教科版物理選修3-1講義第3章3磁感應(yīng)強(qiáng)度磁通量Word版含答案

3磁感應(yīng)強(qiáng)度磁通量[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.知道磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念及物理意義．(重點)2.理解磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向、大小、定義式和單位．(重點)3.進(jìn)一步體會如何通過比值定義法定義物理量．4.知道磁通量，通過計算磁通量的大小進(jìn)一步理解定量描述磁場的方法．(難點)一、磁感應(yīng)強(qiáng)度1．磁感應(yīng)強(qiáng)度(1)物理意義：描述磁場強(qiáng)弱的物理量．(2)方向：小磁針靜止時N極所指的方向規(guī)定為該點的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向，簡稱為磁場方向．(3)磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量(選填“標(biāo)量”或“矢量”)．2．磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小(1)電流元：很短的一段通電導(dǎo)線中的電流與導(dǎo)線長度的乘積．(2)大?。阂粋€電流元垂直放入磁場中的某點，電流元受到的磁場力與該電流元的比值，B＝F/IL．(3)單位：特斯拉，簡稱特，符號是T，1T＝1N/(A·m)．3．勻強(qiáng)磁場(1)各點的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小和方向都相同的磁場，勻強(qiáng)磁場的磁感線是一組平行且等間距的直線，如圖所示．距離很近的兩個異名磁極之間的磁場(2)勻強(qiáng)磁場中安培力的計算①當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場垂直時：F＝ILB．②當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場方向成θ角時：F＝ILBsinθ．二、磁通量1．定義在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，有一個與磁場方向垂直的平面，面積為S，我們把B與S的乘積叫作穿過這一面積的磁通量．2．磁通量的計算(1)公式：Φ＝BS．適用條件：①勻強(qiáng)磁場；②磁感線與平面垂直．(2)在勻強(qiáng)磁場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，如圖所示：S為圖中陰影部分的面積．3．單位：韋伯，簡稱韋，符號為Wb，1Wb＝1T·m2.4．磁通密度由Φ＝BS得B＝eq\f(Φ,S)，磁感應(yīng)強(qiáng)度等于穿過單位面積的磁通量，所以也叫磁通密度．表示磁感應(yīng)強(qiáng)度等于穿過垂直磁感線的單位面積的磁感線條數(shù)．三、利用安培力測定磁感應(yīng)強(qiáng)度1．原理根據(jù)B＝eq\f(F,IL)，測出通電導(dǎo)線在磁場中的有效長度、通電導(dǎo)線上的電流以及所受安培力的大小，代入公式即可求出磁感應(yīng)強(qiáng)度B.2．測量原理圖(如圖所示)3．測量過程(1)按照原理圖連接好電路，記下此時彈簧測力計的讀數(shù)F0.(2)將滑動變阻器的滑片置于最右端，閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器使電流表的讀數(shù)為I1，記下彈簧測力計的讀數(shù)F1，則磁場對矩形線框位于磁場中的一條邊的作用力的大小為F＝|F1－F0|.(3)再測出線框在磁場中的這條邊的長度為L.(4)代入B＝eq\f(F,IL)＝eq\f(|F1－F0|,I1L)，即可求得B的大?。?．注意事項(1)為使測量過程簡單，使矩形線框所在平面與N極、S極的連線垂直．(2)使矩形線框的短邊全部放在N、S極之間的區(qū)域中．(3)為使測量更精確，可把彈簧測力計換成精密天平．1．正誤判斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是磁場的方向． ()(2)通電導(dǎo)線放在磁場中某點，該點就有磁感應(yīng)強(qiáng)度，如果將通電導(dǎo)線拿走，該點的磁感應(yīng)強(qiáng)度就變?yōu)榱?)(3)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向與通電導(dǎo)線在該處所受磁場力的方向相同． ()(4)磁感應(yīng)強(qiáng)度越大，線圈面積越大，則穿過線圈的磁通量一定越大． ()(5)磁通量有方向，因此，磁通量是矢量． ()[答案](1)√(2)×(3)×(4)×(5)×2．磁感應(yīng)強(qiáng)度B在國際單位制中的單位是特斯拉(符號：T)，下列單位中與磁感應(yīng)強(qiáng)度單位一致的是()A．eq\f(N,A·m) B．eq\f(N,A·s)C．eq\f(N,C·m) D．eq\f(V·s,m2)A[由磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義公式B＝eq\f(F,IL)知F的國際單位是N，I的國際單位是A，L的國際單位是m，故1T＝1N/(A·m)，A項正確．]3．關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度B，下列說法中正確的是()A．磁場中某點B的大小，跟放在該點的試探電流元的情況有關(guān)B．磁場中某點B的方向，跟放在該點的試探電流元所受磁場力方向一致C．在磁場中某點的試探電流元不受磁場力作用時，該點B值大小為零D．在磁場中磁感線越密集的地方，磁感應(yīng)強(qiáng)度越大D[磁場中某點B的大小由磁場本身決定，與該點有沒有電流元無關(guān)，A、C項錯誤；該點B的方向與電流元在該點所受的安培力方向垂直，B項錯誤；磁感線的疏密反映磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，越密的地方磁感應(yīng)強(qiáng)度越大，D項正確．]對磁感應(yīng)強(qiáng)度的理解磁感應(yīng)強(qiáng)度與電場強(qiáng)度的比較電場強(qiáng)度E磁感應(yīng)強(qiáng)度B定義的依據(jù)①電場對電荷q有作用力F②對電場中任一點，F(xiàn)∝q，eq\f(F,q)＝定值(由電場決定)③對不同點，一般來說這個定值不同④比值eq\f(F,q)可表示電場的強(qiáng)弱①磁場對直線電流I有作用力F②對磁場中任一點，F(xiàn)與磁場方向、電流方向有關(guān)，只考慮電流方向垂直于磁場方向的情況時，F(xiàn)∝IL，eq\f(F,IL)＝定值(由磁場決定)③對不同點，一般來說這個定值不同④比值eq\f(F,IL)可表示磁場的強(qiáng)弱定義式E＝eq\f(F,q)B＝eq\f(F,IL)物理意義描述電場的強(qiáng)弱和方向表征磁場的強(qiáng)弱和方向方向該點正電荷的受力方向小磁針N極的受力方向場的疊加遵循矢量的平行四邊形定則遵循矢量的平行四邊形定則單位1N/C＝1V/m1T＝1N/(A·m)【例1】(多選)關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度，下列說法正確的是()A．由B＝eq\f(F,IL)可知，磁場中某處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨通電導(dǎo)線中電流I的減小而增大B．由B＝eq\f(F,IL)可知，磁場中某處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨通電導(dǎo)線所受磁場力F的增大而增大C．磁場中某一點的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小與F、I、L的大小無關(guān)D．同一段通電導(dǎo)線垂直于磁場方向放在不同的磁場中，所受的磁場力F與磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比CD[磁場中某一點的磁感應(yīng)強(qiáng)度B和外界因素?zé)o關(guān)，只和磁場本身的性質(zhì)有關(guān)，與電流I、導(dǎo)線長度L、磁場力F無關(guān)，故A、B錯誤，C正確；由B＝eq\f(F,IL)得，F(xiàn)＝BIL，當(dāng)I、L不變時，F(xiàn)與B成正比，故D正確．](多選)將段通電直導(dǎo)線垂直磁場方向放入一勻強(qiáng)磁場中，下列圖像能正確反映各量間關(guān)系的是()BC[磁感應(yīng)強(qiáng)度B與F、I、L無關(guān)，是由磁場本身的性質(zhì)決定的，故B對，D錯；由F＝BIL可知，在B、L一定時，F(xiàn)與I成正比，故A錯，C對．]磁感應(yīng)強(qiáng)度的疊加磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量，當(dāng)空間存在多個磁場時，合磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度等于每一個磁場單獨存在時磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量和，滿足矢量合成的平行四邊形定則．【例2】如圖所示，兩根相互平行的長直導(dǎo)線過紙面上的M、N兩點，且與紙面垂直，導(dǎo)線中通有大小相等、方向相反的電流．a(chǎn)、o、b在M、N的連線上，o為MN的中點，c、d位于MN的中垂線上，且a、b、c、d到o點的距離均相等．關(guān)于以上幾點處的磁場，下列說法正確的是()A．o點處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零B．a(chǎn)、b兩點處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相反C．c、d兩點處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相同D．a(chǎn)、c兩點處磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向不同思路點撥：解答本題時可用矢量疊加結(jié)合對稱性分析．C[由安培定則分別畫出兩直導(dǎo)線在a、b、c、d、o點的磁場方向，如圖所示．由平行四邊形定則可得，o點的磁感應(yīng)強(qiáng)度不為零，選項A錯誤；a、b兩點處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相同，選項B錯誤；c、d兩點處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向均豎直向下，選項C正確；a、c兩點處磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向都豎直向下，方向相同，選項D錯誤．]求合磁場的步驟(1)確定場源，如通電導(dǎo)線．(2)定位空間中需求解磁場的點，利用安培定則判定各個場源在這一點上產(chǎn)生的磁場的大小和方向．如圖中M、N在C點產(chǎn)生的磁場．(3)應(yīng)用平行四邊形定則進(jìn)行合成，如圖中的合磁場B.上例中若N處的長直導(dǎo)線電流方向改為垂直紙面向里，其它條件都不變，則各點的磁感應(yīng)強(qiáng)度關(guān)系敘述正確的是()ABD[由安培定則畫出兩直導(dǎo)線在a、b、c、d、o各點的磁場方向，如圖所示，由平行四邊形定則知Bo＝0，Ba與Bb等大反向，Bc與Bd等大反向，故A、B正確；C錯誤；a、c兩點處磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向不同，D正確．]在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0、方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，水平放置一根長直通電導(dǎo)線，電流的方向垂直于紙面向里．如圖所示，a、b、c、d是以直導(dǎo)線為圓心的同一圓周上的四點，在這四點中()A．b、d兩點的磁感應(yīng)強(qiáng)度相等B．a(chǎn)、b兩點的磁感應(yīng)強(qiáng)度相等C．c點的磁感應(yīng)強(qiáng)度的值最小D．b點的磁感應(yīng)強(qiáng)度的值最大C[如圖所示，由矢量疊加原理可求出各點的合磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度，可見b、d兩點的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，但方向不同，A項錯誤；a點的磁感應(yīng)強(qiáng)度的值最大，c點的磁感應(yīng)強(qiáng)度的值最小，B、D項錯誤，C項正確．]磁通量的理解與計算1．對公式Φ＝BScosθ的理解式中Scosθ即為面積S在垂直于磁感線方向上的投影，我們稱為“有效面積”(如圖所示)．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，磁通量為正值，磁感線從此面穿出時為負(fù)值．(2)若同時有磁感線沿相反方向穿過同一平面，且正向磁通量大小為Φ1，反向磁通量大小為Φ2，則穿過該平面的磁通量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，ΔΦ＝B·ΔS.(2)當(dāng)B變化，S不變時，ΔΦ＝ΔB·S.(3)B和S同時變化，則ΔΦ＝Φ2－Φ1.但此時ΔΦ≠ΔB·ΔS.4．兩點注意(1)穿過某一面積的磁通量是由穿過該面的磁感線條數(shù)的多少決定，與匝數(shù)無關(guān)．(2)當(dāng)平面轉(zhuǎn)過180°時，磁通量的變化量ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝2BS，而不是ΔΦ＝0.【例3】如圖所示，兩個單匝線圈a、b的半徑分別為r和2r.圓形勻強(qiáng)磁場B的邊緣恰好與a線圈重合，則穿過a、b兩線圈的磁通量之比為()A．1∶1B．1∶2C．1∶4D．4∶1思路點撥：Φ＝BS中S指與磁場垂直的有效面積．A[磁通量Φ＝B·S，其中B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，S為與B垂直的有效面積．因為是同一磁場，B相同，且有效面積相同，Sa＝Sb，故Φa＝Φb.選項A正確．]磁通量大小的分析與判斷(1)定量計算通過公式Φ＝BS來定量計算，計算磁通量時應(yīng)注意：①明確磁場是否為勻強(qiáng)磁場，知道磁感應(yīng)強(qiáng)度的大?。谄矫娴拿娣eS應(yīng)為磁感線通過的有效面積.當(dāng)平面S與磁場方向不垂直時，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線圈面積的磁感線的“凈條數(shù)”，當(dāng)有不同方向的磁場同時穿過同一面積時，此時的磁通量為各磁場穿過該面磁通量的代數(shù)和．(多選)如圖所示是等腰直角三棱柱，其平面ABCD為正方形，邊長為L，它們按圖示方式放置于豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0，則下列說法中正確的是()A．穿過ABCD平面的磁通量大小為B0L2B．穿過BCFE平面的磁通量大小為eq\f(\r(2),2)B0L2C．穿過ADFE平面的磁通量大小為零D．穿過整個三棱柱的磁通量為零BCD[根據(jù)Φ＝BS⊥，可知通過ABCD平面的磁通量Φ＝B0L2sin45°＝eq\f(\r(2),2)B0L2，A錯誤；平面BCFE⊥B0，而BC＝L，CF＝Lsin45°＝eq\f(\r(2),2)L，所以平面BCFE的面積S＝BC·CF＝eq\f(\r(2),2)L2，因而Φ′＝B0S＝eq\f(\r(2),2)B0L2，B正確；平面ADFE與B0平行，所以穿過平面ADFE的磁通量為零，C正確；若規(guī)定從外表面穿入三棱柱的磁通量為正，那么由三棱柱內(nèi)表面穿出時的磁通量就為負(fù)，而穿入三棱柱的磁感線條數(shù)總與穿出的磁感線條數(shù)相等，因此穿過整個三棱柱的磁通量為零，D正確．故選BCD.]課堂小結(jié)知識脈絡(luò)1.2個方法——類比法和比值定義法2.2個概念——磁感應(yīng)強(qiáng)度磁通量3.2個公式——B＝eq\f(F,IL)Φ＝BS1．(多選)有關(guān)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向，下列說法正確的是()A．B的方向就是小磁針N極所指的方向B．B的方向與小磁針在任何情況下N極受力方向一致C．B的方向就是通電導(dǎo)線的受力方向D．B的方向就是該處磁場的方向BD[磁場的方向就是磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，D正確；磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向規(guī)定為小磁針靜止時N極所指方向或小磁針N極受力方向，A錯誤，B正確；B的方向與通電導(dǎo)線所受力的方向是不一致的，C錯誤．]2．如圖所示，在條形磁鐵外套有A、B兩個大小不同的圓環(huán)，穿過A環(huán)的磁通量ΦA(chǔ)與穿過B環(huán)的磁通量ΦB相比較，則()A．ΦA(chǔ)＞ΦB B．ΦA(chǔ)＜ΦBC．ΦA(chǔ)＝ΦB D．不能確定A[本題考查磁通量的概念．Φ＝Φ內(nèi)－Φ外，分別畫出穿過A、B環(huán)的磁感線分布如圖所示，磁鐵內(nèi)的磁感線條數(shù)與其外部磁感線條數(shù)相等．通過A、B環(huán)的磁感線條數(shù)應(yīng)該這樣粗略計算，用磁鐵內(nèi)的磁感線總條數(shù)減去磁鐵外每個環(huán)中的磁感線條數(shù)(因為磁鐵內(nèi)、外磁感線的方向相反)．很明顯，磁鐵外部的磁感線通過B環(huán)的條數(shù)比A環(huán)的多，故B環(huán)中剩下的磁感線條數(shù)比A環(huán)中剩下的磁感線條數(shù)少，所以ΦA(chǔ)>