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1、人教版新高考物理学讲义-电磁学第十三章 电磁感应与电磁波初步第十三章 电磁感应与电磁波初步第一节：磁场 磁感线（1、磁现象）（2、电流的磁效应）（3、磁场）（4、磁感线）（5、电流的磁感线分布：安培定则）（6、地磁场的分布特点）（7、磁现象的电本质：安培分子电流假说）第二节：磁感应强度 磁通量（1、探究磁场的强弱及方向）（2、磁感应强度）（3、磁通量）第三节：电磁感应现象及应用（1、电磁感应现象）（2、感应电流产生的条件）第四节：电磁波的发现及应用（1、麦克斯韦的电磁理论）（2、电磁场和电磁波）（3、电磁波谱及应用）（4、电磁波的能量）第五节：能量量子化（1、热辐射现象）（2、黑体与黑体辐射）
2、（3、黑体辐射的实验规律）（4、能量子-超越牛顿的发现）（5、能级和能级跃迁）第一节 磁场 磁感线一、磁现象1、磁性：吸引铁钴镍等铁质物体的性质。 2、磁体：具有磁性的物质。3、磁极：磁体上磁性最强的区域。4、磁极间相互作用规律：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。5、磁化：使无磁性物体变为磁性物体，可通过接触或摩擦磁化。6、退磁：使磁性物体变为无磁性物体，可通过猛烈撞击或高温消磁。7、磁性材料：软磁性材料：磁化后容易去磁的材料，如电磁铁。硬磁性材料：磁化后不易去磁的材料，如永久磁体。 二、电流的磁效应1、奥斯特实验：装置：现象：小磁针发生了偏转。注意：导线应南北放置。结论：通电导线对磁体有力
3、的作用。2、磁体对通电导体具有力的作用：3、电流和电流具有力的作用：（图略）同向电流相互吸引，反向电流相互排斥三、磁场1、定义：磁体周围存在的一种特殊物质。2、 磁体的扩展：3、 磁场的基本性质：会对放入其中的电流、运动电荷或磁体产生力的作用。4、 注意：磁场看不见摸不着，但却是真实存在的物质。磁体、电流和运动电荷间的相互作用是通过磁场实现的。磁场的方向：将小磁针放入磁场中，小磁针静止后北（N）极所指的方向；小磁针北（N）极的受力方向。四、磁感线1、定义：用来形象描述磁场的强弱及方向的假象曲线2、 特点：磁感线是假象的不是真实存在的。磁感线上每一点的切线方向即为该点的磁场方向。磁感线是闭合曲线
4、。（与电场不同）磁感线的疏密程度表示磁场的强弱。磁感线不相交。在磁体外部，磁感线从北极出发进入南极，在磁体内部，磁感线由南极回到北极。3、 永磁体（条形磁体和U型磁体）的磁感线分布：五、电流的磁感线分布：安培定则直线电流的磁场：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感线的方向通电螺线管的磁场：右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟电流方向一致，拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向，或拇指指向螺线管的N极，如图丙所示六、地磁场1、定义：地球本身
5、是一个磁体，N极位于地理南极附近，S极位于地理北极附近。2、磁偏角：小磁针的指向与正南方向之间的夹角：3、注意：太阳、月亮、其他行星等许多天体都有磁场。4、地磁场的分布特点：南极：向上北极：向下赤道: 水平向北南半球：水平分量向北，竖直分量向上 北半球：水平分量向北，竖直分量向下七、安培分子电流假说1、内容：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小磁体，它的两侧相当于两个磁极。2、意义：能够解释磁化以及退磁现象。3、磁现象的电本质：磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是由电荷的运动产生的；一切磁现象都是运动电荷周围磁场间的相互作用。第二节 磁感应强度
6、 磁通量一、探究磁场的强弱及方向1、物理量的确定与命名电学：Fk；电荷为q，电场强度E磁学：Fk；磁荷为q，磁场强度H 奥斯特实验：电流和磁体间的作用：B力/电流2、磁感应强度的方向：探讨对象：小磁针结论：小磁针静止时N极所指方向；小磁针N极的受力方向。3、磁感应强度的大小：匀强磁场：磁场强弱及方向处处相等。探讨对象：电流元，即很短的一段通电导线中的电流I与导线长度L的乘积。A、 电流元是理想化模型，实际并不存在。B、 在实验中，用通电导线来表示。实验：控制变量法FI，Fl，FIl，即F=kIL，K用B表示，即磁感应强度。注意：电流元必须垂直放入磁场中。二、磁感应强度1、定义：一个电流元垂直放
7、入磁场中的某点，电流元受到的磁场力F与电流元IL的比值。2、定义式：B3、单位：特斯拉，简称特，符号是T,1 T14、性质：矢量，方向为小磁针静止时N极所指方向；小磁针N极的受力方向。5、物理意义：描述磁场强弱及方向的物理量。6、理解磁感应强度B的大小只决定于磁场本身的性质，与F、I、L无关。磁感应强度B的方向即为磁场方向，也为N极受力方向，但绝对不是电流元的受力方向。此公式成立的条件为通电导线垂直于磁场。此公式适用于任何磁场。7、 磁场的叠加原理：若空间中存在几个磁场，则某处实际的磁感应强度等于各个磁场单独存在时的磁感应强度的矢量和。8、 注意：如果某一小段通电导线在磁场中不受力的作用，磁感
8、应强度不一定为零。放在磁场中的通电导线所受磁场力不一定为零。不能说B与F成正比，与IL成反比。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BS。2、定义式：BS；BSsin（为B和s之间的夹角）3、单位：国际单位制是韦伯，简称韦，符号是Wb，1 Wb1_Tm2.4、物理意义：磁场穿过这个面的磁感线条数（净条数）。5、性质：标量，但有正负之分。A、若磁感线从某个面穿过为正，则从反面穿过为负。B、若某个面积上有磁感线从正反两个方向穿过，求磁通量时应考虑相反方向抵消以后所剩余的磁通量，即求该面积上磁通量的代数和。6、磁通密度：B，表示磁感应强度等于穿过单位面积的磁通量
9、，因此磁感应强度B又叫磁通密度。7、磁通量的变化：磁感应强度B不变，有效面积S变化，则t0BS.磁感应强度B变化，磁感线穿过的有效面积S不变，则穿过回路中的磁通量的变化是：t0BS.磁感应强度B和回路面积S同时发生变化的情况，则t0.特别注意：不能用BS求解。第三节 电磁感应现象及应用一、电磁感应现象1、“电生磁”的发现：丹麦物理学家奥斯特发现载流导线能使小磁针偏转，这种现象称为电流的磁效应2“磁生电”的发现：英国物理学家法拉第发现了“磁生电”的现象，这种现象叫作电磁感应，产生的电流叫作感应电流3、法拉第的概括：4、意义：磁生电是一种变化、运动过程中才能出现的效应。 二、磁通量及其磁通量变化1
10、、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BS。2、定义式：BS；BSsin（为B和s之间的夹角）3、单位：国际单位制是韦伯，简称韦，符号是Wb，1 Wb1_Tm2.3、物理意义：磁场穿过这个面的磁感线条数（净条数）。5、性质：标量，但有正负之分。A、若磁感线从某个面穿过为正，则从反面穿过为负。B、若某个面积上有磁感线从正反两个方向穿过，求磁通量时应考虑相反方向抵消以后所剩余的磁通量，即求该面积上磁通量的代数和。6、磁通密度：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。7、磁通量的变化：磁感应强度B不变，有效面积S变化，则t0BS.磁感应强度
11、B变化，磁感线穿过的有效面积S不变，则穿过回路中的磁通量的变化是：t0BS.磁感应强度B和回路面积S同时发生变化的情况，则t0.特别注意：不能用BS求解。三、感应电流产生的条件只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，闭合导体回路中就有感应电流第四节 电磁波的发现及应用一、麦克斯韦的电磁场理论 1麦克斯韦电磁场理论（英国物理学家麦克斯韦）变化的磁场产生电场 在变化的磁场周围产生电场，跟闭合电路（导体环）是否存在无关导体环的作用只是用来显示电场的存在特别注意：在变化的磁场中所产生的电场为感生电场（也叫涡旋电场）而非静电场，其电场线是闭合的；而静电场中的电场线是不闭合的变化的电场产生磁场变化的电场也相
12、当于一种电流，也在空间产生磁场。 2麦克斯韦电磁场理论的理解恒定的电场不产生磁场恒定的磁场不产生电场均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场振荡电场产生同频率的振荡磁场振荡磁场产生同频率的振荡电场二、电磁场和电磁波 1电磁场： 变化的电场和变化的磁场是相互联系着的，形成不可分割的统一体，这就是电磁场如果在空间某区域中有周期性变化的电场，那么这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场；这个变化的磁场又在它周围空间产生新的周期性变化的电场上述分析可看出，有单独存在的静电场，也有单独存在的静磁场，但没有静止的电磁场2电磁波：电磁场由近向远传播，形成电磁波 电
13、磁波具有以下特点：电磁波中的电场和磁场相互垂直，电磁波在与两者均垂直的方向传播电磁波是横波相邻两个波峰（或波谷）之间的距离等于电磁波的波长，一个周期的时间，电磁波传播一个波长的距离电磁波的频率为电磁振荡的频率，由波源决定，与介质无关在真空中的速度为 电磁波与机械波一样，也能产生反射、折射、干涉、衍射等现象，也是传播能量的一种形式电磁波传播不需要借助介质、在真空中也能传播3、麦克斯韦的重大贡献：麦克斯韦集电磁学研究成果之大成，不仅预言了电磁波的存在，而且揭示了电、磁、光现象在本质上的统一性，建立了完整的电磁理论麦克斯韦电磁理论足以跟牛顿力学体系相媲美，它是物理学发展中一个划时代的里程碑4、赫兹证
14、实了电磁波的存在。三、电磁波谱及应用 1、组成：无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、射线如图所示是按波长由大到小（频率由小到大）顺序排列的从无线电波到射线都是本质相同的电磁波，其行为服从共同的规律，但因波长（或频率）不同又表现出不同的特点2各种电磁波的应用：无线电波：用于卫星通信、广播和电视等信号传输红外线： （1）红外线的发现：英国物理学家赫谢尔于1800年首先发现了红外线 （2）红外线的产生：一切物体（不管大小、也无论是否有生命），凡是由分子、原子等微粒构成的物体都在不停地辐射红外线物体温度越高，辐射红外线的本领越强红外辐射是热传递的方式之一 （3）红外线的作用 红外线遥感：勘测地
15、热、寻找水源、人体检查等 红外线遥控：家用电器配套的遥控器发出红外线脉冲信号，受控机器就会按指令改变工作状态红外加热物体：红外线很容易使物体的温度升高可见光 （1）波长为到之间，进入人眼能引起视觉的电磁波叫可见光 （2）波长较短的光比波长较长的光更容易被散射，因此天空看起来是蓝色的，大气对波长较短的光吸收也比较强，所以傍晚的阳光比较红 （3）可见光由原子或分子内电子的跃迁产生的紫外线 促使人体合成维生素，但不能过多照射；能杀死多种细菌，具有消毒功能；紫外线的显著特征是化学作用；使荧光粉发光即荧光效应X射线有较强的穿透能力，用于透视人体、检查金属部件的质量等5射线 射线能破坏生命物质，可应用于医
16、学上；射线的穿透能力更强，能穿过几厘米厚的铅板，可用于探测金属部件内的缺陷四、电磁波的能量1电磁波的能量：电磁波可以发射出来，也可以被接收，电磁波是一种物质，电磁波具有能量2电磁波可以携带信息传递信息。 第五节 能量量子化一、热辐射现象1、定义：我们周围的一切物体都在辐射电磁波。这种辐射与物体的温度有关，故叫热辐射。2、注意：无论是高温物体还是低温物体，都有热辐射，所辐射的能量及波长的分布都随温度而变化。3、实验表明：辐射强度及波长的分布随温度而变化； 随着温度升高，电磁波的短波成分增加。二、黑体与黑体辐射1、定义：如果一个物体在任何温度下，对任何波长的电磁波都完全吸收，而不反射与透射，则称这
17、种物体为绝对黑体，简称黑体。2、说明：黑体是个理想化的模型，实际中并不存在。例：开孔的空腔，远处的窗口等可近似看作黑体。 对于黑体，在相同温度下的辐射规律是相同的。一般物体的辐射与温度、材料、表面状况有关，但黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关。3、注意：黑颜色的物体不是黑体，黑体也不一定是黑颜色的。如果自身的辐射较强，黑体看起来会很亮，比如：太阳、恒星、白炽灯三、黑体辐射的实验规律1、测量黑体辐射的实验原理： 加热空腔使其温度升高，空腔就成了不同温度下的黑体，从小孔向外的辐射就是黑体辐射。2、辐射强度：辐射强度 单位时间内从物体单位面积上所发射的各种波长的总辐射能。3、实验发现
18、：随温度的升高各种波长的辐射强度都在增加； 绝对黑体的温度升高时，辐射强度的最大值向短波方向移动4、经典物理学所遇到的困难解释实验曲线1）维恩的半经验公式：短波符合；长波不符合2）瑞利-金斯公式：长波符合；短波荒唐-紫外灾难四、能量子-超越牛顿的发现普朗克能量子假说1、 辐射物体中包含大量振动着的带电微粒，它们的能量是某一最小能量的整数倍 E=n n=1,2,2、叫能量子，简称量子，n为量子数，它只取正整数能量量子化 3、微观世界的能量只能一份一份按不连续方式辐射或吸收4、对于频率为v的谐振子，最小能量为：=h v n五、能级和能级跃迁1.能级:微观世界的能量取分立值的观念也适用于原子系统,原
19、子的能量是量子化的,这些量子化的能量值叫作能级。2.原子处于能量最低的状态是最稳定的（基态）3.原子获得能量有可能跃迁到较高的能量状态,这些状态的原子是不稳定的,会自发地向能量较低的能级跃迁。4.原子从高能级向低能级跃迁放出的光子的能量等于前后两个能级之差,原子从低能级跃迁到高能级吸收光子的能量也等于前后两个能级之差。5.由于原子的能级是分立的,所以放出的光子的能量也是分立的,原子的发射光谱只有一些分立的亮线。6.原子光谱的不连续性反映出原子结构的不连续性，所以光谱分析也可以用于探索原子的结构。由于每一种元素都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定它的化学组成。这种方法叫做光谱分析
20、。7.光谱分析的优点：非常灵敏而且迅速。样本中一种元素的含量达到10-10g时就可以被检测到。8.光谱分析的应用：发现新元素和研究天体的化学组成。（补充）光学知识储备1、 变化的电场和变化的磁场总是相互联系着，形成一个不可分离的统一体，这就是电磁场，向周围空间传播这就是电磁波。2、 狭义的光指可见光，广义的光指电磁波（即分为可见光和不可见光）。3、描述波动的物理量：波长、频率和波速（1）波长：符号：单位：m（2）周期：符号：单位：秒（3）频率：符号：f 单位：赫兹Hz（4）波速：符号：单位：m/s4、关系式：5、电磁波在真空中的速度即光速c3.00108m/s6、电磁波谱：、光是一种电磁波的一种。、从左至右，电磁波的波长逐渐变短，频率逐渐变大，能量逐渐变大。7、 无线电波、 红外线、可见光、紫外线、 X射线、射线收音机、 电视机、热效应、 视觉效应、荧光、消毒、透视、放射性（补充）光学知识储备1、热运动：是构成物质的大量分子、原子等所进行的不规则运动。热运动越剧烈，物体的温度越高。证明其的最著名的实验，是英国植物学家布朗发现的布朗运动。2、绝对零度：是热力学的最低温度，但此为仅存于理论的下限值。约等于摄氏温标零下273.15度。3、热力学温度，又叫热力学标温，符号T，单位K（开尔文，简称开）。T（K）=273.15+t() 10学科网（北京）股份有限公司