电磁感应与电磁波初步（必修三第十三章，总结笔记）
1. 磁场、磁感线
（1）电和磁的联系(磁场)
磁体间的相互作用：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。
奥斯特实验：把导线放置在指南针的上方，通电时磁针发生了转动。
实验意义：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。
磁场(magnetic field)：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，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）磁感线(magnetic induction line)
磁场的方向：物理学规定，在磁场中的某一点，小磁针静止时N极所指方向就是这一点的磁场方向。
磁感线定义：在磁场中画出的一些有方向的曲线，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一致，这样的曲线就叫作磁感线。
【磁感线特点】
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。
【几种特殊磁体外部的磁感线分布】
①直线电流的磁场
安培定则：如图2甲所示，用右手握住导线，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。
直线电流周围的磁感线环绕情况如图乙所示。
画法：如图3所示
②环形电流的磁场
安培定则：如图4所示，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。
特点：两侧分别是N极和S极，离圆环中心越远，磁场越弱，画法如图5所示。
安培定则：如图6所示，右手握住螺线管，让弯曲的四指与螺线管电流方向一致，伸直的拇指所指的方向就是螺线管轴线上磁场的方向或者说拇指所指的方向是它的北极的方向。
特点：两端分别是N极和S极，管内是匀强磁场，管外是非匀强磁场，画法如图7所示。
（1）磁感应强度(magnetic induction)
磁感应强度定义：一段通电直导线垂直放在磁场中所受的力与导线中的电流和导线的长度的乘积的比值，叫磁感应强度。
定义式：（导线方向与磁场方向垂直时）。
单位：特斯拉(tesla)，简称特，符号T，。
方向：磁感应强度是矢量，小磁针N极在磁场中某点受力方向，就是这点磁感应强度的方向。
描述：磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小，磁感线的切线方向表示磁感应强度的方向。
物理意义：磁感应强度是表示磁场强弱和方向的物理量。
磁感应强度是反映磁场本身特性的物理量，是由磁场本身决定的，与磁场中是否引入电流无关，与引入的电流是否受力无关。的大小与
、
、
无关。通电导线受力为零的地方，磁感应强度
的大小不一定为零，还可能是电流方向与
的方向在一条直线上造成的。
【磁感应强度矢量的叠加】
磁感应强度是矢量，当空间存在几个磁体(或电流)时，每一点的磁场等于各个磁体(或电流)在该点产生磁场的矢量和。磁感应强度叠加时遵循平行四边形定则。
（2）匀强磁场
概念：各点磁感应强度大小相等、方向相同的磁场。
磁感线特点：匀强磁场的磁感线是间隔相等的平行直线。
（3）磁通量(magnetic flux)
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
适用条件：①匀强磁场；②磁感线与平面垂直。
当磁场与平面不垂直时，这个面在垂直于磁场方向的投影面积与磁感应强度的乘积表示磁通量，即
，
角如下图所示。
单位：国际单位是韦伯，简称韦，符号是Wb，。
引申：，表示磁感应强度的大小等于穿过垂直磁场方向的单位面积的磁通量。
磁通量的正负：磁通量是标量，但有正负，若磁感线从某一面穿入时，磁通量为正值，磁感线从此面穿出时则为负值。
磁通量可用穿过某一平面的磁感线条数表示。若有磁感线沿相反方向穿过同一平面，则磁通量等于穿过该平面的磁感线的净条数(磁通量的代数和)。
3. 电磁感应现象及应用
（1）划时代的发现
①丹麦物理学家奥斯特发现载流导体能使小磁针转动，这种作用称为电流的磁效应，揭示了电现象与磁现象之间存在密切联系。
②英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象，即“磁生电”现象，他把这种现象命名为电磁感应。产生的电流叫作感应电流。
（2）感应电流的产生条件
当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，闭合导体回路中就产生感应电流。反之，只要产生了感应电流，那么电路一定是闭合的，且穿过该电路的磁通量也一定发生了变化。
磁通量的变化大致可分为以下几种情况：
(1)磁感应强度B不变，有效面积S发生变化。如图9(a)所示。
(2)有效面积S不变，磁感应强度B发生变化。如图9(b)所示。
(3)磁感应强度B和有效面积S都不变，它们之间的夹角发生变化。如图13.9(c)所示。
（1）电磁场与电磁波
【麦克斯韦电磁场理论】
①变化的磁场产生电场
在变化的磁场中放一个闭合的电路，由于穿过电路的磁通量发生变化，电路中会产生感应电流。这个现象的实质是变化的磁场在空间产生了电场。
即使在变化的磁场中没有闭合电路，也同样要在空间产生电场。
②变化的电场产生磁场
变化的电场也相当于一种电流，也在空间产生磁场，即变化的电场在空间产生磁场。
均匀变化的磁场产生稳定的电场，均匀变化的电场产生稳定的磁场；振荡的磁场产生同频率振荡的电场，振荡的电场产生同频率振荡的磁场；周期性变化的电场和磁场相互联系，形成一个统一的场，就是电磁场，而电磁场由近及远地向周围空间传播形成电磁波．
【电磁波】
电磁波的产生：周期性变化的电场和周期性变化的磁场交替产生，由近及远向周围传播，形成电磁波。
电磁波的特点
①电磁波可以在真空中传播（无需介质）；②电磁波的传播速度等于光速；
③光在本质上是一种电磁波，即光是以波动形式传播的一种电磁振动；
④电磁场储存电磁能，电磁波的发射过程就是辐射能量的过程；
⑤只有周期性变化的电场和磁场相互激发才能形成电磁波；
⑥电磁波是电磁场在空间中的传播，电磁场是一种客观存在的物质——场物质。
电磁波的波速
①波速、波长、频率三者之间的关系：波速＝波长×频率．
电磁波的波速c与波长、频率f的关系是
②电磁波在真空中的传播速度。
（2）电磁波谱与电磁波的能量
【电磁波谱】
概念：按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列成谱，叫作电磁波谱。
各种电磁波按波长由大到小排列顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、射线。
(3)各种电磁波的特性
①无线电波：用于广播、卫星通信、电视等信号的传输；②红外线：用于加热理疗等。
③可见光：照亮自然界，也可用于通信；④紫外线：用于灭菌消毒；⑤X射线和γ射线：用于诊断病情、摧毁病变的细胞。
光是一种电磁波，光具有能量；电磁波具有能量，电磁波是一种物质。
5. 能量量子化
【热辐射和能量子】
①热辐射
概念：一切物体都在辐射电磁波，且辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射。
特点：温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强。
黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射。
②能量子
概念：振动着的带电微粒的能量只能是某个最小能量值的整数倍，这个最小的能量值叫能量子。
大小：，其中
（普朗克常量）。
能量的量子化：在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫作能量的量子化．量子化的基本特征就是在某一范围内取值是不连续的，即相邻两个值之间有一定距离。
爱因斯坦光子说：光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子被称为光量子，简称光子。频率为的光子的能量为
。
（2）能级
原子的能量是量子化的，量子化的能量值叫能级。
原子从高能级向低能级跃迁时放出光子，光子的能量等于前后两个能级之差。
放出的光子的能量是分立的，所以原子的发射光谱是一些分立的亮线。
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