新教材2024年高中物理第13章电磁感应与电磁波初步2.磁感应强度磁通量学案新人教版必修第三册

2．磁感应强度磁通量目标体系构建明确目标·梳理脉络【课程标准】1．知道磁感应强度的定义及物理意义。2．理解磁感应强度的方向、大小、定义式和单位。3．知道匀强磁场的概念及特点。4．知道磁通量的概念，会计算磁通量的大小。【素养目标】物理观念1．理解磁感应强度B的定义式和物理意义。2．知道磁感应强度的单位，知道用磁感线的疏密程度可以形象地描述磁感应强度的大小。3．理解磁通量的概念。科学思维通过磁感应强度的定义，驾驭用比值定义物理量的方法。课前预习反馈教材梳理·落实新知学问点1磁感应强度1．电流元：在物理学中，把很短一段通电导线中的电流I与导线长度l的__乘积__叫做电流元。2．限制变量法探究影响通电导线受力的因素如图所示，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匀称的。(1)保持磁场中导线长度不变，变更__电流大小__，视察直导线__摇摆角度__大小来比较磁场力大小。(2)保持电流大小不变，变更磁场中__导线长度__，通过视察直导线__摇摆角度__大小比较磁场力大小。(3)试验结论：通电导线与磁场方向垂直时，它受力的大小既与导线的长度l成__正比__，又与导线中的电流I成__正比__。3．磁感应强度表征磁场强弱的物理量。大小等于在磁场中__垂直__于磁场方向放置的通电导线，所受的磁场力F跟电流I和导线长度l的__乘积__Il的比值。4．定义式：B＝__eq\f(F,Il)__。5．单位在国际单位制中，磁感应强度的单位是__特斯拉__，简称特，国际符号是T,1T＝__eq\f(N,A·m)__。学问点2匀强磁场1．定义磁感应强度的__大小__、__方向__到处相同的磁场。2．磁感线特点匀强磁场的磁感线是一些__间隔相同的平行__直线。学问点3磁通量1．定义匀强磁场磁感应强度B和与磁场方向__垂直__的平面面积S的乘积，即Φ＝__BS__。2．拓展：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S′__与磁感应强度的乘积表示磁通量。3．单位：国际单位制中，磁通量的单位是__韦伯__，简称韦，符合是Wb,1Wb＝__1T·m2__。4．引申：在匀强磁场中B＝eq\f(Φ,S)，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。思索辨析『判一判』(1)磁感应强度方向即小磁针静止时S极所指方向。(×)(2)虽然公式B＝eq\f(F,IL)是依据导线在匀强磁场中受力推导出来的，但却适用于任何磁场。(√)(3)从B＝eq\f(F,IL)可以看出，磁场的磁感应强度与导线在磁场中受的磁场力F成正比，与IL成反比。(×)(4)某平面与磁场平行时，通过它的磁通量为零。(√)(5)磁通量是矢量，其正、负表示磁通量的方向。(×)『选一选』(2024·甘肃凉州区第三中学高二期中)有一段直导线长1cm，并通以5A的电流，把它垂直放于磁场中的某点时，受到的磁场力为0.1N，则该点的磁感应强度的值为(B)A．1T B．2TC．2.5T D．5T解析：长直导线垂直放于磁场中，磁感应强度为B＝eq\f(F,IL)＝eq\f(0.1,5×0.01)T＝2T，故选B。『想一想』电场强度是利用电荷在电场中会受到电场力的作用这一特性定义的。小磁体放在磁场中，它的两极也会受到磁场的力的作用，为什么没有利用磁极受力这一特性来定义磁感应强度呢？解析：因为小磁体在磁场中N极和S极都受到磁场力的作用，最终小磁体所受合力为0而达到平衡，由于无法单独测量N极或S极的受力，所以不能从磁极受力这一特性来定义磁感应强度。课内互动探究细研深究·破疑解难探究对磁感应强度的理解┃┃情境导入__■巨大的电磁铁能吸起成吨的钢铁，试验室中的小磁铁只能吸起几枚铁钉(如图所示)。磁体磁性的强弱，表现为它所产生的磁场对磁性物质和电流的作用力的强弱，也就是说磁场也有强弱之分。那么我们怎样相识和描述磁场的强弱呢？提示：用磁感应强度来描述磁场的强弱。┃┃要点提炼__■1．定义式B＝eq\f(F,IL)的理解(1)适用条件：通电导线垂直磁场放置。(2)定义式B＝eq\f(F,IL)适用于任何磁场，在非匀强磁场中IL为电流元，相当于电场中的“摸索电荷”。2．磁感应强度的确定因素磁感应强度反映磁场本身的特性，其值确定于磁场。其值与放入的检验电流、导线长度、摆放方向、检验电流是否受到磁场力及检验电流是否存在等均无关系。3．磁感应强度的方向①小磁针静止时N极指向——磁感应强度方向。②无论小磁针是否处于静止状态，其N极受力方向是确定的——即磁感应强度方向。┃┃典例剖析__■典例1(2024·辽宁阜新其次高级中学高二上月考)关于磁感应强度，下列说法正确的是(D)A．磁感应强度的方向就是置于该点的小磁针南极受力的方向B．磁感应强度的方向就是置于该点的电流元所受的磁场力的方向C．某电流元受磁场力为F，则磁感应强度大小B＝eq\f(F,Il)D．某电流元放在磁场中不受磁场力，该处磁感应强度不肯定为零思路引导：解题时应把握以下几点：(1)磁感应强度B由磁场本身确定。(2)电流元垂直磁场放置时B＝eq\f(F,IL)。(3)小磁针N极受力方向即磁感应强度的方向。解析：磁感应强度的方向与置于该点的小磁针N极受力的方向相同，故A错误；磁感应强度的方向与置于该点的电流元所受的磁场力的方向垂直，故B错误；B与I垂直的时候可利用B＝eq\f(F,Il)求出磁感应强度大小，若不垂直不能用此公式计算，故C错误；某电流元不受磁场力，可能是电流元与磁场方向平行，不能说明此处的磁感应强度肯定为零，故D正确。┃┃对点训练__■1．(多选)(2024·重庆市青木关中学校高二阶段练习)下列关于磁感应强度的说法正确的是(BD)A．一小段通电导体放在磁场A处，受到的磁场力比B处的大，说明A处的磁感应强度比B处的磁感应强度大B．一小段通电导体在磁场中某处不受磁场力作用，则该处磁感应强度可能不为零C．由B＝eq\f(F,IL)可知，某处的磁感应强度的大小与放入该处的通电导线所受磁场力F成正比，与导线的I、L成反比D．小磁针N极所受磁场力的方向就是该处磁感应强度的方向解析：磁场力的大小不仅与B、I、L的大小有关系，还与B与I的夹角有关系，故A错误；当电流与磁场方向平行时所受磁场力为零，但磁场不肯定为零，故C错误；磁感应强度的定义式为B＝eq\f(F,IL)，该式是定义式，磁感应强度的大小不由F、I、L确定，磁感强度是磁场本身的性质，与放不放电流元没有关系，故B错误；人们规定小磁针N极所受磁场力的方向就是该处磁感应强度的方向，故D正确。探究对磁通量的理解┃┃情境导入__■如图所示的磁场中与磁场垂直放置两个面积相同的闭合线圈S1(左)、S2(右)，如何推断穿过线圈S1、S2的磁通量大小呢？提示：依据Φ＝BS推断，由图可知B1＞B2，故Φ1＞Φ2。┃┃要点提炼__■1．磁通量的计算(1)公式：Φ＝BS。适用条件：①匀强磁场；②磁感线与平面垂直。(2)在匀强磁场B中，若磁感线与平面不垂直，公式Φ＝BS中的S应为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积。假如磁场B不与我们探讨的对象垂直，例如图中的S，则有S⊥＝ScosθΦ＝BScosθ式中Scosθ即为面积S在垂直于磁感线方向上的投影，我们称为“有效面积。”2．磁通量的正负磁通量不是矢量而是标量，但有正、负之分，其正、负表示与规定的平面的正面相同还是相反。磁通量的意义可以用磁感线的条数形象地说明，假如从正面穿过平面S的磁通量大小为Φ，从反面穿过平面S的磁通量大小为Φ′，那么Φ－Φ′的大小可以理解为：与相反方向穿过平面S的磁感线相抵消之后剩余的磁感线的条数。3．磁通量的变更量ΔΦ＝Φ2－Φ1由公式Φ＝BScosθ可知，变更磁通量的基本方法有三种：①变更磁感应强度B的大小；②变更处在磁场中闭合回路的面积S的大小；③变更B与S之间的夹角大小。特殊提示(1)穿过某一面积的磁通量是由穿过该面的磁感线条数的多少确定，与匝数无关。(2)当平面转过180°时，磁通量的变更量的大小ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝2BS，而不是ΔΦ＝0。┃┃典例剖析__■典例2如图所示，线框面积为S，线框平面与磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直，则穿过平面的磁通量的状况是(ABC)A．如图所示位置时磁通量等于BSB．若使线框绕OO′转过60°角，则磁通量为eq\f(1,2)BSC．若使线框绕OO′转过90°角，则磁通量为零D．若使线框绕OO′转过180°角，则磁通量的变更量为0思路引导：(1)磁通量是标量，但有正负，其正、负不代表方向，仅代表磁感线的穿入或穿出。(2)磁通量的变更量ΔΦ＝Φ2－Φ1，在详细的计算中，肯定要留意Φ1及Φ2的正负问题。解析：在题图所示位置时，磁感线与线框平面垂直，有Φ＝BS，A正确；当线框绕OO′轴转过60°角时，可以将原图改画成俯视图，如图所示，磁通量Φ＝BS⊥＝BS·cos60°＝eq\f(1,2)BS，B正确；当线框转过90°角时，线框由与磁感线垂直变为与磁感线平行，Φ＝0，C正确；当线框转过180°角时，磁感线仍旧垂直穿过线框，只不过穿过的方向变更了，因而Φ1＝BS，Φ2＝－Φ1＝－BS，ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－2BS，D错误。┃┃对点训练__■2．(2024·贵州高二学业考试)如图所示，线圈平面与条形磁铁的轴线垂直，现保持条形磁铁不动，使线圈由A位置沿轴线移动到B位置，在此过程中，穿过线圈的磁通量将(B)A．增大 B．减小C．不变 D．先增大，后减小解析：依题意，依据条形磁铁空间磁场的分布特点可知，线圈由A位置沿轴线移动到B位置，在此过程中，穿过线圈的磁感线条数削减，则磁通量将减小，故选B。核心素养提升以题说法·启智培优地球的磁场1．地磁场：地球四周存在着的磁场，叫做地磁场。指南针静止时能够指南北，就是受到了地磁场的作用。2．磁偏角：地磁两极与地球的地理两极并不重合，如图所示，因此磁针并非精确地指南或指北，其间有一个夹角，这就是地磁偏角，简称磁偏角。3．地磁场的特点：地球的磁场与条形磁铁的磁场相像，其主要特点有四个。(1)在地球两极旁边磁场最强，赤道处磁场最弱。(2)地磁场的N极在地理南极旁边，S极在地理北极旁边。(3)地磁场的方向在南半球斜向上，在北半球斜向下，与地球表面并不平行。(4)在赤道平面(地磁场的中性面)上，距离地球表面相等的各点，磁场的强弱程度相同，且方向水平。案例(2024·安徽滁州高二下月考)中国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了“方家(术士)以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也”。地球四周地磁场的磁感线分布如图所示，结合上述材料，下列说法正确的是(B)A．在地磁场的作用下，小磁针静止时指南的磁极叫北极，指北的磁极叫南极B．地理南、北极与地磁场的南、北极不重合C．形成地磁场的缘由可能是带正电的地球自转引起的D．由于地磁场的影响，在奥斯特发觉电流磁效应的试验中，通电导线应相对水平地面竖直放置解析：依据磁极间的相互作用可知，在地面上放置一个小磁针，静止时小磁针的南极指向地磁场的北极，即指向地理南极，所以小磁针静止时指南的磁极叫南极，指北的磁极叫北极，故A错误；地理南、北极与地磁场的南、北极不重合，有肯定的夹角，为地磁偏角，故B正确；地磁场的N极在地理南极旁边，由安培定则可知，形成地磁场的缘由可能是带负电的地球自转，故C错误；由于地磁场的影响，在奥斯特发觉电流磁效应的试验中，通电导线应相对水平地面水平放置，且导线的方向沿南北方向，故D错误。课堂达标检测沙场点兵·名校真题1．(2024·河南省创新发展联盟高二下学期联考)有一小段通电导线，长0.1m，通过导线的电流为5A，把它放入磁场中某一位置，受到的磁场力是1N，则该处磁感应强度的大小可能为(D)A．0.8T B．1.2TC．1.8T D．2.2T解析：若导线与磁场垂直，则该处的磁感应强度B＝eq\f(F,Il)＝eq\f(1,0.1×5)T＝2T，若导线不是与磁场垂直，则磁感应强度B＞2T，故ABC三项错误，D项正确。2．如图所示，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。若磁感应强度为B，则穿过线圈的磁通量为(B)A．πBR2 B．πBr2C．nπBR2 D．nπBr2解析：磁通量与线圈匝数无关，且磁感线穿过的面积为S＝πr2，由Φ＝BS得Φ＝πBr2，故B项正确。3．(2024·安徽铜陵一中月考)如图所示，三条长直导线都通有垂直于纸面对外的电流，且I1＝I2＝I3，则距三导线等距的A点的磁场方向为(B)A．向上 B．向右C．向左 D．向下解析：由安培定则知电流I2和I3在A点产生的磁场方向相反，距离又相等，所以I2，I3的合磁感应强度为零，I1在A