新教材高中物理第六章电磁现象与电磁波第二节磁感应强度课件粤教必修第三册

1、第二节磁感应强度第六章2022内容索引0102课前篇 自主预习课堂篇 探究学习学习目标1.认识磁感应强度的概念及物理意义.(物理观念)2.理解磁感应强度的方向、大小、定义式和单位.(物理观念)3.进一步体会通过比值定义法定义物理量.(科学思维)4.知道匀强磁场、磁通量的概念.(物理观念)思维导图课前篇 自主预习【必备知识】一、磁感应强度的方向1.磁感应强度:描述磁场的强弱和方向的物理量.2.小磁针静止时 N极 所指的方向就是该点磁感应强度的方向,简称为磁场的方向.二、磁感应强度的大小如以下图,三块相同的蹄形磁铁,并列放在桌上,直导线所在处的磁场认为是均匀的.(1)保持电流大小不变,改变磁场中导

2、线的长度,通过观察通电导线摆动辐度的大小比较磁场力的大小.(2)保持磁场中导线的长度不变,改变电流大小,观察通电导线摆动幅度的大小来比较磁场力的大小.(3)实验结论:当通电导线与磁场方向垂直时,它在同一磁场中所受磁场作用力F的大小,与 电流I 和 导线长度L 的乘积IL成正比.2.磁感应强度的大小当通电导线与磁场垂直时,通电导线所受磁场的作用力F与电流I和导线长度L的 乘积IL 之比称为磁感应强度.4.单位:国际单位是特斯拉,简称特,符号是T.三、匀强磁场1.匀强磁场:如果磁场中某一区域内磁感应强度的大小和方向处处相同,那么该区域的磁场叫作匀强磁场.2.磁感线特点:匀强磁场的磁感线是一些间隔相

3、同的平行直线.距离很近的两个平行异名磁极之间(除边缘外)的磁场、通电螺线管内中间局部的磁场都可近似认为是匀强磁场.四、磁通量1.定义:在匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面,设磁场磁感应强度为B,平面面积为S,磁感应强度B 与面积S的乘积叫作穿过该平面的磁通量,即= BS .2.单位:国际单位是韦伯,简称韦,符号是Wb.3.磁通密度: ,表示磁感应强度B在数值上等于垂直磁感应强度的单位面积上的磁通量.想一想磁通量可以形象地理解为“穿过磁场中某一面积的磁感线条数,在如以下图磁场中,S1、S2、S3为三个面积相同的相互平行的线圈.那么穿过哪个线圈的磁通量最大?提示 由于S1、S2、S3面积相同,由

4、图可知穿过S1的磁感线条数最多,故穿过S1的磁通量最大.【自我检测】1.判断正误,判断结果为错误的小题请说明原因.(1)通电导线在磁场中受到的磁场力为零,那么说明该处的磁感应强度为零.()解析 磁感应强度与磁场力无关.答案 (2)电流为I,长度为L的通电导线放入磁感应强度为B的磁场中受力的大小一定是F=ILB.()解析 磁场力与B、I、L和导线与磁场的夹角都有关.答案 (3)磁场中某处的磁感应强度大小与有无小磁针无关,与有无通电导线也无关.()答案 (4)在匀强磁场中面积越大,磁通量一定越大.()解析 面积大,其在垂直磁场方向上的投影不一定大.答案 (5)磁通量不仅有大小而且有方向,所以是矢量

5、.()解析 磁通量是标量.答案 2.在磁感应强度的定义式 中,有关各物理量间的关系,以下说法正确的选项是()A.B由F、I和L决定B.F由B、I和L决定C.I由B、F和L决定D.L由B、F和I决定解析 磁感应强度是磁场中某点的固有性质,与放入什么样的导线无关;电流是由导线的电阻和导线两端的电压决定的;而导线长度更是与磁场没有关系,在放入磁场前就确定了;由受力大小F=BIL知,F由B、I、L三项共同决定,故B正确.答案 B3.在匀强磁场中,垂直磁场方向放一个面积为3.010-2 cm2的线框,假设穿过线框所围面积的磁通量为1.510-3 Wb,那么磁场的磁感应强度大小为()A.4.510-5 T

6、B.4.510-9 TC.5.0102 TD.5.010-2 T解析 线框的面积S=3.010-2 cm2,穿过线框的磁通量=1.510-3 Wb,磁场与线框垂直,由=BS得 =5.0102 T,应选C.答案 C课堂篇 探究学习探究一对磁感应强度的理解【问题情境】磁场对通电导体有力的作用,该力的方向是否为磁场方向?“一个电流元垂直放入磁场中的某点,磁感应强度与电流元受到的磁场力成正比,与电流元成反比.这种说法是否正确,为什么?要点提示 不是磁场方向;这种说法不正确,磁感应强度的大小是由磁场本身决定的,不随电流元大小及电流元所受磁场力的大小的变化而变化.【知识归纳】1.公式 是磁感应强度的定义式

7、,是用比值法定义的,磁感应强度B的大小只决定于磁场本身的性质,而与F、I、L均无关.2.在定义式 中,通电导线必须垂直于磁场方向放置.因为磁场中某点通电导线所受力的大小除和磁场强弱有关以外,还和导线的方向有关.导线放入磁场中的方向不同,所受磁场力也不相同.通电导线受磁场力为零的地方,磁感应强度B的大小不一定为零.3.通电导线所受磁场力的方向不是磁场磁感应强度的方向.4.磁感应强度的定义式也适用于非匀强磁场,这时L应非常短,IL称作“电流元,相当于静电场中的“点电荷.【典例剖析】例1关于磁感应强度,以下说法正确的选项是()A.由 可知,B与F成正比,与IL成反比B.通电导线放在磁场中某点,该点就

8、有磁感应强度,如果将通电导线拿走,该点的磁感应强度就变为零C.通电导线所受磁场力不为零的地方一定存在磁场,通电导线不受磁场力的地方一定不存在磁场解析 磁感应强度是属于比值定义的,B与F、IL均没有关系,故A错误;通电导线放在磁场中的某点,就有可能受到磁场力,如果将通电导线拿走,该点的磁感应强度仍存在,故B错误;同一条通电导线放在磁场中某处所受的磁场力不一定相同,受到放置的角度限制,假设导线平行磁场方向放置在磁场中,即使此处的磁感应强度不为零,通电导线在该处所受磁场力也为零,故C错误;磁场中某一点的磁感应强度由磁场本身决定,其大小和方向是确定的,故D正确.答案 D规律方法 正确理解比值定义法 变

9、式训练 1(多项选择)把一小段通电直导线垂直磁场方向放入一匀强磁场中,以下选项中能正确反映各量间关系的是()解析 磁感应强度的大小和方向由磁场自身决定,不随F或IL的变化而变化,故B正确,D错误;当导线垂直于磁场放置时,有 ,即F=ILB,所以B不变的情况下F与IL成正比,故A错误,C正确.答案 BC探究二磁通量的理解和计算【问题情境】假设通过某环面的磁通量等于零,那么该处一定无磁场,这种说法对吗?要点提示 不对.磁通量除与磁感应强度、面积有关外,还与环面和磁场夹角有关,当环面与磁场平行时,磁通量为零,但仍能存在磁场.【知识归纳】(1)公式:=BS.适用条件:匀强磁场;磁场与平面垂直.(2)假

10、设磁场与平面不垂直,面积应为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积,=BScos 式中Scos 即为平面S在垂直于磁场方向上的投影面积,也称为“有效面积(如以下图).2.磁通量的正、负(1)磁通量是标量,但有正、负,假设以磁感线从某一面上穿入时的磁通量为正值,那么磁感线从此面穿出时为负值.(2)假设同时有磁感线沿相反方向穿过同一平面,且正向磁通量大小为1,反向磁通量大小为2,那么穿过该平面的合磁通量=1-2.(1)当B不变,有效面积S变化时,=BS.(2)当B变化,S不变时,=BS.(3)B和S同时变化,那么=2-1,但此时不一定等于BS.【典例剖析】例2面积为0.5 m2的矩形线圈处于磁感应强度

11、为3 T的匀强磁场中,线圈平面与磁场方向垂直,穿过该线圈的磁通量是多少?如果转动线圈使线圈平面与磁场方向夹角为60(如图),穿过该线圈的磁通量又是多少?解析 S=0.5 m2,B=3 T.因线圈平面与磁场方向垂直,所以1=BS=30.5 Wb=1.5 Wb线圈平面与磁场方向夹角为60,即与垂直于磁场方向投影面的夹角为30,所以2=BScos =30.5cos 30 Wb=1.3 Wb当线圈平面与磁场方向垂直时,穿过该线圈的磁通量是1.5 Wb;当线圈平面与磁场方向夹角为60时,穿过该线圈的磁通量是1.3 Wb.答案 1.5 Wb1.3 Wb规律方法 磁通量大小的分析与判断(1)定量计算通过公式

12、=BS来定量计算,计算磁通量时应注意的问题:明确磁场是否为匀强磁场,知道磁感应强度的大小.平面的面积S应为磁感线通过的有效面积.当平面S与磁场方向不垂直时,应明确所研究的平面与磁感应强度方向的夹角,准确找出垂直面积.线圈的磁通量及其变化与线圈匝数无关,即磁通量的大小不受线圈匝数的影响.(2)定性判断磁通量是指穿过线圈面积的磁感线的“净条数,当有不同方向的磁场同时穿过同一面积时,磁通量为各磁场穿过该面积磁通量的代数和.变式训练 2如以下图,两个同心放置的平面金属圆环,条形磁铁穿过圆心且与两环平面垂直,那么通过两圆环的磁通量a、b间的关系是()A.abB.abC.a=b解析 通过圆环的磁通量为穿过

13、圆环的磁感线的净条数,首先明确条形磁铁的磁感线分布情况,另外要注意磁感线是闭合的曲线.条形磁铁的磁感线在磁体的内部是从S极到N极,在磁体的外部是从N极到S极,内部有多少根磁感线,外部的整个空间就有多少根磁感线同内部磁感线构成闭合曲线.对两个圆环,磁体内部的磁感线全部穿过圆环,外部的磁感线穿过多少,磁通量就抵消多少,所以圆环面积越大,磁通量反而越小,故A正确.答案 A探究三磁感应强度的叠加【问题情境】三根完全相同的长直导线互相平行,它们的截面处于一个正方形abcd的三个顶点a、b、c处,导线中通有大小和方向都相同的电流,如以下图,每根通电导线在其周围产生的磁场的磁感应强度大小与到该导线的距离成反

14、比,通电导线b在d处所产生的磁场的磁感应强度大小为B,那么三根通电导线产生的磁场在d处的合磁感应强度大小为多少?【知识归纳】1.合磁场的计算方法:两个以上电流在空间产生磁场时,空间各处的磁感应强度是各电流单独产生磁场时磁感应强度的矢量和.2.求解电流磁场叠加问题的步骤:先判断各电流磁场的方向,再用平行四边形定那么求磁感应强度的矢量和.【典例剖析】例3(多项选择)如以下图,纸面内有两条互相垂直的长直绝缘导线L1、L2,L1中的电流方向向左,L2中的电流方向向上;L1的正上方有a、b两点,它们相对于L2对称.整个系统处于匀强外磁场中,外磁场的磁感应强度大小为B0,方向垂直于纸面向外.a、b两点的磁

15、感应强度大小分别为 B0和 B0,方向也垂直于纸面向外.那么()解析 外磁场、电流的磁场方向如以下图,由题意知 答案 AC 变式训练 3如以下图,两根互相平行的长直导线过纸面上的M、N两点,且与纸面垂直,导线中通有大小相等、方向相反的电流.a、O、b在M、N的连线上,O为MN的中点,c、d位于MN的中垂线上,且a、b、c、d到O点的距离均相等.以下说法正确的选项是()B.a、b两点处的磁感应强度大小相等、方向相反C.c、d两点处的磁感应强度大小相等、方向相同D.a、c两点处的磁感应强度方向不同解析 各点的磁感应强度均为M、N两长直导线在各点的磁感应强度的叠加,分析可知,M、N在O点处磁感应强度

16、的方向相同,合磁感应强度竖直向下,不为零,A错误;a、b两点处的磁感应强度大小和方向均相同,c、d两点处的磁感应强度大小和方向均相同,B错误,C正确;a、c两点处的磁感应强度均垂直于ab连线竖直向下,方向相同,D错误.答案 C 随堂训练1.如以下图,半径为R的圆形线圈共有n匝,其中心位置处半径为r的虚线范围内有匀强磁场,磁场方向垂直线圈平面.假设磁感应强度为B,那么穿过线圈的磁通量为()A.BR2C.nBR2解析 磁通量与线圈匝数无关,且磁感线穿过的面积为r2,而并非R2,故B正确.答案 B2.将通电直导线置于匀强磁场中,导线与磁场方向垂直.假设仅将导线中的电流增大为原来的3倍,那么该匀强磁场的磁感应强度()A.减小为原来的C.增大为原来的3倍解析 磁场的磁感应强度只与磁场本身有关,与电流大小无关,那么该磁场的磁感应强度保持不变,故B正确,A、C、D错误.答案 B3.有一小段通电直导线,长为1 cm,通过的电流为5 A,把它置于磁场中某点,受到的磁场力为0.1 N,那么该点的磁感应强度可能为()A.B=1.5 TB.B=1 TC.B=2.5 T解析 磁感应强度的定义式中的电流是垂直于磁场方向的,如果通电导线是垂直于磁场方向放置的,此时所受磁场力最大,F=0.1 N,那么该点的磁感应强度为 =2 T;如果通电导线不是垂直于磁场方向放置的,那么受到的磁场力小于垂直