第13章 第2节 磁感应强度 磁通量（课件PPT）-【状元桥·优质课堂】2023-2024学年新教材高中物理必修第三册（人教版2019）

　电磁感应与电磁波初步 第十三章　 第2节　磁感应强度　磁通量 课前　教材预案 课堂　深度探究 课末　随堂演练 课后　限时作业 [学习目标]　1.理解磁感应强度的概念，知道磁感应强度是描 述磁场强弱和方向的物理量（物理观念）.2.知道什么是匀强磁 场，知道匀强磁场磁感线的特点（物理观念）.3.理解磁通量的 概念，会计算通过某一横截面的磁通量的大小（科学思维）. 返回目录 物理　必修　第三册 　 课前　教材预案 知识点一　磁感应强度 1.电流元：很短一段通电导线中的电流I与导线长度l的乘积Il. 2.定义：一段通电直导线 　垂直　⁠放在磁场中所受的力与导线 中的电流和导线的长度的 　乘积　⁠的比值，叫作磁感应强度. 垂直　 乘积　 返回目录 物理　必修　第三册 　 3.定义式：B＝ 　　⁠. 4.单位： 　特斯拉　⁠，简称 　特　⁠，符号为 　T　⁠. 5.磁感应强度是表征磁场 　强弱　⁠的物理量. 6.磁感应强度是矢量，它的方向就是该处小磁针静止时 　N 极　⁠所指的方向. 　 特斯拉　 特　 T　 强弱　 N 极　 返回目录 物理　必修　第三册 　 知识点二　匀强磁场 1.概念：各点的磁感应强度的 　大小　⁠相等、 　方向　⁠相同的 磁场. 2.磁感线特点：匀强磁场的磁感线是间隔 　相等　⁠的平行直线. 大小　 方向　 相等　 返回目录 物理　必修　第三册 　 知识点三　磁通量 1.定义：匀强磁场中 　磁感应强度　⁠和与磁场方向 　垂直　⁠的 平面面积S的乘积.即Φ＝BS. 2.拓展：磁场与平面不垂直时，这个面在垂直于磁场方向 的 　投影面积S'　⁠与磁感应强度的乘积表示磁通量. 磁感应强度　 垂直　 投影面积S'　 返回目录 物理　必修　第三册 　 2.拓展：磁场与平面不垂直时，这个面在垂直于磁场方向 的 　投影面积S'　⁠与磁感应强度的乘积表示磁通量. 3.单位：国际单位是 　韦伯　⁠，简称韦，符号是Wb，1 Wb ＝ 　1 T·m2　⁠. 4.引申：B＝ 　　⁠，表示磁感应强度的大小等于穿过垂直磁场 方向的单位面积的磁通量. 投影面积S'　 韦伯　 1 T·m2　 　 返回目录 物理　必修　第三册 　 1.判断下列说法的正误. （1）磁场的方向就是小磁针静止时所受合力的方向. （　×　） （2）磁感应强度方向与该点磁场方向一致. （　√　） （3）通电导线在磁场中受到的磁场力为零，则说明该处的磁 感应强度为零. （　×　） （4）磁感应强度的大小等于通电导线受到的磁场力的大小F与 电流I和导线长度l的乘积的比值. （　×　） × √ × × 返回目录 物理　必修　第三册 　 2.面积是0.50 m2的导线环，处于磁感应强度为2.0×10－2 T的匀 强磁场中，环面与磁场垂直，则穿过该导线环的磁通量等 于 　0.01　⁠Wb. 0.01　 返回目录 物理　必修　第三册 　 课堂　深度探究 考点一　磁感应强度 【情境导学】如图所示，巨大的电磁铁能吸引成吨的钢材， 小磁体只能吸引几枚铁钉，这说明不同磁体的磁性强弱不 同，这些现象是否也意味着不同磁体在周围产生的磁场强弱 也不同呢？ 答案　是. 返回目录 物理　必修　第三册 　 【知识拓展】 1.磁感应强度的定义式B＝也适用于非匀强磁场，这时l应很 短，Il称为“电流元”，相当于静电场中的“试探电荷”. 2.磁感应强度是反映磁场强弱的物理量，它是用比值定义法定 义的物理量，由磁场自身决定，与是否放入电流元、放入的电 流元是否受力及受力大小无关. 返回目录 物理　必修　第三册 　 （1）小磁针静止时N极所指的方向，即N极受力的方向. （2）小磁针静止时S极所指的反方向，即S极受力的反方向. （3）磁感应强度的方向就是该点的磁场方向. （4）磁感线的切线方向. 3.磁感应强度的方向可以有以下几种表述方式： 返回目录 物理　必修　第三册 　 【例题1】下列说法正确的是（　　） A.磁场中某一点的磁感应强度可以这样测定：把一小段通电导 线放在该点时受到的磁场力F与该导线的长度l、通过的电流I 的乘积的比值，即B＝ B.通电导线在某点不受磁场力的作用，则该点的磁感应强度一 定为零 C.磁感应强度B＝只是定义式，它的大小取决于场源，与F、 I、l以及通电导线在磁场中的方向无关 D.通电导线所受磁场力的方向就是磁场的方向 返回目录 物理　必修　第三册 　 思维导引：本题考查对磁感应强度的定义式B＝的正确理解 及磁场方向的规定. 答案　C 返回目录 物理　必修　第三册 　 解析　根据磁感应强度的定义，通电导线应为“在磁场中垂直 于磁场方向的通电导线”，只有在这个方向的导线所受磁场力 F＝BIl，由于未注明导线放置的方向，选项A错误；通电导线 若放置方向与B的方向相同或相反，不受磁场力作用，选项B 错误；在磁场场源稳定情况下，磁场内各点的磁感应强度（含 大小和方向）都是唯一确定的，与F、I、l以及通电导线在磁 场中的方向无关，选项C正确；磁场力方向与磁感应强度方向 垂直（后面将学到），选项D错误. 返回目录 物理　必修　第三册 　 【变式1】一根长为50 cm的通电导线放在匀强磁场中，导线中 电流强度为0.04 A，导线与磁场方向垂直，若它受到的磁场力 大小为6×10－3 N，求： （1）磁感应强度的大小； 解析　（1）根据磁感应强度的定义式B＝， 可得B＝＝ T＝0.3 T. 答案　（1）0.3 T　 返回目录 物理　必修　第三册 　 （2）若将导线中的电流强度减为零，磁场的磁感应强度是否 变化？说明理由. 解析　（2）磁感应强度只与磁场本身有关，若导线中的电流 强度减为零，则磁场的磁感应强度不变，仍然是0.3 T. 答案　（2）不变　磁感应强度只与磁场本身有关 返回目录 物理　必修　第三册 　 考点二　磁通量 【情境导学】如图所示，S1、S2、S3为三个面积相同且相互平 行的线圈，穿过S1、S2、S3的磁通量分别为Φ1、Φ2、Φ3. 返回目录 物理　必修　第三册 　 （1）比较Φ1、Φ2、Φ3的大小； 答案　（1）Φ1＞Φ2＞Φ3； 返回目录 物理　必修　第三册 　 （2）定性比较磁通量大小时是否可以比较穿过平面的磁感线 的条数？ 答案　（2）可以. 返回目录 物理　必修　第三册 　 【知识拓展】 1.磁通量的计算 （1）公式：Φ＝BS. 适用条件：①匀强磁场；②磁感线与平面垂直. （2）若磁感线与平面不垂直，则Φ＝BScos θ.其中Scos θ为面 积S在垂直于磁感线方向上的投影面积S1，如图所示. 返回目录 物理　必修　第三册 　 2.磁通量的正、负 （1）磁通量是标量，但有正、负，当磁感线从某一面穿入 时，磁通量为正值，则磁感线从此面穿出时磁通量为负值. （2）若磁感线沿相反方向穿过同一平面，且正向磁通量为 Φ1，反向磁通量为Φ2，则穿过该平面的磁通量Φ＝Φ1－Φ2. 返回目录 物理　必修　第三册 　 3.磁通量的变化量 （1）当B不变，有效面积S变化时，ΔΦ＝B·ΔS.（B、S相互垂 直时） （2）当B变化，S不变时，ΔΦ＝ΔB·S.（B、S相互垂直时） （3）B和S同时变化，ΔΦ＝Φ2－Φ1. 4.磁通量可用穿过某一平面的磁感线条数表示.若有磁感线沿相 反方向穿过同一平面，则磁通量等于穿过该平面的磁感线的净 条数（磁通量的代数和）. 返回目录 物理　必修　第三册 　 【例题2】如图所示，线圈平面与水平方向夹角θ＝60°，磁感 线竖直向下，线圈平面面积S＝0.4 m2，匀强磁场磁感应强度B ＝0.6 T，则穿过线圈的磁通量Φ为多少？把线圈以cd为轴顺时 针转过120°角，则穿过线圈的磁通量的变化量的大小为多少？ 返回目录 物理　必修　第三册 　 思维导引：解答本题时可按以下思路分析 确定垂直B的面积→求磁通量→求磁通量的变化量 解析　线圈在垂直磁场方向上的投影面积 S⊥＝Scos 60°＝0.4× m2＝0.2 m2， 穿过线圈的磁通量 Φ1＝BS⊥＝0.6×0.2 Wb＝0.12 Wb. 线圈沿顺时针方向转过120°角后变为与磁场垂直，但由于此时 磁感线从线圈平面穿入的方向与原来相反， 返回目录 物理　必修　第三册 　 故此时穿过线圈的磁通量 Φ2＝－BS＝－0.6×0.4 Wb＝－0.24 Wb. 故磁通量的变化量的大小ΔΦ＝｜Φ2－Φ1｜＝｜－0.24－0.12｜ Wb＝0.36 Wb. 答案　0.12 Wb　0.36 Wb 返回目录 物理　必修　第三册 　 【变式2】如图所示，一个闭合线圈放在匀强磁场中，线圈的 轴线与磁场方向成30°角，磁感应强度为B，用下述方法中可使 穿过线圈的磁通量增加一倍的是（　　） A.把线圈匝数增加一倍 B.把线圈面积增加一倍 C.把线圈的半径增加一倍 D.转动线圈使得轴线与磁场方向平行 答案　B 返回目录 物理　必修　第三册 　 解析　把线圈的匝数增加一倍，穿过线圈的磁感线的条线不 变，磁通量不变，选项A错误；根据Φ＝BSsin θ，把线圈面积 增加一倍，可使穿过线圈的磁通量增加一倍，选项B正确；把 线圈的半径增加一倍，线圈的面积S＝πR2变为原来的4倍，磁 通量变为原来的4倍，选项C错误；转动线圈使得轴线与磁场方 向平行，此时线圈平面与磁场垂直，有效面积由Ssin 60°变为 S，磁通量没有增加一倍，选项D错误. 返回目录 物理　必修　第三册 　 考点三　磁感应强度的叠加 【知识拓展】 磁感应强度是矢量，当空间存在几个磁体（或电流）时，每一 点的磁场等于各个磁体（或电流）在该点产生磁场的矢量和. 磁感应强度叠加时遵循平行四边形定则. 返回目录 物理　必修　第三册 　 【例题3】如图所示，在磁感应强度大小为B0的匀强磁场中， 两长直导线P和Q垂直于纸面固定放置，两者之间的距离为l.在 两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流I时，纸面内与两 导线距离均为l的a点处的磁感应强度为零.如果让P中的电流反 向、其他条件不变，则a点处磁感应强度的大小为（　　） A.0 B.B0 C.B0 D.2B0 返回目录 物理　必修　第三册 　 思维导引：先求出P、Q两处的导线电流分别在a处的磁感应强 度，再通过矢量合成求磁感应强度的大小. 答案　C 返回目录 物理　必修　第三册 　 　 解析　如图甲所示，P、Q中的电流在a点产生的磁感应强度大 小相等，设为B1，由几何关系可知，B1＝B0；如果让P中的 电流反向、其他条件不变时，如图乙所示，由几何关系可知， a点处磁感应强度的大小B＝＝B0，选项C正确， A、B、D错误. 返回目录 物理　必修　第三册 　 【变式3】研究发现通电长直导线周围的磁场的磁感应强度大 小与电流强度成正比，与到导线的距离成反比，即B＝k·.如图 所示，两根互相垂直的长直导线a、b放置于同一平面内，导线 a通以向上的电流，导线b通以向右的电流，a中电流是b中电流 的2倍.P、Q是平面内的两点，P点到导线a的距离为r，到导线b 的距离为3r；Q点到导线a的距离为2r，到导线b的距离为r.若P 点的磁感应强度大小为B，则Q点的磁感应强度（　　） 返回目录 物理　必修　第三册 　 A.大小为B，方向垂直纸面向里 B.大小为B，方向垂直纸面向里 C.大小为B，方向垂直纸面向外 D.大小为B，方向垂直纸面向外 答案　A 返回目录 物理　必修　第三册 　 解析　由题意可知B＝k，由安培定则可知a、b两导线在Q点 的磁场方向均垂直纸面向里，则BQ＝k＋k＝，由安培定 则可知a导线在P点的磁场方向垂直纸面向外，b导线在P点的磁 场方向垂直纸面向里，则B＝k－k＝，解得BQ＝，方 向垂直纸面向里，选项A正确. 返回目录 物理　必修　第三册 　 课末　随堂演练 1.（磁感应强度）（多选）根据磁感应强度的定义式B＝，下 列说法正确的是（　　） A.在磁场中某确定位置，B与F成正比，与I、l的乘积成反比 B.一小段通电直导线在空间某处受磁场力F＝0，那么该处的B 不一定为零 C.一小段通电直导线放在B为零的位置，那么它受到的磁场力 F也一定为零 D.磁场中某处B的方向跟电流在该处受磁场力F的方向相同 返回目录 物理　必修　第三册 　 答案　BC 解析　磁感应强度反映磁场本身的强弱和方向，是由磁场本身 决定的，与放入磁场中的通电导线所受的磁场力F、导线的长 度l和电流I无关，选项A错误；当通电直导线中的电流方向与 磁场方向平行时，放在磁场中该处的一小段通电直导线受到的 磁场力F＝0，但该处的磁感应强度并不一定为零，选项B正 确；一小段通电直导线放在B为零的位置，那么它受到的磁场 力F也一定为零，选项C正确；磁场力F垂直于电流I和磁感应 强度B所在的平面，所以磁场中某处B的方向跟电流在该处所 受磁场力F的方向垂直，选项D错误. 返回目录 物理　必修　第三册 　 2.（磁感应强度）有一小段通电导线，长为10 cm，其中的电 流为5 A，把它置于匀强磁场中某处，受到的磁场力为100 N， 则该处的磁感应强度B一定是（　　） A.B＝200 T B.B≤200 T C.B≥200 T D.以上几种情况都有可能 答案　C 返回目录 物理　必修　第三册 　 解析　通电导线垂直放在磁场中时磁感应强度最小，为B＝ ＝200 T；不垂直放在磁场中时，100 N不是最大的磁场力，此 时B＞200 T，选项C正确. 返回目录 物理　必修　第三册 　 3.（磁感应强度的叠加）三根平行的长直导体棒分别过正三角 形ABC的三个顶点，并与该三角形所在平面垂直，各导体棒中 均通有大小相等的电流，方向如图所示.则三角形的中心O处的 合磁场方向为（　　） A.平行于AB，由A指向B B.平行于BC，由B指向C C.平行于CA，由C指向A D.由O指向C 答案　A 返回目录 物理　必修　第三册 　 解析　根据安培定则，电流A在O处产生的磁场方向平行于 BC，且由C指向B，电流B在O处产生的磁场方向平行于AC， 且由A向指C，电流C在O处产生的磁场方向平行于AB，且由A 指向B，由于三导线电流大小相同，到O点的距离相同，根据 平行四边形定则，则合磁场的方向平行于AB，由A指向B.选项 A正确，B、C、D错误. 返回目录 物理　必修　第三册 　 4.（磁通量的计算）如图所示，匀强磁场的磁感应强度为B， 方向与水平方向的夹角为30°，一面积为S的矩形线圈处于磁场 中，并绕着它的一条边从水平位置Ⅰ（图中实线位置）转到竖 直位置Ⅱ（图中虚线位置）.则在此过程中磁通量的变化量的大 小为（　　） A.BS B.BS C.BS D.2BS 答案　C 返回目录 物理　必修　第三册 　 解析　取线圈在水平位置时穿过线圈的磁通量为正，则Φ1＝ BSsin 30°＝BS；线圈处于竖直位置时，磁感线从线圈另一面 穿过，磁通量Φ2＝－BScos 30°＝－BS，故磁通量的变化为 ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－BS，即变化量的大小为｜ΔΦ｜＝ BS，选项C正确. 返回目录 物理　必修　第三册 　 $$