2021-2022高中物理3-1学案：第5章第3节磁感应强度磁通量 第4节磁与现代科技

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精PAGE17-版权所有@高考资源网学必求其心得，业必贵于专精第3节磁感应强度磁通量第4节磁与现代科技[学习目标］1．知道磁感应强度的物理意义及单位.（物理观念）2．知道磁通量，通过计算磁通量的大小进一步了解定量描述磁场的方法。（科学思维）3．知道磁现象在生活、生产中的应用，培养将科学服务于人类的意识。(科学态度与责任）一、磁感应强度1．磁感应强度（1）定义：穿过垂直于磁感线的单位面积的磁感线条数等于该处的磁感应强度,符号用B表示。(2）单位：在国际单位制中，磁感应强度的单位是特斯拉，简称特，符号是T。1T＝1N/（A·m)。（3）方向：B是矢量,其方向就是磁场方向,即小磁针静止时N极所指的方向，也是小磁针N极受力的方向。（4)物理意义：描述磁场的强弱和方向。2．匀强磁场(1）定义：在磁场的某个区域内，如果各点的磁感应强度大小和方向都相同，这个区域的磁场叫匀强磁场。(2）特点：①B处处相同。②磁感线是一组平行且等间距的直线。(3)实例：距离很近的两个异名磁极之间的磁场除边缘部分外可以认为是匀强磁场;长直通电螺线管内部(除两端附近）的磁场也是匀强磁场,如图所示。3．磁场的叠加如果空间有几个磁场同时存在，它们的磁场就互相叠加，这时某点的磁感应强度就等于各磁场在该点的磁感应强度的矢量和。二、磁通量1．磁通量(1）定义：磁场中穿过磁场某一面积S的磁感线条数。（2)计算公式:Φ＝BS,此公式的适用条件：①匀强磁场；②磁感线与平面垂直。（3）单位：在国际制单位制中是韦伯，简称韦，符号是Wb,1Wb＝1T·m2.（4)磁通量是一个只用大小就能描述的物理量，是标量。2．磁通密度磁感应强度又称磁通密度，B＝eq\f(Φ,S），其中S为垂直于磁场方向的面积,表示磁感应强度等于穿过垂直磁感线的单位面积的磁感线条数.三、磁与现代科技1．记录与磁(1)应用：磁记录可以用来记录声音、影像，也可以用来记录其他信息。磁记录可以应用到电脑、电视、人造卫星和太空船的信息记录和传送上.(2)原理：磁记录利用电流的磁效应，读取信息利用电磁感应原理。2．交通与磁(1）应用：磁技术在交通工具中的应用是制成了磁悬浮列车。（2)形式：磁悬浮列车有常导电磁铁吸引方式和超导电磁铁相斥方式两种形式。（3)原理：运用磁铁“同性相斥，异性相吸"的性质，使磁铁具有抗拒地心引力的能力,即“磁性悬浮”。1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)磁感应强度的方向就是磁场方向。 （√)（2）磁感应强度大小处处相等的区域是匀强磁场. （×)［提示]匀强磁场的大小和方向处处相同。(3)磁通量不仅有大小而且有方向,所以是矢量. (×）[提示]磁通量是标量。(4）穿过某一面积的磁通量为零，该处磁感应强度不一定为零. (√）(5)磁只能用来记录声音和影像。 （×）［提示］可以记录很多信息。2．（多选)下列有关磁感应强度的说法中，正确的是（）A．磁感应强度是用来表示磁场强弱及方向的物理量B．磁场中某点的磁感应强度的方向就是该点的磁场方向C．小磁针N极受磁场力的方向就是该处磁感应强度的方向D．小磁针N极的指向就是该处磁感应强度的方向ABC[磁感应强度是用来描述磁场强弱及方向的物理量，A正确；磁场中某点磁感应强度的方向表示该点的磁场的方向,磁场方向也就是小磁针N极受力的方向,故B、C正确；小磁针静止时N极的指向为该处的磁场方向，D错误.］3．下列关于磁通量的说法正确的是(）A．磁通量不仅有大小，而且有正负，所以磁通量是矢量B．磁通量大的地方，磁场一定强C．穿过某面的磁感线条数越多，磁通密度越大D．某面的面积发生变化,磁通量可能不变D[磁通量虽然有正负之分，但正负不表示方向，其运算不符合平行四边形定则，故磁通量是标量，A错误。穿过某面的磁感线条数越多，磁通量越大,但磁通量与磁感应强度、面的面积和磁场与面的夹角都有关系，所以磁场不一定越强，磁通密度不一定越大，B、C错误.面积发生变化,若磁感应强度和磁场与面的夹角也发生变化,磁通量可能不变，D正确。］对磁感应强度的理解1．磁场的决定因素：磁感应强度是定量描述磁场的物理量,磁场中某点的磁感应强度的大小取决于磁场本身，与其他因素无关。2．磁场的叠加：磁感应强度是矢量，若某区域有多个磁场叠加,该区域中某点的磁感应强度就等于各个磁场在该点的磁感应强度的矢量和,可根据平行四边形定则求解。3．磁感应强度和电场强度的比较磁感应强度B电场强度E物理意义描述磁场力的性质描述电场力的性质定义式B＝eq\f（Φ,S）E＝eq\f（F,q)大小描述磁感线的疏密表示磁感应强度的强弱电场线的疏密表示电场强度的强弱方向小磁针N极的受力方向,是矢量与放入该点正电荷的受力方向相同,是矢量场的叠加合磁感应强度等于各磁场的磁感应强度的矢量和合场强等于各电场的场强的矢量和单位1T＝1N/（A·m)1N/C＝1V/m【例1】如图所示，两根相互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。关于以上几点处的磁场，下列说法正确的是（）A．O点处的磁感应强度为零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两点处磁感应强度的方向不同思路点拨：解此题按以下思路：确定电流方向→安培定则分析磁场分布→磁感应强度叠加→分析判断选项C[由安培定则可知，两导线在O点产生的磁场方向均竖直向下，合磁感应强度一定不为零，选项A错误；由安培定则,两导线在a、b两处产生的磁场方向均竖直向下,由对称性知,a、b两处磁感应强度大小相等、方向相同，选项B错误；根据安培定则判断可知，两导线在c、d处产生的磁场分别垂直c、d两点与导线连线方向向下,且产生的磁场的磁感应强度相等，由平行四边形定则可知,c、d两点处的磁感应强度大小相等，方向均竖直向下，选项C正确,选项D错误。］上例中，若IM＞IN，且a、b两点分别居M、N点外侧，a、b到O点距离相等,则a、b、c、O四点中哪个点的磁感应强度可能为零？[解析］由安培定则画出a、b、c、O的磁感线的分布图，由图可知电流IM、IN在a、b两点的磁场方向相反,这两点处的磁感应强度可能为零，又IM>IN,故磁感应强度为零的点距M的距离应比N大，所以b点的磁感应强度可能为零。［答案]b点磁场的叠加和安培定则应用时应注意以下三点（1）根据安培定则确定通电导线周围磁场的方向.(2）磁场中每一点磁感应强度的方向为该点磁感线的切线方向.(3）磁感应强度是矢量,多个通电导体产生的磁场叠加时,合磁场的磁感应强度等于各场源单独存在时在该点磁感应强度的矢量和。[跟进训练］1．在磁感应强度为B0、方向向上的匀强磁场中，水平放置一根长通电直导线，电流的方向垂直于纸面向里。如图所示，a、b、c、d是以直导线为圆心的同一圆周上的四点，在这四点中()A．b、d两点的磁感应强度相等B．a、b两点的磁感应强度相等C．c点的磁感应强度的值最小D．b点的磁感应强度的值最大C［如图所示，由矢量叠加原理可求出各点的合磁场的磁感应强度，可见b、d两点的磁感应强度大小相等,但方向不同，A项错误;a点的磁感应强度最大，c点的磁感应强度最小，B、D项错误，C项正确。]磁通量的理解与计算1．对磁通量Φ的进一步分析（1)磁通量是标量，但有正负之分。当磁感线从某一平面穿入时，若规定磁通量为正值，则穿出此平面时为负值。(2)磁通量是表示穿过某平面的磁感线条数的多少,在今后的应用中往往根据穿过平面的磁感线净条数的多少定性判断穿过该面的磁通量的大小。(3）B是匀强磁场的磁感应强度，S为某一平面的面积，α为S与垂直于B的平面的夹角，则当α＝0°时Φmax＝BS；当α＝90°时，Φ＝0；当0°＜α＜90°时，有Φ＝BScosα。2．磁通量的变化量ΔΦ磁通量的变化等于末状态的磁通量减去初状态的磁通量。磁通量的变化一般有三种情况(S为平面在垂直磁场方向的投影面积)：（1）B不变，S变化，则ΔΦ＝Φ2－Φ1＝B·ΔS。(2)B变化，S不变，则ΔΦ＝Φ2－Φ1＝ΔB·S.（3）当B和S同时变化时，ΔΦ＝Φ2－Φ1,但ΔΦ≠ΔB·ΔS.【例2】如图所示，有一个垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小B0＝0.8T,磁场有明显的圆形边界，圆心为O,半径为1.0cm，现在纸面内先后放上圆线圈A、B、C,圆心均在O处,A线圈半径为1.0cm，10匝；B线圈半径为2.0cm，1匝；C线圈半径为0.5cm，1匝。问：（取π＝3.14，eq\r（3)＝1。732）（1)在B0减为0。4T的过程中，A和B中磁通量各改变多少?（2)在磁场方向转过30°角的过程中，C中的磁通量改变多少?（计算结果保留两位有效数字）思路点拨：①磁通量的计算要注意公式Φ＝B·S中各符号的意义。②磁通量变化的计算可用公式ΔΦ＝｜Φ2－Φ1｜。[解析］（1）A线圈半径为1.0cm，正好和圆形磁场区域的半径相等，而B线圈半径为2。0cm，大于圆形磁场区域的半径，故穿过A、B线圈的磁感线的条数相等.设圆形磁场区域的半径为R，对线圈A、B，磁通量的改变量ΔΦA＝ΔΦB＝|Φ2－Φ1｜＝（0.8－0。4)×3。14×（1×10－2）2Wb＝1。256×10－4Wb。(2)题图中线圈平面与磁场方向垂直,即磁场方向与线圈平面之间夹角为θ1＝90°，当磁场方向转过30°角时，磁场方向与线圈平面之间的夹角为θ2＝60°。对线圈C：Φ′1＝B0πr2sinθ1，Φ′2＝B0πr2sinθ2，磁通量的改变量ΔΦ＝|Φ′2－Φ′1|＝B0πr2（sin90°－sin60°）＝0。8×3。14×（5×10－3）2×(1－0。866)Wb＝8.4×10－6Wb。［答案］(1）1.256×10－4Wb(2)8。4×10－6Wb磁通量Φ＝BS的计算要注意以下两点（1）S是指闭合回路中的有效面积。如图所示。若闭合回路abcd和ABCD所在平面均与匀强磁场B垂直，面积分别为S1和S2，且S1＞S2，但磁场区域恰好只有ABCD那么大，则穿过S1和S2的磁通量是相同的,因此,Φ＝BS中的S应是指闭合回路中包含磁场的那部分有效面积.（2）磁通量与线圈的匝数无关，也就是磁通量大小不受线圈匝数的影响，同理，磁通量的变化量ΔΦ＝Φ2－Φ1也不受线圈匝数的影响。所以,直接用公式时，不必考虑线圈匝数n.[跟进训练]2．面积为500cm2的线圈共50匝，其平面与大小为0.4T的匀强磁场成30°角,如图所示，穿过该线圈平面的磁通量大小为________。若夹角θ从30°变成60°，则其磁通量的变化量为________。当线圈平面与磁感应强度B成0°夹角时，穿过线圈的磁通量为________,此情况下磁通密度大小是________。[解析］由题意可知面积在垂直于磁场方向上的投影为Ssinθ。所以穿过该线圈平面的磁通量大小为Φ＝BSsinθ＝0。4×500×10－4×0.5Wb＝1×10－2Wb。当夹角θ变成60°时,磁通量Φ′＝BSsinθ＝0.4×500×10－4×eq\f（\r(3），2）Wb＝1。73×10－2Wb。所以磁通量的变化量ΔΦ＝Φ′－Φ＝7.3×10－3Wb。当线圈平面与磁感应强度B成0°角时，S在垂直B方向上的投影为0，所以磁通量为0。无论线圈如何变化，磁场的强弱不变，所以磁通密度即单位面积上穿过的磁感线的条数不变，磁感应强度不变，为0。4T。[答案］1×10－2Wb7。3×10－3Wb00.4T课堂小结知识脉络2个概念－－磁感应强度、磁通量1种特殊场－－匀强磁场1种现象－－磁场的叠加2种应用－－记录与磁、交通与磁1．（多选)与磁场中某点的磁感应强度的方向相同的是（)A．该点的磁场方向B．通过该点的磁感线的切线方向C．放在该点的小磁针静止时N极所指的方向D．放在该点的小磁针静止时S极所指的方向ABC[磁场的方向就是磁感应强度的方向，A对；在磁感线上，任意一点的切线方向跟该点的磁感应强度方向相同，B对；物理学中规定，磁感应强度的方向与放在该点的小磁针静止时N极所指的方向相同，故C对，D错。]2．如图所示,一矩形线框,从abcd位置移动到a′b′c′d′位置的过程中，关于穿过线框的磁通量的变化情况，下列说法正确的是（线框平行于纸面移动)(）A．一直增加B．一直减少C．先增加后减少D．先增加，再减少直到零，然后再增加,最后减少D［bc边移到导线位置之前磁通量垂直纸面向外增加，之后磁通量减少到0，这时导线位于线框中间位置，再向右移时磁通量垂直纸面向里又增加，直到ad边与导线重合,再往右移磁通量又减少。]3．如图所示为四根相互平行的通电长直导线a、b、c、d,其中电流均为I，放在正方形的四个顶点上且直导线与正方形所在平面垂直。每根通电直导线单独存在时，正方形中心O点的磁感应强度大小都是B，则四根通电导线同时存在时，O点的磁感应强度的大小和方向为(）A．2eq\r（2)B，方向向左 B．2B，方向向下C．2eq\r（2）B，方向向右 D．2B,方向向下A[根据安培定则知，四根通电直导线在O点产生的磁场的磁感应强度方向如图所示,根据矢量合成的平行四边形定则得，O点的磁感应强度的大小为eq\f(