高中物理教科版选修3-1：第三章 磁场 学案3

学案3磁感应强度磁通量学习目标定位 1.知道磁感应强度的定义及其意义，理解磁感应强度大小的表达式.2.知道什么是匀强磁场.3.掌握安培力的计算方法.4.知道磁通量的概念，会用BS计算磁通量一、磁感应强度1磁感应强度：在磁场中某一点，安培力与电流和导线长度乘积的比值是一个定值，与导线的长度、通过导线的电流无关；而在磁场中的不同点，安培力与电流和导线长度乘积的比值不相等，与所在位置的磁场强弱有关，这个比值称为磁感应强度， 即B，单位是特斯拉，简称特，符号是T,1 T1 N/(Am)2磁感应强度B是矢量，磁场中某点磁感应强度的方向就是该处的磁场方向，也就是放在该点的小磁针N极受力的方向3在磁场的某个区域内，如果各点的磁感应强度大小和方向都相同，这个区域的磁场叫匀强磁场匀强磁场的磁感线是一组平行且等距的直线二、磁通量1磁通量：在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一块垂直磁感线方向的面积为S的平面，我们定义BS为通过这个面的磁通量用公式表示BS，磁通量的单位是韦伯，符号Wb，1 Wb1Tm2.2磁感应强度B又叫磁通密度，B，单位为1 T1 Wb/m2.一、磁感应强度问题设计1在教材第一章关于电场性质的学习中我们是如何定义电场强度的？答案检验电荷q在电场中某点所受的电场力F与电荷所带电荷量q的比值定义为电场强度，即E.电场强度E由电场本身的性质来决定，与检验电荷受到的电场力F和电荷量q无关2我们能否将安培力与电场力进行类比，说明安培力公式FBIL中比例系数B的物理意义呢？答案通过大量的实验发现，在磁场中某一点，安培力与电流和导线长度乘积的比值是一个定值，与导线的长度、通过导线的电流无关，这个比值与导线所在位置的磁场强弱有关，我们把这个比值定义为磁感应强度，即B.要点提炼1对磁感应强度的理解(1)磁感应强度的定义式：B，磁感应强度是反映磁场性质的物理量它是比值法定义的物理量，是由磁场自身决定的，与是否有通电导线以及通电导线受力大小、是否受力无关(2)因为通电导线取不同方向时，其受力大小不相同，故在定义磁感应强度时，式中F是指通电直导线垂直磁场放置时受到的磁场力(3)磁感应强度的方向是该处磁场的方向，也是小磁针N极的受力方向，而不是该处电流元受力F的方向2安培力大小(1)安培力大小的计算公式FILBsin_，为磁感应强度方向与导线方向的夹角当90，即B与I垂直时，FILB；当0，即B与I平行时，F0.(2)当导线与磁场垂直时，弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度(如图1所示)；相应的电流沿L由始端流向末端图1二、磁通量问题设计1在磁场中放一面积为S的线框，怎样放置才能使穿过线框的磁感线条数最多？放置方式相同时，磁场强弱不同，穿过线框的磁感线条数是否相同？答案垂直磁场方向放置不相同2什么是磁通密度？其单位是什么？答案磁通密度就是磁感应强度，其单位为Wb/m2.要点提炼1磁通量的定义式：BS，适用条件：磁场是匀强磁场，且磁场方向与平面垂直2当平面与磁场方向不垂直时，穿过平面的磁通量可用平面在垂直于磁场B的方向的投影面积进行计算，即BSBScos_(如图2)图23可以用穿过某个平面的磁感线条数形象地表示穿过这个平面的磁通量大小，穿过的磁感线条数越多，表示磁通量越大一、对磁感应强度概念及公式的理解例1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B0)D磁场中某一点的磁感应强度由磁场本身决定解析磁感应强度B 只是一个定义式，而不是决定式；磁感应强度B是由磁场本身的性质决定的，与放不放通电导线无关故选D.答案D二、对磁通量认识及计算例2如图3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_若使框架绕OO转过60角，则穿过框架平面的磁通量为_；若从初始位置绕OO转过90角，则穿过框架平面的磁通量为_；若从初始位置绕OO转过180角，则穿过框架平面的磁通量的变化是_图3解析初始位置1BS；框架转过60角时2BSBScos 60BS；框架转过90角时3BSBScos 900；若规定初始位置磁通量为“正”，则框架转过180角时磁感线从反面穿出，故末态磁通量为“负”，即4BS，所以|41|(BS)BS|2BS.答案BSBS02BS三、安培力的大小计算及综合应用例3长度为L、通有电流为I的直导线放入一匀强磁场中，电流方向与磁场方向如图所示，已知磁感应强度为B，对于下列各图中，导线所受安培力的大小计算正确的是()AFBILcos BFBILcos CFBILsin DFBILsin 解析A图中，导线不和磁场垂直，故将导线投影到垂直磁场方向上，故FBILcos ，A正确； B图中，导线和磁场方向垂直，故FBIL，B错误； C图中导线和磁场方向垂直，故FBIL，C错误；D图中导线和磁场方向垂直，故FBIL，D错误答案A规律总结1.当磁场方向与电流方向垂直时安培力FILB，如果磁场方向和电流方向不垂直，公式应变为FILB，B是B在垂直于电流方向的分量2如果通电导线是弯曲的，则要用其等效长度代入公式计算3如果是非匀强磁场，原则上把通电导线分为很短的电流元，对电流元用安培力公式，然后求矢量和例4如图4所示，在与水平方向夹角为60的光滑金属导轨间有一电源，在相距1 m 的平行导轨上放一质量为m0.3 kg的金属棒ab，通以从ba，I3 A的电流，磁场方向竖直向上，这时金属棒恰好静止求：图4(1)匀强磁场磁感应强度的大小；(2)ab棒对导轨的压力(g10 m/s2)解析金属棒ab中电流方向由ba，它所受安培力方向水平向右，它还受竖直向下的重力，垂直斜面向上的支持力，三力合力为零，由此可以求出安培力，从而求出磁感应强度B.再求出ab对导轨的压力(1)ab棒静止，受力情况如图所示，沿斜面方向受力平衡，则mgsin 60BILcos 60.B T T.(2)ab棒对导轨的压力为：NN N6 N.答案(1) T(2)6 N1(磁感应强度的大小与计算)现有一段长L0.2 m、通有电流I2.5 A的直导线，则关于此导线在磁感应强度为B的磁场中所受磁场力F的情况，下列说法正确的是()A如果B2 T，则F一定为1 NB如果F0，则B也一定为零C如果B4 T，则F有可能为2 ND当F为最大值时，通电导线一定与B平行答案C解析当导线与磁场方向垂直时，所受磁场力F最大，FBIL，当导线与磁场方向平行时，F0，当导线与磁场方向成