2021-2022高中物理3-1學案：第5章第3節(jié)磁感應強度磁通量 第4節(jié)磁與現(xiàn)代科技

學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精PAGE17-版權所有@高考資源網學必求其心得，業(yè)必貴于專精第3節(jié)磁感應強度磁通量第4節(jié)磁與現(xiàn)代科技[學習目標］1．知道磁感應強度的物理意義及單位.（物理觀念）2．知道磁通量，通過計算磁通量的大小進一步了解定量描述磁場的方法。（科學思維）3．知道磁現(xiàn)象在生活、生產中的應用，培養(yǎng)將科學服務于人類的意識。(科學態(tài)度與責任）一、磁感應強度1．磁感應強度（1）定義：穿過垂直于磁感線的單位面積的磁感線條數(shù)等于該處的磁感應強度,符號用B表示。(2）單位：在國際單位制中，磁感應強度的單位是特斯拉，簡稱特，符號是T。1T＝1N/（A·m)。（3）方向：B是矢量,其方向就是磁場方向,即小磁針靜止時N極所指的方向，也是小磁針N極受力的方向。（4)物理意義：描述磁場的強弱和方向。2．勻強磁場(1）定義：在磁場的某個區(qū)域內，如果各點的磁感應強度大小和方向都相同，這個區(qū)域的磁場叫勻強磁場。(2）特點：①B處處相同。②磁感線是一組平行且等間距的直線。(3)實例：距離很近的兩個異名磁極之間的磁場除邊緣部分外可以認為是勻強磁場;長直通電螺線管內部(除兩端附近）的磁場也是勻強磁場,如圖所示。3．磁場的疊加如果空間有幾個磁場同時存在，它們的磁場就互相疊加，這時某點的磁感應強度就等于各磁場在該點的磁感應強度的矢量和。二、磁通量1．磁通量(1）定義：磁場中穿過磁場某一面積S的磁感線條數(shù)。（2)計算公式:Φ＝BS,此公式的適用條件：①勻強磁場；②磁感線與平面垂直。（3）單位：在國際制單位制中是韋伯，簡稱韋，符號是Wb,1Wb＝1T·m2.（4)磁通量是一個只用大小就能描述的物理量，是標量。2．磁通密度磁感應強度又稱磁通密度，B＝eq\f(Φ,S），其中S為垂直于磁場方向的面積,表示磁感應強度等于穿過垂直磁感線的單位面積的磁感線條數(shù).三、磁與現(xiàn)代科技1．記錄與磁(1)應用：磁記錄可以用來記錄聲音、影像，也可以用來記錄其他信息。磁記錄可以應用到電腦、電視、人造衛(wèi)星和太空船的信息記錄和傳送上.(2)原理：磁記錄利用電流的磁效應，讀取信息利用電磁感應原理。2．交通與磁(1）應用：磁技術在交通工具中的應用是制成了磁懸浮列車。（2)形式：磁懸浮列車有常導電磁鐵吸引方式和超導電磁鐵相斥方式兩種形式。（3)原理：運用磁鐵“同性相斥，異性相吸"的性質，使磁鐵具有抗拒地心引力的能力,即“磁性懸浮”。1．思考判斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)磁感應強度的方向就是磁場方向。 （√)（2）磁感應強度大小處處相等的區(qū)域是勻強磁場. （×)［提示]勻強磁場的大小和方向處處相同。(3)磁通量不僅有大小而且有方向,所以是矢量. (×）[提示]磁通量是標量。(4）穿過某一面積的磁通量為零，該處磁感應強度不一定為零. (√）(5)磁只能用來記錄聲音和影像。 （×）［提示］可以記錄很多信息。2．（多選)下列有關磁感應強度的說法中，正確的是（）A．磁感應強度是用來表示磁場強弱及方向的物理量B．磁場中某點的磁感應強度的方向就是該點的磁場方向C．小磁針N極受磁場力的方向就是該處磁感應強度的方向D．小磁針N極的指向就是該處磁感應強度的方向ABC[磁感應強度是用來描述磁場強弱及方向的物理量，A正確；磁場中某點磁感應強度的方向表示該點的磁場的方向,磁場方向也就是小磁針N極受力的方向,故B、C正確；小磁針靜止時N極的指向為該處的磁場方向，D錯誤.］3．下列關于磁通量的說法正確的是(）A．磁通量不僅有大小，而且有正負，所以磁通量是矢量B．磁通量大的地方，磁場一定強C．穿過某面的磁感線條數(shù)越多，磁通密度越大D．某面的面積發(fā)生變化,磁通量可能不變D[磁通量雖然有正負之分，但正負不表示方向，其運算不符合平行四邊形定則，故磁通量是標量，A錯誤。穿過某面的磁感線條數(shù)越多，磁通量越大,但磁通量與磁感應強度、面的面積和磁場與面的夾角都有關系，所以磁場不一定越強，磁通密度不一定越大，B、C錯誤.面積發(fā)生變化,若磁感應強度和磁場與面的夾角也發(fā)生變化,磁通量可能不變，D正確。］對磁感應強度的理解1．磁場的決定因素：磁感應強度是定量描述磁場的物理量,磁場中某點的磁感應強度的大小取決于磁場本身，與其他因素無關。2．磁場的疊加：磁感應強度是矢量，若某區(qū)域有多個磁場疊加,該區(qū)域中某點的磁感應強度就等于各個磁場在該點的磁感應強度的矢量和,可根據平行四邊形定則求解。3．磁感應強度和電場強度的比較磁感應強度B電場強度E物理意義描述磁場力的性質描述電場力的性質定義式B＝eq\f（Φ,S）E＝eq\f（F,q)大小描述磁感線的疏密表示磁感應強度的強弱電場線的疏密表示電場強度的強弱方向小磁針N極的受力方向,是矢量與放入該點正電荷的受力方向相同,是矢量場的疊加合磁感應強度等于各磁場的磁感應強度的矢量和合場強等于各電場的場強的矢量和單位1T＝1N/（A·m)1N/C＝1V/m【例1】如圖所示，兩根相互平行的長直導線過紙面上的M、N兩點,且與紙面垂直，導線中通有大小相等、方向相反的電流。a、O、b在M、N的連線上，O為MN的中點，c、d位于MN的中垂線上，且a、b、c、d到O點的距離均相等。關于以上幾點處的磁場，下列說法正確的是（）A．O點處的磁感應強度為零B．a、b兩點處的磁感應強度大小相等，方向相反C．c、d兩點處的磁感應強度大小相等,方向相同D．a、c兩點處磁感應強度的方向不同思路點撥：解此題按以下思路：確定電流方向→安培定則分析磁場分布→磁感應強度疊加→分析判斷選項C[由安培定則可知，兩導線在O點產生的磁場方向均豎直向下，合磁感應強度一定不為零，選項A錯誤；由安培定則,兩導線在a、b兩處產生的磁場方向均豎直向下,由對稱性知,a、b兩處磁感應強度大小相等、方向相同，選項B錯誤；根據安培定則判斷可知，兩導線在c、d處產生的磁場分別垂直c、d兩點與導線連線方向向下,且產生的磁場的磁感應強度相等，由平行四邊形定則可知,c、d兩點處的磁感應強度大小相等，方向均豎直向下，選項C正確,選項D錯誤。］上例中，若IM＞IN，且a、b兩點分別居M、N點外側，a、b到O點距離相等,則a、b、c、O四點中哪個點的磁感應強度可能為零？[解析］由安培定則畫出a、b、c、O的磁感線的分布圖，由圖可知電流IM、IN在a、b兩點的磁場方向相反,這兩點處的磁感應強度可能為零，又IM>IN,故磁感應強度為零的點距M的距離應比N大，所以b點的磁感應強度可能為零。［答案]b點磁場的疊加和安培定則應用時應注意以下三點（1）根據安培定則確定通電導線周圍磁場的方向.(2）磁場中每一點磁感應強度的方向為該點磁感線的切線方向.(3）磁感應強度是矢量,多個通電導體產生的磁場疊加時,合磁場的磁感應強度等于各場源單獨存在時在該點磁感應強度的矢量和。[跟進訓練］1．在磁感應強度為B0、方向向上的勻強磁場中，水平放置一根長通電直導線，電流的方向垂直于紙面向里。如圖所示，a、b、c、d是以直導線為圓心的同一圓周上的四點，在這四點中()A．b、d兩點的磁感應強度相等B．a、b兩點的磁感應強度相等C．c點的磁感應強度的值最小D．b點的磁感應強度的值最大C［如圖所示，由矢量疊加原理可求出各點的合磁場的磁感應強度，可見b、d兩點的磁感應強度大小相等,但方向不同，A項錯誤;a點的磁感應強度最大，c點的磁感應強度最小，B、D項錯誤，C項正確。]磁通量的理解與計算1．對磁通量Φ的進一步分析（1)磁通量是標量，但有正負之分。當磁感線從某一平面穿入時，若規(guī)定磁通量為正值，則穿出此平面時為負值。(2)磁通量是表示穿過某平面的磁感線條數(shù)的多少,在今后的應用中往往根據穿過平面的磁感線凈條數(shù)的多少定性判斷穿過該面的磁通量的大小。(3）B是勻強磁場的磁感應強度，S為某一平面的面積，α為S與垂直于B的平面的夾角，則當α＝0°時Φmax＝BS；當α＝90°時，Φ＝0；當0°＜α＜90°時，有Φ＝BScosα。2．磁通量的變化量ΔΦ磁通量的變化等于末狀態(tài)的磁通量減去初狀態(tài)的磁通量。磁通量的變化一般有三種情況(S為平面在垂直磁場方向的投影面積)：（1）B不變，S變化，則ΔΦ＝Φ2－Φ1＝B·ΔS。(2)B變化，S不變，則ΔΦ＝Φ2－Φ1＝ΔB·S.（3）當B和S同時變化時，ΔΦ＝Φ2－Φ1,但ΔΦ≠ΔB·ΔS.【例2】如圖所示，有一個垂直紙面向里的勻強磁場，磁感應強度大小B0＝0.8T,磁場有明顯的圓形邊界，圓心為O,半徑為1.0cm，現(xiàn)在紙面內先后放上圓線圈A、B、C,圓心均在O處,A線圈半徑為1.0cm，10匝；B線圈半徑為2.0cm，1匝；C線圈半徑為0.5cm，1匝。問：（取π＝3.14，eq\r（3)＝1。732）（1)在B0減為0。4T的過程中，A和B中磁通量各改變多少?（2)在磁場方向轉過30°角的過程中，C中的磁通量改變多少?（計算結果保留兩位有效數(shù)字）思路點撥：①磁通量的計算要注意公式Φ＝B·S中各符號的意義。②磁通量變化的計算可用公式ΔΦ＝｜Φ2－Φ1｜。[解析］（1）A線圈半徑為1.0cm，正好和圓形磁場區(qū)域的半徑相等，而B線圈半徑為2。0cm，大于圓形磁場區(qū)域的半徑，故穿過A、B線圈的磁感線的條數(shù)相等.設圓形磁場區(qū)域的半徑為R，對線圈A、B，磁通量的改變量ΔΦA＝ΔΦB＝|Φ2－Φ1｜＝（0.8－0。4)×3。14×（1×10－2）2Wb＝1。256×10－4Wb。(2)題圖中線圈平面與磁場方向垂直,即磁場方向與線圈平面之間夾角為θ1＝90°，當磁場方向轉過30°角時，磁場方向與線圈平面之間的夾角為θ2＝60°。對線圈C：Φ′1＝B0πr2sinθ1，Φ′2＝B0πr2sinθ2，磁通量的改變量ΔΦ＝|Φ′2－Φ′1|＝B0πr2（sin90°－sin60°）＝0。8×3。14×（5×10－3）2×(1－0。866)Wb＝8.4×10－6Wb。［答案］(1）1.256×10－4Wb(2)8。4×10－6Wb磁通量Φ＝BS的計算要注意以下兩點（1）S是指閉合回路中的有效面積。如圖所示。若閉合回路abcd和ABCD所在平面均與勻強磁場B垂直，面積分別為S1和S2，且S1＞S2，但磁場區(qū)域恰好只有ABCD那么大，則穿過S1和S2的磁通量是相同的,因此,Φ＝BS中的S應是指閉合回路中包含磁場的那部分有效面積.（2）磁通量與線圈的匝數(shù)無關，也就是磁通量大小不受線圈匝數(shù)的影響，同理，磁通量的變化量ΔΦ＝Φ2－Φ1也不受線圈匝數(shù)的影響。所以,直接用公式時，不必考慮線圈匝數(shù)n.[跟進訓練]2．面積為500cm2的線圈共50匝，其平面與大小為0.4T的勻強磁場成30°角,如圖所示，穿過該線圈平面的磁通量大小為________。若夾角θ從30°變成60°，則其磁通量的變化量為________。當線圈平面與磁感應強度B成0°夾角時，穿過線圈的磁通量為________,此情況下磁通密度大小是________。[解析］由題意可知面積在垂直于磁場方向上的投影為Ssinθ。所以穿過該線圈平面的磁通量大小為Φ＝BSsinθ＝0。4×500×10－4×0.5Wb＝1×10－2Wb。當夾角θ變成60°時,磁通量Φ′＝BSsinθ＝0.4×500×10－4×eq\f（\r(3），2）Wb＝1。73×10－2Wb。所以磁通量的變化量ΔΦ＝Φ′－Φ＝7.3×10－3Wb。當線圈平面與磁感應強度B成0°角時，S在垂直B方向上的投影為0，所以磁通量為0。無論線圈如何變化，磁場的強弱不變，所以磁通密度即單位面積上穿過的磁感線的條數(shù)不變，磁感應強度不變，為0。4T。[答案］1×10－2Wb7。3×10－3Wb00.4T課堂小結知識脈絡2個概念－－磁感應強度、磁通量1種特殊場－－勻強磁場1種現(xiàn)象－－磁場的疊加2種應用－－記錄與磁、交通與磁1．（多選)與磁場中某點的磁感應強度的方向相同的是（)A．該點的磁場方向B．通過該點的磁感線的切線方向C．放在該點的小磁針靜止時N極所指的方向D．放在該點的小磁針靜止時S極所指的方向ABC[磁場的方向就是磁感應強度的方向，A對；在磁感線上，任意一點的切線方向跟該點的磁感應強度方向相同，B對；物理學中規(guī)定，磁感應強度的方向與放在該點的小磁針靜止時N極所指的方向相同，故C對，D錯。]2．如圖所示,一矩形線框,從abcd位置移動到a′b′c′d′位置的過程中，關于穿過線框的磁通量的變化情況，下列說法正確的是（線框平行于紙面移動)(）A．一直增加B．一直減少C．先增加后減少D．先增加，再減少直到零，然后再增加,最后減少D［bc邊移到導線位置之前磁通量垂直紙面向外增加，之后磁通量減少到0，這時導線位于線框中間位置，再向右移時磁通量垂直紙面向里又增加，直到ad邊與導線重合,再往右移磁通量又減少。]3．如圖所示為四根相互平行的通電長直導線a、b、c、d,其中電流均為I，放在正方形的四個頂點上且直導線與正方形所在平面垂直。每根通電直導線單獨存在時，正方形中心O點的磁感應強度大小都是B，則四根通電導線同時存在時，O點的磁感應強度的大小和方向為(）A．2eq\r（2)B，方向向左 B．2B，方向向下C．2eq\r（2）B，方向向右 D．2B,方向向下A[根據安培定則知，四根通電直導線在O點產生的磁場的磁感應強度方向如圖所示,根據矢量合成的平行四邊形定則得，O點的磁感應強度的大小為eq\f(