3.2磁感应强度

3 23 2 磁感应强度磁感应强度 巨大的巨大的电电磁磁铁铁能吸起成吨的能吸起成吨的钢铁钢铁 实验实验室中的小磁室中的小磁铁铁却只能吸起几枚却只能吸起几枚铁钉铁钉 磁体磁性的 磁体磁性的强强 弱表弱表现为现为它所它所产产生的磁生的磁场对场对磁性物磁性物质质和和电电流的作用力的流的作用力的强强弱 也就是弱 也就是说说磁磁场场也有也有强强弱之分 弱之分 电电 场场的基本性的基本性质质是是对对放入其中的放入其中的电电荷有力的作用 我荷有力的作用 我们们用用电场电场中的中的电电荷所受荷所受电场电场力与力与带电带电量的比量的比 值值来描述来描述电场电场的的强强弱 即弱 即电场强电场强度 而磁度 而磁场场的基本性的基本性质质是是对对放入其中的磁极和放入其中的磁极和电电流有力的作用 流有力的作用 我我们们又又该该怎怎样样来描述磁来描述磁场场的的强强弱呢 弱呢 本节学习要点本节学习要点 1 知道物理学上用磁感应强度描述磁场的强弱和方向 知道物理学上用磁感应强度描述磁场的强弱和方向 2 理解磁感应强度的物理意义和定义式 并能利用理解磁感应强度的物理意义和定义式 并能利用或或进行简单计算 进行简单计算 IL F B ILBF 3 本节还要了解测量磁感应强度可以用多种方法 本节还要了解测量磁感应强度可以用多种方法 基础梳理基础梳理 一一 磁感应强度及方向磁感应强度及方向 1 磁感应强度的引入磁感应强度的引入 物理学中用磁感应强度来描述磁场的物理学中用磁感应强度来描述磁场的 和和 注意 描述磁注意 描述磁场场的的强强弱和方向的量就是磁感弱和方向的量就是磁感应强应强度 而不是磁度 而不是磁场强场强度 因度 因为历为历史上的磁史上的磁场强场强度已度已 经经被被抢抢先先 注册注册 成另外一个物理量了 成另外一个物理量了 2 磁场方向的规定磁场方向的规定 物理学中规定小磁针静止时 物理学中规定小磁针静止时 所指的方向为该点的磁感应强度方向 简称磁场方向 所指的方向为该点的磁感应强度方向 简称磁场方向 二 磁感应强度的大小 二 磁感应强度的大小 1 电流元电流元 物理学中 将很短一段通电导线中的电流物理学中 将很短一段通电导线中的电流 I 和导线长度和导线长度 L 的乘积的乘积 IL 叫做电流元叫做电流元 说说明 明 电电流元流元实际实际上是上是为为了研究磁了研究磁场场而引入的一种理想模型 很短的通而引入的一种理想模型 很短的通电导电导体可以近似看成是体可以近似看成是 一个一个电电流元 流元 2 实验 探究影响通电导线受力的因素实验 探究影响通电导线受力的因素 1 实验目的 探究通电导体所受到的磁力跟磁场方向 通电电流 导体长度之间的关系 实验目的 探究通电导体所受到的磁力跟磁场方向 通电电流 导体长度之间的关系 2 实验方法 控制变量法 实验方法 控制变量法 3 实验器材 蹄形磁铁三个 电源 开关 通电导线 实验器材 蹄形磁铁三个 电源 开关 通电导线 滑动变阻器 滑动变阻器 4 实验装置 如图 实验装置 如图 3 2 1 所示 注意让导线垂直磁场方所示 注意让导线垂直磁场方 向放置 向放置 5 实验过程及现象 实验过程及现象 保持磁场和通电导线的长度保持磁场和通电导线的长度 L 不变 改变电流不变 改变电流 I 的大小的大小 现象 电流现象 电流 I 增大 导线摆动的角度增大 导线摆动的角度 增大 电流增大 电流 I 减小 导线摆动的角度减小 导线摆动的角度 减小 减小 保持磁场和电流保持磁场和电流 I 不变 改变通电导线的长度 例如分别接通不变 改变通电导线的长度 例如分别接通 1 4 和和 2 3 现象 在磁场中通电导线现象 在磁场中通电导线 L 变长 导线摆动的角度增大 通电导线变长 导线摆动的角度增大 通电导线 L 变短 导线摆动的角度减小 变短 导线摆动的角度减小 6 实验结论 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 实验结论 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 又与导线中电成正比 又与导线中电 流流 I 成正比 即与成正比 即与 I 和和 L 的乘积的乘积 IL 成成 用公式表示就是 用公式表示就是 式中 式中 B 是比例系数 它与是比例系数 它与ILBF 导线的长度和电流的大小都无关 但对于不同的磁场 或在非均匀磁场的不同位置 导线的长度和电流的大小都无关 但对于不同的磁场 或在非均匀磁场的不同位置 B 的值可能是不的值可能是不 同的 同的 3 磁感应强度的大小磁感应强度的大小 在导线与磁场垂直的最简单情况下 我们可以得到如下的磁感应强度的定义式 在导线与磁场垂直的最简单情况下 我们可以得到如下的磁感应强度的定义式 IL F B 说说明 式中明 式中 IL 表示表示电电流元 流元 F 表示表示电电流元在流元在电电流方向与磁流方向与磁场场方向垂直方向垂直时时所受的磁所受的磁场场力 所以力 所以该该 是只有在是只有在电电流方向与磁流方向与磁场场方向垂直方向垂直时时 才能用来 才能用来计计算磁感算磁感应强应强度度 B 的的值值 4 磁感应强度的单位磁感应强度的单位 在国际单位制中 磁感应强度的单位是特斯拉 简称特 国际符号是在国际单位制中 磁感应强度的单位是特斯拉 简称特 国际符号是 T 它是导出单位 它是导出单位 mA N T 11 专题剖析 专题剖析 测测量磁感量磁感应强应强度的方法度的方法 1 1 利用物体的平衡原理进行测量利用物体的平衡原理进行测量 利用安培秤测出安培力利用安培秤测出安培力 F F 的大小 然后根据安培力的公式的大小 然后根据安培力的公式就可以算出磁感应强度就可以算出磁感应强度 B ILBF 例题例题 安培秤如图安培秤如图 3 2 2 所示 它的一臂下面挂有一个边长为所示 它的一臂下面挂有一个边长为 L 的线圈 的线圈 线圈共有线圈共有 N 匝 线圈的下部悬在匀强磁场匝 线圈的下部悬在匀强磁场 B 内 且线圈平面与内 且线圈平面与 B 垂直 当垂直 当 线圈的导线中通有电流线圈的导线中通有电流 I 时 调节砝码使两臂达到平衡 然后是电流反向 时 调节砝码使两臂达到平衡 然后是电流反向 这时需要在一臂上加质量为这时需要在一臂上加质量为 m 的砝码 才能使两臂再次达到平衡 求磁感应的砝码 才能使两臂再次达到平衡 求磁感应 强度强度 B 的大小 的大小 解析 根据天平的工作原理很容易得出安培力解析 根据天平的工作原理很容易得出安培力 所以 所以 故磁感应强度的大小为 故磁感应强度的大小为mgF 2 1 mgNBILF 2 1 NIL mg B 2 2 利用利用 功能关系功能关系 进行测量进行测量 磁场具有能量 能量密度是联系磁场能与磁感应强度的桥梁 而功是能量转化的量度 根据外力的磁场具有能量 能量密度是联系磁场能与磁感应强度的桥梁 而功是能量转化的量度 根据外力的 做功情况可以建立其他形式的能与磁场能的转化关系 从而求出磁感应强度做功情况可以建立其他形式的能与磁场能的转化关系 从而求出磁感应强度 B 的大小 的大小 技巧点拨技巧点拨 用类比法记忆电场和磁场的基本性质用类比法记忆电场和磁场的基本性质 比较项目比较项目磁感应强度磁感应强度 B电场强度电场强度 E 物理意义物理意义描述磁场力的性质描述磁场力的性质描述电场力的性质描述电场力的性质 定义式定义式 电流元与 电流元与 B 垂直 垂直 IL F B E F q 方向方向 小磁针静止时小磁针静止时 N 极所指的方向或极所指的方向或 N 极所受力的方向极所受力的方向 放入改点正电荷的受力方向 与放入改点正电荷的受力方向 与 负电荷受力方向相反负电荷受力方向相反 场的叠加场的叠加合磁感应强度合磁感应强度 B 等于各磁场的等于各磁场的 B 的矢量和的矢量和合电场强度合电场强度 E 等于各电场的等于各电场的 E 的矢量和的矢量和 相互作用相互作用同名磁极相排斥 异名磁极相吸引同名磁极相排斥 异名磁极相吸引同种电荷相排斥 异种电荷相吸引同种电荷相排斥 异种电荷相吸引 单位单位1T 1N A m 1V m 1N C 随堂训练随堂训练 1 有关磁感应强度 有关磁感应强度 B 的方向说法正确的是 的方向说法正确的是 A B 的方向就是小磁针的方向就是小磁针 N 极所指的方向极所指的方向 B B 的方向与小磁针的方向与小磁针 N 极的受力方向一致极的受力方向一致 C B 的方向就是通电导线的受力方向的方向就是通电导线的受力方向 D B 的方向垂直于该处磁场的方向的方向垂直于该处磁场的方向 2 关于磁感应强度大小下列说法正确的是 关于磁感应强度大小下列说法正确的是 A 通电导线所受磁场力大的地方磁感应强度一定大 通电导线所受磁场力大的地方磁感应强度一定大 B 垂直磁场放置的通电导线受力的方向就是磁感应强度的方向 垂直磁场放置的通电导线受力的方向就是磁感应强度的方向 C 放在同一磁场中两根通电导线中电流相等时受力大小一定相等 放在同一磁场中两根通电导线中电流相等时受力大小一定相等 D 磁感应强度的大小和方向跟放在磁场中的通电导线受力的大小和方向无关 磁感应强度的大小和方向跟放在磁场中的通电导线受力的大小和方向无关 3 关于磁感应强度 关于磁感应强度 B F IL 下列说法正确的是下列说法正确的是 A 磁场中某处的磁感应强度大小随通电导线中电流 磁场中某处的磁感应强度大小随通电导线中电流 I 的减小而增大的减小而增大 B 磁场中的某处的磁感应强度大小随通电导线所受的磁场力 磁场中的某处的磁感应强度大小随通电导线所受的磁场力 F 的增大而增大的增大而增大 C 通电导线所受的磁场力为零 该处的磁感应强度不一定为零 通电导线所受的磁场力为零 该处的磁感应强度不一定为零 D 放置在磁场中 放置在磁场中 1m 长的通电导线 通过长的通电导线 通过 1A 的电流 受到的安培力为的电流 受到的安培力为 1N 则该处的磁感应强 则该处的磁感应强 度就是度就是 1T 4 由定义式 由定义式 B F IL 可知 磁场中某处的磁感应强度大小可知 磁场中某处的磁感应强度大小 A 随 随 IL 的乘积的增大而减小的乘积的增大而减小 B 随 随 F 的增大而增大的增大而增大 C 与 与 F 成正比 与成正比 与 IL 成反比成反比 D 与 与 F 及及 IL 无关 由无关 由 F 和和 IL 的比值确定的比值确定 5 下列说法正确的是 下列说法正确的是 A 磁场中某一点的磁感应强度可以这样测定 把一小段通电导线放在该点 导线受到的磁场力 磁场中某一点的磁感应强度可以这样测定 把一小段通电导线放在该点 导线受到的磁场力 F 与该与该 导线的长度导线的长度 L 通过的电流 通过的电流 I 乘积乘积 IL 的比值 即为该处磁感应强度的大小 的比值 即为该处磁感应强度的大小 B 通电导线在某点不受磁场力的作用 则该点的磁感应强度一定为零 通电导线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 磁感应强度 磁感应强度 B F IL 是定义式 它的大小取决于场源以及磁场中的位置 与是定义式 它的大小取决于场源以及磁场中的位置 与 I L 以及通电导线在以及通电导线在 磁场中的方向无关磁场中的方向无关 D 通电导线所受磁场力的大小与磁感应强度的大小无关 通电导线所受磁场力的大小与磁感应强度的大小无关 6 有一小段通电导线 长为有一小段通电导线 长为 1 cm 电流强度为 电流强度为 5 A 把它置于磁场中某点 受到的磁场力为 把它置于磁场中某点 受到的磁场力为 0 1 N 则 则 该点的磁感应强度该点的磁感应强度 B 一定是一定是 A B 2 T B B 2 T C B 2 T D 以上情况都有可能 以上情况都有可能 7 下列说法中正确的是下列说法中正确的是 A 电荷在某处不受静电力的作用 则该处的电场强度为零 电荷在某处不受静电力的作用 则该处的电场强度为零 B 一小段通电导线在某处不受磁场力的作用 则该处的磁感应强度一定为零 一小段通电导线在某处不受磁场力的作用 则该处的磁感应强度一定为零 C 把一个试探电荷放在电场中的某点 它受到的静电力与所带电荷量的比值表示该点电场的强弱 把一个试探电荷放在电场中的某点 它受到的静电力与所带电荷量的比值表示该点电场的强弱 D 把一小段通电导线放在磁场中某处 它受到的磁场力与该小段通电导线的长度和电流的乘积的比值 把一小段通电导线放在磁场中某处 它受到的磁场力与该小段通电导线的长度和电流的乘积的比值 表示该处磁场的强弱表示该处磁场的强弱 8 把小磁针 把小磁针 N 极向东置于地磁场中 放手后小磁针将极向东置于地磁场中 放手后小磁针将 从上向下看从上向下看 A 顺时针转 顺时针转 B 逆时针转 逆时针转 C 不动 不动 D 无法判定 无法判定 9 下列关于磁感应强度的方向的说法中 正确的是 下列关于磁感应强度的方向的说法中 正确的是 A 某处磁感应强度的方向就是一小段通电导体放在该处时所受磁场力的方向 某处磁感应强度的方向就是一小段通电导体放在该处时所受磁场力的方向 B 小磁针 小磁针 N 极受磁场力的方向就是该处磁感应强度的方向极受磁场力的方向就是该处磁感应强度的方向 C 垂直于磁场放置的通电导线的受力方向就是磁感应强度的方向 垂直于磁场放置的通电导线的受力方向就是磁感应强度的方向 D 磁场中某点的磁感应强度的方向就是该点的磁场方向 磁场中某点的磁感应强度的方向就是该点的磁场方向 10 在磁感应强度的定义式在磁感应强度的定义式 B FIL 中 有关各物理量间的关系 下列说法中正确的是中 有关各物理量间的关系 下列说法中正确的是 A B 由由 F I 和和 L 决定决定 B F 由由 B I 和和 L 决定决定 C I 由由 B F 和和 L 决定决定 D L 由由 B F 和和 I 决定决定 11 一根长为一根长为 L 的细铝棒用两个劲度系数为的细铝棒用两个劲度系数为 k 的弹簧水平地悬吊在匀强磁场中 磁场的弹簧水平地悬吊在匀强磁场中 磁场 方向垂直于纸面向里 当棒中通以向右的电流方向垂直于纸面向里 当棒中通以向右的电流 I 时 弹簧缩短时 弹簧缩短 x 若通以向左的电 若通以向左的电 流 也是大小等于流 也是大小等于 I 时 弹簧伸长时 弹簧伸长 x 则磁感应强度 则磁感应强度 B 值为值为 A k xIL B 2k xIL C kIL x D 2ILk x 12 有关磁感应强度的下列说法中 正确的是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 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 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 若有一小段长为 L 通以电流为 通以电流为 I 的导体 在磁场中某处受到的磁场力为的导体 在磁场中某处受到的磁场力为 F 则该处磁感应强度的 则该处磁感应强度的 大小一定是大小一定是 FIL D 由定义式 由定义式 B FIL 可知 电流强度可知 电流强度 I 越大 导线越大 导线 L 越长 某点的磁感应强度就越小越长 某点的磁感应强度就越小 13 下列关于磁感应强度的方向和电场强度的方向的说法 正确的是下列关于磁感应强度的方向和电场强度的方向的说法 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 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 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 磁感应强度的方向与小磁针 N 极所受磁场力的方向相同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 磁感应强度的方向与小磁针静止时 N 极所指的方向相同极所指的方向相同 14 下列关于磁感应强度大小的说法正确的是 下列关于磁感应强度大小的说法正确的是 A 通电导线受磁场力大的地方磁感应强度一定大 通电导线受磁场力大的地方磁感应强度一定大 B 通电导线