3-3磁感应强度

3 2磁感应强度磁通量 教科版选修3 1 荣县玉章高中高二年级物理组 温故而知新 2 我们知道磁场也有强弱 那么磁场的强弱用什么物理量来表示 又该如何表示 1 电场的强弱可以用电场强度来表示 空间中某点的电场强度由电场本身的性质决定 与检验电荷q无关 它可以由什么来确定呢 3 安培力公式F BIL中的B有什么含义 E F q 探究 如何描述磁场的强弱 形同 电场 神似 电场强度 类比探究 不能 因为N极不能单独存在 小磁针静止时所受的合力为零 因而不能用测量N极受力的大小来确定磁感应强度的大小 磁感应强度的大小能否从小磁针受力的情况来研究 磁场不仅能对磁体有作用力 还对通电导体有作用力 能否用很小一段通电导体来检验磁场的强弱 思考 另辟蹊径 我们已经知道的世界 1 方向 正试探电荷的受力方向 2 大小 试探电荷所受电场力跟电荷量的比值 电场的基本性质是什么 对放入其中的电荷有电场力的作用 我们探索的世界 磁场的基本性质是什么 对放入其中的磁体或 磁场的描述 磁感应强度 B 通电导体有磁力的作用 电场的描述 电场强度 电场 磁场 1 方向 2 大小 实际上 在物理学中正是采用这种办法来研究磁场强弱的 为了使问题简化 我们将利用上一节的实验 直接分析得出结论 保持线框中电流I和导线长度L不变 在A B C三处所受磁场力依次减小 力F与IL的比值也减小 在B处 1 保持通电导线长度L不变 电流增大为2I 受磁场力也增大为2F 但力F与IL的比值不变 2 保持电流I不变 通电导线长度L增大为2L 受磁场力也增大为2F 但力F与IL的比值不变 可见 在磁场空间的某一点 如B点 安培力F与电流I和导线长度L的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 在磁场中的不同点 A B C点 安培力F与电流I和导线长度L的乘积的比值不相等 这个比值与所在位置的磁场的强弱有关 因此 我们可以用这个比值来描述磁场的性质 称为磁感应强度 用符号B表示 一磁感应强度 1 定义 在磁场中垂直于磁场方向的通电导线 所受的磁场力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值叫磁感应强度 2 定义式 1 B是由磁场本身决定 与电流I 导线长度L无关 只与安培力F和电流I 导线长度L的乘积的比值有关 2 在电流I 导线长度L相同的情况下 电流所受的安培力越大 比值B越大 表示磁场越强 尼古拉 特斯拉 NikolaTesla 克罗地亚 1856 1943 是世界知名的发明家 物理学家 机械工程师和电机工程师 他对电力学和磁力学做出了杰出贡献 他的专利和理论工作依据现代交变电流电力系统 包括多相电力分配系统和交流电发电机 帮助了他带起了第二次工业革命 3 单位 特斯拉 符号 T 1T 1N A m 4 矢量 磁感应强度的方向与该点磁场的方向一致 一些磁场的磁感应强度 T 5 匀强磁场 1 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 这个区域的磁场就叫做匀强磁场 2 特点 磁感线是一组平行而且等距离的平行直线 3 两个正对的N极 S极之间 除边缘以外的磁场可以看做匀强磁场 6 通电导线与磁场方向成 角时的安培力 把磁感应强度B分解成垂直导线方向与平行导线的两个分量B 和B B 对导线没有作用力 由图可知B Bsin F ILB ILBsin 通电导线所受的安培力 1 公式中 为磁感应强度B与电流I的夹角 2 当 0时 F 0 磁场方向与电流方向平行 3 当 90 时 F ILB 磁场方向与电流方向垂直 例题 在赤道上 地球表面的地磁场可看成是沿南北方向的匀强磁场 磁感应强度的大小是5 10 6T 如果赤道上有一根沿东西方向架在跨度为20m的电线杆间的直导线 此时通有大小为30A 方向由西向东的电流 算一算 地磁场对这根导线施加了多大的安培力 方向如何 I F 东 西 解 画出如图所示的示意图 安培力的大小 F BIL 30 20 5 10 6N 3 10 3N 根据左手定则 导线所受安培力的方向垂直大小向上 温故而知新 为了形象地描述磁场 我们引入了磁感线 并且知道磁感线越密集的地方磁场越强 磁感线越稀疏的地方磁场越弱 也就是说磁感线的疏密程度与磁感应强度有关 那么用什么来反映它们之间的定量关系呢 为此我们需要引入一个叫磁通量的概念 二磁通量 2 公式 BS 1 定义 在磁感应强度为B的匀强磁场当中 有一个与磁场方向垂直的平面S B和S的乘积叫做穿过这个面积的磁通量 磁通量在数值上等于穿过这个面的磁感线的条数 威廉 爱德华 韦伯 德国 1804 1891 1832年 高斯在韦伯协助下提出了磁学量的绝对单位 1833年 他们发明了第一台有线电报机韦伯发明了许多电磁仪器 1841年发明了电流表 1846年发明了测量交流电功率的电功率表 1853年发明了测量地磁强度垂直分量的地磁感应器 韦伯在建立电学单位的绝对测量方面卓有成效 3 评论 1Wb 1T m2 3 单位 韦伯符号 Wb 4 磁通密度 垂直于磁场方向上单位面积上的磁通量 所以磁感应强度B又叫磁通密度 单位Wb m2 5 标量 磁通量有正负 规定磁感线从面积的任意一方穿过为正 那么从相反方向穿过就为负 6 对公式的理解 1 B是匀强磁场或可视为匀强磁场的磁感应强度 2 公式只适用于S B 若S与B不垂直 则S为垂直与磁场方向的投影面积 当磁场B S垂直 磁通量最大 BS 当B S时 磁通量最小 0 当磁场B与面积S不垂直 BS BSCOS 面积S 0 5m2的闭合金属圆线圈处于磁感应强度B 0 4T的匀强磁场中 当磁场与环面垂直时 穿过环面的磁通量是 当金属圆环转过90 环面与磁场平行时 穿过环面的磁通量是 0 2Wb 0 如图 线圈平面与水平方向成 角 磁感应线竖直向下 设匀强磁场的磁感应强度为B 线圈面积为S 则 BScos 4 磁通量的意义可以用磁感线形象的说明 3 是标量 但有方向 若取某方向穿入平面的磁通量为正 则反方向穿入该平面的磁通量为负 5 过一个平面若有方向相反的两个磁通量 这时的合磁通为相反方向磁通量的代数和 即相反方向磁通抵消以后剩余的磁通量才是合磁通 6 对公式的理解 如图所示 两个同心放置的共面金属圆环a和b 一条形磁铁穿过圆心且与环面垂直 则穿过两环的磁通量 a和 b大小关系为 A 均向上 a bB 均向下 a b C 均向上 a bD 均向下 无法比较 A 三利用安培力测定磁感应强度 1 基本原理 由安培力公式F BIL得 2 实验装置图 待测量 F 弹簧测力计 I 电流表 L 刻度尺 3 活动 1 实验要求 矩形线框所在的平面与N极 S极的连线 矩形线框的短边要全部放在N S极之间的区域中 为什么 垂直 N S极之间的区域为匀强磁场 2 当电路未接通时弹簧测力计的读数为 它表示的是 F0 矩形线框的重力mg 3 接通开关 调节滑动变阻器的滑动片使电流表指针在某一数值I1 此时弹簧测力计的读数F1为 矩形线框重力与安培力的合力F合 4 得出磁场对矩形线框位于磁场中的一条边所受的安培力大小为 F F1 F0 5 测出线框在磁场中的这条边的长度为 如果线框的匝数为N 这个长度应取多少 l L Nl 6 计算磁感应强度 实验改进 用精密天平代替弹簧测力计 1 下列关于磁感应强度大小的说法中正确的是 A 通电导线受磁场力大的地方磁感应强度一定大B 通电导线在磁感应强度大的地方受力一定大C 放在匀强磁场中各处的通电导线 受力大小和方向处处相同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 D 例题 2 下列说法中错误的是 A 磁场中某处的磁感应强度大小 就是通以电流I 长为L的一小段导线放在该处时所受磁场力F与I L的乘积的比值B 一小段通电导线放在某处不受磁场力作用 则该处一定没有磁场C 一小段通电导线放在磁场中A处时受磁场力比放在B处大 则A处磁感应强度比B处的磁感应强度大D 因为B F IL 所以某处磁感应强度的大小与放在该处的通电小段导线IL乘积成反比 ABCD 4 磁场中放一根与磁场方向垂直的通电导线 它的电流强度是2 5A 导线长1cm 它受到的安培力为5 10 2N 则这个位置的磁感应强度是多大 5 接上题 如果把通电导线中的电流强度增大到5A时 这一点的磁感应强度应是多大 该通电导线受到的安培力是多大 注意 计算时要统一用国际单位制 解答 解答 磁感应强度B是由磁场和空间位置 点 决定的 和导线的长度L 电流I的大小无关 所以该点的磁感应强度是2T 根据F BIL得 F 2 5 0 01 0 1N 1 关于磁感应强度B的说法正确的是 A B的方向就是小磁针N极所指的方向B B的方向与小磁针S极的受力方向相反C 磁场中某处的磁感应强度大小 就是通以电流