新教材2024年高中物理第13章電磁感應(yīng)與電磁波初步2.磁感應(yīng)強(qiáng)度磁通量學(xué)案新人教版必修第三冊(cè)

2．磁感應(yīng)強(qiáng)度磁通量目標(biāo)體系構(gòu)建明確目標(biāo)·梳理脈絡(luò)【課程標(biāo)準(zhǔn)】1．知道磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義及物理意義。2．理解磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向、大小、定義式和單位。3．知道勻強(qiáng)磁場(chǎng)的概念及特點(diǎn)。4．知道磁通量的概念，會(huì)計(jì)算磁通量的大小?！舅仞B(yǎng)目標(biāo)】物理觀念1．理解磁感應(yīng)強(qiáng)度B的定義式和物理意義。2．知道磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位，知道用磁感線的疏密程度可以形象地描述磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。3．理解磁通量的概念?？茖W(xué)思維通過(guò)磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義，駕馭用比值定義物理量的方法。課前預(yù)習(xí)反饋教材梳理·落實(shí)新知學(xué)問(wèn)點(diǎn)1磁感應(yīng)強(qiáng)度1．電流元：在物理學(xué)中，把很短一段通電導(dǎo)線中的電流I與導(dǎo)線長(zhǎng)度l的__乘積__叫做電流元。2．限制變量法探究影響通電導(dǎo)線受力的因素如圖所示，三塊相同的蹄形磁鐵，并列放在桌上，直導(dǎo)線所在處的磁場(chǎng)認(rèn)為是勻稱的。(1)保持磁場(chǎng)中導(dǎo)線長(zhǎng)度不變，變更__電流大小__，視察直導(dǎo)線__搖擺角度__大小來(lái)比較磁場(chǎng)力大小。(2)保持電流大小不變，變更磁場(chǎng)中__導(dǎo)線長(zhǎng)度__，通過(guò)視察直導(dǎo)線__搖擺角度__大小比較磁場(chǎng)力大小。(3)試驗(yàn)結(jié)論：通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，它受力的大小既與導(dǎo)線的長(zhǎng)度l成__正比__，又與導(dǎo)線中的電流I成__正比__。3．磁感應(yīng)強(qiáng)度表征磁場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量。大小等于在磁場(chǎng)中__垂直__于磁場(chǎng)方向放置的通電導(dǎo)線，所受的磁場(chǎng)力F跟電流I和導(dǎo)線長(zhǎng)度l的__乘積__Il的比值。4．定義式：B＝__eq\f(F,Il)__。5．單位在國(guó)際單位制中，磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是__特斯拉__，簡(jiǎn)稱特，國(guó)際符號(hào)是T,1T＝__eq\f(N,A·m)__。學(xué)問(wèn)點(diǎn)2勻強(qiáng)磁場(chǎng)1．定義磁感應(yīng)強(qiáng)度的__大小__、__方向__到處相同的磁場(chǎng)。2．磁感線特點(diǎn)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感線是一些__間隔相同的平行__直線。學(xué)問(wèn)點(diǎn)3磁通量1．定義勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B和與磁場(chǎng)方向__垂直__的平面面積S的乘積，即Φ＝__BS__。2．拓展：磁場(chǎng)與平面不垂直時(shí)，這個(gè)面在垂直于磁場(chǎng)方向的__投影面積S′__與磁感應(yīng)強(qiáng)度的乘積表示磁通量。3．單位：國(guó)際單位制中，磁通量的單位是__韋伯__，簡(jiǎn)稱韋，符合是Wb,1Wb＝__1T·m2__。4．引申：在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中B＝eq\f(Φ,S)，表示磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小等于穿過(guò)垂直磁場(chǎng)方向的__單位面積__的磁通量。思索辨析『判一判』(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度方向即小磁針靜止時(shí)S極所指方向。(×)(2)雖然公式B＝eq\f(F,IL)是依據(jù)導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中受力推導(dǎo)出來(lái)的，但卻適用于任何磁場(chǎng)。(√)(3)從B＝eq\f(F,IL)可以看出，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度與導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受的磁場(chǎng)力F成正比，與IL成反比。(×)(4)某平面與磁場(chǎng)平行時(shí)，通過(guò)它的磁通量為零。(√)(5)磁通量是矢量，其正、負(fù)表示磁通量的方向。(×)『選一選』(2024·甘肅涼州區(qū)第三中學(xué)高二期中)有一段直導(dǎo)線長(zhǎng)1cm，并通以5A的電流，把它垂直放于磁場(chǎng)中的某點(diǎn)時(shí)，受到的磁場(chǎng)力為0.1N，則該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的值為(B)A．1T B．2TC．2.5T D．5T解析：長(zhǎng)直導(dǎo)線垂直放于磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B＝eq\f(F,IL)＝eq\f(0.1,5×0.01)T＝2T，故選B?！合胍幌搿浑妶?chǎng)強(qiáng)度是利用電荷在電場(chǎng)中會(huì)受到電場(chǎng)力的作用這一特性定義的。小磁體放在磁場(chǎng)中，它的兩極也會(huì)受到磁場(chǎng)的力的作用，為什么沒(méi)有利用磁極受力這一特性來(lái)定義磁感應(yīng)強(qiáng)度呢？解析：因?yàn)樾〈朋w在磁場(chǎng)中N極和S極都受到磁場(chǎng)力的作用，最終小磁體所受合力為0而達(dá)到平衡，由于無(wú)法單獨(dú)測(cè)量N極或S極的受力，所以不能從磁極受力這一特性來(lái)定義磁感應(yīng)強(qiáng)度。課內(nèi)互動(dòng)探究細(xì)研深究·破疑解難探究對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度的理解┃┃情境導(dǎo)入__■巨大的電磁鐵能吸起成噸的鋼鐵，試驗(yàn)室中的小磁鐵只能吸起幾枚鐵釘(如圖所示)。磁體磁性的強(qiáng)弱，表現(xiàn)為它所產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)磁性物質(zhì)和電流的作用力的強(qiáng)弱，也就是說(shuō)磁場(chǎng)也有強(qiáng)弱之分。那么我們?cè)鯓酉嘧R(shí)和描述磁場(chǎng)的強(qiáng)弱呢？提示：用磁感應(yīng)強(qiáng)度來(lái)描述磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。┃┃要點(diǎn)提煉__■1．定義式B＝eq\f(F,IL)的理解(1)適用條件：通電導(dǎo)線垂直磁場(chǎng)放置。(2)定義式B＝eq\f(F,IL)適用于任何磁場(chǎng)，在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中IL為電流元，相當(dāng)于電場(chǎng)中的“摸索電荷”。2．磁感應(yīng)強(qiáng)度的確定因素磁感應(yīng)強(qiáng)度反映磁場(chǎng)本身的特性，其值確定于磁場(chǎng)。其值與放入的檢驗(yàn)電流、導(dǎo)線長(zhǎng)度、擺放方向、檢驗(yàn)電流是否受到磁場(chǎng)力及檢驗(yàn)電流是否存在等均無(wú)關(guān)系。3．磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向①小磁針靜止時(shí)N極指向——磁感應(yīng)強(qiáng)度方向。②無(wú)論小磁針是否處于靜止?fàn)顟B(tài)，其N極受力方向是確定的——即磁感應(yīng)強(qiáng)度方向。┃┃典例剖析__■典例1(2024·遼寧阜新其次高級(jí)中學(xué)高二上月考)關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度，下列說(shuō)法正確的是(D)A．磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是置于該點(diǎn)的小磁針南極受力的方向B．磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是置于該點(diǎn)的電流元所受的磁場(chǎng)力的方向C．某電流元受磁場(chǎng)力為F，則磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B＝eq\f(F,Il)D．某電流元放在磁場(chǎng)中不受磁場(chǎng)力，該處磁感應(yīng)強(qiáng)度不肯定為零思路引導(dǎo)：解題時(shí)應(yīng)把握以下幾點(diǎn)：(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度B由磁場(chǎng)本身確定。(2)電流元垂直磁場(chǎng)放置時(shí)B＝eq\f(F,IL)。(3)小磁針N極受力方向即磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向。解析：磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向與置于該點(diǎn)的小磁針N極受力的方向相同，故A錯(cuò)誤；磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向與置于該點(diǎn)的電流元所受的磁場(chǎng)力的方向垂直，故B錯(cuò)誤；B與I垂直的時(shí)候可利用B＝eq\f(F,Il)求出磁感應(yīng)強(qiáng)度大小，若不垂直不能用此公式計(jì)算，故C錯(cuò)誤；某電流元不受磁場(chǎng)力，可能是電流元與磁場(chǎng)方向平行，不能說(shuō)明此處的磁感應(yīng)強(qiáng)度肯定為零，故D正確。┃┃對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練__■1．(多選)(2024·重慶市青木關(guān)中學(xué)校高二階段練習(xí))下列關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度的說(shuō)法正確的是(BD)A．一小段通電導(dǎo)體放在磁場(chǎng)A處，受到的磁場(chǎng)力比B處的大，說(shuō)明A處的磁感應(yīng)強(qiáng)度比B處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大B．一小段通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中某處不受磁場(chǎng)力作用，則該處磁感應(yīng)強(qiáng)度可能不為零C．由B＝eq\f(F,IL)可知，某處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與放入該處的通電導(dǎo)線所受磁場(chǎng)力F成正比，與導(dǎo)線的I、L成反比D．小磁針N極所受磁場(chǎng)力的方向就是該處磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向解析：磁場(chǎng)力的大小不僅與B、I、L的大小有關(guān)系，還與B與I的夾角有關(guān)系，故A錯(cuò)誤；當(dāng)電流與磁場(chǎng)方向平行時(shí)所受磁場(chǎng)力為零，但磁場(chǎng)不肯定為零，故C錯(cuò)誤；磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義式為B＝eq\f(F,IL)，該式是定義式，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不由F、I、L確定，磁感強(qiáng)度是磁場(chǎng)本身的性質(zhì)，與放不放電流元沒(méi)有關(guān)系，故B錯(cuò)誤；人們規(guī)定小磁針N極所受磁場(chǎng)力的方向就是該處磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，故D正確。探究對(duì)磁通量的理解┃┃情境導(dǎo)入__■如圖所示的磁場(chǎng)中與磁場(chǎng)垂直放置兩個(gè)面積相同的閉合線圈S1(左)、S2(右)，如何推斷穿過(guò)線圈S1、S2的磁通量大小呢？提示：依據(jù)Φ＝BS推斷，由圖可知B1＞B2，故Φ1＞Φ2。┃┃要點(diǎn)提煉__■1．磁通量的計(jì)算(1)公式：Φ＝BS。適用條件：①勻強(qiáng)磁場(chǎng)；②磁感線與平面垂直。(2)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中，若磁感線與平面不垂直，公式Φ＝BS中的S應(yīng)為平面在垂直于磁感線方向上的投影面積。假如磁場(chǎng)B不與我們探討的對(duì)象垂直，例如圖中的S，則有S⊥＝ScosθΦ＝BScosθ式中Scosθ即為面積S在垂直于磁感線方向上的投影，我們稱為“有效面積?！?．磁通量的正負(fù)磁通量不是矢量而是標(biāo)量，但有正、負(fù)之分，其正、負(fù)表示與規(guī)定的平面的正面相同還是相反。磁通量的意義可以用磁感線的條數(shù)形象地說(shuō)明，假如從正面穿過(guò)平面S的磁通量大小為Φ，從反面穿過(guò)平面S的磁通量大小為Φ′，那么Φ－Φ′的大小可以理解為：與相反方向穿過(guò)平面S的磁感線相抵消之后剩余的磁感線的條數(shù)。3．磁通量的變更量ΔΦ＝Φ2－Φ1由公式Φ＝BScosθ可知，變更磁通量的基本方法有三種：①變更磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大?。虎谧兏幵诖艌?chǎng)中閉合回路的面積S的大小；③變更B與S之間的夾角大小。特殊提示(1)穿過(guò)某一面積的磁通量是由穿過(guò)該面的磁感線條數(shù)的多少確定，與匝數(shù)無(wú)關(guān)。(2)當(dāng)平面轉(zhuǎn)過(guò)180°時(shí)，磁通量的變更量的大小ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝2BS，而不是ΔΦ＝0。┃┃典例剖析__■典例2如圖所示，線框面積為S，線框平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直，則穿過(guò)平面的磁通量的狀況是(ABC)A．如圖所示位置時(shí)磁通量等于BSB．若使線框繞OO′轉(zhuǎn)過(guò)60°角，則磁通量為eq\f(1,2)BSC．若使線框繞OO′轉(zhuǎn)過(guò)90°角，則磁通量為零D．若使線框繞OO′轉(zhuǎn)過(guò)180°角，則磁通量的變更量為0思路引導(dǎo)：(1)磁通量是標(biāo)量，但有正負(fù)，其正、負(fù)不代表方向，僅代表磁感線的穿入或穿出。(2)磁通量的變更量ΔΦ＝Φ2－Φ1，在詳細(xì)的計(jì)算中，肯定要留意Φ1及Φ2的正負(fù)問(wèn)題。解析：在題圖所示位置時(shí)，磁感線與線框平面垂直，有Φ＝BS，A正確；當(dāng)線框繞OO′軸轉(zhuǎn)過(guò)60°角時(shí)，可以將原圖改畫成俯視圖，如圖所示，磁通量Φ＝BS⊥＝BS·cos60°＝eq\f(1,2)BS，B正確；當(dāng)線框轉(zhuǎn)過(guò)90°角時(shí)，線框由與磁感線垂直變?yōu)榕c磁感線平行，Φ＝0，C正確；當(dāng)線框轉(zhuǎn)過(guò)180°角時(shí)，磁感線仍舊垂直穿過(guò)線框，只不過(guò)穿過(guò)的方向變更了，因而Φ1＝BS，Φ2＝－Φ1＝－BS，ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－2BS，D錯(cuò)誤。┃┃對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練__■2．(2024·貴州高二學(xué)業(yè)考試)如圖所示，線圈平面與條形磁鐵的軸線垂直，現(xiàn)保持條形磁鐵不動(dòng)，使線圈由A位置沿軸線移動(dòng)到B位置，在此過(guò)程中，穿過(guò)線圈的磁通量將(B)A．增大 B．減小C．不變 D．先增大，后減小解析：依題意，依據(jù)條形磁鐵空間磁場(chǎng)的分布特點(diǎn)可知，線圈由A位置沿軸線移動(dòng)到B位置，在此過(guò)程中，穿過(guò)線圈的磁感線條數(shù)削減，則磁通量將減小，故選B。核心素養(yǎng)提升以題說(shuō)法·啟智培優(yōu)地球的磁場(chǎng)1．地磁場(chǎng)：地球四周存在著的磁場(chǎng)，叫做地磁場(chǎng)。指南針靜止時(shí)能夠指南北，就是受到了地磁場(chǎng)的作用。2．磁偏角：地磁兩極與地球的地理兩極并不重合，如圖所示，因此磁針并非精確地指南或指北，其間有一個(gè)夾角，這就是地磁偏角，簡(jiǎn)稱磁偏角。3．地磁場(chǎng)的特點(diǎn)：地球的磁場(chǎng)與條形磁鐵的磁場(chǎng)相像，其主要特點(diǎn)有四個(gè)。(1)在地球兩極旁邊磁場(chǎng)最強(qiáng)，赤道處磁場(chǎng)最弱。(2)地磁場(chǎng)的N極在地理南極旁邊，S極在地理北極旁邊。(3)地磁場(chǎng)的方向在南半球斜向上，在北半球斜向下，與地球表面并不平行。(4)在赤道平面(地磁場(chǎng)的中性面)上，距離地球表面相等的各點(diǎn)，磁場(chǎng)的強(qiáng)弱程度相同，且方向水平。案例(2024·安徽滁州高二下月考)中國(guó)宋代科學(xué)家沈括在《夢(mèng)溪筆談》中最早記載了“方家(術(shù)士)以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東，不全南也”。地球四周地磁場(chǎng)的磁感線分布如圖所示，結(jié)合上述材料，下列說(shuō)法正確的是(B)A．在地磁場(chǎng)的作用下，小磁針靜止時(shí)指南的磁極叫北極，指北的磁極叫南極B．地理南、北極與地磁場(chǎng)的南、北極不重合C．形成地磁場(chǎng)的緣由可能是帶正電的地球自轉(zhuǎn)引起的D．由于地磁場(chǎng)的影響，在奧斯特發(fā)覺(jué)電流磁效應(yīng)的試驗(yàn)中，通電導(dǎo)線應(yīng)相對(duì)水平地面豎直放置解析：依據(jù)磁極間的相互作用可知，在地面上放置一個(gè)小磁針，靜止時(shí)小磁針的南極指向地磁場(chǎng)的北極，即指向地理南極，所以小磁針靜止時(shí)指南的磁極叫南極，指北的磁極叫北極，故A錯(cuò)誤；地理南、北極與地磁場(chǎng)的南、北極不重合，有肯定的夾角，為地磁偏角，故B正確；地磁場(chǎng)的N極在地理南極旁邊，由安培定則可知，形成地磁場(chǎng)的緣由可能是帶負(fù)電的地球自轉(zhuǎn)，故C錯(cuò)誤；由于地磁場(chǎng)的影響，在奧斯特發(fā)覺(jué)電流磁效應(yīng)的試驗(yàn)中，通電導(dǎo)線應(yīng)相對(duì)水平地面水平放置，且導(dǎo)線的方向沿南北方向，故D錯(cuò)誤。課堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)沙場(chǎng)點(diǎn)兵·名校真題1．(2024·河南省創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)盟高二下學(xué)期聯(lián)考)有一小段通電導(dǎo)線，長(zhǎng)0.1m，通過(guò)導(dǎo)線的電流為5A，把它放入磁場(chǎng)中某一位置，受到的磁場(chǎng)力是1N，則該處磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小可能為(D)A．0.8T B．1.2TC．1.8T D．2.2T解析：若導(dǎo)線與磁場(chǎng)垂直，則該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝eq\f(F,Il)＝eq\f(1,0.1×5)T＝2T，若導(dǎo)線不是與磁場(chǎng)垂直，則磁感應(yīng)強(qiáng)度B＞2T，故ABC三項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確。2．如圖所示，半徑為R的圓形線圈共有n匝，其中心位置處半徑為r的虛線范圍內(nèi)有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直線圈平面。若磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則穿過(guò)線圈的磁通量為(B)A．πBR2 B．πBr2C．nπBR2 D．nπBr2解析：磁通量與線圈匝數(shù)無(wú)關(guān)，且磁感線穿過(guò)的面積為S＝πr2，由Φ＝BS得Φ＝πBr2，故B項(xiàng)正確。3．(2024·安徽銅陵一中月考)如圖所示，三條長(zhǎng)直導(dǎo)線都通有垂直于紙面對(duì)外的電流，且I1＝I2＝I3，則距三導(dǎo)線等距的A點(diǎn)的磁場(chǎng)方向?yàn)?B)A．向上 B．向右C．向左 D．向下解析：由安培定則知電流I2和I3在A點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相反，距離又相等，所以I2，I3的合磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，I1在A