高中物理 第三章 磁场 第3讲 磁感应强度课件 教科版选修31.ppt

第3讲磁感应强度磁通量 第三章磁场 1 通过实验 类比和分析 寻找描述磁场强弱和方向的物理量 磁感应强度 2 知道磁感应强度的定义 知道其方向 大小 定义式和单位 3 掌握安培力的计算方法 4 知道磁通量和磁通密度概念 会计算磁通量的大小 目标定位 二 安培力的大小 三 磁通量 对点检测自查自纠 栏目索引 一 磁感应强度 1 实验发现 在磁场中某一点 安培力f与电流i和导线长度l乘积的比值是一个 与i l无关 不同点的比值 与所在位置的有关 因此 我们可以用这个比值来描述磁场的性质 把它称为磁感应强度 2 定义式 b 3 单位 特斯拉 简称 符号是 1t 1 答案 一 磁感应强度 知识梳理 定值 不相等 磁场强弱 t 特 定值 4 磁感应强度的方向 磁感应强度b是 填 矢 或 标 量 磁场中某点磁感应强度的方向就是该点的 也就是放在该点的小磁针受力的方向 5 匀强磁场 1 定义 在磁场的某个区域内 如果各点的磁感应强度和都相同 这个区域的磁场叫做匀强磁场 2 磁感线 在匀强磁场中 磁感线是一组而且的直线 答案 矢 磁场方向 n极 大小 方向 平行 等距 据公式b 知 磁场中某处的磁感应强度的大小与通电导线在该处所受磁场力f成正比 与导线中的电流i和导线长度l的乘积il成反比 这种说法正确吗 为什么 答案 深度思考 答案不正确 公式b 只是磁感应强度的定义式 磁场中某处的磁感应强度只与磁场本身有关 与该处是否放导线 导线所受磁场力以及导线的长度 通电电流大小均无关 例1磁场中放一根与磁场方向垂直的通电导线 它的电流是2 5a 导线长1cm 它受到的磁场力为5 0 10 2n 求 1 这个位置的磁感应强度 典例精析 解析答案 答案2t 2 如果把通电导线中的电流增大到5a时 这一位置的磁感应强度 解析答案 解析磁感应强度b是由磁场自身决定的 和导线的长度l 电流i的大小无关 所以该位置的磁感应强度还是2t 答案2t 3 如果通电导线在磁场中某处不受磁场力 是否能肯定在这里没有磁场 解析答案 解析如果通电导线在磁场中某处不受磁场力 则有两种可能 该处没有磁场 该处有磁场 但通电导线与磁场方向平行 答案不能肯定 总结提升 总结提升 1 在定义式b 中 通电导线必须垂直于磁场方向放置 因为沿不同方向放置导线时 同一导线受到的磁场力不相等 2 磁感应强度的定义式也适用于非匀强磁场 这时l应很短很短 il称为 电流元 相当于静电场中电场强度公式e 中的 试探电荷 3 磁感应强度b是用比值法定义的物理量 其大小只取决于磁场本身的性质 与f i l无关 与磁场中有没有通电导线无关 例2如图1所示 两根相互平行的长直导线过纸面上的m n两点 且与纸面垂直 导线中通有大小相等 方向相反的电流 a o b在m n的连线上 o为mn的中点 c d位于mn的中垂线上 且a b c d到o点的距离均相等 关于以上几点处的磁场 下列说法正确的是 返回 解析答案 图1 a o点处的磁感应强度为零b a b两点处的磁感应强度大小相等 方向相反c c d两点处的磁感应强度大小相等 方向相同d a c两点处磁感应强度的方向不同 方法点拨 解析由安培定则可知 两导线在o点产生的磁场方向均竖直向下 合磁感应强度一定不为零 故选项a错误 由安培定则 两导线在a b两处产生的磁场方向均竖直向下 由于对称性 电流m在a处产生磁场的磁感应强度等于电流n在b处产生磁场的磁感应强度 电流m在b处产生磁场的磁感应强度等于n在a处产生磁场的磁感应强度 所以a b两处磁感应强度大小相等 方向相同 选项b错误 根据安培定则判断可知 两导线在c d处产生的磁场分别垂直c d两点与导线连线方向向下 且产生的磁场的磁感应强度相等 由平行四边形定则可知 c d两点处的磁感应强度大小相等 方向均竖直向下 故选项c正确 选项d错误 答案c 方法点拨 方法点拨 磁感应强度是矢量 当空间存在几个磁体 或电流 时 每一点的磁场为各个磁体 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 返回 1 公式 f ilb 指通电导线与磁场方向的夹角 2 对公式的理解同一通电导线 按不同方式放在同一磁场中 受力情况不同 如图2所示 答案 知识梳理 二 安培力的大小 图2 ilbsin 1 如图甲 i b 即 90 时 安培力最大 f 2 如图乙 i b 即 0 或180 时 安培力最小 f 3 如图丙 当i与b成 角时 可以把磁感应强度b分解 如图丁所示 此时f 这是一般情况下安培力的表达式 答案 图2 bil 0 bilsin 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分别如图所示 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 典例精析 解析答案 解析a图中 导线不和磁场垂直 将导线投影到垂直磁场方向上 故f bilcos a正确 b图中 导线和磁场方向垂直 故f bil b错误 c图中 导线和磁场方向垂直 故f bil c错误 d图中 导线和磁场方向垂直 故f bil d错误 答案a 例4如图3所示 一段导线abcd位于磁感应强度大小为b的匀强磁场中 且与磁场方向 垂直于纸面向里 垂直 线段ab bc和cd的长度均为l 且 abc bcd 135 流经导线的电流为i 方向如图中箭头所示 导线abcd所受到的磁场的作用力的合力 返回 解析答案 总结提升 图3 a 方向竖直向上 大小为 1 bilb 方向竖直向上 大小为 1 bilc 方向竖直向下 大小为 1 bild 方向竖直向下 大小为 1 bil 解析导线abcd的有效长度为线段ad 由几何知识知lad 1 l 故线段abcd所受磁场力的合力大小f bilad 1 bil 导线有效长度的电流方向为a d 据左手定则可以确定导线所受合力方向竖直向上 故a项正确 答案a 总结提升 返回 总结提升 当导线垂直放入磁场时 安培力大小f ilb 其中l为导线的有效长度 即连接两端点直线的长度 如图4所示 注意在丁中l 2r而不等于2 r 图4 1 在磁感应强度为b的中 有一块磁感线方向的面积为s的平面 我们定义为通过这个面的磁通量 简称 用 表示 它在数值上等于穿过这个面的 2 公式 国际制单位为 简称 符号是 1wb 1t m2 说明 当平面与磁场夹角为 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 bs 3 适用条件 1 磁场 2 磁感线与平面 4 引申 由于b 因此 磁感应强度b又叫做 答案 三 磁通量 知识梳理 匀强磁场 垂直 bs 磁通 磁感线条数 bs 韦伯 韦 wb bscos 匀强 垂直 磁通密度 例5如图5所示 线圈abcd平面与水平方向夹角 60 磁感线竖直向下 线圈平面面积s 0 4m2 匀强磁场磁感应强度b 0 6t 则穿过线圈的磁通量 为多少 典例精析 解析答案 总结提升 图5 解析解法一 把s投影到与b垂直的方向 则 b scos 0 6 0 4 cos60 wb 0 12wb 解法二 把b分解为平行于线圈平面的分量b 和垂直于线圈平面的分量b b 不穿过线圈 且b bcos 则 b s bcos s 0 6 0 4 cos60 wb 0 12wb 答案0 12wb 返回 总结提升 1 磁通量的计算 公式 bs适用条件 a 匀强磁场 b 磁感线与平面垂直 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 bs 2 磁通量的正 负既不表示大小 也不表示方向 它表示磁通量从某个面穿入还是穿出 若规定穿入为正 则穿出为负 反之亦然 返回 1 磁感应强度的理解 关于磁感应强度b 电流i 导线长度l和电流所受磁场力f的关系 下面的说法中正确的是 a 在b 0的地方 f一定等于零b 在f 0的地方 b一定等于零c 若b 1t i 1a l 1m 则f一定等于1nd 若l 1m i 1a f 1n 则b一定等于1t 解析答案 对点检测 1 2 3 4 解析在b为零的地方 则f一定为零 而f为零时 则b不一定为零 可能b与i平行 故a正确 b错误 若b 1t i 1a l 1m 根据f bilsin 知只有b垂直于i时 f bil 1n 故c错误 若f 1n i 1a l 1m 根据f bilsin 知只有b垂直于i时 f bil 1n b 1t 故d错误 答案a 1 2 3 4 2 磁感应强度的叠加 在磁感应强度为b0 方向竖直向上的匀强磁场中 水平放置一根长通电直导线 电流的方向垂直于纸面向里 如图6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 解析答案 1 2 3 4 图6 a b d两点的磁感应强度相等b a b两点的磁感应强度相等c c点的磁感应强度的值最小d b点的磁感应强度的值最大 解析如图所示 由矢量叠加原理可求出各点的合磁场的磁感应强度 可见b d两点的磁感应强度大小相等 但方向不同 a项错误 a点的磁感应强度最大 c点的磁感应强度最小 b d项错误 c项正确 答案c 1 2 3 4 3 安培力的大小 如图7所示 在匀强磁场中有下列各种形