2017-2018学年高中物理 第三章 磁场 第3节 磁感应强度 磁通量教学案 教科版选修3-1

1、第3节磁感应强度_磁通量1 .磁感应强度是描述磁场强弱及方向的物理量其方向是小磁针静止时的n极的方向，定义公式B=。2 .磁感应强度是向量，磁感应强度的运算与向量一致量算法。3 .均匀强磁场是指磁感应强度的大小和方向随处可见同一磁场。4 .磁通量的大小为=BS，其中s与b垂直直的平面面积，磁感应强度b也被称为磁感应强度。一、磁感应强度1 .定义：将磁场中与磁场方向垂直的通电引线受到的磁场力(电流) f与引线长度l、引线中电流I的积IL之比称为通电引线所在的磁感应强度，用符号b表示。定义式： B=。3 .方向：磁感应强度b的方向，即这里的磁场方向与小磁针静止时的n极受力方向相同。4 .单位：在国

2、际单位制中为特斯拉、简称特、符号t。 1 t=1n/(毫米)。5 .物理意义：磁感应强度b是表示磁场强弱和方向的物理量。6 .使强磁场均匀(1)定义：在有磁场的区域内，如果各点的磁感应强度的大小和方向相同，则将该区域的磁场称为均匀强磁场。(2)使强磁场均匀的磁感线的特征在均匀的强磁场中，如图331所示，磁感线是平行且等间距的直线的定径套。图331(3)实例距离近的2个异名磁极间的磁场。通电螺线管内中间部分的磁场。(4)均匀强磁场中电流密度的校正通电导线垂直于磁场时： F=ILB。通电导线与磁场方向成角时： F=ILBsin_。二、磁通量1 .定义磁感应强度为b的均匀强磁场有与磁场方向垂直的平面

3、，面积为s，b和s的乘积称为通过该面积的磁通量。2 .磁通量的修正计算(1)公式：=BS。适用条件：使强磁场均匀；磁感线垂直于平面。(2)在均匀强磁场b中，如果磁感线不垂直于平面，则公式=BS中的s应该是垂直于平面磁感线方向的心理投射面积。单位：韦伯，简称魏，符号为Wb，1 Wb=1 Tm2。4 .磁感应强度从=BS得到B=，由于磁感应强度与通过单位面积的磁通量相等，因此也称为磁感应强度。三、利用电流力测量磁感应强度1 .原理根据B=，测量通电引线在磁场中的有效长度、通电引线上的电流以及接受的电流的大小，代入式子，可以求出磁感应强度b。2 .测量原理图如图332所示。图3323 .测量过程(1

4、)按照电路图连接电路，记录此时弹簧负荷传感器的读数F0。(2)将滑动咖啡师的滑动片放置在右端，闭合开关，调整滑动咖啡师使电流校正的读取值为I1，记录弹簧负荷传感器的读取值F1时，磁场作用于矩形框的磁场的一边的力的大小为F=|F1-F0|。(3)进而，把合十礼信息帧的磁场中的这一边的长度测量为l。代入(4)b=的话，可以求出b的大小。4 .注意事项(1)为了简化测量过程，使矩形框所在的平面与n极、s极的连接线垂直。(2)将矩形框的短边全部放置在n、s极间的区域。(3)为了使测量更加准确，可以用精密天平代替弹簧负荷传感器。1 .自主思考判决(1)磁场的方向是磁感应强度b的方向。 ()(2)磁感应强

5、度的大小与电流成反比，与接受的电流成正比。 （）(3)磁感应强度的大小等于通电导线接受的电流I和导线长度l的乘积之比。 （）(4)磁感应强度越大，线圈面积越大，通过线圈的磁通量必定越大。 （）(5)因为磁通量有方向，所以磁通量是向量。 （）2 .合作探索会议(1)磁场中，放置在某一点上的小吸铁石的指针受力的方向是该点的磁场方向，这种说法正确吗？提示：这是不对的。 放置在磁场中某点的小磁针n极受力的方向就是该点的磁场方向。(2)通电导线受到的力为零的地方，磁感应强度b的大小必定为零吗？ 为什么？提示：通电导线承受的力为零时，磁感应强度b的大小不一定为零。 电流的方向和磁感应强度b的方向在一条直线

6、上时，通电引线受到的力为零。(3)磁通量有正负，其正负是大小还是方向？提示：磁通量只是大小，没有方向，是标量。 其正、负不表示大小、方向，表示磁通从某一平面穿过，如果规定穿过正，则穿过负，反之亦然。磁感应强度的理解1 .磁感应强度的理解式(1) b=是磁感应强度的定义式，由比法定义，磁感应强度b的大小仅由磁场本身的性质决定，与f、I、l都无关。(2)在定义式B=中，通电引线必须与磁场方向垂直设置。 这是因为，通向磁场中某一点的导线受到的力的大小，除了与磁场的强弱有关，还与导线的方向有关。 根据导线进入磁场的方向不同，受到的磁场力也不同。 在通电引线受到的磁场力为零的地方，磁感应强度b的大小不一

7、定为零。(3)通电导线受到的磁场力的方向不是磁场中该点的磁感应强度的方向。(4)磁感应强度的定义式也可以适用于非均匀强磁场，这种情况下l较短，IL被称为“电流源”，相当于静电场的“点电荷”。2 .磁感应强度和电场强度的比较电场强度e磁感应强度b已定义根据电场作用于电荷q的力f=一定值(由电场决定)对于电场的任意一点，Fq关于不同点，一般来说这个值不同比可以表示电场的强弱磁场作用于直线电流I的力f关于磁场的任一点，f与磁场方向、电流方向有关，仅考虑电流方向与磁场方向垂直的情况，FIL，=一定值(由磁场决定)关于不同点，一般来说这个值不同比可以表示磁场的强弱定义式E=B=物理意思说明电场的强度和方

8、向表示磁场的强弱和方向方向这一点正电荷的受力方向小磁针n极的受力方向场的叠加遵循向量的平行四边形定律遵循向量的平行四边形定律单位1纳/c=1伏/米1 t=1n/(毫米)典型例以下说法正确的是()由a.b=可以看出，b与f成正比，与IL成反比b .如果短的通电导线在某处没有受到电流源的力，那么那里的磁感应强度一定为零c .磁感应强度的方向和磁场力的方向不同d .将短的通电导线放置在磁场中的某个地方，那里就有磁感应强度。 如果从那里去除短的通电查询密码，磁感应强度就会消失分析磁感应强度B=由比法定义，b的大小与f、IL无关，b由磁场本身决定，因此a、d是错误的。 根据式F=BILsin ，短的通电

9、直导线在某处不受磁场力，那里的磁感应强度不一定为零，sin 可能为零，因此b是错误的。 根据左手定律，电流的方向与磁场的方向垂直，因此c是正确的。答案c1 .磁感应强度的单位是特斯拉(t )，与其等价的是()甲骨文。C. D分析：选择a为公式B=，电流单位为n，电流单位为a，长度单位为m，单位换算为1 T。 所以a是对的，b、c、d是错的。2.(复数回答)关于磁感应强度方向的以下说明中，正确的是()a .某处的磁感应强度的方向是小的通电导体放置在那里时受到的磁场力的方向b .某个小的吸铁石大头针的n极受到的磁场力的方向是那里的磁感应强度的方向c .与磁场垂直放置的通电导线的受力方向是磁感应强度

10、的方向d .磁场中某一点的磁感应强度的方向是该点的磁场方向分析： BD磁场中某一点的磁感应强度的方向选择该点的磁场方向，即小磁针n极受力的方向或小磁针静止时n极指向的方向，选项b、d是正确的。 磁场中某一点的磁感应强度的方向与其中流入的电流的方向无关，电流受力的方向不表示磁感应强度和磁场的方向，选择项a、c是错误的。3 .以下说法正确的是()a .磁场中的某一点的磁感应强度是将短的通电引线置于该点时所受到的磁场力f、该引线的长度l和通过的电流I的乘积的比，B=b .如果通电导线在某一点上不受磁场力的作用，那么该点的磁感应强度一定为零c .磁感应强度B=定义式，其大小取决于场源及导线在磁场中的位

11、置，与f、I、l及通电导线在磁场中的方向无关d .通电引线受到的磁场的力的方向是磁场的方向解析：根据选择c磁感应强度的定义，通电引线应该是“磁场中与磁场方向垂直的通电引线”，在该方向上只有引线受到的磁场力最大，本问题a的选择项因为没有明确记载引线的放置方向，所以是错误的。 如果通电导线与磁场平行，则磁场力不起作用，因此b选择项也错误。 磁场场源稳定时，磁场内各点的磁感应强度(包括大小和方向)是唯一确定的，与输入的检查通电导线无关，选项c是正确的。 磁场力方向与磁感应强度方向垂直，选择项d错误。磁场的重日式榻榻米问题典型例在磁感应强度B0、方向垂直向上的均匀强磁场中，水平放置长的通电直导线，电流

12、的方向与纸面垂直。 如图333所示，a、b、c、d是以直线导线为中心同一圆周上的4点，在这些个的4点中()图333A.B、d2点的磁感应强度的大小相等B.A、b两点的磁感应强度的大小相等C.C点的磁感应强度值最大D.B点的磁感应强度值最大构想点刻度盘解决本问题必须明确以下两点(1)以直电流为圆心的同一圆周上的各点的磁感应强度的大小相等，方向沿着对应的切线方向。(2)磁感应强度的叠加遵循平行四边形的法则。解析磁感应强度是矢量，各点的磁感应强度是均匀强磁场和直线导线磁场的重日式榻榻米，由图可知，在a点，两个磁感应强度的方向相同，因此，a点的磁感应强度最大。 因为在c点两磁感应强度的方向相反，所以在

13、c点的磁感应强度最小，c、d错误。 b、d2点、两磁感应强度的方向相互垂直，因此b、d2点的磁感应强度的大小相等，方向不同，a正确，b错误。答案a由于磁感应强度是向量，所以磁场的重日式榻榻米遵循向量算法平行四边形规则。 校正合磁感应强度时，请确定各磁场单独存在时产生的磁感应强度的大小和方向，然后进行矢量合成。1 .如图334所示，在相互平行的2条长的引线中，分别流过反向的电流I1和I2，I1I2 a、b、c、d是具有引线的横截面所在的平面内的4点，a、b、c是与两引线共面的b点位于2条导线间，b、d 磁感应强度可能为零的地方是()图334a点b点c点、d点、d点解析：选择的c两电流在这一点上的

14、合磁感应强度为0，这一点上的两电流的磁感应强度满足较大的逆关系。 根据右手的螺旋规则，在两电流的同一侧，磁感应强度方向相反，为a或c，为I1I2，因此这一点从I1接近远I2，因为是c点，所以选择c。2 .在同一平面内有4条相互绝缘的通电直线引线，如图335所示，4条引线中的电流I4=I3I2I1。 为了增强o点的磁场，切断哪条导线的电流()图335甲级联赛C.I3 D.I4战斗机解析：选择d根据安培规则，I1、I2、I3、I4在o点产生的磁场的方向分别是与纸面垂直的内、内、内、外，因为I3=I4，所以如果切断I4，则o点的磁场变强，选择d正确。3 .如图336所示，三个长直通查询密码的电流的大

15、小相同，对于通电电流方向，b查询密码和d查询密码在纸张上电气流动，c查询密码在纸张外电气流动，a点为b，d2点的接线中点，ac与bd垂直，ab=ad=ac。 a点的磁场方向为()图336a .垂直纸面指纸外b .垂直纸面指纸内c .沿纸面从a到b D，沿纸面从a到d分析：由于选择c通电引线b、d在a点产生的磁场相互抵消，所以a点磁场方向，即通电引线c在a点产生的磁场方向，根据安培定律，c是正确的。磁通量及其变化的修正算法1 .磁通量的修正计算(1)公式：=BS。适用条件：使强磁场均匀；磁感线垂直于平面。(2)在均匀强磁场b中，如果磁感线不垂直于平面，则公式=BS中的s应该是垂直于平面磁感线方向

16、的心理投射面积。图337因为S=Scos 所以式中的Scos 是面积s在与磁感线垂直的方向上的心理投射，我们称为“有效面积”(图337所示)。2 .磁通量的正、负(1)磁通量为标量，但有正、负，从某一面通过磁感线时，磁通量为正值，从该面通过磁感线时为负值。(2)在云同步中，如果磁感线沿相反方向通过同一平面，正向磁通量的大小为1，反向磁通量的大小为2，则通过该平面的磁通量=12。3 .磁通量的变化量=2-1如果(1)b不改变，并且有效面积s改变，那么等式(1)满足：在b变化，s不变化的情况下。(3)当b和s变为云同步时，变为=2-1。 但是，此时的bs。特别注意(1)通过某个面积的磁通量由通过该

17、面的磁感线的根数的多寡而决定，与卷数无关而决定。(2)平面旋转180度时的磁通量的变化量=2BS，而不是=0。如图338所示，如果将信息帧面积设为s、将信息帧平面和磁感应强度设为b、均匀强磁场方向垂直，则通过平面的磁通量为 如果将信息帧绕oo轴旋转30度，则通过信息帧平面的磁通量从初始位置旋转90度，通过信息帧平面的磁通量从初始位置旋转180度，则通过信息帧平面的磁通量的变化量为图338构想点刻度盘(1)在面积s与磁场b不垂直时，求出s在垂直磁场方向上的心理投射。(2)磁通量有正负，从侧面进入的磁感线的正负符号不同。分析初始位置时，由于是SB，所以1=BS。 当信息帧旋转30度时，满足条件。 当信息帧旋转90度时，满足SB，并且满足3=BScos 90=0。 从初始位置旋转180度的过程：如果规定初始位置时的通过方向为正，则成为1=-bs、1=-bs，成为=|1-1|=2bs。回答，回答(1)可以