2024-2025學年新教材高中物理第十三章電磁感應與電磁波初步第2節(jié)磁感應強度磁通量學案新人教版必修3

PAGE7-磁感應強度磁通量【學習目標】1．知道磁感應強度的定義及物理意義。2．理解磁感應強度的方向、大小、定義式和單位。3．知道勻強磁場的概念及特點。4．知道磁通量的概念，會計算磁通量的大小。【思維脈絡】課前預習反饋教材梳理·落實新知學問點1磁感應強度1．電流元：在物理學中，把很短一段通電導線中的電流I與導線長度l的__乘積__叫做電流元。2．限制變量法探究影響通電導線受力的因素如圖所示，三塊相同的蹄形磁鐵，并列放在桌上，直導線所在處的磁場認為是勻稱的。(1)保持磁場中導線長度不變，變更__電流大小__，視察直導線__搖擺角度__大小來比較磁場力大小。(2)保持電流大小不變，變更磁場中__導線長度__，通過視察直導線__搖擺角度__大小比較磁場力大小。(3)試驗結論：通電導線與磁場方向垂直時，它受力的大小既與導線的長度l成__正比__，又與導線中的電流I成__正比__。3．磁感應強度表征磁場強弱的物理量。大小等于在磁場中__垂直__于磁場方向放置的通電導線，所受的磁場力F跟電流I和導線長度l的__乘積__Il的比值。4．定義式：B＝eq\f(F,Il)。5．單位在國際單位制中，磁感應強度的單位是__特斯拉__，簡稱特，國際符號是T,1T＝eq\f(N,A·m)。學問點2勻強磁場1．定義磁感應強度的__大小__、__方向__到處相同的磁場。2．磁感線特點勻強磁場的磁感線是一些__間隔相同的平行__直線。學問點3磁通量1．定義勻強磁場磁感應強度B和與磁場方向__垂直__的平面面積S的乘積，即Φ＝__BS__。2．拓展：磁場與平面不垂直時，這個面在垂直于磁場方向的__投影面積S′__與磁感應強度的乘積表示磁通量。3．單位：國際單位制中，磁通量的單位是__韋伯__，簡稱韋，符合是Wb,1Wb＝__1T·m2__。4．引申：在勻強磁場中B＝eq\f(Φ,S)，表示磁感應強度的大小等于穿過垂直磁場方向的__單位面積__的磁通量。預習自測『判一判』(1)磁感應強度方向即小磁針靜止時S極所指方向。(×)(2)雖然公式B＝eq\f(F,IL)是依據導線在勻強磁場中受力推導出來的，但卻適用于任何磁場。(√)(3)從B＝eq\f(F,IL)可以看出，磁場的磁感應強度與導線在磁場中受的磁場力F成正比，與IL成反比。(×)(4)某平面與磁場平行時，通過它的磁通量為零。(√)(5)磁通量是矢量，其正、負表示磁通量的方向。(×)『選一選』(多選)將一小段通電直導線垂直磁場方向放入一勻強磁場中，下列圖像能正確反映各量間關系的是(BC)解析：磁感應強度B與F、I、L無關，是由磁場本身的性質確定的，故B對，D錯；由F＝BIL可知，在B確定時，F與IL成正比，故A錯，C對。『想一想』電場強度是利用電荷在電場中會受到電場力的作用這一特性定義的。小磁體放在磁場中，它的兩極也會受到磁場的力的作用，為什么沒有利用磁極受力這一特性來定義磁感應強度呢？解析：因為小磁體在磁場中N極和S極都受到磁場力的作用，最終小磁體所受合力為0而達到平衡，由于無法單獨測量N極或S極的受力，所以不能從磁極受力這一特性來定義磁感應強度。課內互動探究細研深究·破疑解難探究對磁感應強度的理解┃┃情境導入__■巨大的電磁鐵能吸起成噸的鋼鐵，試驗室中的小磁鐵只能吸起幾枚鐵釘(如圖所示)。磁體磁性的強弱，表現為它所產生的磁場對磁性物質和電流的作用力的強弱，也就是說磁場也有強弱之分。那么我們怎樣相識和描述磁場的強弱呢？提示：用磁感應強度來描述磁場的強弱。┃┃要點提煉__■1．定義式B＝eq\f(F,IL)的理解(1)適用條件：通電導線垂直磁場放置。(2)定義式B＝eq\f(F,IL)適用于任何磁場，在非勻強磁場中IL為電流元，相當于電場中的“摸索電荷”。2．磁感應強度的確定因素磁感應強度反映磁場本身的特性，其值確定于磁場。其值與放入的檢驗電流的電流強度、導線長度、擺放方向、檢驗電流是否受到磁場力及檢驗電流是否存在等均無關系。3．磁感應強度的方向①小磁針靜止時N極指向——磁感應強度方向。②無論小磁針是否處于靜止狀態(tài)，其N極受力方向是確定的——即磁感應強度方向。┃┃典例剖析__■典例1(多選)關于磁感應強度的概念，以下說法中正確的是(ACD)A．電流元IL在磁場中受力為F，則磁感應強度大于或等于eq\f(F,IL)B．磁場中某點磁感應強度的方向，與電流元在此點的受力方向相同C．磁感應強度B的大小，與電流元IL在磁場中所受力F的大小無關D．在磁場中，小磁針N極的受力方向就是小磁針所處位置的磁感應強度方向思路引導：解題時應把握以下幾點：(1)磁感應強度B由磁場本身確定。(2)電流元垂直磁場放置時B＝eq\f(F,IL)。(3)小磁針N極受力方向即磁感應強度的方向。解析：當磁場與直導線不垂直時有F<BIL，垂直時有F＝BIL，選項A對；電流元受到的磁場力與磁場方向垂直，選項B錯；磁感應強度B由磁場本身確定，選項C對；小磁針N極的受力方向與小磁針所處位置的磁感應強度方向相同，選項D對。┃┃對點訓練__■1．在勻強磁場中某處P放一個長度為L＝20cm，通電電流I＝0.5A的直導線，測得它受到的最大磁場力F＝1.0N，其方向豎直向上，現將該通電導線從磁場撤走，則P處磁感應強度為(D)A．零B．10T，方向豎直向上C．0.1T，方向豎直向下D．10T，方向確定不沿豎直向上的方向解析：B＝eq\f(F,IL)＝eq\f(1.0,0.2×0.5)T＝10T，方向不沿力的方向。探究對磁通量的理解┃┃情境導入__■如圖所示的磁場中與磁場垂直放置兩個面積相同的閉合線圈S1(左)、S2(右)，如何推斷穿過線圈S1、S2的磁通量大小呢？提示：依據Φ＝BS推斷，由圖可知B1>B2，故Φ1>Φ2。┃┃要點提煉__■1．磁通量的計算(1)公式：Φ＝BS。適用條件：①勻強磁場；②磁感線與平面垂直。(2)在勻強磁場B中，若磁感線與平面不垂直，公式Φ＝BS中的S應為平面在垂直于磁感線方向上的投影面積。假如磁場B不與我們探討的對象垂直，例如圖中的S，則有S⊥＝ScosθΦ＝BScosθ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。”2．磁通量的正負(1)磁通量是標量，但有正負，當磁感線從某一面上穿入時，磁通量為正值，穿出時即為負值。(2)若磁感線沿相反方向穿過同一平面，且正向磁通量為Φ1，反向磁通量為Φ2，則穿過該平面的磁通量Φ＝Φ1－Φ2。3．磁通量的變更量ΔΦ＝Φ2－Φ1(1)當B不變，有效面積S變更時，ΔΦ＝B·ΔS。(2)當B變更，S不變時，ΔΦ＝ΔB·S。(3)B和S同時變更，則ΔΦ＝Φ2－Φ1，但ΔΦ≠ΔB·ΔS。特殊提示(1)穿過某一面積的磁通量是由穿過該面的磁感線條數的多少確定，與匝數無關。(2)當平面轉過180°時，磁通量的變更量的大小ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝2BS，而不是ΔΦ＝0。┃┃典例剖析__■典例2如圖所示，通有恒定電流的導線MN與閉合金屬框共面，第一次將金屬框由Ⅰ平移到Ⅱ，其次次將金屬框繞cd邊翻轉到Ⅱ，設先后兩次通過金屬框的磁通量變更分別為ΔΦ1和ΔΦ2，則(C)A．ΔΦ1>ΔΦ2 B．ΔΦ1＝ΔΦ2C．ΔΦ1<ΔΦ2 D．不能推斷思路引導：(1)磁通量是標量，但有正負，其正、負不代表方向，僅代表磁感線的穿入或穿出。(2)磁通量的變更量ΔΦ＝Φ2－Φ1，在詳細的計算中，確定要留意Φ1及Φ2的正負問題。解析：通電導線MN四周的磁場并非勻強磁場，靠近MN處的磁場強些，磁感線密一些，遠離MN處的磁感線疏一些，當線框在Ⅰ位置時，穿過平面的磁通量為ΦⅠ，當線框平移到Ⅱ位置時，磁通量為ΦⅡ，則磁通量的變更量為ΔΦ1＝|ΔΦⅡ－ΔΦⅠ|＝ΦⅠ－ΦⅡ。當線框翻轉到Ⅱ位置時，磁感線相當于從“反面”穿過平面，則磁通量為－ΦⅡ，則磁通量的變更量是ΔΦ2＝|－ΦⅡ－ΦⅠ|＝ΦⅠ＋ΦⅡ，所以ΔΦ1<ΔΦ2。┃┃對點訓練__■2.(原創(chuàng)題)在70周年國慶盛典上第一次亮相的“轟－6N”為國產新型遠程戰(zhàn)略轟炸機，可進行空中受油，能夠實現遠程奔襲、大區(qū)域遠航，防區(qū)外打擊，全面提升人民空軍戰(zhàn)略打擊實力。該機兩翼面積分別為16.5m2，設北京上空地磁場的豎直重量為0.42×10－4(1)穿過該機兩翼的磁通量為多少？(2)若該機花樣表演翻轉180°飛行，此過程中兩機翼磁通量變更量為多少？答案：(1)1.386×10－3Wb(2)2.772×10－3Wb解析：(1)據磁通量公式Φ＝BS得Φ＝0.42×10－4×2×16.5Wb＝1.386×10－3Wb。(2)磁通量的變更量ΔΦ＝2Φ＝2.772×10－3Wb。核心素養(yǎng)提升以題說法·啟智培優(yōu)磁場的疊加(1)象電場一樣，磁場也聽從疊加原理。假如有幾個磁場同時存在，則它們的磁場相互疊加，這時某點的磁感應強度就等于各個磁場在該點磁感應強度的矢量和。(2)對磁場的疊加問題，應先確定有幾個磁場，搞清晰每個磁場在該處的磁感應強度的方向，然后用平行四邊形定則求矢量和，磁場的方向性比重力場、靜電場的方向性困難得多，要留意培育空間想象力。案例在試驗精度要求不高的狀況下，可利用羅盤來測量電流產生磁場的磁感應強度。詳細做法是：在一根南北方向放置的直導線的正下方10cm處放一個羅盤。導線沒有通電時羅盤的指針(小磁針的N極)指向北方；當給導線通入電流時，發(fā)覺羅盤的指針偏轉確定角度，依據偏轉角度即可測定電流磁場的磁感應強度?，F已測出此地的地磁場水平重量Be＝5.0×10－5T，通電后羅盤指針停在北偏東60°的位置(如