13.2 磁感应强度 磁通量(1)课件-2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

第十三章　电磁感应与电磁波初步 第2节　磁感应强度 磁通量 1 问题思考 在研究电场时，我们通过分析检验电荷在电场中的受力情况引入了电场强度这个物理量，用它来描述电场的强弱和方向。本节课，我们用类似的方法，找出表示磁场强弱和方向的物理量。 第一课时——目标素养 1.在实验基础上，类比电场强度，定义描述磁场强弱和方向的物理量——磁感应强度，并进一步体会微元法和利用物理量之比定义物理量的方法。 2.知道磁感应强度的定义，知道其方向，大小、定义式和单位。会用磁感应强度的定义式进行有关计算。 问题思考 F 回顾：电场强度 E 的大小 不能。因为 N 极不能单独存在。小磁针静止 时所受的合力为零，因而不能用测量N 极 受力的大小来确定磁场的强弱。 思考1：能否用测量 N 极受力的大小来确定磁场的强弱？ 怎么办？ 场源电荷 试探电荷+ 能否用很小一段通电导体来检验磁场的强弱？ ① 理想模型 ② 不存在孤立的电流元 ③ 可以用较长的通电导线来检验匀强磁场 思考2：磁场除对磁体有作用力外，还对谁有作用力？ 电流元：很短的一段通电导线中的电流 I 与导线长度 L 的乘积 IL。 通电导体 电流元 问题思考 思考3：通电导线所受到的磁场力与什么有关呢？ 磁场 放置位置 电流大小 磁场中导线长度 （相同的磁场） （通电导线与磁场方向垂直） 控制变量 影响通电导线受力的因素 问题思考 实验演示 精确的实验表明： 通电导线与磁场方向垂直时 当 L 不变，I 越大，F 越大 当 I 不变，L 越长，F 越大 F∝IL 提出新问题 式中 B 与导线的长度和电流的大小都没有关系。但是，在不同情况下，B的值是不同的:即使是同样的I、L,在不同的磁场中，或在非均匀磁场的不同位置，一般说来，导线受的力也是不一样的。看来，B正是我们要寻找的能表征磁场强弱的物理量——磁感应强度(magneticinduction)。 F=BIL 思考：将 F∝IL 写成等式是什么样的？ 1.定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的磁场力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值叫磁感应强度 2.表达式： 3.单位：特斯拉，简称特，符号是T 4.矢量：有大小，有方向（方向与小磁针静止时N极指向一致，与电流元受力方向垂直） 5.物理意义：表示磁场强弱和方向的物理量 一、磁感应强度 1.B 与 L、I、F 无关，B由磁场本身性质决定，与是否有小磁针，是否有电流元无关。 2.用 B=F/IL 计算时，导线电流的方向与磁场方向必须垂直。通电导线与磁场方向垂直时受到磁场力最大，平行时为零。 3.若某一空间同时存在几个磁场，空间的磁场应由这几个磁场叠加而成，某点的磁感应强度为B，则有：B=B1+B2+B3……（矢量和） ，用平行四边形法则运算。 d b a 一、磁感应强度 (1)磁场的方向就是小磁针静止时所受合力的方向。(　　) (2)通电导线在磁场中某处受磁场的作用力为零,在该处磁感应强度一定为零。(　　) (3)电流为I、长度为l的通电导线放入磁感应强度为B的磁场中受力的大小一定是F=IlB。(　　) (4)磁场中某处的磁感应强度大小与有无小磁针无关,与有无通电导线也无关。(　　) (5)公式 说明B与F成正比,与Il成反比。(　　) × × × √ × 微判断1 练习与应用 练习与应用 复习与提高A组 BB BC BD 小结：磁感应强度与电场强度的对比 比较项目 磁感应强度 B 电场强度 E 物理意义 描述磁场的性质 描述电场的性质 定 义 式 共同点 用比值的形式定义 特点 通电导线与 B 垂直，B 与F、I、L 无关 E 与 F、q 无关 方 向 共同点 都是矢量，遵循矢量合成法则 不同点 小磁针 N 极的受力方向 放入该点正电荷的受力方向 典例剖析 【例1】 关于磁感应强度,下列说法正确的是(　　) A.由 可知,B与F成正比、与Il成反比 B.通电导线放在磁场中的某点,那点就有磁感应强度,如果将通电导线拿走,那点的磁感应强度就为零 C.通电导线所受安培力不为零的地方一定存在磁场,通电导线不受安培力的地方一定不存在磁场 D.磁场中某一点的磁感应强度由磁场本身决定,其大小和方向是唯一确定的,与通电导线无关 答案:D 学以致用 1.关于磁感应强度B、电流I、导线长度l和电流所受磁场力F的关系,下列说法正确的是(　　) A.在B=0的地方,F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,则F一定等于1 N D.若l=1 m,I=1 A,F=1 N,则B一定等于1 T 答案:A 解析:应用公式 或F=IlB时要注意导线必须垂直于磁场方向放置,选项B、C、D错误,A正确。 1.关于磁感应强度,下列说法正确的是(　　) A.根据定义式 ,磁场中某点的磁感应强度B与F成正比,与I成反比 B.磁感应强度B是矢量,方向与该点的小磁针静止时N极所指的方向一致 C.磁感应强度B是矢量,方向与电流所受磁场力的方向相反 D.在某一磁场中,同一点的B是相同的,不同点的B一定不同 答案:B 随堂训练 5.在磁场中放入一条通电导线,导线与磁场垂直,导线长度为 15 cm,电流为5 A,所受到的磁场力为1.5 N。 (1)该位置处的磁感应强度为多大? (2)若将该电流撤去,该位置的磁感应强度为多大? (3)若将通电导线跟磁场平行放置,该导线受到的磁场力为多大? 答案:(1)2 T　(2)2 T　(3)0 (2)该处的磁感应强度不变,B=2 T。 (3)通电导线平行磁场放置时,所受磁场力为零,F=0。 随堂训练 第二课时——目标素养 1.知道匀强磁场的特点。 2.知道磁通量，会计算在匀强磁场中通过某一面积的磁通量。 3.了解中国古代在指南针使用方面的情况，激发我们的民族自豪感。 1.定义 强弱、方向处处相同的磁场 3.常见的匀强磁场: 相隔很近的两个异名磁极之间的磁场 通电螺线管内部的磁场 相隔一定距离的两个平行放置的线圈通电时，其中间区域的磁场 I 2.特点 磁感线是一组间隔相同的平行直线 二、匀强磁场 匀强磁场的磁感线： 代表垂直纸面向里 代表垂直纸面向外 二、匀强磁场 磁感线的疏密程度表示了磁场的强弱。在图中，S1和S2两处磁感线的疏密不同，这种不同是如何体现的呢？ 如果在S1和S2 处，在垂直于纸面方向取同样的面积，穿过相同面积磁感线条数多的就密，磁感应强度就大。 三、磁通量 1.定义：设在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，有一个与磁场方向垂直的平面，面积为 S，我们把 B 与 S 的乘积叫作穿过这个面积的磁通量，简称磁通。符号 Φ B1 S1 B2 S2 2.公式： Φ=BS 3.单位： Wb（韦伯） 4.标量：有正负，正负表示磁感线从 哪个面穿入，运算遵循标量运算法则--代数求和 三、磁通量 Φ > 0 B Φ < 0 B 磁通量是标量，且有正负 规定磁感线从平面的某一面穿入，磁通量为正；磁感线从平面的另一面穿入，磁通量为负。 正负不表大小，只表示磁感线从正面穿进还是从负面穿进 磁通量的标矢性 磁通量反映了穿过这个平面的磁感线条数。 S B1 B2 当平面有相同方向磁感线同时穿过时，总磁通量为各磁通量之和；当平面有相反方向磁感线同时穿过时，总磁通量为各磁通量之差的绝对值。 S B3 B1 磁通量的物理意义 当平面与磁场方向不垂直时，穿过的磁通量？ 磁感应强度与平面夹角 θ。 θ B S 同一平面，从与磁场垂直方向转过θ角，磁通量变为？ S B S S′ θ 磁通量的计算 ⌒ 磁通量的变化 ΔΦ＝Φ2－Φ1 末 初 B S θ1 θ2 1.当 B 不变，有效面积 S 变化时，ΔΦ＝B·ΔS 2.当 B 变化，S 不变时，ΔΦ＝ΔB·S。 3.B 和 S 同时变化，则 ΔΦ＝Φ2－Φ1， 但 ΔΦ≠ΔB·ΔS。 拓展学习——磁通密度 同一平面垂直磁场方向放置，在磁感应强度越大的地方，磁感线分布越密集，穿过该平面的磁通量越大。 表示单位面积上的磁通量，反映磁感线的疏密。 磁感应强度数值上等于垂直穿过单位面积的磁通量。 磁通密度 当B垂直S时： 典例剖析 【例2】 如图所示,框架面积为S,框架平面与磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直,则穿过平面的磁通量为多少?若使框架绕OO'轴转过60°角,则穿过线框平面的磁通量为多少?若从初始位置转过90°角,则穿过线框平面的磁通量为多少?若从初始位置转过180°角,则穿过线框平面的磁通量变化为多少? 答案:BS　 BS　0　2BS 学以致用 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,则通过线圈磁通量的变化量为多少? 答案:0.12 Wb　0.36 Wb. 典例剖析 【例3】 如图所示,两根相互平行的长直导线分别通有方向相反的电流I1和I2,且I1>I2;a、b、c、d为导线某一横截面所在平面内的四点,且a、b、c与两导线共面;b点在两导线之间,b、d的连线与导线所在平面垂直。磁感应强度可能为零的点是(　　) A.a点 B.b点 C.c点 D.d点 思路引领先根据安培定则判断两长直导线中的电流在各点的磁感应强度的方向;再由矢量合成的方法判断合磁场的磁感应强度。 答案:C 学以致用 3.(2021·全国甲)两足够长的直导线均折成直角,按图示方式放置在同一平面内,EO与O'Q在一条直线上,PO'与OF在一条直线上,两导线相互绝缘,通有相等的电流I,电流方向如图所示。若一根无限长直导线通过电流I时,所产生的磁场在距离导线d处的磁 感应强度大小为B,则图中与导线距离均为d的 M、N两点处的磁感应强度大小分别为(　　) A.B、0 B.0、2B C.2B、2B D.B、B 答案:B 2.磁通量可以形象地理解为“穿过一个闭合电路的磁感线的条数”。在如图所示磁场中,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且都不为零。下列判断正确的是(　　) A.Φ1最大 B.Ф2最大 C.Φ3最大 D.Φ1、Φ2、Φ3相等 答案:A 解析:由题图知穿过S1面的磁感线条数最多, 故Φ1最大,选项A正确。 随堂训练 3.如图所示,把两个完全一样的环形线圈互相垂直地放置,它们的圆心位于一个共同点O上。当通以相同大小的电流时,两通电线圈在O点产生的磁场方向分别为垂直于纸面向里和竖直向上,大小相等,则O处的磁感应强度与一个线圈单独产生的磁感应强度的大小之比是(　　) 答案:C 随堂训练 4.一根长为0.1 m、电流为1 A的通电导线,在磁场中某处受到的磁场力大小为0.4 N,则该处的磁感应强度(　　) A.等于4 T B.大于或等于4 T C.小于或等于4 T D.可能为零 答案:B 解析:当通电导线与磁场垂直时,磁感应强度是最小的,由F=BIl=B×1 A×0.1 m=0.4 N,解得B=4 T,故该处的磁感应强度一定大于或等于4 T。选项B正确。 随堂训练 Lavf58.20.100 B= B= B= B= 解析:(1)根据公式B=得B= T=2 T A.1∶1 B.2∶1 C.∶1 D.1∶ $$