人教版高中物理必修第三册第十三章电磁感应与电磁波初步13-2磁感应强度磁通量课件

第十三章电磁感应与电磁波初步学习目标1.结合生活情境,认识磁场有强弱;通过类比电场强度,知道磁感应强度是描述磁场强弱的物理量,知道磁感应强度的概念;理解匀强磁场的特点.进一步体会微元法和利用物理量之比定义物理量的方法.2.通过对磁感线疏密程度的研究,建立磁通量的概念,会计算匀强磁场中通过某一面积的磁通量.3.了解中国古代在指南针使用方面的情况,激发民族自豪感.2

磁感应强度磁通量知识点一磁感应强度答案:电磁铁的磁场更强,用磁感应强度描述磁场的强弱.1.巨大的电磁铁能吸引几吨的钢材,小磁体只能吸引几枚铁钉,电磁铁和小磁体哪个产生的磁场强?用什么物理量描述磁场的强弱?2.类比电场强度的概念,我们能用小磁针N极受力的大小和方向来确定某点磁场的强弱和方向吗?为什么?答案:用小磁针N极的受力方向可以判断某点磁场的方向,但由于N极不能单独存在,很难测量N极受力的大小,故不能用小磁针N极受力的大小确定磁场的强弱.3.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

叫作电流元.4.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

,又与导线中的电流I成

,即与I和l的乘积Il成正比,用公式表示就是

.乘积Il正比正比F=IlB5.磁感应强度.(1)磁感应强度是表征

的物理量,在导线与磁场垂直时,有关系式B=

.(2)在国际单位制中,磁感应强度的单位是

,简称

,符号是

.(3)地磁场在地面附近的磁感应强度的平均值为

,电动机或变压器铁芯中磁场的磁感应强度为

.

(4)磁感应强度是

(选填“矢量”或“标量”),它的方向就是该处

.磁场强弱特斯拉特T5×10-5T0.8~1.7T矢量小磁针静止时N极所指的方向

知识点二匀强磁场1.图甲为两个平行放置的异名永久磁体磁极间的磁场分布,图乙为两个平行放置的通电线圈之间的磁场分布.观察图甲中除边缘部分和图乙中中间区域的磁感线有什么特点?答案:磁感线均为间隔相等的平行直线.甲乙2.如果磁场中各点的磁感应强度的

、

,这个磁场叫作匀强磁场.3.匀强磁场的磁感线用一些

表示.大小相等方向相同间隔相等的平行直线知识点三磁通量1.如图所示,在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一个与磁场方向垂直的面,面积为S.

BS磁通量磁通韦伯Wb垂直磁场

2.如图所示,一水平方向的匀强磁场,磁感应强度为B.面积为S的矩形线圈abcd水平放置.答案:没有磁感线穿过线圈.磁通量为0.(1)此时有磁感线穿过线圈吗?磁通量是多少?(2)线圈如何放置,穿过线圈的磁感线条数最多,穿过线圈所围面积的磁通量最大?磁通量的最大值为多少?答案:线圈垂直磁场放置时,穿过线圈的磁感线条数最多,穿过这个面积的磁通量最大,磁通量的最大值为BS.3.如图所示,非匀强磁场中,S1和S2两处磁感线的疏密不同.(1)如果在S1和S2处,在垂直纸面方向取同样的面积,穿过哪个面积的磁感线条数较多?穿过哪个面积的磁通量较大?穿过某一面积的磁感线条数和穿过该面积的磁通量什么关系?答案:S1处磁感线密,穿过S1处的面积的磁感线条数较多.S1处磁感应强度大,由于面积相等,根据Φ=BS,所以穿过S1处的面积的磁通量较大.穿过某一面积的磁感线的条数反映穿过这一面积的磁通量.(2)如果S2处所选的面积增大,使穿过S1处所选面积的磁感线都穿过S2处的所选面积,试在图中画出S2处所选的面积,此时穿过它们的磁通量有什么关系?答案:S2处所选的面积如图所示,此时穿过S1和S2处所选面积的磁感线条数相等,穿过它们的磁通量也相等.小试身手判断下列说法的正误并和同学交流(正确的打“√”,错误的打“×”).1.电流元在磁场中受到的作用力越大,磁感应强度越大.(

)2.磁感应强度由磁场本身的性质决定,与放不放电流元无关.(

)3.磁场中某点的磁感应强度的方向就是该点的磁场方向.(

)4.磁感应强度等于穿过单位面积的磁通量.(

)5.磁通量越大,磁感应强度越大.(

)6.穿过某一面积的磁通量为0,该处磁感应强度不一定为0.(

)7.将一平面置于匀强磁场中的任何位置,穿过该平面的磁通量总相等.(

)×√√××√×探究一磁感应强度问题情境如图所示,直导线水平悬挂在磁体的两极间,导线的方向与磁场的方向垂直.导线中的电流大小可以由外部电路控制,用电流表测量.分别接通“2、3”和“1、4”,可以改变导线通电部分的长度.1.接通“2、3”时,观察悬线摆动的角度,然后断开“2、3”,接通“1、4”,保持电流不变,可以观察到什么现象?此现象说明什么?答案:电路由接通“2、3”改为接通“1、4”,导线通电部分变长,可以观察到悬线与竖直方向的夹角变大.说明电流一定时,通电导线越长,导线受力越大.2.接通“2、3”时,使导线中的电流变大,可以观察到什么现象?此现象说明什么?答案:悬线与竖直方向的夹角变大.说明导线长度一定时,电流变大,导线受力变大.3.根据上述实验现象分析,通电直导线垂直放置在磁场中受到的磁场力F的大小可能与什么因素有关?答案:磁场力F的大小可能与导线中的电流I和导线长度l有关.4.如图所示,磁场中的D、E、F三点分别放置长度很短的通电导体,导体中通有电流,且导体与所在位置的磁场垂直.测得导体所受的磁场力情况如表中所示.分析表中数据,计算磁场力与电流和导体长度乘积的比值,你能得出什么结论?位置电流长度磁场力DIl3FEIlFI2l2F2Il2FFIl0.5F答案:(1)在不同位置,垂直磁场方向放入I、l相同的电流元,电流元受到的磁场力与电流和导体长度乘积的比值不同,磁场较强的地方,比值较大.(2)在同一位置,垂直磁场方向放入I、l不同的电流元,电流元受到的磁场力与电流和导体长度乘积成正比,即电流元受到的磁场力与电流和导体长度乘积的比值相同.(3)磁场力与电流和导体长度乘积的比值与垂直磁场方向放置的电流元无关.5.结合以上探究内容,与同学交流并思考:如何引入一个物理量用来表征磁场的强弱?渗透哪种思想方法?电场中哪些物理量是采用此方法定义的?

6.决定磁感应强度的因素是什么?磁感应强度是否与通电导体的受力及通过导体的电流有关?如何判断磁感应强度的方向?答案:磁感应强度的大小、方向由磁场自身的性质决定,与通电导体的受力情况和导体中的电流情况无关.磁感应强度的方向就是该处的磁场方向,即该处小磁针静止时N极所指的方向.过程建构磁感应强度B与电场强度E的比较.比较项磁感应强度B电场强度E意义描述磁场的性质描述电场的性质大小方向小磁针静止时N极的受力方向表示磁场方向正电荷的受力方向表示电场方向单位1T=1N/(A·m)1V/m=1N/C定义方式都是用比值法定义的矢量都是矢量,叠加时遵从平行四边形定则

答案:D【典例2】(多选)如图,四条相互平行的细长直导线垂直坐标系xOy平面,导线与坐标平面的交点为a、b、c、d四点.已知a、b、c、d为正方形的四个顶点,正方形中心位于坐标原点O,e为cd的中点且在y轴上;四条导线中的电流大小相等,其中过a点的导线的电流方向垂直坐标平面向里,其余导线电流方向垂直坐标平面向外.则(

)A.O点的磁感应强度为0B.O点的磁感应强度方向由O指向cC.e点的磁感应强度方向沿y轴正方向D.e点的磁感应强度方向沿y轴负方向解析:四条导线中的电流大小相等,且到O点的距离相等,故四条导线在O点的磁感应强度大小相等,根据安培定则可知,b、c在O点的磁感应强度方向相反,a、d在O点的磁感应强度方向都指向c,即O点的磁感应强度不为0,方向由O指向c,选项A错误,选项B正确;c、d到e点的距离相等,根据安培定则可知,c、d在e点的磁感应强度大小相等,方向相反,a、b到e点的距离相等,根据安培定则可知,a、b在e点的磁感应强度大小相等,方向向斜下方且关于y轴对称,根据平行四边形定则,可知e点磁感应强度沿y轴负方向,选项C错误,选项D正确.答案:BD探究二磁通量问题情境1.如图所示,直线电流竖直向上,有一矩形线圈对称跨过直导线,二者之间绝缘.(1)穿过线圈的磁通量是多少?为什么?答案:穿过线圈的磁通量为0.直线电流的磁感线在纸面内的分布如图所示,磁感线的分布关于直线对称,因为线圈右半部分磁感线向里穿入,左半部分向外穿出,穿入与穿出的磁感线相互抵消.(2)如果线圈在纸面内向右平移,穿过线圈的磁通量如何变化?答案:磁通量先增大后减小.在起始位置时穿过线圈的磁通量为0,向右移动少许,磁感线向里的多,向外的少,总磁通量向里,磁通量增大;当线圈的左边与导线重合时,磁通量最大;再继续向右移动,离导线越远磁感线越稀疏,磁通量越小.2.如图所示,分布足够广的匀强磁场竖直向下,面积为S的线圈abcd在水平面内的投影平面a'b'cd的面积为S1(两平面的夹角为θ),在竖直平面内的投影平面a'b'ba的面积为S2.穿过面积S1、面积S、面积S2的磁通量分别为多少?答案:平面a'b'cd与匀强磁场垂直,穿过面积S1的磁通量为Φ1=BS1.穿过面积S的磁感线均穿过面积S1,所以穿过面积S的磁通量Φ2与穿过面积S1的磁通量相同,Φ2=BScos

θ=BS1.平面a'b'ba与磁感线平行,穿过面积S2的磁通量Φ3=0.3.如图所示,若线圈abcd以cd边为轴从图示位置顺时针转过180°,这时穿过线圈的磁通量是多少?此过程磁通量变化了多少?答案:线圈转过180°时,在水平面内的投影面积仍为S1,磁感线的穿过方向与原来相反,穿过线圈的磁通量变为-BS1;此过程磁通量变化了2BS1.过程建构1.磁通量的计算.(1)公式:Φ=BS.适用条件:①匀强磁场;②平面与磁感线垂直.(2)在匀强磁场中,若磁感线与平面不垂直,Φ=BS',S'为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积,如图所示.2.磁通量的正、负.(1)磁通量是标量,但有正、负,若规定磁感线从某一面穿入时,磁通量为正值,则磁感线从此面穿出时,磁通量为负值.(2)若同时有磁感线沿相反方向穿过同一平面,磁通量的大小可用磁感线相抵消之后剩余的磁感线的条数来表示.(3)如果线圈有多匝,线圈内磁通量的大小与线圈匝数无关,由线圈所围的面积、在磁场中的位置、磁感应强度共同决定.【典例3】如图所示,在条形磁体外套有A、B两个大小不同的圆环,穿过A环的磁通量ΦA与穿过B环的磁通量ΦB相比较,则(

)A.ΦA>ΦB

B.ΦA<ΦBC.ΦA=ΦB

D.不能确定解析:本题考查磁通量的概念.Φ=Φ内-Φ外,分别画出穿过A、B环的磁感线分布如图所示,磁体外部磁感线从N极到S极,内部从S极到N极,为闭合曲线,所以磁体内的磁感线条数与其外部磁感线条数相等.通过A、B环的磁感线条数应该这样答案:A粗略计算:用磁体内的磁感线总条数减去磁体外每个环中的磁感线条数(因为磁体内、外磁感线的方向相反).很明显,磁体外部的磁感线通过B环的条数比A环的多,故B环中剩下的磁感线条数比A环中剩下的磁感线条数少,所以ΦA>ΦB,故选项A正确.非匀强磁场中磁通量大小的比较首先,确定穿过各面积的磁感线的方向.看是否有相反方向的磁感线穿过,若有,则确定哪个方向穿过的磁感线多.然后,比较相互抵消后的磁感线净余条数.最后,比较磁感线净余条数,从而定性比较磁通量大小.【典例4】(多选)如图所示,矩形线圈abcd绕OO'轴在匀强磁场中匀速转动,下列说法正确的是 (

)A.线圈从图示位置转过90°的过程中,穿过线圈的磁通量不断减小B.线圈从图示位置转过90°的过程中,穿过线圈的磁通量的变化量为0C.线圈从图示位置转过180°的过程中,穿过线圈的磁通量的变化量为0D.线圈从图示位置转过360°的过程中,穿过线圈的磁通量的变化量为0解析:磁通量的变化量ΔΦ=Φ2-Φ1,只要能正确地表示出始、末位置的磁通量,就能得出磁通量的变化量.线圈在图示位时,Φ1=BS,转到90°时,Φ2=0,此过程ΔΦ=-BS,选项A正确,选项B错误;线圈从图示位置转过180°时,Φ3=-BS,此过程中,ΔΦ'=-2BS,选项C错误;线圈从图示位置转过360°时,Φ4=BS,此过程ΔΦ″=0,故选项D正确.答案:AD有关磁通量变化问题的解题思路(1)确定研究的线圈平面.(2)明确磁感线的方向及其与线圈平面的关系.(3)确定磁通量变化的初、末状态,根据公式求解.课堂评价答案:AD1.(多选)磁感应强度B在国际单位制中的单位是特斯拉(T),下列单位与磁感应强度单位一致的是(