2024-2025學(xué)年新教材高中物理第十三章電磁感應(yīng)與電磁波初步第2節(jié)磁感應(yīng)強(qiáng)度磁通量學(xué)案新人教版必修3_第1頁
2024-2025學(xué)年新教材高中物理第十三章電磁感應(yīng)與電磁波初步第2節(jié)磁感應(yīng)強(qiáng)度磁通量學(xué)案新人教版必修3_第2頁
2024-2025學(xué)年新教材高中物理第十三章電磁感應(yīng)與電磁波初步第2節(jié)磁感應(yīng)強(qiáng)度磁通量學(xué)案新人教版必修3_第3頁
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PAGE7-磁感應(yīng)強(qiáng)度磁通量【學(xué)習(xí)目標(biāo)】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)磁場的概念及特點。4.知道磁通量的概念,會計算磁通量的大小?!舅季S脈絡(luò)】課前預(yù)習(xí)反饋教材梳理·落實新知學(xué)問點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)線所在處的磁場認(rèn)為是勻稱的。(1)保持磁場中導(dǎo)線長度不變,變更__電流大小__,視察直導(dǎo)線__搖擺角度__大小來比較磁場力大小。(2)保持電流大小不變,變更磁場中__導(dǎo)線長度__,通過視察直導(dǎo)線__搖擺角度__大小比較磁場力大小。(3)試驗結(jié)論:通電導(dǎo)線與磁場方向垂直時,它受力的大小既與導(dǎo)線的長度l成__正比__,又與導(dǎo)線中的電流I成__正比__。3.磁感應(yīng)強(qiáng)度表征磁場強(qiáng)弱的物理量。大小等于在磁場中__垂直__于磁場方向放置的通電導(dǎo)線,所受的磁場力F跟電流I和導(dǎo)線長度l的__乘積__Il的比值。4.定義式:B=eq\f(F,Il)。5.單位在國際單位制中,磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是__特斯拉__,簡稱特,國際符號是T,1T=eq\f(N,A·m)。學(xué)問點2勻強(qiáng)磁場1.定義磁感應(yīng)強(qiáng)度的__大小__、__方向__到處相同的磁場。2.磁感線特點勻強(qiáng)磁場的磁感線是一些__間隔相同的平行__直線。學(xué)問點3磁通量1.定義勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度B和與磁場方向__垂直__的平面面積S的乘積,即Φ=__BS__。2.拓展:磁場與平面不垂直時,這個面在垂直于磁場方向的__投影面積S′__與磁感應(yīng)強(qiáng)度的乘積表示磁通量。3.單位:國際單位制中,磁通量的單位是__韋伯__,簡稱韋,符合是Wb,1Wb=__1T·m2__。4.引申:在勻強(qiáng)磁場中B=eq\f(Φ,S),表示磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小等于穿過垂直磁場方向的__單位面積__的磁通量。預(yù)習(xí)自測『判一判』(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度方向即小磁針靜止時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)磁場中受力推導(dǎo)出來的,但卻適用于任何磁場。(√)(3)從B=eq\f(F,IL)可以看出,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度與導(dǎo)線在磁場中受的磁場力F成正比,與IL成反比。(×)(4)某平面與磁場平行時,通過它的磁通量為零。(√)(5)磁通量是矢量,其正、負(fù)表示磁通量的方向。(×)『選一選』(多選)將一小段通電直導(dǎo)線垂直磁場方向放入一勻強(qiáng)磁場中,下列圖像能正確反映各量間關(guān)系的是(BC)解析:磁感應(yīng)強(qiáng)度B與F、I、L無關(guān),是由磁場本身的性質(zhì)確定的,故B對,D錯;由F=BIL可知,在B確定時,F(xiàn)與IL成正比,故A錯,C對?!合胍幌搿浑妶鰪?qiáng)度是利用電荷在電場中會受到電場力的作用這一特性定義的。小磁體放在磁場中,它的兩極也會受到磁場的力的作用,為什么沒有利用磁極受力這一特性來定義磁感應(yīng)強(qiáng)度呢?解析:因為小磁體在磁場中N極和S極都受到磁場力的作用,最終小磁體所受合力為0而達(dá)到平衡,由于無法單獨測量N極或S極的受力,所以不能從磁極受力這一特性來定義磁感應(yīng)強(qiáng)度。課內(nèi)互動探究細(xì)研深究·破疑解難探究對磁感應(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)生的磁場對磁性物質(zhì)和電流的作用力的強(qiáng)弱,也就是說磁場也有強(qiáng)弱之分。那么我們怎樣相識和描述磁場的強(qiáng)弱呢?提示:用磁感應(yīng)強(qiáng)度來描述磁場的強(qiáng)弱。┃┃要點提煉__■1.定義式B=eq\f(F,IL)的理解(1)適用條件:通電導(dǎo)線垂直磁場放置。(2)定義式B=eq\f(F,IL)適用于任何磁場,在非勻強(qiáng)磁場中IL為電流元,相當(dāng)于電場中的“摸索電荷”。2.磁感應(yīng)強(qiáng)度的確定因素磁感應(yīng)強(qiáng)度反映磁場本身的特性,其值確定于磁場。其值與放入的檢驗電流的電流強(qiáng)度、導(dǎo)線長度、擺放方向、檢驗電流是否受到磁場力及檢驗電流是否存在等均無關(guān)系。3.磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向①小磁針靜止時N極指向——磁感應(yīng)強(qiáng)度方向。②無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(多選)關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念,以下說法中正確的是(ACD)A.電流元IL在磁場中受力為F,則磁感應(yīng)強(qiáng)度大于或等于eq\f(F,IL)B.磁場中某點磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向,與電流元在此點的受力方向相同C.磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小,與電流元IL在磁場中所受力F的大小無關(guān)D.在磁場中,小磁針N極的受力方向就是小磁針?biāo)幬恢玫拇鸥袘?yīng)強(qiáng)度方向思路引導(dǎo):解題時應(yīng)把握以下幾點:(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度B由磁場本身確定。(2)電流元垂直磁場放置時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:當(dāng)磁場與直導(dǎo)線不垂直時有F<BIL,垂直時有F=BIL,選項A對;電流元受到的磁場力與磁場方向垂直,選項B錯;磁感應(yīng)強(qiáng)度B由磁場本身確定,選項C對;小磁針N極的受力方向與小磁針?biāo)幬恢玫拇鸥袘?yīng)強(qiáng)度方向相同,選項D對。┃┃對點訓(xùn)練__■1.在勻強(qiáng)磁場中某處P放一個長度為L=20cm,通電電流I=0.5A的直導(dǎo)線,測得它受到的最大磁場力F=1.0N,其方向豎直向上,現(xiàn)將該通電導(dǎo)線從磁場撤走,則P處磁感應(yīng)強(qiáng)度為(D)A.零B.10T,方向豎直向上C.0.1T,方向豎直向下D.10T,方向確定不沿豎直向上的方向解析:B=eq\f(F,IL)=eq\f(1.0,0.2×0.5)T=10T,方向不沿力的方向。探究對磁通量的理解┃┃情境導(dǎo)入__■如圖所示的磁場中與磁場垂直放置兩個面積相同的閉合線圈S1(左)、S2(右),如何推斷穿過線圈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。┃┃要點提煉__■1.磁通量的計算(1)公式:Φ=BS。適用條件:①勻強(qiáng)磁場;②磁感線與平面垂直。(2)在勻強(qiáng)磁場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B不與我們探討的對象垂直,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)(1)磁通量是標(biāo)量,但有正負(fù),當(dāng)磁感線從某一面上穿入時,磁通量為正值,穿出時即為負(fù)值。(2)若磁感線沿相反方向穿過同一平面,且正向磁通量為Φ1,反向磁通量為Φ2,則穿過該平面的磁通量Φ=Φ1-Φ2。3.磁通量的變更量ΔΦ=Φ2-Φ1(1)當(dāng)B不變,有效面積S變更時,ΔΦ=B·ΔS。(2)當(dāng)B變更,S不變時,ΔΦ=ΔB·S。(3)B和S同時變更,則ΔΦ=Φ2-Φ1,但ΔΦ≠ΔB·ΔS。特殊提示(1)穿過某一面積的磁通量是由穿過該面的磁感線條數(shù)的多少確定,與匝數(shù)無關(guān)。(2)當(dāng)平面轉(zhuǎn)過180°時,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,通有恒定電流的導(dǎo)線MN與閉合金屬框共面,第一次將金屬框由Ⅰ平移到Ⅱ,其次次將金屬框繞cd邊翻轉(zhuǎn)到Ⅱ,設(shè)先后兩次通過金屬框的磁通量變更分別為ΔΦ1和ΔΦ2,則(C)A.ΔΦ1>ΔΦ2 B.ΔΦ1=ΔΦ2C.ΔΦ1<ΔΦ2 D.不能推斷思路引導(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)的計算中,確定要留意Φ1及Φ2的正負(fù)問題。解析:通電導(dǎo)線MN四周的磁場并非勻強(qiáng)磁場,靠近MN處的磁場強(qiáng)些,磁感線密一些,遠(yuǎn)離MN處的磁感線疏一些,當(dāng)線框在Ⅰ位置時,穿過平面的磁通量為ΦⅠ,當(dāng)線框平移到Ⅱ位置時,磁通量為ΦⅡ,則磁通量的變更量為ΔΦ1=|ΔΦⅡ-ΔΦⅠ|=ΦⅠ-ΦⅡ。當(dāng)線框翻轉(zhuǎn)到Ⅱ位置時,磁感線相當(dāng)于從“反面”穿過平面,則磁通量為-ΦⅡ,則磁通量的變更量是ΔΦ2=|-ΦⅡ-ΦⅠ|=ΦⅠ+ΦⅡ,所以ΔΦ1<ΔΦ2。┃┃對點訓(xùn)練__■2.(原創(chuàng)題)在70周年國慶盛典上第一次亮相的“轟-6N”為國產(chǎn)新型遠(yuǎn)程戰(zhàn)略轟炸機(jī),可進(jìn)行空中受油,能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程奔襲、大區(qū)域遠(yuǎn)航,防區(qū)外打擊,全面提升人民空軍戰(zhàn)略打擊實力。該機(jī)兩翼面積分別為16.5m2,設(shè)北京上空地磁場的豎直重量為0.42×10-4(1)穿過該機(jī)兩翼的磁通量為多少?(2)若該機(jī)花樣表演翻轉(zhuǎn)180°飛行,此過程中兩機(jī)翼磁通量變更量為多少?答案:(1)1.386×10-3Wb(2)2.772×10-3Wb解析:(1)據(jù)磁通量公式Φ=BS得Φ=0.42×10-4×2×16.5Wb=1.386×10-3Wb。(2)磁通量的變更量ΔΦ=2Φ=2.772×10-3Wb。核心素養(yǎng)提升以題說法·啟智培優(yōu)磁場的疊加(1)象電場一樣,磁場也聽從疊加原理。假如有幾個磁場同時存在,則它們的磁場相互疊加,這時某點的磁感應(yīng)強(qiáng)度就等于各個磁場在該點磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量和。(2)對磁場的疊加問題,應(yīng)先確定有幾個磁場,搞清晰每個磁場在該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向,然后用平行四邊形定則求矢量和,磁場的方向性比重力場、靜電場的方向性困難得多,要留意培育空間想象力。案例在試驗精度要求不高的狀況下,可利用羅盤來測量電流產(chǎn)生磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度。詳細(xì)做法是:在一根南北方向放置的直導(dǎo)線的正下方10cm處放一個羅盤。導(dǎo)線沒有通電時羅盤的指針(小磁針的N極)指向北方;當(dāng)給導(dǎo)線通入電流時,發(fā)覺羅盤的指針偏轉(zhuǎn)確定角度,依據(jù)偏轉(zhuǎn)角度即可測定電流磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度。現(xiàn)已測出此地的地磁場水平重量Be=5.0×10-5T,通電后羅盤指針停在北偏東60°的位置(如

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