人教版高中物理必修第三冊第十三章電磁感應(yīng)與電磁波初步13-2磁感應(yīng)強(qiáng)度磁通量課件

第十三章電磁感應(yīng)與電磁波初步學(xué)習(xí)目標(biāo)1.結(jié)合生活情境,認(rèn)識磁場有強(qiáng)弱;通過類比電場強(qiáng)度,知道磁感應(yīng)強(qiáng)度是描述磁場強(qiáng)弱的物理量,知道磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念;理解勻強(qiáng)磁場的特點(diǎn).進(jìn)一步體會微元法和利用物理量之比定義物理量的方法.2.通過對磁感線疏密程度的研究,建立磁通量的概念,會計(jì)算勻強(qiáng)磁場中通過某一面積的磁通量.3.了解中國古代在指南針使用方面的情況,激發(fā)民族自豪感.2

磁感應(yīng)強(qiáng)度磁通量知識點(diǎn)一磁感應(yīng)強(qiáng)度答案:電磁鐵的磁場更強(qiáng),用磁感應(yīng)強(qiáng)度描述磁場的強(qiáng)弱.1.巨大的電磁鐵能吸引幾噸的鋼材,小磁體只能吸引幾枚鐵釘,電磁鐵和小磁體哪個(gè)產(chǎn)生的磁場強(qiáng)?用什么物理量描述磁場的強(qiáng)弱?2.類比電場強(qiáng)度的概念,我們能用小磁針N極受力的大小和方向來確定某點(diǎn)磁場的強(qiáng)弱和方向嗎?為什么?答案:用小磁針N極的受力方向可以判斷某點(diǎn)磁場的方向,但由于N極不能單獨(dú)存在,很難測量N極受力的大小,故不能用小磁針N極受力的大小確定磁場的強(qiáng)弱.3.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)線長度l的

叫作電流元.4.通電導(dǎo)線與磁場方向垂直時(shí),它受力的大小既與導(dǎo)線的長度l成

,又與導(dǎo)線中的電流I成

,即與I和l的乘積Il成正比,用公式表示就是

.乘積Il正比正比F=IlB5.磁感應(yīng)強(qiáng)度.(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度是表征

的物理量,在導(dǎo)線與磁場垂直時(shí),有關(guān)系式B=

.(2)在國際單位制中,磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是

,簡稱

,符號是

.(3)地磁場在地面附近的磁感應(yīng)強(qiáng)度的平均值為

,電動機(jī)或變壓器鐵芯中磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為

.

(4)磁感應(yīng)強(qiáng)度是

(選填“矢量”或“標(biāo)量”),它的方向就是該處

.磁場強(qiáng)弱特斯拉特T5×10-5T0.8~1.7T矢量小磁針靜止時(shí)N極所指的方向

知識點(diǎn)二勻強(qiáng)磁場1.圖甲為兩個(gè)平行放置的異名永久磁體磁極間的磁場分布,圖乙為兩個(gè)平行放置的通電線圈之間的磁場分布.觀察圖甲中除邊緣部分和圖乙中中間區(qū)域的磁感線有什么特點(diǎn)?答案:磁感線均為間隔相等的平行直線.甲乙2.如果磁場中各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的

、

,這個(gè)磁場叫作勻強(qiáng)磁場.3.勻強(qiáng)磁場的磁感線用一些

表示.大小相等方向相同間隔相等的平行直線知識點(diǎn)三磁通量1.如圖所示,在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中,有一個(gè)與磁場方向垂直的面,面積為S.

BS磁通量磁通韋伯Wb垂直磁場

2.如圖所示,一水平方向的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.面積為S的矩形線圈abcd水平放置.答案:沒有磁感線穿過線圈.磁通量為0.(1)此時(shí)有磁感線穿過線圈嗎?磁通量是多少?(2)線圈如何放置,穿過線圈的磁感線條數(shù)最多,穿過線圈所圍面積的磁通量最大?磁通量的最大值為多少?答案:線圈垂直磁場放置時(shí),穿過線圈的磁感線條數(shù)最多,穿過這個(gè)面積的磁通量最大,磁通量的最大值為BS.3.如圖所示,非勻強(qiáng)磁場中,S1和S2兩處磁感線的疏密不同.(1)如果在S1和S2處,在垂直紙面方向取同樣的面積,穿過哪個(gè)面積的磁感線條數(shù)較多?穿過哪個(gè)面積的磁通量較大?穿過某一面積的磁感線條數(shù)和穿過該面積的磁通量什么關(guān)系?答案:S1處磁感線密,穿過S1處的面積的磁感線條數(shù)較多.S1處磁感應(yīng)強(qiáng)度大,由于面積相等,根據(jù)Φ=BS,所以穿過S1處的面積的磁通量較大.穿過某一面積的磁感線的條數(shù)反映穿過這一面積的磁通量.(2)如果S2處所選的面積增大,使穿過S1處所選面積的磁感線都穿過S2處的所選面積,試在圖中畫出S2處所選的面積,此時(shí)穿過它們的磁通量有什么關(guān)系?答案:S2處所選的面積如圖所示,此時(shí)穿過S1和S2處所選面積的磁感線條數(shù)相等,穿過它們的磁通量也相等.小試身手判斷下列說法的正誤并和同學(xué)交流(正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”).1.電流元在磁場中受到的作用力越大,磁感應(yīng)強(qiáng)度越大.(

)2.磁感應(yīng)強(qiáng)度由磁場本身的性質(zhì)決定,與放不放電流元無關(guān).(

)3.磁場中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是該點(diǎn)的磁場方向.(

)4.磁感應(yīng)強(qiáng)度等于穿過單位面積的磁通量.(

)5.磁通量越大,磁感應(yīng)強(qiáng)度越大.(

)6.穿過某一面積的磁通量為0,該處磁感應(yīng)強(qiáng)度不一定為0.(

)7.將一平面置于勻強(qiáng)磁場中的任何位置,穿過該平面的磁通量總相等.(

)×√√××√×探究一磁感應(yīng)強(qiáng)度問題情境如圖所示,直導(dǎo)線水平懸掛在磁體的兩極間,導(dǎo)線的方向與磁場的方向垂直.導(dǎo)線中的電流大小可以由外部電路控制,用電流表測量.分別接通“2、3”和“1、4”,可以改變導(dǎo)線通電部分的長度.1.接通“2、3”時(shí),觀察懸線擺動的角度,然后斷開“2、3”,接通“1、4”,保持電流不變,可以觀察到什么現(xiàn)象?此現(xiàn)象說明什么?答案:電路由接通“2、3”改為接通“1、4”,導(dǎo)線通電部分變長,可以觀察到懸線與豎直方向的夾角變大.說明電流一定時(shí),通電導(dǎo)線越長,導(dǎo)線受力越大.2.接通“2、3”時(shí),使導(dǎo)線中的電流變大,可以觀察到什么現(xiàn)象?此現(xiàn)象說明什么?答案:懸線與豎直方向的夾角變大.說明導(dǎo)線長度一定時(shí),電流變大,導(dǎo)線受力變大.3.根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析,通電直導(dǎo)線垂直放置在磁場中受到的磁場力F的大小可能與什么因素有關(guān)?答案:磁場力F的大小可能與導(dǎo)線中的電流I和導(dǎo)線長度l有關(guān).4.如圖所示,磁場中的D、E、F三點(diǎn)分別放置長度很短的通電導(dǎo)體,導(dǎo)體中通有電流,且導(dǎo)體與所在位置的磁場垂直.測得導(dǎo)體所受的磁場力情況如表中所示.分析表中數(shù)據(jù),計(jì)算磁場力與電流和導(dǎo)體長度乘積的比值,你能得出什么結(jié)論?位置電流長度磁場力DIl3FEIlFI2l2F2Il2FFIl0.5F答案:(1)在不同位置,垂直磁場方向放入I、l相同的電流元,電流元受到的磁場力與電流和導(dǎo)體長度乘積的比值不同,磁場較強(qiáng)的地方,比值較大.(2)在同一位置,垂直磁場方向放入I、l不同的電流元,電流元受到的磁場力與電流和導(dǎo)體長度乘積成正比,即電流元受到的磁場力與電流和導(dǎo)體長度乘積的比值相同.(3)磁場力與電流和導(dǎo)體長度乘積的比值與垂直磁場方向放置的電流元無關(guān).5.結(jié)合以上探究內(nèi)容,與同學(xué)交流并思考:如何引入一個(gè)物理量用來表征磁場的強(qiáng)弱?滲透哪種思想方法?電場中哪些物理量是采用此方法定義的?

6.決定磁感應(yīng)強(qiáng)度的因素是什么?磁感應(yīng)強(qiáng)度是否與通電導(dǎo)體的受力及通過導(dǎo)體的電流有關(guān)?如何判斷磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向?答案:磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小、方向由磁場自身的性質(zhì)決定,與通電導(dǎo)體的受力情況和導(dǎo)體中的電流情況無關(guān).磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是該處的磁場方向,即該處小磁針靜止時(shí)N極所指的方向.過程建構(gòu)磁感應(yīng)強(qiáng)度B與電場強(qiáng)度E的比較.比較項(xiàng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B電場強(qiáng)度E意義描述磁場的性質(zhì)描述電場的性質(zhì)大小方向小磁針靜止時(shí)N極的受力方向表示磁場方向正電荷的受力方向表示電場方向單位1T=1N/(A·m)1V/m=1N/C定義方式都是用比值法定義的矢量都是矢量,疊加時(shí)遵從平行四邊形定則

答案:D【典例2】(多選)如圖,四條相互平行的細(xì)長直導(dǎo)線垂直坐標(biāo)系xOy平面,導(dǎo)線與坐標(biāo)平面的交點(diǎn)為a、b、c、d四點(diǎn).已知a、b、c、d為正方形的四個(gè)頂點(diǎn),正方形中心位于坐標(biāo)原點(diǎn)O,e為cd的中點(diǎn)且在y軸上;四條導(dǎo)線中的電流大小相等,其中過a點(diǎn)的導(dǎo)線的電流方向垂直坐標(biāo)平面向里,其余導(dǎo)線電流方向垂直坐標(biāo)平面向外.則(

)A.O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0B.O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向由O指向cC.e點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向沿y軸正方向D.e點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向沿y軸負(fù)方向解析:四條導(dǎo)線中的電流大小相等,且到O點(diǎn)的距離相等,故四條導(dǎo)線在O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等,根據(jù)安培定則可知,b、c在O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相反,a、d在O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向都指向c,即O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度不為0,方向由O指向c,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,選項(xiàng)B正確;c、d到e點(diǎn)的距離相等,根據(jù)安培定則可知,c、d在e點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等,方向相反,a、b到e點(diǎn)的距離相等,根據(jù)安培定則可知,a、b在e點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等,方向向斜下方且關(guān)于y軸對稱,根據(jù)平行四邊形定則,可知e點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度沿y軸負(fù)方向,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,選項(xiàng)D正確.答案:BD探究二磁通量問題情境1.如圖所示,直線電流豎直向上,有一矩形線圈對稱跨過直導(dǎo)線,二者之間絕緣.(1)穿過線圈的磁通量是多少?為什么?答案:穿過線圈的磁通量為0.直線電流的磁感線在紙面內(nèi)的分布如圖所示,磁感線的分布關(guān)于直線對稱,因?yàn)榫€圈右半部分磁感線向里穿入,左半部分向外穿出,穿入與穿出的磁感線相互抵消.(2)如果線圈在紙面內(nèi)向右平移,穿過線圈的磁通量如何變化?答案:磁通量先增大后減小.在起始位置時(shí)穿過線圈的磁通量為0,向右移動少許,磁感線向里的多,向外的少,總磁通量向里,磁通量增大;當(dāng)線圈的左邊與導(dǎo)線重合時(shí),磁通量最大;再繼續(xù)向右移動,離導(dǎo)線越遠(yuǎn)磁感線越稀疏,磁通量越小.2.如圖所示,分布足夠廣的勻強(qiáng)磁場豎直向下,面積為S的線圈abcd在水平面內(nèi)的投影平面a'b'cd的面積為S1(兩平面的夾角為θ),在豎直平面內(nèi)的投影平面a'b'ba的面積為S2.穿過面積S1、面積S、面積S2的磁通量分別為多少?答案:平面a'b'cd與勻強(qiáng)磁場垂直,穿過面積S1的磁通量為Φ1=BS1.穿過面積S的磁感線均穿過面積S1,所以穿過面積S的磁通量Φ2與穿過面積S1的磁通量相同,Φ2=BScos

θ=BS1.平面a'b'ba與磁感線平行,穿過面積S2的磁通量Φ3=0.3.如圖所示,若線圈abcd以cd邊為軸從圖示位置順時(shí)針轉(zhuǎn)過180°,這時(shí)穿過線圈的磁通量是多少?此過程磁通量變化了多少?答案:線圈轉(zhuǎn)過180°時(shí),在水平面內(nèi)的投影面積仍為S1,磁感線的穿過方向與原來相反,穿過線圈的磁通量變?yōu)?BS1;此過程磁通量變化了2BS1.過程建構(gòu)1.磁通量的計(jì)算.(1)公式:Φ=BS.適用條件:①勻強(qiáng)磁場;②平面與磁感線垂直.(2)在勻強(qiáng)磁場中,若磁感線與平面不垂直,Φ=BS',S'為平面在垂直于磁感線方向上的投影面積,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),若規(guī)定磁感線從某一面穿入時(shí),磁通量為正值,則磁感線從此面穿出時(shí),磁通量為負(fù)值.(2)若同時(shí)有磁感線沿相反方向穿過同一平面,磁通量的大小可用磁感線相抵消之后剩余的磁感線的條數(shù)來表示.(3)如果線圈有多匝,線圈內(nèi)磁通量的大小與線圈匝數(shù)無關(guān),由線圈所圍的面積、在磁場中的位置、磁感應(yīng)強(qiáng)度共同決定.【典例3】如圖所示,在條形磁體外套有A、B兩個(gè)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.不能確定解析: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,磁體外部磁感線從N極到S極,內(nèi)部從S極到N極,為閉合曲線,所以磁體內(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)該這樣答案:A粗略計(jì)算:用磁體內(nèi)的磁感線總條數(shù)減去磁體外每個(gè)環(huán)中的磁感線條數(shù)(因?yàn)榇朋w內(nèi)、外磁感線的方向相反).很明顯,磁體外部的磁感線通過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)>ΦB,故選項(xiàng)A正確.非勻強(qiáng)磁場中磁通量大小的比較首先,確定穿過各面積的磁感線的方向.看是否有相反方向的磁感線穿過,若有,則確定哪個(gè)方向穿過的磁感線多.然后,比較相互抵消后的磁感線凈余條數(shù).最后,比較磁感線凈余條數(shù),從而定性比較磁通量大小.【典例4】(多選)如圖所示,矩形線圈abcd繞OO'軸在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動,下列說法正確的是 (

)A.線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過90°的過程中,穿過線圈的磁通量不斷減小B.線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過90°的過程中,穿過線圈的磁通量的變化量為0C.線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過180°的過程中,穿過線圈的磁通量的變化量為0D.線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過360°的過程中,穿過線圈的磁通量的變化量為0解析:磁通量的變化量ΔΦ=Φ2-Φ1,只要能正確地表示出始、末位置的磁通量,就能得出磁通量的變化量.線圈在圖示位時(shí),Φ1=BS,轉(zhuǎn)到90°時(shí),Φ2=0,此過程ΔΦ=-BS,選項(xiàng)A正確,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過180°時(shí),Φ3=-BS,此過程中,ΔΦ'=-2BS,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過360°時(shí),Φ4=BS,此過程ΔΦ″=0,故選項(xiàng)D正確.答案:AD有關(guān)磁通量變化問題的解題思路(1)確定研究的線圈平面.(2)明確磁感線的方向及其與線圈平面的關(guān)系.(3)確定磁通量變化的初、末狀態(tài),根據(jù)公式求解.課堂評價(jià)答案:AD1.(多選)磁感應(yīng)強(qiáng)度B在國際單位制中的單位是特斯拉(T),下列單位與磁感應(yīng)強(qiáng)度單位一致的是(