2024年高中物理新教材同步學(xué)案 必修第三冊(cè) 第13章　章末素養(yǎng)提升（含解析）

章末素養(yǎng)提升物理觀念12概念1.磁場(chǎng)：是一種特殊的物質(zhì)，對(duì)磁體或通電導(dǎo)體有力的作用2.磁感線：用來(lái)形象描述磁場(chǎng)引入的假想的線，曲線上每一點(diǎn)的切線方向都跟這點(diǎn)磁場(chǎng)的方向一致3.磁感應(yīng)強(qiáng)度：在磁場(chǎng)中垂直磁場(chǎng)方向的通電導(dǎo)線，所受的磁場(chǎng)力F跟電流I和長(zhǎng)度l的乘積Il的比值叫磁感應(yīng)強(qiáng)度4.磁通量：勻強(qiáng)磁場(chǎng)中磁感應(yīng)強(qiáng)度B和與磁場(chǎng)方向垂直的平面面積S的乘積，即Φ＝BS5.感應(yīng)電流：法拉第把他發(fā)現(xiàn)的磁生電的現(xiàn)象叫作電磁感應(yīng)，產(chǎn)生的電流叫作感應(yīng)電流6.電磁場(chǎng)：變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)互相聯(lián)系，所形成的不可分割的統(tǒng)一體7.電磁波：周期性變化的電場(chǎng)和周期性變化的磁場(chǎng)交替產(chǎn)生，由近及遠(yuǎn)地向周?chē)鷤鞑ィ纬呻姶挪?.電磁波譜：按電磁波的波長(zhǎng)或頻率大小的順序把它們排列起來(lái)，就是電磁波譜9.熱輻射：一切物體都在輻射電磁波，且輻射強(qiáng)度與物體的溫度有關(guān)，所以叫熱輻射10.黑體：能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射11.能量子：振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍，這個(gè)最小的能量值ε叫能量子12.能級(jí)：原子的能量是量子化的，量子化的能量值叫能級(jí)1個(gè)定則1.直線電流的磁場(chǎng)安培定則：用右手握住導(dǎo)線，讓伸直的拇指所指的方向與電流方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線環(huán)繞的方向2.環(huán)形電流的磁場(chǎng)安培定則：讓右手彎曲的四指與環(huán)形電流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是環(huán)形導(dǎo)線軸線上磁場(chǎng)的方向3.通電螺線管的磁場(chǎng)安培定則：用右手握住螺線管，讓彎曲的四指與螺線管電流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是螺線管軸線上磁場(chǎng)的方向1個(gè)條件產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件：當(dāng)穿過(guò)閉合導(dǎo)體回路的磁通量發(fā)生變化時(shí)，閉合導(dǎo)體回路中就產(chǎn)生感應(yīng)電流4個(gè)關(guān)系1.B＝eq\f(F,Il)2.Φ＝BS3.c＝λf4.ε＝hν科學(xué)思維1.類(lèi)比的思想：對(duì)于磁場(chǎng)，通過(guò)與電場(chǎng)進(jìn)行類(lèi)比學(xué)習(xí)。如，磁場(chǎng)與電場(chǎng)類(lèi)比；磁感應(yīng)強(qiáng)度與電場(chǎng)強(qiáng)度類(lèi)比；磁感線與電場(chǎng)線類(lèi)比2.通過(guò)“做一做”可以體會(huì)赫茲對(duì)電磁波預(yù)言的證實(shí)，體現(xiàn)了假說(shuō)、理論預(yù)言、實(shí)驗(yàn)證實(shí)、質(zhì)疑創(chuàng)新等科學(xué)思維在科學(xué)發(fā)現(xiàn)中的重要意義科學(xué)探究通過(guò)實(shí)驗(yàn)“探究感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件”，提高科學(xué)探究能力。從已有認(rèn)知出發(fā)，在初中學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上提出問(wèn)題。通過(guò)法拉第的發(fā)現(xiàn)，體會(huì)“磁生電”是一種在變化、運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中才出現(xiàn)的效應(yīng)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)是電磁學(xué)中最重大的發(fā)現(xiàn)之一。利用電磁感應(yīng)原理制造的發(fā)電機(jī)使人類(lèi)獲取了巨大而廉價(jià)的電能，為電氣化發(fā)展奠定了基礎(chǔ)例1(2022·沂南第一中學(xué)高二開(kāi)學(xué)考試)下列說(shuō)法正確的是()A．原子從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷時(shí)放出光子能量等于兩個(gè)能級(jí)之差B．愛(ài)因斯坦提出了能量子的假設(shè)，得出了黑體輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布的公式C．變化的磁場(chǎng)能產(chǎn)生電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)不能產(chǎn)生磁場(chǎng)D．電磁波譜按照波長(zhǎng)由大到小順序排列為：無(wú)線電波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線、X射線、γ射線答案D解析原子從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷時(shí)吸收光子能量等于兩個(gè)能級(jí)之差，故A錯(cuò)誤；普朗克引入能量子的概念，得出黑體輻射的強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布的公式，與實(shí)驗(yàn)符合得非常好，并由此開(kāi)創(chuàng)了物理學(xué)的新紀(jì)元，故B錯(cuò)誤；變化的磁場(chǎng)能產(chǎn)生電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)也能產(chǎn)生磁場(chǎng)，故C錯(cuò)誤；電磁波按波長(zhǎng)由大到小的順序排列為：無(wú)線電波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線、X射線、γ射線，故D正確。例2(多選)(2023·青島二中高二月考)1876年物理學(xué)家羅蘭完成了著名的“羅蘭實(shí)驗(yàn)”。羅蘭把大量的負(fù)電荷加在一個(gè)橡膠圓盤(pán)上，然后在圓盤(pán)附近懸掛一個(gè)小磁針，將圓盤(pán)繞中心軸按圖示方向(自上向下看順時(shí)針)高速旋轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。忽略地磁場(chǎng)對(duì)小磁針的影響，則下列說(shuō)法正確的是()A．小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的原因是橡膠圓盤(pán)上產(chǎn)生了電場(chǎng)B．小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)說(shuō)明因電荷運(yùn)動(dòng)形成的電流產(chǎn)生了磁場(chǎng)C．當(dāng)小磁針位于圓盤(pán)的左上方時(shí)，它的N極向左側(cè)偏轉(zhuǎn)D．當(dāng)小磁針位于圓盤(pán)的左下方時(shí)，它的N極向右側(cè)偏轉(zhuǎn)答案BCD解析由題意可知，小磁針受到磁場(chǎng)力的作用，原因是由于電荷的定向移動(dòng)形成的電流，產(chǎn)生了磁場(chǎng)，故A錯(cuò)誤，B正確；小磁針處于圓盤(pán)的左上方時(shí)，圓盤(pán)帶負(fù)電，根據(jù)安培定則可知，產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向向上，則小磁針的N極向左側(cè)偏轉(zhuǎn)，故C正確；同理，當(dāng)小磁針處于圓盤(pán)的左下方時(shí)，則小磁針的N極向右側(cè)偏轉(zhuǎn)，故D正確。例3如圖所示，M、N和P是以MN為直徑的半圓弧上的三點(diǎn)，O為半圓弧的圓心，∠MOP＝60°，在M、N處各有一條長(zhǎng)直導(dǎo)線垂直穿過(guò)紙面，導(dǎo)線中通有大小相等的恒定電流，方向如圖所示，這時(shí)O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B1。若將M處長(zhǎng)直導(dǎo)線移至P處，則O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B2，那么B2與B1之比為()A.eq\r(3)∶1 B.eq\r(3)∶2C．1∶1 D．1∶2答案B解析如圖甲所示，當(dāng)通有電流的長(zhǎng)直導(dǎo)線在M、N兩處時(shí)，根據(jù)安培定則知，二者在圓心O處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相同，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小都為B＝eq\f(B1,2)；當(dāng)將M處長(zhǎng)直導(dǎo)線移至P處時(shí)，如圖乙所示，每根直導(dǎo)線在圓心O處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為eq\f(B1,2)，根據(jù)平行四邊形定則，由圖乙中的幾何關(guān)系可得cos30°＝eq\f(\f(B2,2),\f(B1,2))＝eq\f(B2,B1)＝eq\f(\r(3),2)，故B正確。例4(2023·貴陽(yáng)市高二月考)在如圖所示的各圖所描述的物理情境中，能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是()A．甲圖中開(kāi)關(guān)S閉合穩(wěn)定后，線圈N中B．乙圖矩形導(dǎo)電線圈平面垂直于磁場(chǎng)方向向右平移，線圈中C．丙圖金屬框從A位置向B位置運(yùn)動(dòng)，金屬框中D．丁圖矩形導(dǎo)電線圈繞水平軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中答案C解析題圖甲中開(kāi)關(guān)S閉合穩(wěn)定后，穿過(guò)線圈N的磁通量保持不變，所以線圈N中不產(chǎn)生感應(yīng)電流，故A錯(cuò)誤；題圖乙矩形導(dǎo)電線圈平面垂直于磁場(chǎng)方向向右平移，穿過(guò)線圈平面的磁通量不變，所以線圈中不產(chǎn)生感應(yīng)電流，故B錯(cuò)誤；題圖丙金屬框從A位置向B位置運(yùn)動(dòng)，穿過(guò)金屬框的磁通量發(fā)生變化，所以會(huì)在金屬框中產(chǎn)生感應(yīng)電流，故C正確；題圖丁矩形導(dǎo)電線圈繞水平軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)中，穿過(guò)線圈的磁通量不變，所以在線圈中不產(chǎn)生感應(yīng)電流，故D錯(cuò)誤。例5(2022·嘉積中學(xué)高二期末)某激光器能發(fā)射波長(zhǎng)為530nm的激光，發(fā)射功率為2.3W，光速為3×108m/s，普朗克常量為6.63×10－34J·s，則激光器每秒發(fā)射的光子數(shù)量約為()A．3.0×1018 B．4.3×1017C．6.1×1018 D．5.6×1019答案C解析每個(gè)光子能量為E＝heq\f(c,λ)，設(shè)1s內(nèi)激光發(fā)出光子數(shù)為n，則Pt＝nE，聯(lián)立得n＝eq\f(Ptλ,hc)≈6.1×1018，故選C。例6(多選)(2023·天臺(tái)平橋中學(xué)高二月考)在能量量子化研究的歷程中，以下說(shuō)法正確的是()A．物質(zhì)輻射(或吸收)能量時(shí)，能量不是連續(xù)的，而是一份一份進(jìn)行的B．黑體既不反射電磁波，也不向外輻射電磁波C．能量子假說(shuō)中的能量子的能量ε＝hν，ν為帶電微粒的振動(dòng)頻率，h為普朗克常量D．一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度無(wú)關(guān)答案AC解析普朗克在研究物體熱輻射的規(guī)律時(shí)發(fā)現(xiàn)，電磁波的輻射和吸收不是連續(xù)的，而是一份一份地進(jìn)行的，每一份能量叫作一個(gè)能量子，能量子的能量ε＝hν，ν為帶電微粒的振動(dòng)頻率，h為普朗克常量，故A、C正確；黑體不反射電磁波，但會(huì)向外輻射電磁波，即黑體輻射，故B錯(cuò)誤；一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關(guān)，故D錯(cuò)誤。例7(2023·鐵人中學(xué)高二月考)如圖所示，固定于水平面上的金屬架CDEF處在豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，金屬棒MN沿框架以速度v向右做勻速運(yùn)動(dòng)。當(dāng)t＝0時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0，此時(shí)MN到達(dá)的位置恰好使MDEN構(gòu)成一個(gè)邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形。為使MN棒中不產(chǎn)生感應(yīng)電流，則：(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度B應(yīng)隨時(shí)間t增大還是減?。?2)從t＝0開(kāi)始，磁感應(yīng)強(qiáng)度B與t應(yīng)滿足的關(guān)