高中物理 第5章第3、4节 磁感应强度 磁通量 磁与现代科技课件 鲁科版选修31.ppt

第3 4节磁感应强度磁通量磁与现代科技 温故知新 1 描述电场强弱与方向的物理量叫做 放入电场中某点的电荷所受的 跟它的 的比值 叫做这一点的电场强度 简称场强 用符号e表示 即e 这一定义方法叫 法 答案 电场强度电场力f电荷量q比值定义2 匀强电场中场强处处 电场线互相 间隔 答案 相等平行相同 精彩回眸 一 磁感应强度的方向小磁针静止时n极所指的方向 或者说小磁针n极的 为该点磁场的方向 也就是该点磁感应强度的方向 二 磁感应强度1 定义 穿过垂直于磁感线的单位面积的磁感线条数等于该处的磁感应强度 新知梳理 受力方向 2 定义式 在物理学中 把很短的一段通电导线中的电流i与导线长度l的乘积il称作 电流元垂直磁感线放入磁场时受到磁场力f与电流元il的比值为一常量 反映磁场的性质 与放入什么样的通电导体无关 规定b 电流元 3 物理意义 b是描述 的性质的物理量 4 单位 国际单位制中是 简称特 符号是t 5 b是矢量 其方向就是磁场方向 即小磁针静止时n极的指向或n极的 方向 三 匀强磁场在磁场的某个区域内 如果各点的磁感应强度大小和方向相同 这个区域的磁场叫做匀强磁场 距离很近的两个异名磁极之间的磁场 除边缘部分外 可以视为匀强磁场 通电螺线管内部的磁场也可以视为匀强磁场 匀强磁场的磁感线是 磁场力 特斯拉 受力 一些间隔相同的平行直线 四 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的乘积叫做穿过这个面积的磁通量 简称磁通 用字母 表示 2 公式 3 单位 国际制单位为 简称 符号 1wb 1t m2 4 物理意义 磁通量表示穿过这个面的磁感线条数 对于同一个平面 当它跟磁场方向垂直时 磁场越强 穿过它的磁感线条数越多 磁通量就 当它跟磁场方向平行时 没有磁感线穿过它 则磁通量为 bs 韦伯 韦 wb 越大 零 五 磁与现代科技1 利用磁我们不仅可以记录 和 还可以记录其它各种信息 如 等 2 磁悬浮列车有 方式和 方式两种形式 常导电磁铁吸引式是在导体底部和两侧倒转向上的顶部安装磁铁 在t形导轨的上方和伸臂部分下方分别设 和 使导轨钢板的吸引力与车辆重力平衡 超导电磁铁相斥式是根据 的原理 声音 影像 银行信息卡 磁防盗卡 磁签到卡 常导电磁铁吸引 超导电 磁铁相斥 作用板 感应钢板 磁铁同极相斥 合作探究 磁感应强度与电场强度的比较 温馨提示 磁感应强度b和电场强度e都是描述场力的性质的物理量 由场自身决定 1 下列说法正确的是 a 通过某平面的磁感线条数为零 则此平面处的磁感应强度一定为零b 空间各点磁感应强度的方向就是该点的磁场方向c 平行放置的两条形磁铁异名磁极间的磁场为匀强磁场d 磁感应强度为零 则通过放在该处的某平面的磁感线条数一定为零 解析 磁感应强度反映磁场的强弱和方向 它的方向就是该处磁场的方向 故b项正确 磁感应强度为零 放在该处的某平面无磁感线穿过 故d项正确 若某平面无磁感线穿过 可能磁场很强 只是平面平行于磁场放置导致磁感线穿过该平面的条数为零 所以a项错误 两平行放置的异名磁极间的磁场不一定是匀强磁场 近距离平行放置的两异名磁极间的磁场才是匀强磁场 c项错误 答案 bd 对磁通量的理解 1 磁通量 1 关于磁通量也可以这样定义 在匀强磁场中 磁感应强度b与垂直磁场的面积s的乘积 叫做穿过这个面积的磁通量 2 若平面与磁场垂直 bs 若平面与磁场不垂直 bscos 为s与垂直于b的平面间的夹角 bssin 为s与平面间的夹角 由此可见 在计算磁通量时一定要注意 角的位置 3 磁通量虽然是标量 但有正 负 若规定磁感线从某一侧穿入平面时为正值 则穿出该平面为负值 从两个相反方向穿过某一平面的磁通量可相互抵消 2 磁通量的变化磁通量的变化等于平面末状态的磁通量减去初状态的磁通量 磁通量的变化 一般有三种情况 1 b不变 s变化 则 2 1 b s 2 b变化 s不变 则 2 1 b s 3 当b和s同时变化时 2 1 但 b s 温馨提示 1 在匀强磁场中 磁通量 bs s应为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积 2 当平面转过180 时 磁通量的变化量 1 2 2bs 2 如图5 3 4 1所示 框架面积为s 框架平面与磁感应强度为b的匀强磁场垂直 则穿过线框平面的磁通量为多少 若使框架绕oo 转过60 则穿过线框平面的磁通量为多少 若从初始位 图5 3 4 1 置转过90 则此时穿过线框平面的磁通量为多少 磁与现代科技 1 记录与磁磁记录的形式虽然千差万别 但是原理却极其相似 下面以磁带 如图5 3 4 2所示 为例 认识磁记录的原理 磁带为一具有磁性敷层的合成树脂长带 用于记录声音和影像 录制 图5 3 4 2 时 磁带通过一块电磁铁 录制磁头 磁头产生的磁场随声音或影像信号而改变 当磁带上的磁性颗粒 通过磁头时 变化的磁场会移动磁性颗粒 于是就 写入 了一连串相关磁性变化的信息 当播放录制内容时 磁带再次通过相同的磁头 磁带上磁性颗粒的排列方式使通过磁头的电流与录制时的电流一致 如果破坏磁性粒子的排列方式 则可将所录制的内容清除掉 2 交通与磁 1 导向磁铁磁悬浮列车左右两边的磁铁保持列车在铁轨的中间位置 称为导向磁铁 2 上浮磁铁车上装备的超导体电磁铁所产生的电磁力与地面槽形导轨上的线圈所产生的电磁力相互排斥 使车体上浮 这两部分磁铁称为上浮磁铁 3 牵引磁铁槽形导轨两侧的线圈与车上电磁铁之间相互作用 从而产生牵引力 使车体保持悬浮状态前进 这两部分磁铁称为牵引磁铁 4 常导电磁吸引方式磁悬浮常导电磁吸引方式是在车体底部及两侧倒转向上的顶部安装磁铁 在t形导轨的上方和伸臂部分下方分别设作用板和感应钢板 控制电磁铁的电流 使电磁铁和导轨间保持10 15mm的间隙 并使导轨钢板的吸引力与车辆所受的重力平衡 从而使车体悬浮于轨道上运行 图5 3 4 3 5 超导电磁相斥方式磁悬浮超导电磁相斥式铁路 是根据磁铁同极相斥的原理 利用车上超导电磁铁形成的磁场与轨道上线圈形成的磁场之间所产生的相斥力使车体悬浮 图5 3 4 4 图5 3 4 3 图5 3 4 4 3 为保护好磁卡或带有磁条的存折上的信息 以下做法不正确的是 a 放在易摩擦的地方b 放在远离强磁场的地方c 放在强电流附近d 与磁铁放在一起答案 acd 典例精析 磁感应强度的理解 例1 下列关于对磁感应强度的说法正确的是 a 磁感应强度是描述磁场强弱和方向的b 空间某处的磁感应强度大小等于穿过某面积的磁感线条数c 磁场中某点的磁场方向和放在该点的小磁针n极受磁场力方向相同d 由b 知 磁场中某点磁感应强度和 成正比 和sn成反比 解析 逐项分析如下 答案 ac 反思领悟 只有正确掌握磁感应强度的定义和物理意义 才能理解磁场中某点的磁感应强度的大小方向是确定的 和有无平面 小磁针 电流无关 答案 a 有关磁感应强度的下列说法中 正确的是 a 磁感应强度是用来表示磁场强弱的物理量b 若有一小段通电导体在某点不受磁场力的作用 则该点的磁感应强度一定为零c 若有一小段长为l 通以电流为i的导体 在磁场中某处受到的磁场力为f 则该处磁感应强度的大小一定是d 由定义式b 可知 电流强度i越大 导线l越长 某点的磁感应强度就越小 磁通量的理解 例2 面积为s的矩形线框abcd 处在磁感应强度为b的匀强磁场中 磁场方向与线框面成 角 如图5 3 4 5所示 当线框以ab为轴顺时针转90 时 求穿过abcd面的磁通量变化量 思路点拨 磁通量由磁感应强 图5 3 4 5 度矢量在垂直于线框面方向上的分量决定 解析 开始时b与线框面成 角 磁通量为 1 bssin 线框面按题意方向转动时 磁通量先减小后反向增大 当转动90 时 磁通量变为 负 值 2 bscos 可见 磁通量的变化量为 2 1 bscos bssin bs cos sin 答案 bs cos sin 反思领悟 当匀强磁场方向与所研究的面不相垂直时 要进行正确地分解或分解出垂直于匀强磁场的有效面积 或分解出垂直于面积的磁感应强度 在分解时要注意夹角的三角函数关系 不可死记硬背公式 如图5 3 4 6所示 单匝线圈abcd的面积为s 置于磁感应强度为b的匀强磁场中 当线圈平面从垂直磁场方向的位置开始 以oo 为轴 若转过90 时磁通量的改变量为 若转过180 时 磁通量的改变量为 图5 3 4 6 解析 当在图示位置时 s b s s 1 bs bs 当转过90 时 s b s 0 2 0 2 1 bs 当转过180 时 s s 但磁感线穿过线圈的方向与最初时方向相反 故 3 bs bs 3 1 bs bs 2bs 答案 bs2bs 磁在现代科技中的应用 例3 超导是当今高科技的热点 当一块磁铁靠近超导体时 超导体会产生强大的电流对磁体有排斥作用 这种排斥力可使磁体悬浮在空中 磁悬浮列车就是采用了这种技术 1 超导体产生强大的电流是由于 a 超导体中磁通量很大b 超导体中磁通量变化很快c 超导体电阻为零d 超导体电阻很大 2 磁悬浮的原理 a 超导体电流的磁场方向与磁体相同b 超导体电流的磁场方向与磁体相反c 超导体使磁体处于失重状态d 超导体产生的磁力与磁体重力平衡解析 据欧姆定律知电流大的原因是超导体的电阻为零 所以 1 选项为c 磁悬浮中超导电磁铁相斥方式是据同名磁极相斥原理而悬浮起来的 悬起来时 超导体产生的磁力与磁体重力平衡 所以 2 选项为b d 答案 1 c 2 bd 反思领悟 磁现象在生活中应用很广泛 常见的有两种形式 1 磁体间的相互作用 利用同名磁极相互排斥 异名磁极相互吸引 2 强磁体能改变磁记录或造成记录信息的损坏 普通磁带录音机是用同一个磁头来录音和放音的 磁头结构如图5 3 4 7所示 在一个环形铁芯上绕着一个线圈 铁芯有个缝隙 工作时磁带就贴着这个缝隙移动 录音时 磁头线圈跟微音器相连 放音 图5 3 4 7 时 磁头线圈改为跟扬声器相连 磁带上涂有一层磁粉 磁粉能被磁化并且留下剩磁 微音器的作用是把声音变化转变为电流的变化 扬声器的作用是把电流的变化转化为声音的变化 根据学过的知识 把普通录音机录音的基本原理简明扼要地写出来 解析 录音原理 电流的磁效应 声音的变化经微音器转化为电流的变化 变化的电流流过线圈 在铁芯中产生变化的磁场 磁带通过磁头时磁粉被不同程度地磁化 并留下剩磁 这样声音的变化就被记录成不同程度的磁化 答案 见解析 磁通量与线圈的匝数无关从定义中可以看出 穿过某一面积的磁通量是由穿过该面的磁感线条数的多少决定的 与匝数无关 只要n匝线圈的面积相同 放置情况也相同 n匝线圈与单匝线圈的磁通量就相同 也就是磁通