）变化的磁场产生电场

①变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围空间产生磁场。

②均匀变化的磁场产生恒定的电场，均匀变化的电场产生恒定的磁场。

（2）振荡的（即周期性变化的）磁场产生同频率的周期性变化的电场，振荡的电场产生同频率的周期性变化的磁场。

2．电磁场

变化电场在周围空间产生磁场，变化磁场在周围空间产生电场，变化的电场和磁场成为一个完整的整体，这就是电磁场。

3.电磁波

(1)定义：交替产生的变化的电场和变化的磁场向周围空间的传播形成电磁波。

(2)特点：

①电磁波是横波；

②在电磁波中，每处的电场强度和磁感应强度的方向总是相互垂直，且与电磁波的传播方向垂直；电磁波传播示意图如下图。

③电磁波可以在真空中传播，向周围空间传播能量。电磁波在真空中的传播速度c=3。

④德国物理学家赫兹用实验证实了电磁波的存在，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论。

4、电磁波的应用

（1）电视（2）雷达（3）移动电话（4）因特网

四、光量子与量子世界

1、光的量子化

(1).光的电磁说：19世纪60年代麦克斯韦的电磁说：光是一种电磁波，具电磁本性.使波动理论发展到了相当完美的地步.根据有：电磁波速等于光速；传播不需要介质；不能完美地解释光电效应

(2).光子说：20世纪初爱因斯坦的光子说：光是不连续的，是一份一份的，每一份叫一个光子，E=hν.注意，这完全不同于牛顿的“微粒”.爱因斯坦吸收了普朗克的量子思想，很好地解释了光电效应，又保留了电磁波的特征.

(3).光的波粒二象性：20世纪前期德布罗意的波粒二象性：光是一种波，同时也是一种粒子，即光具有波粒二象性.

2、初识量子世界

普朗克的量子假说认为，物质辐射（或吸收）的能量是一份一份的，就像物质是由一个个原子组成的一样.将这样的一份份能量称为量子.而且他还给出了量子的能量与波长成反比，与频率成正比.即，公式中h是普朗克常量，h=6.626 是微观现象量子特性的表征.物质辐射（或吸收）的能量只能是ɛ的整数倍即：E=nɛ(n=1，2，3，)

例1.有两根长直导线a、b互相平行放置，如图所示为垂直于导线的截面图。在图示的平面内，O点为两根导线连线ab的中点，M、N为ab的中垂线上的两点，它们与ab的距离相等。若两导线中通有大小相等、方向相同的恒定电流，已知直线电流产生的磁场在某点的磁感应强度B的大小与该点到通电导线的距离成反比。则下列关于线段MN上各点的磁感应强度的说法正确的是(　　)

A．M点和N点的磁感应强度大小相等，方向相同

B．M点和N点的磁感应强度大小相等，方向相反

C．在线段MN上各点的磁感应强度都不可能为零

D．若在N点放一小磁针，静止时其北极沿ON指向O点

例2．一个20匝、面积为200 cm2的圆形线圈放在匀强磁场中，磁场的方向与线圈平面垂直，若该磁场的磁感应强度在0.05 s内由0.1 T增加到0.5 T，在此过程中，穿过线圈的磁通量变化量为________，磁通量的平均变化率为______

例3．关于电磁波和现代通信，下列叙述不正确的是(    )

A．卫星通信利用人造地球卫星作为中继站进行通信

B．光纤通信具有传输信息量大、抗干扰能力强及光能损耗小等优点

C．电磁波可以在真空中传播

D．电磁波的频率越高，在真空中传播的速度越大

例4．(1)在一个圆纸盒里有一个条形磁体，圆纸盒外放着一些小磁针，各磁针静止时N极的指向如图甲所示，请在圆纸盒里画出磁体并标明它的N、S极．

(2)请标出图乙中通电螺线管的N、S极和导线中的电流方向．

(3)如图丙中两个通电螺线管相互吸引，画出这两个螺线管线圈的绕法．

(4)地球是一个大磁体，如图丁所示，图中标出了地磁场的N极和S极，请在图中标明地球表面的磁感线的方向，画出放在a、b两点处的小磁针并标出小磁针的南北极．

1．（多选）关于雷达的特点，下列说法正确的是(　　)

A．雷达所用无线电波的波长比短波更长

B．雷达只有连续发射无线电线，才能发现目标

C．雷达的显示屏上可以直接读出障碍物的距离

D．雷达在能见度低的黑夜将无法使用

2．当接通电源后，小磁针A按如图所示方向运动，则(　　)

A．小磁针B的N极向纸外转

B．小磁针B的N极向纸里转

C．小磁针B不转动

D．因电流未标出，所以无法判断小磁针B如何转动

3.在图中，若回路面积从S0=8m2变到St=18m2，磁感应强度B同时从B0=0.1T方向垂直纸面向里变到Bt=0.8T方向垂直纸面向外，则回路中的磁通量的变化量为（   ）

A.7Wb               B.13.6Wb

C.15.2Wb             D.20.6Wb

4．两根非常靠近且互相垂直的长直导线如图所示，当通以如图所示方向的电流时，在导线平面内两电流所产生的磁场，在哪些区域内方向是一致的？

5．在电视节目中，我们经常看到主持人与被派到海外的记者通过同步通信卫星通话，他们之间每一问一答总是迟“半拍”，这是为什么?如果有两个手持卫星电话的人通过同步通信卫星通话，一方讲话，另一方至少要等多长时间才能听到对方的讲话?(已知地球的质量为6.0×1024 kg，地球半径为6.4×106 m，万有引力常量为6.67×10-11 N·m2·kg-2)

参考答案

例1.【答案】根据右手螺旋定则，导线周围的磁场的磁感线是围绕导线形成的同心圆，由于两个导线通过的电流是大小相等、方向相同的，M、N为ab中垂线上的两点，由磁场的叠加可知，M点和N点的磁感应强度大小相等，方向相反，故A错误，B正确。两长直导线分别在O点产生的磁感应强度方向相反，大小相等，故O点磁感应强度为零，故C错误。由于N点的磁感应强度方向向上，所以在N点放一小磁针，静止时其北极向上(平行纸面)，故D错误。

【答案】B

例2．【解析】磁通量变化量为ΔΦ＝Φ2－Φ1＝B2S－B1S＝0.5×0.02 Wb－0.1×0.02 Wb＝0.008 Wb，

＝ Wb/s＝0.16 Wb/s

【答案】0.008 Wb　0.16 Wb/s

例3．【解析】信号从地球表面发出经卫星中转然后再传送到接收者，所以A正确， 光纤通信具有传输信息量大、抗干扰能力强及光能损耗小等优点，B正确，电磁波的传播可以在真空中进行，C正确，无论电磁波的频率多高，在真空中的传播速度都为光速大小，D错误。

【答案】D

例4．【解析】该题考查安培定则的应用，解题的关键是掌握永磁体、直线电流、螺线管和地磁场的磁感线分布情况图．然后根据安培定则进行分析．如图所示(其中丙答案不唯一)

【答案】如解析图所示

1．【解析】雷达是利用无线电波波长短，衍射现象不明显，传播的直线性好，遇到障碍物要发生反射的微波来测定物体位置的无线电设备．

解：A、达所用无线电波为微波，微波的波长比短波更短，故A正确；

B、雷达通过不间断的发射无线电波的脉冲并接收电磁脉冲工作的，故B错误；

C、雷达的显示屏上可以直接读出障碍物的距离，为x=，故C正确；

D、电磁波的使用不受天气影响，故雷达在能见度低的黑夜一样使用，故D错误；

【答案】AC

2．【解析】.由小磁针A的运动方向知，螺线管的左侧为S极，右侧为N极，由安培定则可知小磁针B处的磁场方向向外，小磁针B的N极向纸外转．故A正确．

【答案】A

3.【解析】因为B、S都变化，所以可用后来的磁通量减去原来的磁通量。取后来的磁通量为正。ΔΦ=Φt-Φ0=BtSt-(-B0S0)=0.8×18 Wb-（-0.1×8）Wb=15.2Wb，故C对。

【答案】 C。

4．【解析】通电长直导线周围的磁感线是一系列不等距的同心圆，其方向由安培定则确定：I1产生的磁场方向在其上方指向纸外，在其下方指向纸内．I2产生的磁场方向在其左方指向纸内，在其右方指向纸外．这样可以确定 Ⅰ、Ⅲ 区域两电流产生的磁场方向是一致的．

【答案】Ⅰ、Ⅲ 区域中两电流产生的磁场方向一致

5．【解析】主持人与记者之间通话的不合拍是因为电磁波是以有限的速度在空中传播的，利用电磁波传递信息是需要时间的．

设同步卫星高度为H，由万有引力定律及卫星做圆周运动的规律可得

＝m(R＋H)

－R＝3.6×107m

则一方讲话，另一方听到对方讲话的最短时间t＝2H/C＝0.24 s.

【答案】0.24 s