高中物理粵教版 (2019)必修第三冊(cè)第二節(jié) 磁感應(yīng)強(qiáng)度學(xué)案-學(xué)案下載-教習(xí)網(wǎng)

第二節(jié)　磁感應(yīng)強(qiáng)度學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.[物理觀念]認(rèn)識(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念及物理意義。　2.[物理觀念]理解磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向、大小、定義式和單位?！?.[科學(xué)思維]進(jìn)一步體會(huì)如何通過(guò)比值定義法定義物理量。　4.[物理觀念]知道勻強(qiáng)磁場(chǎng)、磁通量的概念。一、磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向1．物理意義：描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量。2．小磁針靜止時(shí)N極所指的方向就是該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，簡(jiǎn)稱為磁場(chǎng)方向。二、磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小1．控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)為是均勻的。(1)保持長(zhǎng)度不變，改變電流大小，觀察通電導(dǎo)線擺動(dòng)幅度大小來(lái)比較磁場(chǎng)力大小。(2)保持電流大小不變，改變磁場(chǎng)中導(dǎo)線長(zhǎng)度，通過(guò)觀察通電導(dǎo)線擺動(dòng)輻度大小比較磁場(chǎng)力大小。(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，它在同一磁場(chǎng)中所受磁場(chǎng)作用力F的大小，與電流I和導(dǎo)線長(zhǎng)度L的乘積成正比。2．磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)垂直時(shí)，通電導(dǎo)線所受磁場(chǎng)的作用力F跟電流I和導(dǎo)線長(zhǎng)度L的乘積IL之比稱為磁感應(yīng)強(qiáng)度。3．公式：B＝4．單位：國(guó)際單位是特斯拉，簡(jiǎn)稱特，國(guó)際符號(hào)是T,1 T＝1。三、勻強(qiáng)磁場(chǎng)1．勻強(qiáng)磁場(chǎng)：勻強(qiáng)磁場(chǎng)中某一區(qū)域內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向處處相同，則該區(qū)域的磁場(chǎng)叫勻強(qiáng)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。兩平行異名磁極之間的磁場(chǎng)、通電螺線管內(nèi)中間部分的磁場(chǎng)都可認(rèn)為是勻強(qiáng)磁場(chǎng)。四、磁通量1．定義：勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一個(gè)與磁場(chǎng)方向垂直的平面，磁感應(yīng)強(qiáng)度B和與面積S的乘積，即Φ＝BS。2．單位：國(guó)際單位制是韋伯，簡(jiǎn)稱韋，符號(hào)是Wb,1 Wb＝1 T·m2。3．磁通密度：B＝，表示磁感應(yīng)強(qiáng)度在數(shù)值上等于垂直磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位面積上的磁通量。1．正誤判斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)電流為I，長(zhǎng)度為L(zhǎng)的通電導(dǎo)線放入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中受力的大小一定是F＝ILB。 (×)(2)磁場(chǎng)中某處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小與有無(wú)小磁針無(wú)關(guān)，與有無(wú)通電導(dǎo)線也無(wú)關(guān)。 (√)(3)公式B＝說(shuō)明B與F成正比，與IL成反比。 (×)(4)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中面積越大，磁通量一定越大。 (×)(5)磁通量不僅有大小而且有方向，所以是矢量。 (×)2．下列關(guān)于磁場(chǎng)中某點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向的說(shuō)法不正確的是(　　)A．該點(diǎn)的磁場(chǎng)的方向B．該點(diǎn)小磁針靜止時(shí)N極所指方向C．該點(diǎn)小磁針N極的受力方向D．該點(diǎn)小磁針S極的受力方向D　[磁場(chǎng)方向?yàn)樾〈裴楴極受力方向，或者說(shuō)小磁針靜止時(shí)N極所指方向，同時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度方向就是磁場(chǎng)的方向。]3．如圖所示，半徑為R的圓形線圈共有n匝，其中心位置處半徑為r的虛線范圍內(nèi)有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直線圈平面。若磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則穿過(guò)線圈的磁通量為(　　)A．πBR2　　 B．πBr2C．nπBR2 D．nπBr2B　[磁通量與線圈匝數(shù)無(wú)關(guān)，且磁感線穿過(guò)的面積為πr2，而并非πR2，故B正確。]對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度的理解磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)體也有力的作用，該力的方向是否為磁場(chǎng)方向？ “一個(gè)電流元垂直放入磁場(chǎng)中的某點(diǎn)，磁感應(yīng)強(qiáng)度與電流元受到的磁場(chǎng)力成正比，與電流元成反比?！边@種說(shuō)法是否正確，為什么？提示：不是磁場(chǎng)方向，二者垂直；這種說(shuō)法不正確，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小是由磁場(chǎng)本身決定的，不隨電流元大小及電流元所受磁場(chǎng)力的大小的變化而變化。1．公式B＝是磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義式，是用比值法定義的，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小只決定于磁場(chǎng)本身的性質(zhì)，而與F、I、L均無(wú)關(guān)。2．在定義式B＝中，通電導(dǎo)線必須垂直于磁場(chǎng)方向放置。因?yàn)榇艌?chǎng)中某點(diǎn)通電導(dǎo)線所受力的大小，除和磁場(chǎng)強(qiáng)弱有關(guān)以外，還和導(dǎo)線的方向有關(guān)。導(dǎo)線放入磁場(chǎng)中的方向不同，所受磁場(chǎng)力也不相同。通電導(dǎo)線受磁場(chǎng)力為零的地方，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小不一定為零。3．通電導(dǎo)線所受磁場(chǎng)力的方向不是磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向。4．磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義式也適用于非勻強(qiáng)磁場(chǎng)，這時(shí)L應(yīng)很短很短，IL稱作“電流元”，相當(dāng)于靜電場(chǎng)中的“點(diǎn)電荷”。【例1】　(多選)把一小段通電直導(dǎo)線垂直磁場(chǎng)方向放入一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，圖中能正確反映各量間關(guān)系的是(　　)BC　[磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向由磁場(chǎng)自身決定，不隨F或IL的變化而變化，故B正確，D錯(cuò)誤；當(dāng)導(dǎo)線垂直于磁場(chǎng)放置時(shí)，有B＝，即F＝ILB，所以B不變的情況下F與IL成正比，故A錯(cuò)誤，C正確。]正確理解比值定義法(1)定義B＝是比值定義法，這種定義物理量的方法實(shí)質(zhì)就是一種測(cè)量方法，被測(cè)量點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度與測(cè)量方法無(wú)關(guān)。(2)定義a＝、E＝也是比值定義法，被測(cè)量的物理量也與測(cè)量方法無(wú)關(guān)，不是由定義式中的兩個(gè)物理量決定的。1．關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義式B＝，下列說(shuō)法正確的是(　　)A．電流元IL在磁場(chǎng)中受力為F，則磁感應(yīng)強(qiáng)度B一定等于B．磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與IL成反比，與F成正比C．磁感應(yīng)強(qiáng)度就是電流元IL所受的磁場(chǎng)力F與IL的比值D．磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小是由磁場(chǎng)本身決定的，與檢驗(yàn)電流元無(wú)關(guān)D　[若電流元IL不是垂直放置在磁場(chǎng)中時(shí)所受的磁場(chǎng)力為F，則磁感應(yīng)強(qiáng)度B不等于，A錯(cuò)誤；磁感應(yīng)強(qiáng)度與電流元受到的力的大小無(wú)關(guān)，與電流元也無(wú)關(guān)，故B、C錯(cuò)誤，D正確。] 對(duì)磁通量的理解若通過(guò)某面積的磁通量等于零，則該處一定無(wú)磁場(chǎng)，你認(rèn)為對(duì)嗎？提示：不對(duì)。磁通量除與磁感應(yīng)強(qiáng)度、面積有關(guān)外，還與環(huán)面和磁場(chǎng)夾角有關(guān)，當(dāng)環(huán)面與磁場(chǎng)平行時(shí)，磁通量為零，但仍能存在磁場(chǎng)。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磁場(chǎng)與平面垂直。(2)若磁場(chǎng)與平面不垂直，應(yīng)為平面在垂直于磁感線方向上的投影面積，Φ＝BScos θ式中Scos θ即為平面S在垂直于磁場(chǎng)方向上的投影面積，也稱為“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)，若以磁感線從某一面上穿入時(shí)磁通量為正值，則磁感線從此面穿出時(shí)即為負(fù)值。(2)若同時(shí)有磁感線沿相反方向穿過(guò)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(guò)該平面的合磁通量Φ＝Φ1－Φ2。3．磁通量的變化量(1)當(dāng)B不變，有效面積S變化時(shí)，ΔΦ＝B·ΔS。(2)當(dāng)B變化，S不變時(shí)，ΔΦ＝ΔB·S。(3)B和S同時(shí)變化，則ΔΦ＝Φ2－Φ1，但此時(shí)ΔΦ≠ΔB·ΔS。【例2】　如圖所示，有一個(gè)垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.8 T，磁場(chǎng)有明顯的圓形邊界，圓心為O，半徑為10 cm，現(xiàn)在在紙面內(nèi)先后放上圓線圈A、B和C(圖中未畫(huà)出)，圓心均在O處，A線圈的半徑為1 cm，共10匝；B線圈的半徑為2 cm，只有1匝；C線圈的半徑為0.5 cm，只有1匝。(1)在磁感應(yīng)強(qiáng)度B減為0.4 T的過(guò)程中，A和B線圈中的磁通量改變了多少？(2)在磁場(chǎng)方向轉(zhuǎn)過(guò)30°角的過(guò)程中，C線圈中的磁通量改變了多少？[解析]　(1)對(duì)A線圈，有Φ1＝B1πr，Φ2＝B2πr故A線圈的磁通量的改變量為ΦA＝|Φ2－Φ1|＝(0.8－0.4)×3.14×10－4 Wb＝1.256×10－4 WbB線圈的磁通量的改變量為ΦB＝(0.8－0.4)×3.14×(2×10－2)2 Wb＝5.024×10－4 Wb。(2)對(duì)C線圈，Φ1＝Bπr磁場(chǎng)方向轉(zhuǎn)過(guò)30°角，線圈在垂直于磁場(chǎng)方向的投影面積為πrcos 30°，則Φ2＝Bπrcos 30°故磁通量的改變量為ΔΦC＝Bπr(1－cos 30°)＝0.8×3.14×(5×10－3)2×(1－0.866)Wb＝8.4×10－6 Wb。[答案]　(1)1.256×10－4 Wb　5.024×10－4 Wb(2)8.4×10－6 Wb磁通量大小的分析與判斷1．定量計(jì)算通過(guò)公式Φ＝BS來(lái)定量計(jì)算，計(jì)算磁通量時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題：(1)明確磁場(chǎng)是否為勻強(qiáng)磁場(chǎng)，知道磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。(2)平面的面積S應(yīng)為磁感線通過(guò)的有效面積。當(dāng)平面S與磁場(chǎng)方向不垂直時(shí)，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(wú)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(guò)線圈面積的磁感線的“凈條數(shù)”，當(dāng)有不同方向的磁場(chǎng)同時(shí)穿過(guò)同一面積時(shí)，此時(shí)的磁通量為各磁場(chǎng)穿過(guò)該面磁通量的代數(shù)和。2．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、S2，由圖可知穿過(guò)線圈S1、S2的磁通量大小關(guān)系正確的是(　　)A．穿過(guò)線圈S1的磁通量比較大B．穿過(guò)線圈S2的磁通量比較大C．穿過(guò)線圈S1、S2的磁通量一樣大D．不能比較A　[穿過(guò)線圈S1的磁感線條數(shù)多，故穿過(guò)線圈S1的磁通量比較大，選項(xiàng)A正確。]1．磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是特斯拉(T)，與它等價(jià)的是(　　)A．　　　　　 B．C． D．A　[當(dāng)導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，由公式B＝知，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的單位由F、I、L的單位決定，在國(guó)際單位制中，磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是特斯拉，符號(hào)是T，則1 T＝1。]2．磁場(chǎng)中任一點(diǎn)的磁場(chǎng)方向，是指小磁針在磁場(chǎng)中(　　)A．受磁場(chǎng)力的方向B．北極所受磁場(chǎng)力的方向C．南極所受磁場(chǎng)力的方向D．北極所指的方向B　[磁場(chǎng)中某一點(diǎn)的磁場(chǎng)方向規(guī)定為小磁針N極的受力方向，或小磁針靜止時(shí)N極所指的方向，與S極受力方向相反，故B對(duì)，A、C、D錯(cuò)。]3．關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度B、電流I、導(dǎo)線長(zhǎng)度L和電流所受磁場(chǎng)力F的關(guān)系，下面的說(shuō)法中正確的是(　　)A．在B＝0的地方，F(xiàn)一定等于零B．在F＝0的地方，B一定等于零C．若B＝1 T，I＝1 A，L＝1 m，則F一定等于1 ND．若L＝1 m，I＝1 A，F(xiàn)＝1 N，則B一定等于1 TA　[應(yīng)用公式B＝或F＝IBL時(shí)要注意導(dǎo)線必須垂直于磁場(chǎng)方向放置。故B、C、D選項(xiàng)錯(cuò)，應(yīng)選A。]4．如圖所示，通電直導(dǎo)線右邊有一個(gè)矩形線框，線框平面與直導(dǎo)線共面，若使線框逐漸遠(yuǎn)離(平動(dòng))通電導(dǎo)線，則穿過(guò)線框的磁通量將(　　)A．逐漸增大 B．逐漸減小C．保持不變 D．不能確定B　[離導(dǎo)線越遠(yuǎn)，電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)越弱，穿過(guò)線框的磁感線條數(shù)越少，磁通量逐漸減小，故只有B正確。]5．一小段長(zhǎng)為L(zhǎng)的導(dǎo)線，通過(guò)電流為I，垂直放在磁場(chǎng)中某處受力F，則該處磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B＝。下列說(shuō)法正確的是(　　)A．B隨著I的減小而增大B．B隨著L的減小而增大C．B隨著F的增大而增大D．B跟F、I、L的變化無(wú)關(guān)D　[公式B＝為磁感應(yīng)強(qiáng)度定義式，不是決定式，磁感應(yīng)強(qiáng)度由磁場(chǎng)本身及位置決定，與F、I、L無(wú)關(guān)，D對(duì)，故選D。]

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