1.磁場(chǎng)、磁感線；2.磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁通量；3.電磁感應(yīng)現(xiàn)象及應(yīng)用；4.電磁波的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用；5.能量量子化

1. 磁場(chǎng)、磁感線

（1）電和磁的聯(lián)系(磁場(chǎng))

磁體間的相互作用：同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引。

奧斯特實(shí)驗(yàn)：把導(dǎo)線放置在指南針的上方，通電時(shí)磁針發(fā)生了轉(zhuǎn)動(dòng)。

實(shí)驗(yàn)意義：奧斯特實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，即電流可以產(chǎn)生磁場(chǎng)，首次揭示了電與磁的聯(lián)系。

磁場(chǎng)(magnetic field)：磁體與磁體之間、磁體與通電導(dǎo)體之間，以及通電導(dǎo)體與通電導(dǎo)體之間的相互作用，是通過(guò)磁場(chǎng)發(fā)生的，磁場(chǎng)是磁體或電流周圍一種看不見(jiàn)、摸不著的特殊物質(zhì)。

（2）磁感線(magnetic induction line)

磁場(chǎng)的方向：物理學(xué)規(guī)定，在磁場(chǎng)中的某一點(diǎn)，小磁針靜止時(shí)N極所指方向就是這一點(diǎn)的磁場(chǎng)方向。

磁感線定義：在磁場(chǎng)中畫出的一些有方向的曲線，是為了形象地描述磁場(chǎng)而人為假想的曲線，曲線上每一點(diǎn)的切線方向都跟該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向一致，這樣的曲線就叫作磁感線。

【磁感線特點(diǎn)】

①在磁體外部，磁感線從N極發(fā)出，進(jìn)入S極；在磁體內(nèi)部由S極回到N極。

②磁感線的疏密程度表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，磁感線越密的地方磁場(chǎng)越強(qiáng)；磁場(chǎng)方向即過(guò)該點(diǎn)的磁感線的切線方向。

③磁感線閉合而不相交，不相切，也不中斷。

④磁感線是人們?yōu)榱诵蜗竺枋龃艌?chǎng)而假想的線，并不真實(shí)存在。

【幾種特殊磁體外部的磁感線分布】

（3）安培定則(右手螺旋定則，Ampere rule)

①直線電流的磁場(chǎng)

安培定則：如圖2甲所示，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。

直線電流周圍的磁感線環(huán)繞情況如圖乙所示。

畫法：如圖3所示

特點(diǎn)：非勻強(qiáng)磁場(chǎng)，距導(dǎo)線越遠(yuǎn)處磁場(chǎng)越弱。

②環(huán)形電流的磁場(chǎng)

安培定則：如圖4所示，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)線軸線上磁感線的方向。

特點(diǎn)：兩側(cè)分別是N極和S極，離圓環(huán)中心越遠(yuǎn)，磁場(chǎng)越弱，畫法如圖5所示。

③通電螺線管的磁場(chǎng)

安培定則：如圖6所示，右手握住螺線管，讓彎曲的四指與螺線管電流方向一致，伸直的拇指所指的方向就是螺線管軸線上磁場(chǎng)的方向或者說(shuō)拇指所指的方向是它的北極的方向。

特點(diǎn)：兩端分別是N極和S極，管內(nèi)是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，管外是非勻強(qiáng)磁場(chǎng)，畫法如圖7所示。

2. 磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁通量

（1）磁感應(yīng)強(qiáng)度(magnetic induction)

磁感應(yīng)強(qiáng)度定義：一段通電直導(dǎo)線垂直放在磁場(chǎng)中所受的力與導(dǎo)線中的電流和導(dǎo)線的長(zhǎng)度的乘積的比值，叫磁感應(yīng)強(qiáng)度。

定義式：（導(dǎo)線方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)）。

單位：特斯拉(tesla)，簡(jiǎn)稱特，符號(hào)T，。

方向：磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量，小磁針N極在磁場(chǎng)中某點(diǎn)受力方向，就是這點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向。

描述：磁感線的疏密程度表示磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，磁感線的切線方向表示磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向。

物理意義：磁感應(yīng)強(qiáng)度是表示磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量。

磁感應(yīng)強(qiáng)度是反映磁場(chǎng)本身特性的物理量，是由磁場(chǎng)本身決定的，與磁場(chǎng)中是否引入電流無(wú)關(guān)，與引入的電流是否受力無(wú)關(guān)。的大小與、、無(wú)關(guān)。通電導(dǎo)線受力為零的地方，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不一定為零，還可能是電流方向與的方向在一條直線上造成的。

【磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量的疊加】

磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量，當(dāng)空間存在幾個(gè)磁體(或電流)時(shí)，每一點(diǎn)的磁場(chǎng)等于各個(gè)磁體(或電流)在該點(diǎn)產(chǎn)生磁場(chǎng)的矢量和。磁感應(yīng)強(qiáng)度疊加時(shí)遵循平行四邊形定則。

（2）勻強(qiáng)磁場(chǎng)

概念：各點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等、方向相同的磁場(chǎng)。

磁感線特點(diǎn)：勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感線是間隔相等的平行直線。

（3）磁通量(magnetic flux)

定義：勻強(qiáng)磁場(chǎng)中磁感應(yīng)強(qiáng)度和與磁場(chǎng)方向垂直的平面面積S的乘積。即

適用條件：①勻強(qiáng)磁場(chǎng)；②磁感線與平面垂直。

當(dāng)磁場(chǎng)與平面不垂直時(shí)，這個(gè)面在垂直于磁場(chǎng)方向的投影面積與磁感應(yīng)強(qiáng)度的乘積表示磁通量，即，角如下圖所示。

單位：國(guó)際單位是韋伯，簡(jiǎn)稱韋，符號(hào)是Wb，。

引申：，表示磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小等于穿過(guò)垂直磁場(chǎng)方向的單位面積的磁通量。

磁通量的正負(fù)：磁通量是標(biāo)量，但有正負(fù)，若磁感線從某一面穿入時(shí)，磁通量為正值，磁感線從此面穿出時(shí)則為負(fù)值。

磁通量可用穿過(guò)某一平面的磁感線條數(shù)表示。若有磁感線沿相反方向穿過(guò)同一平面，則磁通量等于穿過(guò)該平面的磁感線的凈條數(shù)(磁通量的代數(shù)和)。

3. 電磁感應(yīng)現(xiàn)象及應(yīng)用

（1）劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn)

①丹麥物理學(xué)家?jiàn)W斯特發(fā)現(xiàn)載流導(dǎo)體能使小磁針轉(zhuǎn)動(dòng)，這種作用稱為電流的磁效應(yīng)，揭示了電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象之間存在密切聯(lián)系。

②英國(guó)物理學(xué)家法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，即“磁生電”現(xiàn)象，他把這種現(xiàn)象命名為電磁感應(yīng)。產(chǎn)生的電流叫作感應(yīng)電流。

（2）感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件

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。反之，只要產(chǎn)生了感應(yīng)電流，那么電路一定是閉合的，且穿過(guò)該電路的磁通量也一定發(fā)生了變化。

磁通量的變化大致可分為以下幾種情況：

(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變，有效面積S發(fā)生變化。如圖9(a)所示。

(2)有效面積S不變，磁感應(yīng)強(qiáng)度B發(fā)生變化。如圖9(b)所示。

(3)磁感應(yīng)強(qiáng)度B和有效面積S都不變，它們之間的夾角發(fā)生變化。如圖13.9(c)所示。

4. 電磁波的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用

（1）電磁場(chǎng)與電磁波

【麥克斯韋電磁場(chǎng)理論】

①變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)

在變化的磁場(chǎng)中放一個(gè)閉合的電路，由于穿過(guò)電路的磁通量發(fā)生變化，電路中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。這個(gè)現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是變化的磁場(chǎng)在空間產(chǎn)生了電場(chǎng)。

即使在變化的磁場(chǎng)中沒(méi)有閉合電路，也同樣要在空間產(chǎn)生電場(chǎng)。

②變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)

變化的電場(chǎng)也相當(dāng)于一種電流，也在空間產(chǎn)生磁場(chǎng)，即變化的電場(chǎng)在空間產(chǎn)生磁場(chǎng)。

均勻變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定的電場(chǎng)，均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)；振蕩的磁場(chǎng)產(chǎn)生同頻率振蕩的電場(chǎng)，振蕩的電場(chǎng)產(chǎn)生同頻率振蕩的磁場(chǎng)；周期性變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互聯(lián)系，形成一個(gè)統(tǒng)一的場(chǎng)，就是電磁場(chǎng)，而電磁場(chǎng)由近及遠(yuǎn)地向周圍空間傳播形成電磁波．

【電磁波】

電磁波的產(chǎn)生：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)向周圍傳播，形成電磁波。

電磁波的特點(diǎn)

①電磁波可以在真空中傳播（無(wú)需介質(zhì)）；②電磁波的傳播速度等于光速；

③光在本質(zhì)上是一種電磁波，即光是以波動(dòng)形式傳播的一種電磁振動(dòng)；

④電磁場(chǎng)儲(chǔ)存電磁能，電磁波的發(fā)射過(guò)程就是輻射能量的過(guò)程；

⑤只有周期性變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互激發(fā)才能形成電磁波；

⑥電磁波是電磁場(chǎng)在空間中的傳播，電磁場(chǎng)是一種客觀存在的物質(zhì)——場(chǎng)物質(zhì)。

電磁波的波速

①波速、波長(zhǎng)、頻率三者之間的關(guān)系：波速＝波長(zhǎng)×頻率．

電磁波的波速c與波長(zhǎng)、頻率f的關(guān)系是

②電磁波在真空中的傳播速度。

（2）電磁波譜與電磁波的能量

【電磁波譜】

概念：按電磁波的波長(zhǎng)或頻率大小的順序把它們排列成譜，叫作電磁波譜。

各種電磁波按波長(zhǎng)由大到小排列順序?yàn)椋簾o(wú)線電波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線、X射線、射線。

(3)各種電磁波的特性

①無(wú)線電波：用于廣播、衛(wèi)星通信、電視等信號(hào)的傳輸；②紅外線：用于加熱理療等。

③可見(jiàn)光：照亮自然界，也可用于通信；④紫外線：用于滅菌消毒；⑤X射線和γ射線：用于診斷病情、摧毀病變的細(xì)胞。

【電磁波的能量】

光是一種電磁波，光具有能量；電磁波具有能量，電磁波是一種物質(zhì)。

5. 能量量子化

【熱輻射和能量子】

①熱輻射

概念：一切物體都在輻射電磁波，且輻射與物體的溫度有關(guān)，所以叫熱輻射。

特點(diǎn)：溫度升高時(shí)，熱輻射中波長(zhǎng)較短的成分越來(lái)越強(qiáng)。

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。

②能量子

概念：振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某個(gè)最小能量值的整數(shù)倍，這個(gè)最小的能量值叫能量子。

大?。?img type="latex" class="latex" src="http://api.bilibili.com/x/web-frontend/mathjax/tex?formula=%5Cvarepsilon%3Dh%5Cnu" alt="%5Cvarepsilon%3Dh%5Cnu">，其中（普朗克常量）。

能量的量子化：在微觀世界中能量不能連續(xù)變化，只能取分立值，這種現(xiàn)象叫作能量的量子化．量子化的基本特征就是在某一范圍內(nèi)取值是不連續(xù)的，即相鄰兩個(gè)值之間有一定距離。

愛(ài)因斯坦光子說(shuō)：光不僅在發(fā)射和吸收時(shí)能量是一份一份的，而且光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成的，這些能量子被稱為光量子，簡(jiǎn)稱光子。頻率為的光子的能量為。

（2）能級(jí)

原子的能量是量子化的，量子化的能量值叫能級(jí)。

原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)放出光子，光子的能量等于前后兩個(gè)能級(jí)之差。

放出的光子的能量是分立的，所以原子的發(fā)射光譜是一些分立的亮線。

本章思維導(dǎo)圖