《2017-2018學(xué)年高中物理 第三章 磁場 3 磁感應(yīng)強度 磁通量學(xué)案 教科版選修3-1》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2017-2018學(xué)年高中物理 第三章 磁場 3 磁感應(yīng)強度 磁通量學(xué)案 教科版選修3-1（13頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 3.磁感應(yīng)強度　磁通量 學(xué) 習(xí) 目 標 知 識 脈 絡(luò) 1.知道磁感應(yīng)強度的概念及物理意義．(重點) 2．理解磁感應(yīng)強度的方向、大小、定義式和單位．(重點) 3．進一步體會如何通過比值定義法定義物理量． 4．知道磁通量，通過計算磁通量的大小進一步理解定量描述磁場的方法．(難點) 　　　磁 感 應(yīng) 強 度 1．磁感應(yīng)強度 (1)物理意義：用來描述磁場強弱和方向的物理量，用符號B表示． (2)定義：垂直于磁場方向放置的通電導(dǎo)線受到的安培力F與導(dǎo)線長度L、電流I乘積的比值，叫做通電導(dǎo)線所在處的磁感應(yīng)強度． (3)公式：B＝. (4)單位：特斯拉，簡稱特

2、，符號T. (5)方向：B是一個矢量，其方向即為該處的磁場方向． 2．勻強磁場 (1)定義：在磁場的某個區(qū)域內(nèi)，如果各點的磁感應(yīng)強度大小和方向都相同，這個區(qū)域的磁場叫做勻強磁場． (2)磁感線特點：相互平行且等間距的直線． 1．電流元在磁場中受到的作用力越大，磁感應(yīng)強度越大．(×) 2．磁感應(yīng)強度由磁場本身的性質(zhì)決定，與放不放電流元無關(guān)．(√) 3．電流越大，電流在磁場中受到的作用力一定越大．(×) “一個電流元垂直放入磁場中的某點，磁感應(yīng)強度與電流元受到的磁場力成正比，與電流元成反比．”這種說法是否正確？為什么？ 【提示】　這種說法不正確．磁感應(yīng)強度的大小是由磁場本

3、身決定的，不隨電流元大小及電流元所受磁場力的大小的變化而變化． 巨大的電磁鐵能吸引上噸的鋼材，小磁鐵只能吸引幾枚鐵釘(如圖3-3-1所示) 圖3-3-1 探討1：如何認識和描述磁場的強弱？ 【提示】　用磁感應(yīng)強度來描述磁場的強弱． 探討2：如何確定某點磁場的方向？ 【提示】　引入小磁針，小磁針靜止時N極的指向即該點磁場的方向． 1．磁場在某位置的磁感應(yīng)強度的大小與方向是客觀存在的，與放入導(dǎo)線的電流大小、導(dǎo)線的長短無關(guān)，與導(dǎo)線是否受磁場力以及磁場力的大小也無關(guān)．即使不放入載流導(dǎo)線，磁感應(yīng)強度也照樣存在，因此不能說B與F成正比或B與IL成反比． 2．在定義式B＝中，

4、通電導(dǎo)線必須垂直于磁場方向放置．因為在磁場中某點通電導(dǎo)線受力的大小，除和磁場強弱、電流I和導(dǎo)線長度L有關(guān)以外，還和導(dǎo)線的方向有關(guān)．導(dǎo)線放入磁場中的方向不同，所受磁場力也不相同．通電導(dǎo)線受力為零的地方，磁感應(yīng)強度B的大小不一定為零，這可能是由電流方向與B的方向在一條直線上造成的． 3．磁感應(yīng)強度B是一個矢量，它的方向是磁場中小磁針靜止時N極所指的方向，或者說是N極所受磁場力的方向．通電導(dǎo)線受力的方向不是磁感應(yīng)強度的方向，磁感應(yīng)強度的合成與分解必須遵循平行四邊形定則． 4．磁感應(yīng)強度的定義式也適用于非勻強磁場，這時L應(yīng)很短很短，IL稱為“電流元”，相當于靜電場中的“試探電荷”． 　(多選

5、)如圖3-3-2所示，平行于紙面水平向右的勻強磁場，磁感應(yīng)強度B1＝1 T．位于紙面內(nèi)的細直導(dǎo)線長L＝1 m，通有I＝1 A的恒定電流，該區(qū)域同時存在的另一勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B2.當導(dǎo)線與B1成60°夾角時，發(fā)現(xiàn)其受到的安培力為零．則B2大小可能為(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：96322063】 圖3-3-2 A. T　　　　　　　　 B. T C．1 T D. T 【解析】　由于通電導(dǎo)線在磁場中受到的安培力為零，則可知B1與B2的合磁場方向沿著導(dǎo)線，如圖所示． 根據(jù)平行四邊形定則知，當B2與導(dǎo)線垂直時B2有最小值，其值B2＝B1sin 60°＝ T．當B2與導(dǎo)線不垂直且滿足B

6、沿著導(dǎo)線，則B2＞ T，故選項B、C、D正確，A錯誤． 【答案】　BCD 　關(guān)于磁感應(yīng)強度，下列說法中正確的是(　　) A．若長為L、電流為I的導(dǎo)線在某處受到的磁場力為F，則該處的磁感應(yīng)強度必為 B．由B＝知，B與F成正比，與IL成反比 C．由B＝知，一小段通電導(dǎo)線在某處不受磁場力，說明該處一定無磁場 D．磁感應(yīng)強度的方向就是小磁針北極所受磁場力的方向 【解析】　磁場中某點的磁感應(yīng)強度B是客觀存在的，與是否放置通電導(dǎo)線無關(guān)，故選項B錯．定義式B＝中要求一小段通電導(dǎo)線應(yīng)垂直于磁場放置才行，如果平行于磁場放置，則力F為零，故選項A、C均錯．正確答案為D. 【答案】　D 　(多選)

7、一電流元放在同一勻強磁場中的四個位置，如圖所示，已知電流元的電流I、長度L和受力F，則可以用表示磁感應(yīng)強度B的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：96322064】 【解析】　當通電導(dǎo)線垂直于磁場方向時，可用表示磁感應(yīng)強度B.B、D中電流的方向不與磁場方向垂直，不可用表示磁感應(yīng)強度． 【答案】　AC 比值定義的三個條件 比值定義是高中物理經(jīng)常用到的一種定義方法，該方法適用于物質(zhì)屬性、物體運動特征等的定義．應(yīng)用比值法定義物理量，往往需要三個條件： (1)不能直接測量但有現(xiàn)象體現(xiàn)其存在． (2)間接反映特征屬性的兩個或多個物理量可測． (3)多個物理量的比值必須是一個定值．

8、 磁 通 量　利 用 安 培 力 測 磁 感 應(yīng) 強 度 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)叫做穿過這個面積的磁通量． (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,1 Wb＝1 T·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(yīng)強度又稱磁通密度，B＝，其中S為垂直于磁場方向的面積，表示磁感應(yīng)強度等于穿過垂直磁感線的單位面積的磁感線條數(shù)． 3．利用安培力測定磁感應(yīng)強度 利用通電導(dǎo)線在磁場中受到的安培力與磁感應(yīng)強

9、度的關(guān)系就可以測定磁感應(yīng)強度的大?。? 如圖3-3-3甲所示的天平可用來測定磁感應(yīng)強度． (1)當MN通以如圖乙所示電流時，安培力的方向向上，大小為BIL. (2)要維持天平的平衡，兩邊砝碼的重量與安培力的關(guān)系為m2g－BIL＝m1g，由此得磁感應(yīng)強度為. 　　　 甲　　　　　　　　乙 圖3-3-3 1．磁感應(yīng)強度等于穿過單位面積的磁通量．(×) 2．磁通量不僅有大小而且有方向，所以是矢量．(×) 3．將一平面置于勻強磁場中的任何位置，穿過該平面的磁通量總相等．(×) 有時磁感線由平面一側(cè)穿入，有時磁感線由平面另一側(cè)穿入．如何區(qū)別從不同方向穿入的磁通量呢？ 【提示】

10、　可用磁通量的正、負表示．若規(guī)定磁感線由某一方向穿入時磁通量為正，則由另一方向穿入時磁通量為負．反之亦然．磁通量雖然有正負，但磁通量是標量． 如圖3-3-4所示，勻強磁場B豎直向下，平面a′b′cd水平，面積為S，平面abcd向水平方向的投影面積為S，平面a′b′ba豎直． 圖3-3-4 (1)通過平面a′b′cd的磁通量為多少？ (2)通過平面abcd的磁通量為多少？ (3)通過平面a′b′ba的磁通量為多少？ 【提示】　(1)BS　(2)BS　(3)0 1．磁通量的計算 (1)公式：Φ＝BS. 適用條件：①勻強磁場；②磁感線與平面垂直． (2)在勻強磁場

11、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． 2．磁通量的正負 (1)磁通量是標量，但有正、負，當磁感線從某一面上穿入時，磁通量為正值，磁感線從此面穿出時即為負值． (2)若同時有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ΔΦ＝Φ1－Φ2. 3．磁通量的變化量 (1)當B不變，有效面積S變化時，ΔΦ＝B·ΔS. (2)當B變化，有效面積S不變時，ΔΦ＝ΔB·S. (3)B和S同時變化，則ΔΦ＝Φ2－Φ1.但此時ΔΦ≠ΔB·ΔS. 　(多選)如圖3-3-5所示，矩形線圈abcd繞OO′軸在

12、勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，下列說法中正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：96322065】 圖3-3-5 A．線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過90°的過程中，穿過線圈的磁通量不斷減小 B．線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過90°的過程中，穿過線圈的磁通量的變化量為零 C．線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過180°的過程中，穿過線圈的磁通量的變化量為零 D．線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過360°的過程中，穿過線圈的磁通量的變化量為零 【解析】　由磁通量變化公式ΔΦ＝Φ2－Φ1計算，因此只要能正確地表示出始、末位置的磁通量，就能準確寫出磁通量的變化量，開始時，Φ1＝BS，轉(zhuǎn)到90°時，Φ2＝0，A對，B錯；線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過180°時，Φ2＝－BS，Δ

13、Φ＝－2BS，C錯；線圈轉(zhuǎn)過360°時，Φ2＝BS，故ΔΦ＝0，D對． 【答案】　AD 　關(guān)于磁通量，下列說法中正確的是(　　) A．穿過某一面積的磁通量為零，該處磁感應(yīng)強度為零 B．磁場中磁感應(yīng)強度大的地方，磁通量一定很大 C．穿過某面垂直于磁場方向投影面的磁感線條數(shù)越多，磁通量越大 D．在磁場中所取平面的面積越大，磁通量越大 【解析】　在磁感應(yīng)強度大的地方，若某平面與磁場平行，即使是增大平面的面積，穿過該平面的磁通量一直為零，A、B、D錯誤．由磁通量Φ＝B·S知，穿過某面垂直于磁場方向投影面的磁感線條數(shù)越多，磁通量越大，C正確． 【答案】　C 　如圖3-3-6所示，半徑為

14、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)有勻強磁場，磁場方向垂直線圈平面．若磁感應(yīng)強度為B，則穿過線圈的磁通量為(　　) 圖3-3-6 A．πBR2 B．πBr2 C．nπBR2 D．nπBr2 【解析】　由于線圈平面與磁感線垂直并且是勻強磁場，所以穿過線圈的磁通量為Φ＝BS＝Bπr2，線圈的面積應(yīng)取有效面積，選項B正確． 【答案】　B 磁通量的三點提醒 (1)磁通量有正負，但磁通量不是矢量而是標量． (2)當有方向相反的磁場(磁感應(yīng)強度分別為B和B′)穿過同一個平面時，磁通量的大小等于磁感線相抵消之后剩余的磁感線的條數(shù)，即凈條數(shù)． (3)線圈內(nèi)磁通

15、量的大小與線圈匝數(shù)無關(guān)． 學(xué)業(yè)分層測評(十七) (建議用時：45分鐘) 1．(多選)如圖3-3-7所示，通電直導(dǎo)線在蹄形磁鐵兩極間，受到力F的作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)，以下說法正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：96322159】 圖3-3-7 A．這個力F是通過磁場產(chǎn)生的 B．這個力F沒有反作用力 C．這個力F的反作用力作用在通電導(dǎo)線上 D．這個力F的反作用力作用在蹄形磁鐵上 【解析】　磁場力是磁場本身性質(zhì)的體現(xiàn)，磁場是一種物質(zhì)，磁體間或磁體與通電導(dǎo)線間的作用都是通過磁場完成的，但是磁場看不見摸不著并不意味著只有受力物體沒有施力物體，沒有反作用力．這時我們需找出產(chǎn)生磁場的物體，

16、它才是施力物體，力F的反作用力作用在施力物體上． 【答案】　AD 2．下列關(guān)于磁感應(yīng)強度的方向和電場強度的方向的說法中，錯誤的是(　　) A．電場強度的方向與電荷所受電場力的方向相同 B．電場強度的方向與正電荷所受的電場力的方向相同 C．磁感應(yīng)強度的方向與小磁針N極所受磁場力的方向相同 D．磁感應(yīng)強度的方向與小磁針靜止時N極所指的方向相同 【解析】　電場強度的方向就是正電荷所受的電場力的方向，A錯誤，B正確．磁場中某點磁感應(yīng)強度的方向，就是放在該點的小磁針N極受力的方向，C正確，也就是小磁針靜止時N極所指的方向，D正確． 【答案】　A 3．長10 cm的通電直導(dǎo)線，通以1 A

17、的電流，在磁場強弱、方向都一樣的空間(勻強磁場)中某處受到的磁場力為0.4 N，則該磁場的磁感應(yīng)強度為(　　) A．一定等于4 T B．大于或等于4 T C．小于或等于4 T D．上述說法都錯誤 【解析】　題目中沒有給出導(dǎo)線如何放置，若導(dǎo)線與磁場垂直，則由磁感應(yīng)強度定義式得出B＝＝ T＝4 T．若導(dǎo)線放置時不與磁場垂直，此時受磁場力為0.4 N，若把此導(dǎo)線放置與磁場垂直，則受到的磁場力將大于0.4 N，根據(jù)磁感應(yīng)強度定義式B＝可知此處磁感應(yīng)強度將大于4 T．所以答案應(yīng)為B. 【答案】　B 4．如圖3-3-8所示，通電直導(dǎo)線右邊有一個矩形線框，線框平面與直導(dǎo)線共面，若使線框逐漸遠離(平

18、動)通電導(dǎo)線，則穿過線框的磁通量將(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：96322160】 圖3-3-8 A．逐漸增大 B．逐漸減小 C．保持不變 D．不能確定 【解析】　線框遠離導(dǎo)線時，穿過線框的磁感應(yīng)強度減小，線框的面積不變，所以穿過線框的磁通量減小． 【答案】　B 5．在實驗精度要求不高的情況下，可利用羅盤來測量電流產(chǎn)生磁場的磁感應(yīng)強度，具體做法是：在一根南北方向放置的直導(dǎo)線的正下方10 cm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；當給導(dǎo)線通入電流時，發(fā)現(xiàn)羅盤的指針偏轉(zhuǎn)一定角度，根據(jù)偏轉(zhuǎn)角度即可測定電流磁場的磁感應(yīng)強度．現(xiàn)已測出此地的地磁場水平分量為5.0×10

19、－5 T，通電后羅盤指針停在北偏東60°的位置，如圖3-3-9所示．由此測出該通電直導(dǎo)線在其正下方10 cm處產(chǎn)生磁場的磁感應(yīng)強度大小為(　　) 圖3-3-9 A．5.0×10－5 T B．1.0×10－4 T C．8.66×10－5 T D．7.07×10－5 T 【解析】　如圖所示為磁場的分布圖，B1為地磁場，B2為電流產(chǎn)生的磁場，則該位置磁感應(yīng)強度B2的大小為B2＝B1tan 60°＝8.66×10－5 T. 【答案】　C 6．如圖3-3-10所示，OO′為條形磁鐵的軸線，a、b、c為軸線上的點，則這三點的磁感應(yīng)強度的大小關(guān)系為(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：96322161】

20、 圖3-3-10 A．Ba＝Bb＝Bc　　　　　 B．Ba＞Bb＞Bc C．Ba＞Bb＜Bc D．Ba＜Bb＜Bc 【解析】　越靠近條形磁鐵磁感線越密，磁感應(yīng)強度越大，選項B正確． 【答案】　B 7．(多選)如圖3-3-11所示，一根通電直導(dǎo)線垂直放在磁感應(yīng)強度為1 T的勻強磁場中，以導(dǎo)線為中心，R為半徑的圓周上有a、b、c、d四個點，已知c點的實際磁感應(yīng)強度為0，則下列說法中正確的是(　　) 圖3-3-11 A．直導(dǎo)線中電流方向垂直紙面向里 B．a(chǎn)點的磁感應(yīng)強度為2 T，方向向右 C．b點的磁感應(yīng)強度為 T，方向斜向下，與B成45°角 D．d點的磁感應(yīng)強度為0

21、【解析】　由c點磁感應(yīng)強度為0可得電流產(chǎn)生的B′＝B＝1 T，方向水平向左，再運用安培定則判斷電流在a、b、d各點的磁場方向分別為向右、向下、向上，且大小均為1 T，故對于a點，Ba＝2 T；對于b點，Bb＝＝ T，方向斜向下，與B的方向成45°角；對于d點，同理可得Bd＝ T，方向斜向上，與B的方向成45°角． 【答案】　BC 8．如圖3-3-12所示線圈平面與水平方向成θ角，磁感線豎直向下，設(shè)磁感應(yīng)強度為B，線圈面積為S，則穿過線圈的磁通量Φ等于多少？ 圖3-3-12 【解析】　方法一：把B分解為平行于線圈平面的分量B∥和垂直于線圈平面的分量B⊥，顯然B∥不穿過線圈，且B⊥

22、＝Bcos θ，故Φ＝B⊥S＝BScos θ. 方法二：先求出線圈在垂直于磁場方向的投影Sn，再求出磁通量．則Sn＝Scos θ，所以Φ＝BSn＝BScos θ. 【答案】　BScos θ 9．如圖3-3-13所示的天平可用來測量磁場的磁感應(yīng)強度，天平的右臂下面掛一個矩形線圈，寬為L，共N匝，線圈的下部懸在勻強磁場中，磁場方向垂直于紙面．當線圈中通有電流I(方向如圖所示)時，在天平兩邊加上質(zhì)量分別為m1、m2的砝碼時，天平平衡；當電流反向(大小不變)時，右邊再加上質(zhì)量為m的砝碼后，天平又重新平衡．由此可知(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：96322162】 圖3-3-13 A．磁感應(yīng)強度方

23、向垂直紙面向里，大小為 B．磁感應(yīng)強度方向垂直紙面向里，大小為 C．磁感應(yīng)強度方向垂直紙面向外，大小為 D．磁感應(yīng)強度方向垂直紙面向外，大小為 【解析】　由題目所給條件，先判斷出磁場的方向再根據(jù)天平的工作原理列出對應(yīng)關(guān)系式，因為電流反向時，右邊再加砝碼才能重新平衡，所以此時安培力豎直向上，由左手定則判斷磁場向里．電流反向前，有m1g＝m2g＋m3g＋NBIL，其中m3為線圈質(zhì)量．電流反向后，有m1g＝m2g＋m3g＋mg－NBIL，兩式聯(lián)立可得B＝，B正確． 【答案】　B 10．兩個完全相同的通電圓環(huán)A、B圓心O重合、圓面相互垂直地放置，通電電流相同，電流方向如圖3-3-14所示，

24、設(shè)每個圓環(huán)在其圓心O處獨立產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度都為B0，則O處的磁感應(yīng)強度大小和方向分別為(　　) 圖3-3-14 A．0 B．2B0　向外斜上方 C.B0　向里斜下方 D．B0　向里斜上方 【解析】　由安培定則可知，圖中A環(huán)在圓心O處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度的方向是垂直紙面向里，B環(huán)在圓心O處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度的方向是豎直向下．根據(jù)平行四邊形定則可知，圓心O處磁感應(yīng)強度大小為＝B0，方向為向里斜下方，故選C. 【答案】　C 11．如圖3-3-15所示，一半圓形球面，大圓面垂直勻強磁場放置，此時穿過它的磁通量為Φ1，現(xiàn)使它繞著過大圓平面圓心，并垂直于勻強磁場的軸轉(zhuǎn)動90°后，磁通量為Φ2

25、.下面的正確選項是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：96322163】 圖3-3-15 A．Φ1＝0 B．Φ2＝0 C．Φ1＝2Φ2 D．Φ1＝Φ2 【解析】　轉(zhuǎn)動前磁通量等于穿過大圓的磁通量，不為零，轉(zhuǎn)動90°后，磁感線從球面穿進，又從另外球面穿出，通過這個半球面的磁通量Φ2＝0.因此選項A、C、D均錯，B正確． 【答案】　B 12．在磁感應(yīng)強度處處相等的磁場中放一與磁場方向垂直的通電直導(dǎo)線，通入的電流是2.5 A，導(dǎo)線長10 cm，它受到的磁場力為5×10－2 N．問： (1)這個磁場的磁感應(yīng)強度是多大？ (2)如果把通電導(dǎo)線中的電流增大到5 A時，該磁場的磁感應(yīng)強度是多大？ 【導(dǎo)學(xué)號：96322164】 【解析】　(1)由磁感應(yīng)強度的定義式得： B＝＝ T＝0.2 T. (2)磁感應(yīng)強度B是由磁場和空間位置(點)決定的，和導(dǎo)線的長度L、電流I的大小無關(guān)，所以該點的磁感應(yīng)強度是0.2 T. 【答案】　(1)0.2 T　(2)0.2 T 13