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

PAGE10-2磁感應(yīng)強度磁通量課前自主預習1．磁感應(yīng)強度物理學中把小磁針在磁場中靜止時N極所指的方向規(guī)定為該點的磁感應(yīng)強度的方向．(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Il叫做電流元．(2)磁感應(yīng)強度的定義：將一個電流元垂直放入磁場中的某點，電流元受到的磁場力F跟該電流元Il的比值叫做該點的磁感應(yīng)強度．(3)定義式：B＝eq\f(F,Il).(4)磁感應(yīng)強度的單位：在國際單位制中的單位是特斯拉，簡稱特，符號為T.由力F、電流I和長度l的單位確定，1T＝1eq\f(N,A·m)，長度為1m的導線通入1A的電流，垂直放在磁場中，若受到的力為1N，該磁場的磁感應(yīng)強度就是1T.物理學中引入“電流元”這一概念的作用是什么？它具有什么特點？提示：電流元的作用與摸索電荷的作用類似，是檢驗?zāi)滁c磁場的強弱，其特點是：電流足夠小，導線足夠短．2．勻強磁場(1)假如磁場中各點的磁感應(yīng)強度的大小相等、方向相同，這個磁場叫做勻強磁場．(2)勻強磁場的磁感線用一些間隔相等的平行直線表示．3．磁通量(1)定義：在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，有一個與磁場方向垂直的平面，面積為S，我們把B與S的乘積叫做穿過這個面積的磁通量．(2)公式：Φ＝BS，單位：韋伯，符號：Wb.(3)B＝eq\f(Φ,S)表示磁感應(yīng)強度的大小等于穿過垂直磁場方向的單位面積的磁通量．磁通量是標量，但有正負，你是如何理解磁通量中的正負的？提示：磁通量有正負之分，其正負是這樣規(guī)定的：任何一個面都有正、反兩面，若規(guī)定磁感線從正面穿入為正磁通量，則磁感線從反面穿入時磁通量為負值．課堂講練互動考點一對公式B＝eq\f(F,IL)的正確理解1．在定義式B＝eq\f(F,IL)中，通電導線必需垂直于磁場方向放置．因為磁場中某點通電導線受力的大小，除和磁場強弱有關(guān)以外，還與導線的方向有關(guān)．導線放入磁場中的方向不同，所受磁場力也不相同．通電導線受力為零的地方，磁感應(yīng)強度B的大小不肯定為零，這可能是電流方向與B的方向在一條直線上造成的．2．探討磁感應(yīng)強度是分步進行的，其方向由磁場中小磁針N極所受磁場力方向確定，其大小依據(jù)電流元受力來計算．通電導線受力的方向不是磁場磁感應(yīng)強度的方向．3．磁感應(yīng)強度的定義式也適用于非勻強磁場，這時L應(yīng)很短很短，IL稱作“電流元”，相當于靜電場中的“摸索電荷”．4．我們要找的是磁場中某一點磁感應(yīng)強度的大小，因此要把電流元放入磁場中某一點，這要求電流元要足夠短．【例1】(多選)由磁感應(yīng)強度的定義式B＝eq\f(F,IL)可知，下列說法正確的是()A．磁感應(yīng)強度B與磁場力F成正比，方向與F方向相同B．同一段通電導線垂直于磁場放在不同磁場中，所受的磁場力F與磁感應(yīng)強度B成正比C．公式B＝eq\f(F,IL)只適用于勻強磁場D．只要滿意L很短，I很小的條件，B＝eq\f(F,IL)對任何磁場都適用【審題指導】審題時應(yīng)把握以下兩點：(1)磁感應(yīng)強度B由磁場本身確定．(2)B的定義式適用于任何磁場．【解析】某點的磁感應(yīng)強度的大小和方向由磁場本身的性質(zhì)確定，磁感應(yīng)強度的大小與磁場中放不放通電導線、放什么樣的通電導線及與通電導線所通入的電流大小、通電導線所受的磁場力的大小都沒有關(guān)系，所以不能認為B與F成正比，且B的方向與F的方向不相同，故A錯．由B＝eq\f(F,IL)得到F＝ILB，在IL相同時，F(xiàn)與B成正比，故B正確．磁感應(yīng)強度的定義式，對任何磁場都適用，故C錯，D正確．【答案】BD總結(jié)提能磁感應(yīng)強度由磁場本身確定，與磁場中是否放入通電導線、導線放入的位置無關(guān)．用垂直于磁場方向的通電導線所受力的大小來量度磁感應(yīng)強度．下列有關(guān)磁感應(yīng)強度的說法，正確的是(A)A．磁感應(yīng)強度是用來表示磁場強弱的物理量B．若有一小段通電導體在磁場某點不受力的作用，則該點的磁感應(yīng)強度肯定為零C．若有一小段長為L、通以電流為I的導體，在磁場中某處受到的力為F，則該處磁感應(yīng)強度的大小肯定是eq\f(F,IL)D．由定義式B＝eq\f(F,IL)可知，電流I越大，導線L越長，某點的磁感應(yīng)強度就越小解析：磁感應(yīng)強度的引入目的是用來描述磁場強弱的，因此選項A正確；通電導線若放置方向與磁場方向平行時，也不受磁場力的作用，故選項B錯誤；依據(jù)磁感應(yīng)強度的定義，通電導線應(yīng)為“在磁場中垂直于磁場方向的通電直導線”，選項C錯誤；在磁場場源穩(wěn)定的狀況下，磁場中各點的磁感應(yīng)強度(包括大小和方向)都是確定的，與放入該點的檢驗電流、導線無關(guān)，故選項D錯誤．考點二電場強度和磁感應(yīng)強度的對比磁感應(yīng)強度的方向絕非通電導線受力方向，事實上通電導線受力方向恒久垂直于磁感應(yīng)強度B的方向.【例2】如圖所示是試驗室里用來測量磁場力的一種儀器——電流天平，某同學在試驗室里，用電流天平測算通電螺線管中的磁感應(yīng)強度，他測得的數(shù)據(jù)記錄如下所示，請你算出通電螺線管中的磁感應(yīng)強度B.已知：CD段導線長度：4×10－2天平平衡時鉤碼重力：4×10－5N通過導線的電流：0.5A【審題指導】解答本題時可按以下思路分析：【解析】由題意知，I＝0.5A，G＝4×10－5N，L＝4×10－2m．電流天平平衡時，導線所受磁場力的大小等于鉤碼的重力，即F＝G.由磁感應(yīng)強度的定義式B＝eq\f(F,IL)得：B＝eq\f(F,IL)＝eq\f(4.0×10－5,0.5×4.0×10－2)T＝2.0×10－3T.所以通電螺線管中的磁感應(yīng)強度為2.0×10－3T.【答案】2.0×10－3T總結(jié)提能在運用電流天平探究磁場力時，要保持磁感應(yīng)強度的大小和方向都不變，并使電流方向與磁場方向垂直．在這種狀況下得出的公式F＝ILB，僅適用于勻強磁場中的通電導體．若導體中電流方向與磁場方向成θ角時，則F＝ILBsinθ.(多選)下列說法中正確的是(AC)A．電荷在某處不受電場力的作用，則該處的電場強度為零B．一小段通電導線在磁場中某處不受力的作用，則該處磁感應(yīng)強度肯定為零C．把一個摸索電荷放在電場中的某點，它受到的電場力與所帶電荷量的比值表示該點電場的強弱D．把一小段通電導線放在磁場中某處，所受的磁場力與該小段通電導線的長度和電流的乘積的比值表示該處磁場的強弱解析：電荷在電場中肯定受電場力作用，且電場中某點的電場的強弱可由電荷所受電場力與電荷量的比值來表示，這就是電場強度的定義．但通電導線在磁場中的受力狀況不僅與磁場強弱、電流大小及導線長短有關(guān)，還與導線放置的方向有關(guān)．考點三對磁通量的理解1．物理意義：穿過某一平面的磁感線條數(shù)，且為穿過平面的磁感線的凈條數(shù)．2．計算：Φ＝BS(1)公式運用的條件：①勻強磁場；②磁感線與平面垂直．(2)勻強磁場中，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的投影面積．3．磁通量是標量，有正、負之分磁通量的正、負既不表示大小，也不表示方向，它表示磁通量從某一個面穿入還是穿出，若規(guī)定穿入為正，則穿出為負，反之亦然．4．與磁感應(yīng)強度的關(guān)系(1)磁感應(yīng)強度B主要描述磁場中某點的磁場狀況，與位置對應(yīng)；而磁通量用來描述磁場中某一個給定面上的磁場狀況，它與給定面對應(yīng)．(2)由Φ＝BS得B＝Φ/S，即為磁感應(yīng)強度的另肯定義式，表示穿過垂直于磁場方向的單位面積的磁感線條數(shù)，所以B又叫做磁通密度．5．與磁感線條數(shù)的關(guān)系：磁通量是指穿過線圈面積的磁感線的“凈條數(shù)”，當有不同方向的磁場同時穿過同一面積時，磁通量指的是合磁場的磁感線穿過其面積的條數(shù)，即此時的磁通量為合磁通量．1.磁通量是針對某個面來說的，與給定的線圈的匝數(shù)多少無關(guān).2.當線圈轉(zhuǎn)過180°時，磁通量的改變量ΔΦ＝|Φ1－Φ2|＝2BS.【例3】如圖所示，線圈平面與水平方向夾角θ＝60°，磁感線豎直向下，線圈平面面積S＝0.4m2，勻強磁場磁感應(yīng)強度B＝0.6T，則穿過線圈的磁通量Φ為多少？把線圈以cd【審題指導】解答本題時，可按以下思路分析：【解析】線圈在垂直磁場方向上的投影面積S⊥＝Scos60°＝0.4×eq\f(1,2)m2＝0.2m2，穿過線圈的磁通量Φ1＝BS⊥＝0.6×0.2Wb＝0.12Wb.線圈沿順時針方向轉(zhuǎn)過120°角后變?yōu)榕c磁場垂直，但由于此時磁感線從線圈平面穿入的方向與原來相反，故此時通過線圈的磁通量Φ2＝－BS＝－0.6×0.4Wb＝－0.24Wb.故磁通量的改變量ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝|－0.24－0.12|Wb＝0.36Wb.【答案】0.12Wb0.36Wb總結(jié)提能(1)只有在勻強磁場中B⊥S時，Φ＝BS才適用，若B與S不垂直，應(yīng)將S投影，也可以將B分解，即Φ＝BS⊥＝B⊥S.(2)磁通量的改變量ΔΦ＝Φ2－Φ1，在詳細的計算中，肯定要留意Φ1及Φ2的正、負問題．關(guān)于磁通量，正確的說法是(C)A．磁通量不僅有大小而且有方向，是矢量B．在勻強磁場中，a線圈面積比b線圈面積大，則穿過a線圈的磁通量肯定比穿過b線圈的大C．磁通量大，磁感應(yīng)強度不肯定大D．把某線圈放在磁場中的M、N兩點，若放在M處的磁通量比在N處的大，則M處的磁感應(yīng)強度肯定比N處大解析：磁通量是標量，大小與B、S及放置角度均有關(guān)，只有C項說法正確．課堂達標演練1．下列關(guān)于磁場力、磁感應(yīng)強度的說法中正確的是(D)A．通電導線不受磁場力的地方肯定沒有磁場B．將I、L相同的通電導線放在同一勻強磁場中的不同位置，所受磁場力肯定相同C．通電導線所受磁場力的方向就是磁感應(yīng)強度的方向D．以上說法都不正確解析：通電導線受到磁場力與B、I、L的大小有關(guān)，還與B與I的夾角有關(guān)，故A、B選項錯誤；磁感應(yīng)強度的方向是在該處放一小磁針，靜止時小磁針N極所指的方向，不是通電導線受力的方向，故選項C錯誤，選項D正確．2．下列關(guān)于通電直導線在磁場中受到的磁場力的說法，正確的是(C)A．受力的大小只與磁場的強弱和電流的大小有關(guān)B．假如導線受到的磁場力為零，導線所在處的磁感應(yīng)強度必為零C．假如導線受到的磁場力最大，導線必與磁場方向垂直D．所受磁場力的方向只與磁場的方向有關(guān)，與電流的方向無關(guān)解析：通電導線在磁場中受力，由F＝BIL可知，安培力跟磁場、電流以及導線垂直磁場的長度等物理量都有關(guān)系，假如磁場、電流、導線長度肯定時，只有導線與磁場垂直時，磁場力最大，故C選項正確．3．(多選)有關(guān)磁感應(yīng)強度B的方向，下列說法正確的是(BD)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狀況下N極受力方向一樣C．B的方向就是通電導線的受力方向D．B的方向就是該處磁場的方向解析：磁場的方向就是磁感應(yīng)強度的方向，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，它與通電導線所受力的方向是不一樣的．4．(多選)一段電流元放在同一勻強磁場中的四個位置，如圖所示，已知電流元的電流I、長度L和受力F，則可以用eq\f(F,IL)表示磁感應(yīng)強度B的是(AC)解析：當通電導線垂直于磁場方向時，可用eq\f(F,I