第13章 第2节 磁感应强度、磁通量（教用Word）-【金榜题名】2025-2026学年高中物理必修第三册同步学案（人教版）

本高中物理讲义聚焦磁感应强度与磁通量核心知识点，构建从磁场描述到通量计算的学习支架。在磁场基本概念基础上，通过类比电场强度引入磁感应强度定义，结合电流元实验推导公式B=F/Il，进而阐述匀强磁场特性，最终延伸至磁通量Φ=BS的计算及变化量分析。 该资料以实验探究为基础，通过电流元实验归纳F=IlB关系，渗透比值定义法与类比法，培养科学思维中的科学推理与模型建构能力。结合中国古代指南针应用激发民族自豪感，落实科学态度与责任。课中例题解析与对比表格辅助教师高效授课，课后分层训练题助力学生深化理解并查漏补缺。

第2节　磁感应强度、磁通量 课标要求 科学思维 1.理解磁感应强度B的定义式和物理意义。 2．知道磁感应强度的单位，知道用磁感线的疏密程度可以形象地描述磁感应强度的大小。 3．理解磁通量的概念。 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。了解中国古代在指南针使用方面的情况，激发学生民族自豪感。 一、磁感应强度 1．电流元：在物理学中，把很短一段通电导线中的电流I与导线长度l的乘积Il叫做电流元。 2．探究影响通电导线受力的因素 如图所示，三块相同的蹄形磁铁，并列放在桌上，可认为磁极间的磁场是均匀的。直导线的方向与磁场的方向(自上而下)垂直。 (1)实验原理：有电流通过时，导线将摆动一定角度，通过摆动角度的大小可以比较导线受力的大小。电流的大小用电流表测量。分别接通“2、3”和“1、4”，可以改变导线通电部分的长度。 (2) 实验结论：通电导线与磁场方向垂直时，它受力的大小既与导线的长度l成正比，又与导线中的电流I成正比。用公式表示就是：F＝IBl。 3．磁感应强度 表征磁场强弱的物理量。大小等于在导线与磁场垂直的最简单的情况下，所受的磁场力F跟电流I和导线长度l的乘积Il的比值。 4．定义式：B＝F/Il。 5．单位 在国际单位制中，磁感应强度的单位是特斯拉，简称特，国际符号是T,1 T＝。 6．方向：磁感应强度是矢量，方向就是该处小磁针静止时N极所指的方向。 二、匀强磁场 1．定义：磁场中各点的磁感应强度的大小相等、方向相同。 2．磁感线特点：匀强磁场的磁感线是一些间隔相等的平行直线。 3．位置 (1)距离很近的两个平行异名磁极之间的磁场(除边缘部分外)； (2)两个平行放置较近的线圈通电时，其中间区域的磁场。 三、磁通量 1．定义：匀强磁场磁感应强度B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B的乘积表示磁通量。 3．单位：国际单位制中，磁通量的单位是韦伯，简称韦，符合是Wb,1 Wb＝1_T·m2。 4．引申：在匀强磁场中B＝Φ/S，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。 四、地磁场 地球的地理两极与地磁两极并不重合，因此，磁针并非准确地指南或指北，其间有一个交角，这就是地磁偏角。地磁偏角的数值在地球上的不同地点是不同的。地磁偏角在缓慢变化。在使用指南针确定南北方向时，只有将地磁偏角考虑在内，才能得出准确的结果。 　对磁感应强度的理解 1．磁感应强度的决定因素 磁场在某位置的磁感应强度的大小与方向是客观存在的，与通过导线的电流大小、导线的长短无关，与导线是否受磁场力以及磁场力的大小也无关。即使不放入载流导线，磁感应强度也照样存在，故不能说B与F成正比或B与Il成反比。 2．对定义式B＝的理解 (1)B＝是磁感应强度的定义式，其成立的条件是通电导线必须垂直于磁场方向放置。因为在磁场中某点通电导线受力的大小除和磁场强弱、电流I和导线长度l有关以外，还和导线的放置方向有关。 (2)导线在磁场中的放置方向不同，所受磁场力也不相同。当通电导线与磁场方向平行时，通电导线受力为零，所以我们不能根据通电导线受力为零来判定磁感应强度B的大小为零。 (3)磁感应强度的定义式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”。 3．磁感应强度B的方向 磁感应强度B是一个矢量，它的方向有以下3种表述方式： (1)磁感应强度的方向就是该点的磁场方向。 (2)小磁针静止时N极所指的方向。 (3)小磁针N极受力的方向。 　关于磁感应强度，下列说法正确的是(　　) A．由B＝可知，B与F成正比，与Il成反比 B．通电导线放在磁场中某点，该点就有磁感应强度，如果将通电导线拿走，该点的磁感应强度就变为零 C．通电导线所受磁场力不为零的地方一定存在磁场，通电导线不受磁场力的地方一定不存在磁场(即B＝0) D．磁场中某一点的磁感应强度由磁场本身决定 【解析】　D　由定义式B＝可知，磁感应强度是属于比值定义的，B与F、Il均没有关系，故A错误；通电导线放在磁场中的某点，就有可能受到安培力，如果将通电导线拿走，该点的磁感应强度仍存在，故B错误；同一条通电导线放在磁场中某处所受的磁场力不一定相同，受到放置的角度限制，若导线平行磁场方向放置在磁场中，即使此处的磁感应强度不为零，通电导线在该处所受安培力也一定为零，故C错误；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，与通电导线没有关系，故D正确。 【技巧与方法】 正确理解比值定义法 (1)定义B＝是比值定义法，这种定义物理量的方法实质就是一种测量方法，被测量点的磁感应强度与测量方法无关。 (2)定义a＝、E＝也是比值定义法，被测量的物理量也与测量方法无关，不是由定义式中的两个物理量决定的。 1．将通电直导线置于匀强磁场中，导线与磁场方向垂直，若仅将导线中的电流增大为原来的3倍，则该匀强磁场的磁感应强度(　　) A．减小为原来的 B．保持不变 C．增大为原来的3倍 D．增大为原来的9倍 【解析】　B　导线与磁场方向垂直，则导线受到的安培力为F＝BIL；若仅将导线中的电流增大为原来的3倍，则安培力将增大为原来3倍，而磁场的磁感应强度只与磁场本身有关，与电流大小无关，则该磁场的磁感应强度仍不变，故B正确，A、C、D错误。 　磁感应强度B与电场强度E的比较 比较内容 电场强度E 磁感应强度B 定义的依据 ①电场对电荷q有作用力F； ②对电场中任一点，F∝q，＝恒量(由电场决定)； ③对不同点，一般来说恒量的值不同； ④比值可表示电场的强弱。 ①磁场对直线电流I有作用力F； ②对磁场中任一点，F与磁场方向、电流方向有关，只考虑电流方向垂直于磁场方向的情况时，F∝Il，＝恒量(由磁场决定)； ③对不同点，一般来说恒量的值不同； ④比值可表示磁场的强弱。 定义式 E＝ B＝ 物理意义 描述电场的强弱和方向 表征磁场的强弱和方向 方向 该点正电荷的受力方向 小磁针N极的受力方向 场的叠加 遵循矢量的平行四边形定则 遵循矢量的平行四边形定则 单位 1 N/C＝1 V/m 1 T＝1 N/(A·m) 　下列关于磁感应强度的方向和电场强度的方向的说法，不正确的是(　　) A．电场强度的方向与电荷所受的电场力的方向相同 B．电场强度的方向与正电荷所受的电场力的方向相同 C．磁感应强度的方向与小磁针N极所受磁场力的方向相同 D．磁感应强度的方向与小磁针静止时N极所指的方向相同 【解析】　A　电场强度的方向就是正电荷所受的电场力的方向，磁感应强度的方向是小磁针N极所受磁场力的方向或小磁针静止时N极所指的方向，故A错误。A符合题意。 【技巧与方法】 电场强度与磁感应强度的易混点 (1)磁感应强度B是描述磁场力的性质的物理量，电场强度E是描述静电力的性质的物理量，E的方向是正电荷的受力方向，B的方向与电流元所受力的方向既不相同，也不相反。 (2)电场强度的方向与正电荷所受静电力的方向相同，而磁感应强度的方向与小磁针N极所受磁场力的方向相同。 2．(多选)关于试探电荷和电流元，下列说法正确的是(　　) A．试探电荷在电场中一定受到电场力的作用，电场力与所带电荷量的比值定义为电场强度的大小 B．电流元在磁场中一定受到磁场力的作用，磁场力与该段通电导线的长度和电流乘积的比值定义为磁感应强度的大小 C．试探电荷所受电场力的方向与电场方向相同或相反 D．电流元在磁场中所受磁场力的方向与磁场方向相同或相反 【解析】　AC　电荷在电场中一定受电场力的作用，且E＝，A正确；正电荷所受电场力的方向与电场方向相同，负电荷所受电场力的方向与电场方向相反，C正确；电流元在磁场中与磁场方向垂直放置时，一定受磁场力的作用，并且B＝，平行时不受磁场力，B错误；磁感应强度的方向不是根据电流元的受力方向规定的，D错误。 　对磁通量的理解 1．磁通量的计算 (1)公式：Φ＝BS。 适用条件：①匀强磁场；②磁场与平面垂直。 (2)若磁场与平面不垂直，应为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积，Φ＝BScos θ。式中Scos θ即为平面S在垂直于磁场方向上的投影面积，也称为“有效面积”(如图所示)。 2．磁通量的正、负 (1)磁通量是标量，但有正、负，若以磁感线从某一面上穿入时磁通量为正值，则磁感线从此面穿出时即为负值。 (2)若同时有磁感线沿相反方向穿过同一平面，且正向磁通量大小为Φ1，反向磁通量大小为Φ2，则穿过该平面的合磁通量Φ＝Φ1－Φ2。 3．磁通量的变化量 (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。但此时ΔΦ≠ΔB·ΔS。　 　如图所示，有一个垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度B＝0.8 T，磁场有明显的圆形边界，圆心为O，半径为10 cm，现在在纸面内先后放上圆线圈A、B和C(图中未画出)，圆心均在O处，A线圈的半径为1 cm，共10匝；B线圈的半径为2 cm，只有1匝；C线圈的半径为0.5 cm，只有1匝。 (1)在磁感应强度B减为0.4 T的过程中，A和B线圈中的磁通量改变了多少？ (2)在磁场方向转过30°角的过程中，C线圈中的磁通量改变了多少？ 【解析】　(1)对A线圈，有Φ1＝Bπr，Φ2＝B′πr 故A线圈的磁通量的改变量为 ΦA＝|Φ2－Φ1|＝(0.8－0.4)×3.14×10－4 Wb＝1.256×10－4 Wb B线圈的磁通量的改变量为 ΦB＝(0.8－0.4)×3.14×(2×10－2)2 Wb＝5.024×10－4 Wb。 (2)对C线圈，Φ1＝Bπr 磁场方向转过30°角，线圈在垂直于磁场方向的投影面积为πrcos 30°， 则Φ2＝Bπrcos 30° 故磁通量的改变量为 ΔΦC＝Bπr(1－cos 30°)＝0.8×3.14×(5×10－3)2×(1－0.866)Wb＝8.4 152×10－6 Wb。 【答案】　(1)1.256×10－4 Wb　5.024×10－4 Wb　(2)8.415 2×10－6 Wb 【技巧与方法】 磁通量大小的分析与判断 (1)定量计算 通过公式Φ＝BS来定量计算，计算磁通量时应注意的问题： ①明确磁场是否为匀强磁场，知道磁感应强度的大小。 ②平面的面积S应为磁感线通过的有效面积。当平面S与磁场方向不垂直时，应明确所研究的平面与磁感应强度方向的夹角，准确找出有效面积。 ③线圈的磁通量及其变化与线圈匝数无关，即磁通量的大小不受线圈匝数的影响。 (2)定性判断 磁通量是指穿过线圈面积的磁感线的“净条数”，当有不同方向的磁场同时穿过同一面积时，此时的磁通量为各磁场穿过该面磁通量的代数和。 训练角度1　磁通量大小判断 3.如图所示，在水平面内一根通有电流I的长直导线，正好处在一个半径为R的水平圆面的直径上，则下列说法正确的是(　　) A．若直导线垂直圆面向里移动，则穿过该圆面的磁通量减少 B．若直导线绕圆心在水平面内转动一个小角度，则穿过该圆面的磁通量增加 C．若直导线沿圆面内垂直导线方向移动R，则穿过该圆面的磁通量增加 D．若直导线沿导线方向移动R，则穿过该圆面的磁通量增加 【解析】　C　本题疑难点在于对合磁通量的理解。根据安培定则可知直导线在直径处时磁感线从一边半圆进、另一边半圆出，合磁通量为0，垂直圆面向里移动、沿直导线方向移动或绕圆心转动，合磁通量仍为0，选项A、B、D错；直导线沿圆面内垂直导线方向移动R，磁感线沿一个方向从整个圆面穿过，磁通量增加，选项C对。 训练角度2　磁通量大小计算 4.一磁感应强度为B的匀强磁场方向水平向右，一面积为S的矩形线圈abcd如图所示放置，平面abcd与竖直方向成θ角，将abcd绕ad轴转180°角，则穿过线圈平面的磁通量的变化量是(　　) A．0　　　　　　　 B．2BS C．2BScos θ D．2BSsin θ 【解析】　C　线圈在题图示位置时，磁通量为：Φ1＝BScos θ，线圈绕ad轴转过180°时，磁通量为Φ2＝－BScos θ，所以该过程中，通过线圈的磁通量的变化量为ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝|－2BScos θ|＝2BScos θ，故C正确。 1．(多选)关于磁感应强度的概念，以下说法中正确的是(　　) A．电流元Il在磁场中受力为F，则磁感应强度大于或等于 B．磁场中某点磁感应强度的方向，与电流元在此点的受力方向相同 C．磁感应强度B的大小，与电流元Il在磁场中所受力F的大小无关 D．在磁场中，小磁针N极的受力方向就是小磁针所处位置的磁感应强度方向 【解析】　ACD　当磁场与直导线不垂直时有F<BIl，垂直时有F＝BIl，选项A对；电流元受到的磁场力与磁场方向垂直，选项B错；磁感应强度B由磁场本身决定，选项C对；小磁针N极的受力方向与小磁针所处位置的磁感应强度方向相同，选项D对。 2．(多选)一段直导线长为1 cm，通有5 A的电流，把它置于磁场中的某点时，受到的磁场力为0.1 N，则该点的磁感应强度B的值可能为(　　) A．1 T　　　　　　 B．0.5 T C．2 T D．2.5 T 【解析】　CD　当I与B垂直时，由B＝可解得B＝2 T，但题中未说明I与B垂直，故B的值可能大于或等于2 T。 3．如图所示，AB是水平面上一个圆的直径，在过AB的竖直平面内有一根通电导线CD，已知CD∥AB。当CD竖直向上平移时，电流磁场穿过圆面积的磁通量将(　　) A．逐渐增大 B．逐渐减小 C．始终为0 D．不为0但保持不变 【解析】　C　通电直导线产生稳定的磁场，根据安培定则判断可知：在AB的外侧磁感线向下穿过线圈平面，在AB的里侧磁感线向上穿过线圈平面，根据对称性可知，穿过线框的磁感线的总条数为零，磁通量为零，CD竖直向上平移时，穿过这个圆面的磁通量始终为零，保持不变，故A、B、D错误，C正确。 4.如图所示，a、b是两个同平面、同心放置的金属圆环，条形磁铁穿过圆环且与两环平面垂直，则通过两圆环的磁通量Φa、Φb(　　) A．Φa>Φb B．Φa<Φb C．Φa＝Φb D．无法比较 【解析】　A　条形磁铁磁场的磁感线的分布特点是：①磁铁内外磁感线的条数相同。②磁铁内外磁感线的方向相反。③磁铁外部磁感线的分布是两端密、中间疏。两个同心放置的同平面的金属圆环与磁铁垂直且磁铁在中央时，通过其中的磁感线的俯视图如图所示，穿过圆环的磁通量Φ＝Φ进－Φ出，由于两圆环面积Sa<Sb，两圆环的Φ进相同，而Φ出a<Φ出b，所以穿过两圆环的有效磁通量Φa>Φb，故A正确。 5．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： (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？ 【解析】　(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，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)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。 【答案】　(1)0.12 Wb　0.36 Wb (2)0　θ＝0° 学科网（北京）股份有限公司 $