13.2 磁感应强度 磁通量 课件-2026-2027学年高二上学期物理人教版必修第三册

磁感应强度 磁通量 同学们，大家好，这节课我们学习 磁感应强度 磁通量。 1 【学习目标】 1．知道磁感应强度的定义及物理意义。 2．理解磁感应强度的方向、大小、定义式和单位。 3．知道匀强磁场的概念及特点。 4．知道磁通量的概念，会计算磁通量的大小。 2 磁体之间的相互作用 通电导线之间的相互作用 磁体与通电导线之间的相互作用 磁体之间、通电导线之间、磁体和通电导线之间的相互作用是通过磁场发生的。 【课内互动探究】 通过上节课的学习，我们知道，磁体之间、通电导线之间、磁体和通电导线之间的相互作用是通过磁场发生的。和电场类似，磁场看不见、摸不着，是不依赖于我们的感觉而客观存在的物质。 3 磁场有方向，小磁针N极(北极)的受力方向或小磁针静止时N极的指向 实验中，我们发现，同样的小磁针放在条形磁体的不同位置，小磁针的指向不同，这说明磁场有方向。 磁场有强弱 巨型电磁铁吸引成吨的钢铁 条形磁体吸引碎铁屑 磁场有强弱之分，比如，实验室中的条形磁体能吸起小钢球，而巨大的电磁铁能吸起成吨的钢铁。 磁场看不见、摸不着，我们如何研究呢？ 想一想 一、磁感应强度 定量描述磁场的强弱和方向 怎样定量地描述磁场的强弱呢？磁场看不见、摸不着，如何研究呢？之前做过类似的研究吗？ 我们之前研究过电场，和磁场类似，电场看不见、摸不着，我们是如何研究的？ 6 类比思考 如何描述电场的强弱和方向呢? 电场 电场力F 检验电荷q 比值定义法 确定的位置F正比于q 电场强度 表示电场的性质 检验电荷是为了研究源电荷电场的性质 而引入的，它的引入不能改变源电荷的 电场，所以这个电荷应该是电荷量和体 积都很小的点电荷，是一种理想模型。 7 借鉴电场的研究方法，我们如何研究磁场？ 想一想 借鉴电场的研究方法，如何研究磁场？ 8 利用磁场的性质---对放入其中的磁体或通电导线有力的作用，通过磁体或通电导线在磁场中的受力情况来描述磁场的强弱和方向。 I 小磁针、通电导线 研究方法 磁场看不见、摸不着，但我们可以根据它所表现出来的性质去认识它、研究它。 我们可以利用磁场的性质---对放入其中的磁体或通电导线有力的作用，引入磁体或通电导线，让它们去感受磁场，通过磁体或通电导线在磁场中的受力情况来描述磁场的强弱和方向。 9 磁感应强度的方向 规定：小磁针静止时N极所指的方向（即N极的受力方向）为该点的磁感应强度的方向 思考：可以利用小磁针受力情况来定义磁感应强度的大小吗？ 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感应强度的大小 10 I 通电导线 思考：对引入的通电导线是否有要求呢？有什么要求？ 磁感应强度的大小 通电导线的长度要很短，这样其对所处磁场影响不大，也便于用它来研究磁场各点的性质。 对引入的这一段通电导线是否有要求呢？有什么要求呢？ 11 I 电流元Il 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 磁感应强度的大小 孤立的电流元并不存在，如果我们要研究的那部分磁场的强弱、方向都是一样的，我们就可以用比较长的通电导线进行实验，从结果中推知电流元的受力情况。 理想模型 但要使导线中有电流，就要把它接到电源上，所以孤立的电流元是不存在的,是理想模型，实际上仍要使用比较长的通电导线，那怎么办呢？ 如果我们要研究的那部分磁场的强弱、方向都是一样的，我们就可以用比较长的通电导线进行实验，从结果中推知电流元的受力情况。 12 通电导线在磁场中受力可能与哪些因素有关？ 探究影响通电导线受力的因素 通电导线的长度 导线中的电流大小 通电导线在磁场中受力 导线在磁场中的放置方向 接下来，我们通过实验研究一段通电导线在磁场中的受力情况，寻找磁感应强度的表达式。在研究之前，我们先猜想一下通电导线在磁场中受力可能与哪些因素有关呢？ 13 通电导线长度一定，研究通电导线受力与电流的关系 导线中的电流大小一定，研究通电导线受力与通电长度的关系 通电导线在磁场中受力 （导线与磁场方向垂直） 为了便于研究，我们选择最简单的情形，导线垂直于磁场方向放置，采用控制变量法研究受力与电流、导线长度的关系。 我们选择最简单的情形，导线垂直于磁场方向放置，研究受力与电流、导线长度的关系。 14 探究影响通电导线受力的因素 探究影响通电导线受力的因素 改变电流I 读数1 读数2 读数3 读数4 读数5 读数6 电流大小I/A 0.051 0.100 0.151 0.199 0.249 0.299 导线受力F/N 0.004 0.008 0.012 0.016 0.020 0.024 导线受力与电流的比值F/I 0.078 0.080 0.079 0.080 0.800 0.080 改变导线长度L 读数1 读数2 读数3 读数4 导线长度L/cm 0.100 0.200 0.302 0.402 导线受力F/N 0.015 0.300 0.046 0.061 导线受力与导线长度的比值F/L 0.150 0.150 0.152 0.152 实验数据表明，通电导线受力与 的比值近似相等。 分析了很多实验、事实后人们认识到，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，即通电导线受力与I 和l 的乘积Il成正比。磁场中的同一位置，当I、l 不同时，受力不同，但这个比值是相同的；在不同的磁场中，或在非均匀磁场的不同位置中，这个比值一般是不同的。这个比值与I、l无关，是由磁场中某点的性质决定的。看来，这个比值正是我们要寻找的表征磁场强弱的物理量——磁感应强度。 16 实验结论 分析了实验事实后得出，通电导线与磁场方向垂直时，导线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，即与I和L的乘积 IL 成正比。 F正比于L F正比于I 引入比例系数B B与导线的长度和电流的大小都没有关系,在不同的磁场中,或在非均匀磁场的不同位置,B不同,所以B正是我们要寻找的表征磁场强弱的物理量——磁感应强度 17 磁感应强度 （通电导线与磁场方向垂直） 定义式： 定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的力F跟电流I和导线长度L的乘积IL之比定义为磁感应强度。 特斯拉Nikola Tesla （1856—1943） 单位： 特斯拉 （特）T 1T=1 方向：规定小磁针静止时N极所指的方向（即N极的受力方向）为该点的磁感应强度的方向 注意： ① B 与导线的长度和电流的大小无关 ②在不同的磁场中或者非均匀磁场的不同位置， B 的值不同 我们把在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的力F 跟电流𝐼 和导线长度𝑙 的乘积𝐼𝑙 的比值定义为磁感应强度。 定义式：𝐵=𝐹/𝐵𝐼𝑙 有的同学可能有疑问了，如果通电导线不是垂直于磁场方向放置呢？后续的学习中我们会讨论相关的问题，大家也在课下可以自己先查阅资料了解。 和电场强度一样，磁感应强度也是通过物理量之比定义的新物理量。 按照磁感应强度的定义式，磁感应强度的单位由F、𝐼、𝑙 的单位决定，是"N" /("A" ⋅"m" ) ，为了纪念美国的物理学家特斯拉，我们把磁感应强度的单位命名特斯拉，简称特，符号是T。1T=1 "N" /("A" ⋅"m" ) 特斯拉是美国电气工程师，他一生致力于研究发明，是交变电流进入实用领域的主要推动者，为了让交流电惠及大众，他放弃了交流电的专利，送给全人类免费使用。 18 磁感应强度的矢量性 d b a 如图，a、b是两根通有大小相等、方向相反电流的直导线，请画出它们连线的中垂线上d点的磁感应强度B的方向。 磁感应强度是矢量，若空间中存在多个磁场，空间某点的磁感应强度的叠加遵循矢量的运算法则---平行四边定则。 19 一些磁场的磁感应强度 / T 人体器官内的磁场 10-13 〜 10-9 地磁场在地面附近的平均值 5×10-5 我国研制的作为 α 磁谱仪核心部件的大型永磁体中心的磁场 0.1346 电动机或变压器铁芯中的磁场 0.8 〜 1.7 核磁共振的磁场 3 中子星表面的磁场 106 〜 108 原子核表面的磁场 约 1012 1.磁感应强度由通电导线的长度、电流及导线受力决定吗？ B与L、I、F无关，与磁场本身和该点在磁场中的位置有关 3.磁感应强度的物理意义是什么？ 2.用 计算时，要注意什么问题？ 通电导线与磁场方向的关系，要注意两者必须垂直 物理意义：B是表示磁场强弱和方向的物理量，是描述磁场力的性质的物理量，是矢量，合成与分解运算遵循平行四边形定则 想一想？ 21 BCD 【针对训练】 22 电场 磁场 磁场的基本性质：对磁体、通电导线有力的作用 类比 引入探测物描述“场”的性质 小结 定量描述电场—电场强度 电场看不见、摸不着 电场的基本性质：对电荷有力的作用 引入试探电荷 电场强度方向的规定 电场强度大小的定义 定量描述磁场—磁感应强度 磁场看不见、摸不着 引入小磁针、电流元 磁感应强度方向的规定 磁感应强度大小的定义 理想模型 物理量之比定义新物理量 对于磁场，我们类比之前研究电场的方法，引入探测物来描述场的性质。 在研究磁感应强度的方向时，我们引入的探测物是小磁针，规定：小磁针静止时N极所指的方向（即N极的受力方向）为该点的磁感应强度的方向。 在研究磁感应强度的大小时，我们引入的探测物是电流元，和我们之前学习过的质点、点电荷一样，电流元是理想模型。 通过物理量之比定义了新物理量---磁感应强度。 磁感应强度B 电场强度E 物理意义 定义式 共同点 特点 方向 单位 描述磁场的性质 描述电场的性质 都是用比值的形式下定义 B＝F/(IL)，通电导线与B垂直，B与F、I、L无关 E＝F/q ，E与F、q无关 矢量,小磁针 N极受力方向 矢量，放入该点正电荷受力方向 1 T＝1 N/(A·m) 1 V/m＝1 N/C 磁感应强度B与电场强度E的比较 24 1、磁感应强度的大小相等、方向处处相同的磁场叫做匀强磁场 2、产生方法 （1）距离很近的两个异名磁极之间的磁场（除边缘部分外） （2）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 3、匀强磁场的磁感线是间隔相等的平行直线 二、匀强磁场 类比电场线可知，磁感线的疏密程度表示了磁场的强弱。在甲图中，S1和S2两处磁感线的疏密不同，面积相同，穿过的磁感线条数不同；在乙图中，S1和S2两处磁感线的疏密不同，面积不相同，穿过的磁感线条数相同。 研究电磁感应现象时，我们需要了解穿过某一面积的磁感线的多少以及变化情况，为此引入磁通量这一物理量。 1. 定义：我们将匀强磁场的磁感应强度B 与垂直磁场的面积S 的乘积，叫作穿过这个面的磁通量，简称磁通。用Φ表示。 即：Φ=BS 。 Φ=BS Φ=BS cosθ 在SI单位制中，磁通量的单位为：韦伯（Wb）。 三、磁通量 27 2．磁通量的正负 (1)磁通量是标量，但有正负，当磁感线从某一面上穿入时，磁通量为正值，从另一面穿入时即为负值。 (2)若磁感线沿相反方向穿过同一平面，且正向磁通量大小为Φ1，反向磁通量大小为Φ2，则穿过该平面的磁通量Φ＝Φ1－Φ2。 注意：S为有磁感线穿过的有效面积，如图所示，S 28 2. 在70周年国庆盛典上第一次亮相的“轰－6N”为国产新型远程战略轰炸机， 可进行空中受油，能够实现远程奔袭、大区域远航，防区外打击，全面提升 人民空军战略打击能力。该机两翼面积分别为16.5 m2，设北京上空地磁场的 竖直分量为0.42×10－4 T，试回答下列问题： (1)穿过该机两翼的磁通量为多少？ (2)若该机花样表演翻转180°飞行，此过程中两机翼磁 通量变化量为多少？ 【针对训练】 答案：(1)1.386×10－3 Wb　(2)2.772×10－3 Wb 解析：(1)据磁通量公式Φ＝BS得 Φ＝0.42×10－4×2×16.5 Wb＝1.386×10－3 Wb。 (2)磁通量的变化量ΔΦ＝2Φ＝2.772×10－3 Wb。 3.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? (2)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? (3)若θ＝90°,穿过线圈的磁通量为多少? 解：(1)　 (2)　 (3) 31 【课堂小结】 阅读课本P112“STSE 指南针与郑和下西洋”查阅资料，了解地磁场 作业 完成课本P113练习与应用 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，则磁感应强度一定等于eq \f(F,IL) B．磁感应强度是矢量，空间中某点磁感应强度的叠加满足平行四边形定则 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 $