6.2 磁感应强度 课件 -2024-2025学年高二上学期物理粤教版（2019）必修第三册

第六章 电磁现象与电磁波 磁感应强度 知道什么是匀强磁场，知道匀强磁场磁感线的特点 重点 重难点 2 3 1 重点 重难点 4 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。会利用磁感应强度定义式计算其大小 理解磁通量的概念，会计算磁通量的大小 学会根据平行四边形定则处理磁场叠加的问题 一、磁感应强度的方向和大小 1.如图所示，把小磁针放到条形磁铁周围不同的位置，小磁针的指向不同；条形磁铁只能吸起几枚铁钉，而巨大的电磁铁能吸起成吨的钢铁(图乙所示)，这些现象说明什么？ 条形磁铁周围不同的位置磁场方向不同；不同的磁场有强弱之分 2.电场强度E的大小是通过试探电荷受力定义的，E＝ 。能否用类似的方法，测量N极受力的大小来确定磁感应强度的大小？ 不能。因为N极不能单独存在。小磁针静止时是所受的合力为零，因而不能用测量N极受力的大小来确定磁感应强度的大小。 N S FS极 FN极 3.在进行“探究影响通电导线受力的因素”的实验时，我们更换磁性强弱不同的磁体，按实验步骤完成以下实验探究： 保持I与L不变，按磁性从弱到强更换磁体，观察悬线摆动的角度变化，发现磁体磁性越强，悬线摆动的角度越大，表示通电导线受的力越_____，力F与IL的比值越____，这表示 能反映磁场的_____。 大 大 强弱 1.磁感应强度的方向 磁感应强度的方向简称磁场的方向，物理学规定，在磁场中的任一点，小磁针_____受力的方向，亦即小磁针静止时N极所指的方向，简称磁场的方向。 2.磁感应强度的大小 (1)定义：当通电导线与磁场垂直时，通电导线所受磁场的作用力F与电流I和导线长度L的乘积IL之比，称为磁感应强度。 (3)单位：特斯拉，简称特，符号是T ， 1 T＝1 N/(A·m)。 N极 梳理与总结 例1 (多选)(2024·广州市高二期末)关于磁感应强度，下列说法中正确的是 A.某点磁感应强度的方向，就是在该点小磁针北极所受磁场力的方向 D.一小段长为L＝0.5 m的导线，当通过的电流I＝2 A时，受到的磁场力为 4 N，则该处的磁感应强度大小可能为6 T √ √ 例题 例2 (2023·珠海市高二期末)在匀强磁场中放置一根与磁场方向垂直的通电直导线，它的电流是2.5 A，导线长1 m，受到的磁场力为5.0×10－2 N，则： (1)该磁场的磁感应强度大小是多少？ (2)如果仅把该直导线中的电流增大到5 A，此时直导线受到的磁场力是多大？ 答案　 (1)2×10－2 T　 答案　 (2)0.1 N (2)当导线中的电流增大为5 A时，因磁感应强度不变，有：F＝BI′L＝2×10－2×5×1 N＝0.1 N。 1.在定义式B＝ 中，通电导线必须垂直于磁场方向放置。因为磁场中某点通电导线受力的大小，除和磁场强弱有关以外，还和导线的方向有关，导线放入磁场中的方向不同，所受磁场力一般不相同。 2.B的大小与F、I、L无关。通电导线受力为零的地方，磁感应强度B的大小不一定为零，可能是由于电流方向与B的方向在一条直线上。 总结提升 二、匀强磁场和磁通量 如图所示，一矩形线框从abcd位置移动到a′b′c′d′位置的过程中(线框平行于纸面移动，线框与导线相互绝缘)，中间是一条电流向上的通电导线，请思考： (1)导线的左边磁场的方向向哪？右边呢？ (2)在移动过程中，当线框的一半恰好 通过导线时，穿过线框的磁感线条数有何特点？ 导线左边的磁场方向垂直纸面向外，右边的磁场方向垂直纸面向里。 当线框的一半恰好通过导线时，穿过线框垂直纸面向外的磁感线条数与穿过线框垂直纸面向里的磁感线条数相同。 a b c d a′ b′ c′ d′ a b c d 1.匀强磁场 (1)磁感应强度大小、方向处处_____的磁场。 (2)磁感线特点：匀强磁场的磁感线是间隔_____的平行直线。 (3)匀强磁场的磁感线 相同 相同 梳理与总结 (4)产生方法： 距离很近的两个平行异名磁极之间的磁场(除边缘部分外)。 通电螺线管内部的磁场(除边缘部分外)。 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 2.磁通量 (1)定义：匀强磁场中_____________和与磁场方向_____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___________与磁感应强度B的乘积表示穿过该平面的磁通量。Φ＝BS′＝BScos θ，如图所示。 (3)单位：国际单位是_____，简称韦，符号是Wb,1 Wb＝________。 磁感应强度B 垂直 投影面积S′ 韦伯 1 T·m2 S S′ 动画演示磁通量 (4)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Φ，反向磁通量为Φ′，则穿过该平面的磁通量Φ总＝Φ－Φ′。磁通量等于穿过该平面的磁感线的净条数。 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≠Δ(BS)。 例3 如图所示，线圈平面与水平面夹角θ＝60°，磁感线方向竖直向下，线圈平面面积S＝0.4 m2，匀强磁场磁感应强度大小B＝0.6 T，则： (1)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？ (2)若θ＝90°，穿过线圈的磁通量为多少？当θ为多大时，穿过线圈的磁通量最大？ 答案　 (1)0.12 Wb　0.36 Wb　(2)0　0　 例题 穿过线圈的磁通量Φ1＝BS⊥＝0.6×0.2 Wb＝0.12 Wb 线圈以cd为轴顺时针方向转过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，故此时通过线圈的磁通量 Φ2＝－BS＝－0.6×0.4 Wb＝－0.24 Wb 故磁通量的变化量 ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝|－0.24－0.12| Wb＝0.36 Wb。 (2)当θ＝90°时，线圈在垂直磁场方向上的投影面积S⊥′＝0，据Φ＝BS⊥′知，此时穿过线圈的磁通量为零。当θ＝0时，线圈平面与磁场垂直，此时S⊥″＝S，穿过线圈的磁通量最大。 例4 如图所示，有两个同心放置的共面金属圆环a和b，一条形磁铁穿过它们的圆心且与环面垂直。如果穿过金属圆环a、b的磁通量分别为Φa、Φb，那么，关于Φa和Φb的大小关系，下列说法中正确的是 A.Φa＜Φb B.Φa＞Φb C.Φa＝Φb D.无法比较 √ 三、磁感应强度矢量的叠加 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。 I1 I2 B1 B2 BA A B0 B0 B1 B0 例5 (2024·广州市高二期中)在磁感应强度大小为B0、方向竖直向上的匀强磁场中，水平放置一根长直通电导线，电流的方向垂直于纸面向里。如图所示，A、B、C、D是以直导线为圆心的同一圆周上的四点，在这四点中 A.B、D两点的磁感应强度大小相等 B.A、B两点的磁感应强度大小相等 C.C点的磁感应强度的值最大 D.B点的磁感应强度的值最大 B1 B1 B1 B0 BB= BD= BA= B0 + B1 BC= √ 例题 针对训练 (2024·韶关市高二月考)如图所示为一等腰直角三角形ABC，D为BC边的中点，A、B、C三点处分别有一根垂直于ABC所在平面的长直导线。当三根导线中通有大小相等、方向如图所示的电流时，D点处的磁感应强度大小为B0。仅将B点处的导线中的电流反向，D点处的磁感应强度大小为 BA BB BC BB BD √ 磁场叠加问题的解题思路 1.应用安培定则判断各电流在某点分别产生的磁感应强度的方向(过该点磁感线的切线方向)。 2.根据平行四边形定则，利用合成法或正交分解法进行合成，求得合磁感应强度。 总结提升 磁感应强度 磁感应强度 磁感应强度叠加 磁通量 方向：小磁针静止时N极的指向 大小：B＝（磁场和导线垂直） 匀强磁场 磁感应强度大小和方向处处相同 磁感线间隔相同的平行直线 定义： Φ＝BS （"B"与"S"垂直时） 标量， 正、负表示从面穿入还是穿出 遵循平行四边形定则 某点磁感应强度的方向就是该点的磁场方向，也就是在该点小磁针北极所受磁场力的方向，故A正确； 一小段通电导线在某处不受磁场力，该处不一定无磁场，也可能是因为导线与磁场平行，故C错误； 根据磁感线的分布情况可知，磁铁内部穿过环面 的磁感线方向向下，外部磁感线方向向上。由于 磁感线是闭合曲线，磁铁内部的磁感线条数等于 磁铁外部磁感线的总条数，而磁铁外部磁感线分 布在无限大的空间，所以穿过环面的磁铁外部向 上的磁感线将磁铁内部向下的磁感线抵消一部分，a的面积小，抵消较少，则磁通量较大，所以Φa＞Φb。故A、C、D错误，B正确。 根据安培定则可知通电直导线在A、B、C、D四点产生的磁感应强度大小相等，设为B1。通电直导线在B点产生的磁感应强度方向为水平向左，在D点产生的磁感应强度方向为水平向右，则B、D两点的磁感应强度大小BD＝BB＝ 大小相等，方向不同，故A正确； 通电直导线在A点产生的磁感应强度方向为竖直向上，则A点的磁感应强度大小为BA＝B1＋B0，结合选项A的分析可知，B点的磁感应强度大小为BB＝ ，A点的磁感应强度比B的大，故B、D错误； 通电直导线在C点产生的磁感应强度方向为竖直向下，则C点的磁感应强度大小为BC＝，即C点的磁感应强度的值最小，故C错误。 由安培定则可知，三根导线中的电流在D点产生的 磁感应强度如图所示，由几何关系可知，A、B、C 三点到D点的距离相等，三根导线中电流大小相等， 因此导线中的电流在D点产生的磁感应强度大小相等，则有BA＝BB＝BC，因BB、BC大小相等，方向相反，合磁感应强度是零，因此则有BA＝B0，则有BA＝BB＝BC＝B0，将B点处的导线中的电流反向，可知B点处的导线中的电流在D点产生的磁感应强度大小不变，方向与磁感应强度BC相同，由磁感应强度的叠加原理，可得此时D点处的磁感应强度大小为BD＝ A、C、D错误，B正确。 Lavf59.6.100 Lavf58.9.100 (2)定义式：B＝。 B.由B＝知，B与F成正比，与IL成反比 C.由B＝知，一小段通电导线在某处不受磁场力，说明该处一定无磁场 (1)B＝＝ T＝2×10－2 T Lavf57.83.100 Lavf58.9.100 (1)线圈在垂直磁场方向上的投影面积S⊥＝Scos 60°＝0.4× m2＝0.2 m2 A.B0 B.B0 C.2B0 D.B0 只有当通电导线垂直放入磁场中时，磁感应强度才为，若导线与磁场不垂直，则磁感应强度大于，故B≥4 T，故D正确。 B＝是采用比值定义法定义的，B与F、IL等无关，不能说B与F成 正比，与IL成反比，故B错误； ＝B0， $$