高中物理 第5章 磁场 第3节 磁感应强度 磁通量 第4节 磁与现代科技学案 鲁科版选修3-1.doc

第3、4节 磁感应强度_磁通量_磁与现代科技 1.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。2把磁场中穿过磁场某一面积s的磁感线条数称为穿过该面积的磁通量。3磁在现代科技中有磁记录和磁悬浮列车两大主要应用。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，符号用b表示。2单位在国际单位制中，磁感应强度的单位是特斯拉，简称特。符号是t。1 t1 n/(am)。3方向b是矢量 ，其方向就是磁场方向，即小磁针静止时n极所指的方向。也是小磁针n极受力的方向。4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大小和方向都相同，这个区域的磁场叫匀强磁场。(2)特点：b处处相等。磁感线是平行且等间距的一组平行直线。(3)实例：距离很近的两个异名磁极之间的磁场除边缘部分外可以认为是匀强磁场；长直通电螺线管内部(除两端附近)的磁场也是匀强磁场。如图531所示：图5315磁场的叠加如果空间有几个磁场同时存在，它们的磁场就互相叠加，这时某点的磁感应强度就等于各磁场在该点的磁感应强度的矢量和。1磁感应强度的物理意义磁感应强度描述了磁场力的性质。磁场的基本性质是对放入其中的磁极或电流产生力的作用。磁场中某一点的磁感应强度由磁场自身决定，与放入的磁极或电流无关。2磁感应强度与电场强度的比较 电场磁场描述场特性的物理量电场强度e磁感应强度b定义式eb物理量的性质矢量矢量方向正检验电荷所受电场力的方向小磁针静止时n极所指的方向检验存在的方法放入检验电荷放入小磁针或通电导线1下列说法中正确的是()a通过某面的磁感线条数为零则此面处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间异名磁极间的磁场为匀强磁场d磁感应强度为零，则放在该处的某面通过的磁感线条数不一定为零解析：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正确；磁感应强度为零，放在该处的某面就无磁感线穿过，故d错误；但是若某面无磁感线穿过，可能磁场很强而平面平行于磁场放置导致磁感线穿过该面的条数为零，所以a不正确；两平行放置异名磁极间的磁场不是匀强磁场，近距离两异名磁极间的磁场才是匀强磁场。答案：b 磁通量1定义磁场中穿过某一面积的磁感线条数叫做穿过这个面积的磁通量。2匀强磁场中磁通量的计算在磁感应强度为b的匀强磁场中，穿过与磁场方向垂直、面积为s的平面的磁通量是：bs，其中表示磁通量。如果面积s与磁场不垂直，若s与垂直于b的平面的夹角为，磁通量bscos 。 3单位在国际制单位制中是韦伯，简称韦，符号：wb,1 wb1 tm2。4标量磁通量是一个只用大小就能描述的物理量，是标量。5磁通密度磁感应强度又称磁通密度，b，其中s为垂直于磁场方向的面积，表示磁感应强度等于穿过垂直磁感线的单位面积的磁感线条数。磁通量变化的理解(1)磁通量的变化就等于末态的磁通量2减去初态的磁通量1，即：21。注意若规定1的穿过方向为正，如果2的方向与1同向则取正值，反向则取负值。(2)根据公式bscos知，磁通量的变化一般有下列三种情况：磁感应强度b不变，投影面积s变化，则21bs；磁感应强度b变化，磁感线穿过的有效面积s不变，则穿过回路中的磁通量的变化是：21bs；磁感应强度b和有效面积s同时发生变化的情况，则21。2关于磁通量的说法，正确的是()a磁通量不仅有大小而且有方向，所以是矢量b磁通量越大，磁感应强度越大c穿过某一面积的磁通量为零，该处磁感应强度不一定为零d磁通量就是磁感应强度 解析：磁通量是标量，没有方向，故a错误；由bs可知，大，b不一定大，可能是由于s较大造成的，故b错误；由bs知，当s与b平行时，s0，0，但b不为零，故c正确；和b是两个不同的物理量，故d错。答案：c磁与现代科技1.记录与磁(1)应用：磁记录可以用来记录声音、影像，也可以用来记录其他信息。磁记录可以应用到电脑、电视、人造卫星和太空船的信息记录和传送上。(2)原理：磁记录利用电流的磁效应，读取信息利用电磁感应原理。2交通与磁(1)应用：磁技术在交通中的应用是制成了磁悬浮列车。(2)形式：磁悬浮列车有常导电磁铁吸引方式和超导电磁铁相斥方式两种形式。(3)原理：运用磁铁“同性相斥，异性相吸”的性质，使磁铁具有抗拒地心引力的能力，即“磁性悬浮”。3录音机在磁带上录制声音，计算机在磁盘上写数据利用的原理是()a前者是电生磁现象，后者是磁生电现象b前者是磁生电现象，后者是电生磁现象c都是电生磁现象d都是磁生电现象解析：录音机的磁带和计算机的磁盘都是利用电流变化而产生磁的现象，故选项c正确。答案：c磁感应强度的叠加 例1如图532所示，三根通电直导线垂直于纸面放置，位于b、c、d处，通电电流大小相同，方向如图所示。a位于bd中点且acab，则a点的磁感应强度方向是() 图532a垂直纸面指向纸里b垂直纸面指向纸外c沿纸面由a指向bd沿纸面由a指向c思路点拨空间存在三个电流共同激发的磁场，由安培定则和叠加原理来判断。 解析磁感应强度为矢量，利用右手螺旋定则将每一根通电导线周围的磁场情况判断清楚，明确每根导线在a处产生的磁场方向，然后用平行四边形定则求出磁感应强度方向。根据安培定则：b、d两根导线在a点形成的磁场，磁感应强度大小相等、方向相反，磁感应强度为零，故a点磁场就由通电导线c来决定。根据安培定则判断出a点处的磁场，磁感应强度方向应为沿纸面由a指向b，正确选项为c。答案c借题发挥 在求解电流磁场的叠加问题时，应用的知识点有安培定则和平行四边形定则，用安培定则判断出各个电流产生的磁场的方向，再用平行四边形定则求解磁感应强度的矢量和。上题中，若三条导线都通有垂直纸面向里的电流，则构成等边三角形放置，如图533所示。若每根通电导线在三角形的中心o产生的磁感应强度大小为b0。中心o处磁感应强度的大小为_。 图533 解析：磁感应强度是矢量，所以三角形的中心o处的磁感应强度就为三个直线电流在o点产生磁场的合成。本题就是根据直线电流的磁场特点，把磁场中的这一点o与直线电流所在处的点(或a、或b、或c)的连线为半径，作此半径的垂线，垂线的方向指向由安培定则所确定的方向。图中三个磁场方向就是这样确定的，确定直线电流磁场中任何一点的磁场方向均取此种方法。直线电流的磁场是以直线电流为中心的一组同心圆，中心o点处三个直线电流的磁场方向如图所示，由于对称性，它们互成120角，由于它们的大小相等，均为b0，根据矢量合成的特点，可知它们的合矢量为零。答案：0磁通量的计算 例2如图534所示，矩形线圈的面积为s，置于磁感应强度为b、方向水平向右的匀强磁场中，开始时线圈平面与磁场垂直。求线圈平面在下列情况下的磁通量的变化量： 图534(1)转过90；(2)转过180。 思路点拨磁通量可根据bscos 进行计算，计算磁通量的变化量时应注意磁通量为双向标量。解析(1)设线圈平面的法线方向与b的方向相同，即水平向右，并顺时针转动，根据bscos(为线圈平面的法线方向与磁感应强度方向间的夹角)，当转过90时，磁通量的变化量1bs0bs。(2)当转过180时，磁通量的变化量2bsbscos1802bs。答案(1)bs(2)2bs借题发挥 此题考查了公式bscos 的应用。(1)磁通量为双向标量，转过180后的磁通量与转前的磁通量绝对值相等但符号相反。(2)当平面面积不变而转过180时，磁通量的变化量为 2bs。 如图535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_；若从初始位置转过90角，则 图535穿过框架平面的磁通量为_；若从初始位置转过180角，则穿过框架平面的磁通量大小为_。 解析：在图示位置，磁感线与框架平面垂直时，bs。当框架绕oo轴转过60时可以将原图改画成从上向下看的图，如图所示，bsbscos60bs。转过90时，框架由与磁感线垂直穿过变为平行，0。框架转过180时，磁感线仍然垂直穿过框架，只不过穿过另一面了。因而bs。答案：bsbs0bs随堂基础巩固1下列关于磁感应强度的方向的说法中错误的是()a磁感线上某点的切线方向就是该点磁感应强度的方向b磁场中某点的磁感应强度的方向就是该点的磁场方向c小磁针n极指向就是该处磁感应强度的方向d小磁针n极受力的方向就是该处磁感应强度的方向 解析：根据磁感应强度的定义，b的方向就是磁场的方向，磁场的方向可以有三种表述：一是磁感线的切线方向，二是小磁针静止时n极指向，三是小磁针n极受力的方向，故a、b、d对，而c中忽视了小磁针“静止”的条件，故c错。答案：c 2. 超导是当今高科技的热点，当一块磁体靠近超导体时，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。磁悬浮的原理是()超导体电流的磁场方向与磁体相同超导体电流的磁场方向与磁体相反超导体使磁体处于失重状态超导体产生的磁力与磁体重力平衡abc d解析：由题目信息知，磁体因受电流磁场的排斥力而悬浮，电流磁场如果等效为条形磁铁，则据同名磁极相斥可知超导体电流的磁场方向与磁体相反。悬浮时，磁体处于受力平衡状态，即超导体产生的磁力与磁体重力平衡，故选项正确，错误。答案：c3如图536所示，矩形线圈abcd放置在水平面内，磁场方向与水平方向成角，已知sin ，回路面积为s，匀强磁场的磁感应强度为b，则通过线圈的磁通量为() 图536absb.c. d.解析：由磁通量的计算式bsbssin (为b与s的夹角)，得bs，故b正确，a、c、d错误。答案：b 4.三根平行长直导线，分别垂直地通过一等腰直角三角形的三个顶点，如图537所示。现在使每条通电导线在斜边中点处所产生的磁感应强度大小均为b，则该处实际磁感应强度的大小如何？方向如何？ 图537 解析：根据安培定则，i1和i3在o点处产生的磁感应强度的方向相同，大小均为b，合成大小为2b，i2在o点产生的磁感应强度与它们垂直，如图所示。由大小均为b可知，o点处实际磁感应强度的大小b0b。设b0与斜边夹角为，则：tan2。所以arctan 2。即为b0的方向。答案：b方向与斜边夹角为arctan2课时跟踪训练(满分50分时间30分钟)一、选择题(本题共8小题，每小题4分，共32分)1下列关于磁感应强度的方向和电场强度的方向的说法中，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：电场强度的方向就是正电荷所受的电场力的方向，a错误，b正确。磁场中某点磁感应强度的方向，就是放在该点的小磁针n极受力的方向，c正确，也就是小磁针静止时n极所指的方向，d正确。答案：bcd 2.下列关于磁记录的说法正确的是()a计算机的硬盘是利用磁记录原理来工作的bdvd光盘是利用磁记录原理来刻录信息的c录音机录音利用了电流的磁效应d录音带会被磁铁吸起来解析：b中dvd光盘刻录是利用激光在存储介质上烧出不同的痕迹来记录信息的，故b项不是磁记录。答案：acd3如图1所示，通电直导线右边有一个矩形线框，线框平面与直导线共面，若使线框逐渐远离(平动)通电导线，则穿过线框的磁通量将() 图1a逐渐增大 b逐渐减小c保持不变 d不能确定解析：线框远离导线时，穿过线框的磁感应强度减小，线框的面积不变，所以穿过线框的磁通量减小。答案：b4如图2所示，在条形磁铁外套有a、b两个大小不同的圆环，穿过a环的磁通量a与穿过b环的磁通量b相比较()aab bab，故a对，b、c、d都错。答案：a 5.磁悬浮列车能够以很大的速度运行，是因为()a车轮很大，与路轨的撞击很小b车轮很小，与路轨的撞击很小c没有车轮，通过磁力使列车浮在路轨上面，与路轨并不接触，因此不会与路轨撞击d通过磁力使列车吸在路轨上，列车振动不起来解析：磁悬浮列车之所以速度很大，是因为车体处于悬浮状态，与路轨不接触，大大减小了行车阻力，故选c。答案：c6.如图3所示，半径为r的圆形线圈共有n匝，其中心位置处半径为r的虚线范围内有匀强磁场，磁场方向垂直线圈平面。若磁感应强度为b，则穿过线圈的磁通量为() 图3abr2bbr2cnbr2 dnbr2解析：由于线圈平面与磁感线垂直并且是匀强磁场，所以穿过线圈的磁通量为bsbr2，b正确。答案：b7.如图4所示，一根通电直导线垂直放在磁感应强度为1 t的匀强磁场中，以导线为中心，r为半径的圆周上有a、b、c、d四个点，已知c点的实际磁感应强度为0，则下列说法中正确的是() 图4a直导线中电流方向垂直纸面向里ba点的磁感应强度为2 t，方向向右cb点的磁感应强度为 t，方向斜向下，与b成45角dd点的磁感应强度为0解析：由c点磁感应强度为0可得电流产生的bb1 t，方向水平向左，再运用安培定则判断电流在a、b、d各点的磁场方向分别为向右、向下、向上，且大小均为1 t，故对于a点，ba2 t；对于b点，bb t，方向斜向下，与b的方向成45角；对于d点，同理可得bd t，方向斜向上，与b的方向成45角。答案：bc 8.如图5所示，取两个完全相同的长导线，用其中一根绕成如图甲所示的螺线管，当该螺线管中通以电流强度为i的电流时，测得螺线管内中部的磁感应强度大小为b；若将另一根长导线对折后绕成如图乙所示的螺线管，并通以电流强度也为i的电流时，则在螺线管内中部的磁感应强度大小为()图5a0b0.5bcb d2b解析：图乙中螺线管上的长导线可等效为两个通过等大、反向电流的通电螺线管，两螺线管中的电流方向相反，由安培定则可知产生的磁场方向也是大小相等、方向相反的，所以螺线管内中部的磁感应强度为零。故选