2024-2025學(xué)年新教材高中物理第十三章電磁感應(yīng)與電磁波初步第2節(jié)磁感應(yīng)強(qiáng)度磁通量學(xué)案新人教版必修3

PAGE7-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)度的定義及物理意義。2．理解磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向、大小、定義式和單位。3．知道勻強(qiáng)磁場(chǎng)的概念及特點(diǎn)。4．知道磁通量的概念，會(huì)計(jì)算磁通量的大小?！舅季S脈絡(luò)】課前預(yù)習(xí)反饋教材梳理·落實(shí)新知學(xué)問點(diǎn)1磁感應(yīng)強(qiáng)度1．電流元：在物理學(xué)中，把很短一段通電導(dǎo)線中的電流I與導(dǎo)線長(zhǎng)度l的__乘積__叫做電流元。2．限制變量法探究影響通電導(dǎo)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(dǎo)線所在處的磁場(chǎng)認(rèn)為是勻稱的。(1)保持磁場(chǎng)中導(dǎo)線長(zhǎng)度不變，變更__電流大小__，視察直導(dǎo)線__搖擺角度__大小來(lái)比較磁場(chǎng)力大小。(2)保持電流大小不變，變更磁場(chǎng)中__導(dǎo)線長(zhǎng)度__，通過視察直導(dǎo)線__搖擺角度__大小比較磁場(chǎng)力大小。(3)試驗(yàn)結(jié)論：通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，它受力的大小既與導(dǎo)線的長(zhǎng)度l成__正比__，又與導(dǎo)線中的電流I成__正比__。3．磁感應(yīng)強(qiáng)度表征磁場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量。大小等于在磁場(chǎng)中__垂直__于磁場(chǎng)方向放置的通電導(dǎo)線，所受的磁場(chǎng)力F跟電流I和導(dǎo)線長(zhǎng)度l的__乘積__Il的比值。4．定義式：B＝eq\f(F,Il)。5．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，國(guó)際符號(hào)是T,1T＝eq\f(N,A·m)。學(xué)問點(diǎn)2勻強(qiáng)磁場(chǎng)1．定義磁感應(yīng)強(qiáng)度的__大小__、__方向__到處相同的磁場(chǎng)。2．磁感線特點(diǎn)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感線是一些__間隔相同的平行__直線。學(xué)問點(diǎn)3磁通量1．定義勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B和與磁場(chǎng)方向__垂直__的平面面積S的乘積，即Φ＝__BS__。2．拓展：磁場(chǎng)與平面不垂直時(shí)，這個(gè)面在垂直于磁場(chǎng)方向的__投影面積S′__與磁感應(yīng)強(qiáng)度的乘積表示磁通量。3．單位：國(guó)際單位制中，磁通量的單位是__韋伯__，簡(jiǎn)稱韋，符合是Wb,1Wb＝__1T·m2__。4．引申：在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中B＝eq\f(Φ,S)，表示磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小等于穿過垂直磁場(chǎng)方向的__單位面積__的磁通量。預(yù)習(xí)自測(cè)『判一判』(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度方向即小磁針靜止時(shí)S極所指方向。(×)(2)雖然公式B＝eq\f(F,IL)是依據(jù)導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中受力推導(dǎo)出來(lái)的，但卻適用于任何磁場(chǎng)。(√)(3)從B＝eq\f(F,IL)可以看出，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度與導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受的磁場(chǎng)力F成正比，與IL成反比。(×)(4)某平面與磁場(chǎng)平行時(shí)，通過它的磁通量為零。(√)(5)磁通量是矢量，其正、負(fù)表示磁通量的方向。(×)『選一選』(多選)將一小段通電直導(dǎo)線垂直磁場(chǎng)方向放入一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，下列圖像能正確反映各量間關(guān)系的是(BC)解析：磁感應(yīng)強(qiáng)度B與F、I、L無(wú)關(guān)，是由磁場(chǎng)本身的性質(zhì)確定的，故B對(duì)，D錯(cuò)；由F＝BIL可知，在B確定時(shí)，F(xiàn)與IL成正比，故A錯(cuò)，C對(duì)?！合胍幌搿浑妶?chǎng)強(qiáng)度是利用電荷在電場(chǎng)中會(huì)受到電場(chǎng)力的作用這一特性定義的。小磁體放在磁場(chǎng)中，它的兩極也會(huì)受到磁場(chǎng)的力的作用，為什么沒有利用磁極受力這一特性來(lái)定義磁感應(yīng)強(qiáng)度呢？解析：因?yàn)樾〈朋w在磁場(chǎng)中N極和S極都受到磁場(chǎng)力的作用，最終小磁體所受合力為0而達(dá)到平衡，由于無(wú)法單獨(dú)測(cè)量N極或S極的受力，所以不能從磁極受力這一特性來(lái)定義磁感應(yīng)強(qiáng)度。課內(nèi)互動(dòng)探究細(xì)研深究·破疑解難探究對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度的理解┃┃情境導(dǎo)入__■巨大的電磁鐵能吸起成噸的鋼鐵，試驗(yàn)室中的小磁鐵只能吸起幾枚鐵釘(如圖所示)。磁體磁性的強(qiáng)弱，表現(xiàn)為它所產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)磁性物質(zhì)和電流的作用力的強(qiáng)弱，也就是說磁場(chǎng)也有強(qiáng)弱之分。那么我們?cè)鯓酉嘧R(shí)和描述磁場(chǎng)的強(qiáng)弱呢？提示：用磁感應(yīng)強(qiáng)度來(lái)描述磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。┃┃要點(diǎn)提煉__■1．定義式B＝eq\f(F,IL)的理解(1)適用條件：通電導(dǎo)線垂直磁場(chǎng)放置。(2)定義式B＝eq\f(F,IL)適用于任何磁場(chǎng)，在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中IL為電流元，相當(dāng)于電場(chǎng)中的“摸索電荷”。2．磁感應(yīng)強(qiáng)度的確定因素磁感應(yīng)強(qiáng)度反映磁場(chǎng)本身的特性，其值確定于磁場(chǎng)。其值與放入的檢驗(yàn)電流的電流強(qiáng)度、導(dǎo)線長(zhǎng)度、擺放方向、檢驗(yàn)電流是否受到磁場(chǎng)力及檢驗(yàn)電流是否存在等均無(wú)關(guān)系。3．磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向①小磁針靜止時(shí)N極指向——磁感應(yīng)強(qiáng)度方向。②無(wú)論小磁針是否處于靜止?fàn)顟B(tài)，其N極受力方向是確定的——即磁感應(yīng)強(qiáng)度方向。┃┃典例剖析__■典例1(多選)關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念，以下說法中正確的是(ACD)A．電流元IL在磁場(chǎng)中受力為F，則磁感應(yīng)強(qiáng)度大于或等于eq\f(F,IL)B．磁場(chǎng)中某點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，與電流元在此點(diǎn)的受力方向相同C．磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小，與電流元IL在磁場(chǎng)中所受力F的大小無(wú)關(guān)D．在磁場(chǎng)中，小磁針N極的受力方向就是小磁針?biāo)幬恢玫拇鸥袘?yīng)強(qiáng)度方向思路引導(dǎo)：解題時(shí)應(yīng)把握以下幾點(diǎn)：(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度B由磁場(chǎng)本身確定。(2)電流元垂直磁場(chǎng)放置時(shí)B＝eq\f(F,IL)。(3)小磁針N極受力方向即磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向。解析：當(dāng)磁場(chǎng)與直導(dǎo)線不垂直時(shí)有F<BIL，垂直時(shí)有F＝BIL，選項(xiàng)A對(duì)；電流元受到的磁場(chǎng)力與磁場(chǎng)方向垂直，選項(xiàng)B錯(cuò)；磁感應(yīng)強(qiáng)度B由磁場(chǎng)本身確定，選項(xiàng)C對(duì)；小磁針N極的受力方向與小磁針?biāo)幬恢玫拇鸥袘?yīng)強(qiáng)度方向相同，選項(xiàng)D對(duì)。┃┃對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練__■1．在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中某處P放一個(gè)長(zhǎng)度為L(zhǎng)＝20cm，通電電流I＝0.5A的直導(dǎo)線，測(cè)得它受到的最大磁場(chǎng)力F＝1.0N，其方向豎直向上，現(xiàn)將該通電導(dǎo)線從磁場(chǎng)撤走，則P處磁感應(yīng)強(qiáng)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(duì)磁通量的理解┃┃情境導(dǎo)入__■如圖所示的磁場(chǎng)中與磁場(chǎng)垂直放置兩個(gè)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(jù)Φ＝BS推斷，由圖可知B1>B2，故Φ1>Φ2。┃┃要點(diǎn)提煉__■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。假如磁場(chǎng)B不與我們探討的對(duì)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?！?．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(dāng)B不變，有效面積S變更時(shí)，ΔΦ＝B·ΔS。(2)當(dāng)B變更，S不變時(shí)，ΔΦ＝ΔB·S。(3)B和S同時(shí)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(shù)的多少確定，與匝數(shù)無(wú)關(guān)。(2)當(dāng)平面轉(zhuǎn)過180°時(shí)，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(dǎo)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(zhuǎn)到Ⅱ，設(shè)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(dǎo)：(1)磁通量是標(biāo)量，但有正負(fù)，其正、負(fù)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(xì)的計(jì)算中，確定要留意Φ1及Φ2的正負(fù)問題。解析：通電導(dǎo)線MN四周的磁場(chǎng)并非勻強(qiáng)磁場(chǎng)，靠近MN處的磁場(chǎng)強(qiáng)些，磁感線密一些，遠(yuǎn)離MN處的磁感線疏一些，當(dāng)線框在Ⅰ位置時(shí)，穿過平面的磁通量為ΦⅠ，當(dāng)線框平移到Ⅱ位置時(shí)，磁通量為ΦⅡ，則磁通量的變更量為ΔΦ1＝|ΔΦⅡ－ΔΦⅠ|＝ΦⅠ－ΦⅡ。當(dāng)線框翻轉(zhuǎn)到Ⅱ位置時(shí)，磁感線相當(dāng)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(duì)點(diǎn)訓(xùn)練__■2.(原創(chuàng)題)在70周年國(guó)慶盛典上第一次亮相的“轟－6N”為國(guó)產(chǎn)新型遠(yuǎn)程戰(zhàn)略轟炸機(jī)，可進(jìn)行空中受油，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程奔襲、大區(qū)域遠(yuǎn)航，防區(qū)外打擊，全面提升人民空軍戰(zhàn)略打擊實(shí)力。該機(jī)兩翼面積分別為16.5m2，設(shè)北京上空地磁場(chǎng)的豎直重量為0.42×10－4(1)穿過該機(jī)兩翼的磁通量為多少？(2)若該機(jī)花樣表演翻轉(zhuǎn)180°飛行，此過程中兩機(jī)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(jù)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(chǎng)的疊加(1)象電場(chǎng)一樣，磁場(chǎng)也聽從疊加原理。假如有幾個(gè)磁場(chǎng)同時(shí)存在，則它們的磁場(chǎng)相互疊加，這時(shí)某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度就等于各個(gè)磁場(chǎng)在該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量和。(2)對(duì)磁場(chǎng)的疊加問題，應(yīng)先確定有幾個(gè)磁場(chǎng)，搞清晰每個(gè)磁場(chǎng)在該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，然后用平行四邊形定則求矢量和，磁場(chǎng)的方向性比重力場(chǎng)、靜電場(chǎng)的方向性困難得多，要留意培育空間想象力。案例在試驗(yàn)精度要求不高的狀況下，可利用羅盤來(lái)測(cè)量電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。詳細(xì)做法是：在一根南北方向放置的直導(dǎo)線的正下方10cm處放一個(gè)羅盤。導(dǎo)線沒有通電時(shí)羅盤的指針(小磁針的N極)指向北方；當(dāng)給導(dǎo)線通入電流時(shí)，發(fā)覺羅盤的指針偏轉(zhuǎn)確定角度，依據(jù)偏轉(zhuǎn)角度即可測(cè)定電流磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度?，F(xiàn)已測(cè)出此地的地磁場(chǎng)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