2022-2023學(xué)年粵教版必修第三冊(cè) 6.2 磁感應(yīng)強(qiáng)度 學(xué)案

學(xué)習(xí)目標(biāo)STSE情境導(dǎo)學(xué)1.知道磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念及物理意義.（重點(diǎn)）2.理解磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向、大小、定義式和單位.（重點(diǎn)）3.進(jìn)一步體會(huì)如何通過(guò)比值定義法定義物理量.4.知道磁通量，通過(guò)計(jì)算磁通量的大小進(jìn)一步理解定量描述磁場(chǎng)的方法.（難點(diǎn)）知識(shí)點(diǎn)一磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向1.磁感應(yīng)強(qiáng)度的物理意義.用磁感應(yīng)強(qiáng)度來(lái)描述磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向.2.磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向.物理學(xué)規(guī)定，在磁場(chǎng)中的任一點(diǎn)，小磁針N極受力的方向，亦即小磁針靜止時(shí)N極所指的方向.知識(shí)點(diǎn)二磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小勻強(qiáng)磁場(chǎng)1.磁感應(yīng)強(qiáng)度B.（1）大?。築＝eq\f(F,IL).（2）單位：在國(guó)際單位制中，磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是特斯拉，簡(jiǎn)稱特，符號(hào)是T，1T＝1N/（A·m）.2.勻強(qiáng)磁場(chǎng).（1）特點(diǎn)：磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向處處相同.（2）勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感線是一些間隔相同的平行直線.知識(shí)點(diǎn)三磁通量1.磁感應(yīng)強(qiáng)度B與面積S的乘積叫作穿過(guò)該平面的磁通量，用符號(hào)Φ表示.2.公式：Φ＝BS.3.單位：在國(guó)際單位制中，磁通量的單位是韋伯，簡(jiǎn)稱韋，符號(hào)是Wb.1.（多選）一電流元放在同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的四個(gè)位置，如圖所示，已知電流元的電流I、長(zhǎng)度L和受力F，則可以用eq\f(F,IL)表示磁感應(yīng)強(qiáng)度B的是（）ABCD解析：當(dāng)通電導(dǎo)線垂直于磁場(chǎng)方向時(shí)，可用eq\f(F,IL)表示磁感應(yīng)強(qiáng)度B.B、D中電流的方向不與磁場(chǎng)方向垂直，不可用eq\f(F,IL)表示磁感應(yīng)強(qiáng)度.答案：AC2.（多選）有關(guān)磁感應(yīng)強(qiáng)度的下列說(shuō)法中，正確的是（）A.磁感應(yīng)強(qiáng)度是用來(lái)表示磁場(chǎng)強(qiáng)弱及方向的物理量B.磁場(chǎng)中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向C.小磁針N極受磁場(chǎng)力的方向就是該處磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向D.小磁針N極的指向就是該處磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向解析：磁感應(yīng)強(qiáng)度是用來(lái)描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱及方向的物理量，A正確；磁場(chǎng)中某點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向表示該點(diǎn)的磁場(chǎng)的方向，磁場(chǎng)方向也就是小磁針N極受力的方向，故B、C正確；小磁針靜止時(shí)N極的指向?yàn)樵撎幍拇艌?chǎng)方向，D錯(cuò)誤.答案：ABC學(xué)習(xí)小結(jié)1.磁感應(yīng)強(qiáng)度概念的提出是為了更準(zhǔn)確描述磁場(chǎng).2.根據(jù)比值定式法的特點(diǎn)理解磁通量探究一對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度的理解1.磁場(chǎng)的決定因素：磁感應(yīng)強(qiáng)度是定量描述磁場(chǎng)的物理量，磁場(chǎng)中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小取決于磁場(chǎng)本身，與其他因素?zé)o關(guān).2.磁感應(yīng)強(qiáng)度的特點(diǎn).（1）磁感應(yīng)強(qiáng)度是反映磁場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量，它是用比值法定義的物理量，由磁場(chǎng)自身決定，與是否引入電流元、引入的電流元是否受力及受力大小無(wú)關(guān).（2）磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義式也適用于非勻強(qiáng)磁場(chǎng)，這時(shí)L應(yīng)很短，IL稱為“電流元”，相當(dāng)于靜電場(chǎng)中的“試探電荷”.（3）因?yàn)橥妼?dǎo)線取不同方向時(shí)，其受力大小不相同，故在定義磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí)，式中F是指通電直導(dǎo)線垂直磁場(chǎng)放置時(shí)受到的磁場(chǎng)力.（4）磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向可以有以下幾種表述方式.①小磁針靜止時(shí)N極所指的方向，即N極受力的方向.②小磁針靜止時(shí)S極所指的反方向，即S極受力的反方向.③磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向.（5）磁感應(yīng)強(qiáng)度B為矢量，它有大小及方向，分別表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱與方向.（6）磁感應(yīng)強(qiáng)度的疊加規(guī)律：滿足平行四邊形定則.3.磁感應(yīng)強(qiáng)度與電場(chǎng)強(qiáng)度的比較.項(xiàng)目磁感應(yīng)強(qiáng)度B電場(chǎng)強(qiáng)度E物理意義描述磁場(chǎng)力的性質(zhì)描述電場(chǎng)力的性質(zhì)定義式B＝eq\f(F,IL)E＝eq\f(F,q)大小描述磁感線的疏密表示磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小電場(chǎng)線的疏密表示電場(chǎng)強(qiáng)度的大小方向小磁針N極的受力方向，是矢量放入該點(diǎn)正電荷的受力方向，是矢量場(chǎng)的疊加合磁感應(yīng)強(qiáng)度等于各磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量和合場(chǎng)強(qiáng)等于各電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)的矢量和單位1T＝1N/（A·m）1N/C＝1V/m【典例1】關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，下面說(shuō)法正確的是（）A.磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是小磁針N極所指的方向B.磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向與小磁針在任何情況下N極的受力方向一致C.磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向由放置在該點(diǎn)的小磁針靜止時(shí)N極所指方向決定D.若把放置在磁場(chǎng)中的小磁針移走，則該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就會(huì)發(fā)生變化解析：磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，是小磁針N極的受力方向，也是小磁針靜止時(shí)N極所指方向，A錯(cuò)誤，B正確；磁場(chǎng)中某點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向由磁場(chǎng)本身決定，與小磁針無(wú)關(guān)，C、D錯(cuò)誤.答案：B磁場(chǎng)方向的四種表述（1）磁感應(yīng)強(qiáng)度方向.（2）磁感線的切線方向.（3）小磁針在該點(diǎn)N極受力的方向.（4）小磁針靜止時(shí)N極的指向.1.（多選）把一小段通電直導(dǎo)線垂直磁場(chǎng)方向放入一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，圖中能正確反映各量間關(guān)系的是（）解析：磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向由磁場(chǎng)自身決定，不隨F或IL的變化而變化，故B正確，D錯(cuò)誤；當(dāng)導(dǎo)線垂直于磁場(chǎng)放置時(shí)，有B＝eq\f(F,IL)，即F＝ILB，所以B不變的情況下F與IL成正比，故A錯(cuò)誤，C正確.答案：BC2.在磁場(chǎng)中某一點(diǎn)放入一通電導(dǎo)線，導(dǎo)線與磁場(chǎng)垂直，導(dǎo)線長(zhǎng)1cm，電流為5A，所受磁場(chǎng)力為5×10－2N.（1）這點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是多大？（2）若讓導(dǎo)線與磁場(chǎng)平行，這點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度多大？通電導(dǎo)線受到的磁場(chǎng)力多大？解析：（1）磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝eq\f(F,IL)＝eq\f(5×10－2,5×1×10－2)T＝1T.（2）磁感應(yīng)強(qiáng)度B是磁場(chǎng)本身的性質(zhì)，與F、I、L無(wú)關(guān)，與導(dǎo)線的方向無(wú)關(guān)，若導(dǎo)線與磁場(chǎng)平行，磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，B＝1T，而磁場(chǎng)力為0.答案：（1）1T（2）1T0探究二對(duì)磁通量的進(jìn)一步理解1.磁通量的計(jì)算.（1）公式：Φ＝BS.適用條件：①勻強(qiáng)磁場(chǎng)；②磁感線與平面垂直.（2）在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中，若磁感線與平面不垂直，公式Φ＝BS中的S應(yīng)為平面在垂直于磁感線方向上的投影面積.如果磁場(chǎng)B不與我們研究的對(duì)象垂直，例如圖中的S，則有S⊥＝Scosθ，Φ＝BScosθ.式中Scosθ即為面積S在垂直于磁感線方向上的投影面積，我們稱之為“有效面積”.2.磁通量的正負(fù).（1）磁通量是標(biāo)量，但有正負(fù)，當(dāng)磁感線從某一面上穿入時(shí)，磁通量為正值，穿出時(shí)即為負(fù)值.（2）若磁感線沿相反方向穿過(guò)同一平面，且正向磁通量為Φ1，反向磁通量為Φ2，則穿過(guò)該平面的磁通量Φ＝Φ1－Φ2.3.磁通量的變化量ΔΦ＝Φ2－Φ1.（1）當(dāng)B不變，有效面積S變化時(shí)，ΔΦ＝B·ΔS.（2）當(dāng)B變化，S不變時(shí)，ΔΦ＝ΔB·S.（3）B和S同時(shí)變化，則ΔΦ＝Φ2－Φ1，但ΔΦ≠ΔB·ΔS.磁感線的凈條數(shù)定性表示磁通量B環(huán)面積大，但磁感線的凈條數(shù)比A環(huán)中少，故ΦA(chǔ)＞ΦB.4.磁通密度.（1）由Φ＝BS得B＝eq\f(Φ,S)，叫作磁通密度.單位：Wb/m2.（2）關(guān)系：1T＝1Wb/m2＝1N/（A·m）.5.與磁感線條數(shù)的關(guān)系.磁通量是指穿過(guò)線圈面積的磁感線的“凈條數(shù)”，當(dāng)有不同方向的磁感線同時(shí)穿過(guò)同一面積時(shí)，磁通量指的是合磁場(chǎng)的磁感線穿過(guò)其面積的條數(shù)，即此時(shí)的磁通量為合磁通量.【典例2】如圖所示，有一個(gè)垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.8T，磁場(chǎng)有明顯的圓形邊界，圓心為O，半徑為10cm.現(xiàn)在在紙面內(nèi)先后放上圓線圈A、B和C（圓中未畫(huà)出），圓心均在O處，A線圈的半徑為1cm，共10匝；B線圈的半徑為2cm，只有1匝；C線圈的半徑為0.5cm，只有1匝.（1）在磁感應(yīng)強(qiáng)度B減為0.4T的過(guò)程中，A和B線圈中的磁通量改變了多少？（2）在磁場(chǎng)方向轉(zhuǎn)過(guò)30°角的過(guò)程中，C線圈中的磁通量改變了多少？解析：（1）對(duì)A線圈，有Φ1＝B1πreq\o\al(2,A)，Φ2＝B2πreq\o\al(2,A)故A線圈的磁通量的改變量為ΦA(chǔ)＝|Φ2－Φ1|＝（0.8－0.4）×3.14×10－4Wb＝1.256×10－4Wb，B線圈的磁通量的改變量為ΦB＝（0.8－0.4）×3.14×（2×10－2）2Wb＝5.024×10－4Wb.（2）對(duì)C線圈，Φ1＝Bπreq\o\al(2,C)；磁場(chǎng)方向轉(zhuǎn)過(guò)30°角，線圈在垂直于磁場(chǎng)方向的投影面積為πreq\o\al(2,C)cos30°，則Φ2＝Bπreq\o\al(2,C)cos30°，故磁通量的改變量為ΔΦC＝Bπreq\o\al(2,C)（1－cos30°）＝0.8×3.14×（5×10－3）2×（1－0.866）Wb＝8.4×10－6Wb.答案：（1）1.256×10－4Wb5.024×10－4Wb（2）8.4×10－6Wb磁通量大小的分析與判斷1.定量計(jì)算.通過(guò)公式Φ＝BS來(lái)定量計(jì)算，計(jì)算磁通量時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題.（1）明確磁場(chǎng)是否為勻強(qiáng)磁場(chǎng)，知道磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小.（2）平面的面積S應(yīng)為磁感線通過(guò)的有效面積.當(dāng)平面S與磁場(chǎng)方向不垂直時(shí)，應(yīng)明確所研究的平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的夾角，準(zhǔn)確找出垂直面積.（3）線圈的磁通量及其變化與線圈匝數(shù)無(wú)關(guān)，即磁通量的大小不受線圈匝數(shù)的影響.2.定性判斷.磁通量是指穿過(guò)線圈面積的磁感線的“凈條數(shù)”，當(dāng)有不同方向的磁場(chǎng)同時(shí)穿過(guò)同一面積時(shí)，此時(shí)的磁通量為各磁場(chǎng)穿過(guò)該面磁通量的代數(shù)和.3.（多選）面積為2.5×10－2m2的矩形線圈放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為4.0×10－2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，則穿過(guò)線圈的磁通量可能是（）A.1.0×10－2WbB.1.0×10－3WbC.1.0×10－4WbD.0解析：線圈與磁場(chǎng)垂直時(shí)，通過(guò)它的磁通量最大，且Φm＝BS＝1.0×10－3Wb.線圈與磁場(chǎng)平行時(shí)，通過(guò)它的磁通量為0.故通過(guò)線圈的磁通量范圍是0≤Φ≤1.0×10－3Wb.所以A錯(cuò)誤，B、C、D正確.答案：BCD4.如圖所示，一矩形線圈abcd有一半處在磁感應(yīng)強(qiáng)度垂直平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，虛線MN為磁場(chǎng)邊界且與cd邊平行，穿過(guò)線圈的磁通量為Φ1.當(dāng)線圈以cd為軸從圖中位置轉(zhuǎn)過(guò)45°的瞬間，穿過(guò)線圈的磁通量為Φ2，則（）A.Φ1∶Φ2＝eq\r(2)∶1B.Φ1∶Φ2＝1∶eq\r(2)C.Φ1∶Φ2＝（eq\r(2)＋1）∶1D.Φ1∶Φ2＝（eq\r(2)－1）∶1解析：設(shè)ab＝l1，bd＝2l2，則Φ1＝Bl1l2，Φ2＝B（2l1cos45°－l1）l2，所以Φ1∶Φ2＝（eq\r(2)＋1）∶1.故選C.答案：C5.如圖所示，兩個(gè)同心放置的平面金屬圓環(huán)、條形磁鐵穿過(guò)圓心且與兩環(huán)平面垂直，則通過(guò)兩圓環(huán)的磁通量Φa、Φb間的關(guān)系是（）A.Φa＞Φb