教科版高中物理必修第三册第三章电磁场与电磁波初步2磁感应强度磁通量课件（52页PPT）

(共52张PPT)
第三章　电磁场与电磁波初步
2. 磁感应强度　磁通量
核心素养：1.理解磁感应强度的概念，会利用磁感应强度的定义式进行相关计算。2. 知道什么是匀强磁场以及匀强磁场的特点。3.学会根据平行四边形定则处理磁场叠加 的问题。4.理解磁通量的概念，会计算磁通量的大小。
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研习任务一　磁感应强度　匀强磁场
合作　讨论
实验室中的磁铁能吸引几只铁钉，而工地上的电磁铁却能吸引上吨重的物体 （如图所示）。可见不同磁体的磁性是不同的，那么如何定量描述不同磁体的 磁性强弱呢？
提示：类比电场强度定量描述电场的强弱，我们可以用一个类似的物理量描述磁 场的强弱。
教材　认知
1. 控制变量法探究影响通电导线受力的因素：
如图所示，三块相同的蹄形磁铁，并列放在桌上，直导线所在处的磁场认为是 均匀的。
（1）保持磁场中导线长度不变，改变 ，观察直导线 大小 来比较磁场力大小。
（2）保持电流大小不变，改变磁场中 ，通过观察直导线 大小来比较磁场力大小。
电流大小　
摆动角度　
导线长度　
摆动角度　
（3）实验结论：直导线与磁场 时，它受力大小既与导线的长度L成 ，
又与导线中的电流I成 。
垂直　
正比
正比　
强弱　
方向　
垂直　
特斯拉　
T　
N极　
磁场　
3. 匀强磁场
（1）定义：各点的磁感应强度大小 、方向 的磁场。
（2）磁感线特点：间隔 的 直线。
[思考]　磁场中某点的磁感应强度的大小与电流所受的磁场力成正比，与电流成反 比，对吗？为什么？
提示：不对，磁感应强度的大小由磁场本身决定，与电流无关。
相等　
相同　
相等　
平行　
核心　归纳
1. 磁感应强度的决定因素
磁场在某位置的磁感应强度的大小与方向是客观存在的，与通过导线的电流大小、导 线的长短无关，与导线是否受磁场力以及磁场力的大小也无关。即使不放入通电导 线，磁感应强度也照样存在，故不能说B与F成正比或B与Il成反比。
3. 磁感应强度B的方向
磁感应强度B是一个矢量，它的方向有以下3种表述方式：
（1）磁感应强度的方向就是该点的磁场方向。
（2）小磁针静止时N极所指的方向。
（3）小磁针N极受磁场力的方向。
研习　经典
C. 在定义B的同时，也就确定了B与F、IL单位间的关系
AC
正确理解比值定义法
　　（3）磁感应强度决定于磁场本身，与是否放置通电导线及放置通电导线的方向 均无关。
名师点评
[训练1]　在磁场中某一点放入一通电导线，导线与磁场垂直，导线长1 cm，电流为5 A，所受磁场力为5×10－2 N。求：
（1）这点的磁感应强度是多大？若电流增加为10 A，所受磁场力为多大？
答案：（1）1 T　0.1 N　
（2）若让导线与磁场平行，这点的磁感应强度多大？通电导线受到的磁场力多大？
答案：（2）1 T　0
解析：（2）磁感应强度B是磁场本身的性质，与F、I、l无关。若导线与磁场平行， 磁感应强度不变，即B＝1 T，而通电导线受到的磁场力为0。
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研习任务二　磁感应强度矢量的叠加
核心　归纳
1. 原理：由于磁感应强度是矢量，若某区域有多个磁场叠加，该区域中某点的磁感 应强度就等于各个磁场在该点的磁感应强度的矢量和，可根据平行四边形定则求解。
（1）确定磁场场源，如通电导线。
（2）定位空间中需求解磁场的点，利用安培定则判定各个场源在这一点上产生的磁 场的大小和方向。如图所示为M、N在c点产生的磁感应强度BM、BN。
（3）应用平行四边形定则进行合成，如图中的合磁感应强度B。
2. 磁场叠加问题的一般解题思路
研习　经典
C
A. 5.0×10－5 T B. 1.0×10－4 T
C. 8.66×10－5 T D. 7.07×10－5 T
分析磁场叠加问题的注意点
　　1. 磁感应强度是矢量，若空间存在几个磁场，则空间某点的磁感应强度为各个 磁场单独在该点的磁感应强度的矢量和。
　　2. 对于磁场的叠加，应先确定有几个磁场，搞清楚每个磁场在该处的磁感应强 度的大小和方向，再根据平行四边形定则求矢量和。
　　3. 磁场的方向性比重力场、静电场的方向性复杂得多，要注意培养空间想 象力。
名师点评
D. B0
B
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研习任务三　磁通量
合作　讨论
一面积为S的矩形导线框abcd水平放置于匀强磁场中，如图中位置Ⅰ，磁场方向竖 直向下，磁感应强度大小为B。请思考：
　　（1）图中位置Ⅰ，穿过线框abcd的磁通量是多少？
提示：（1）BS　
　　（2）图中以bc边为转轴将该线框转过60°至位置Ⅱ的过程中，穿过线框abcd的磁 通量变化量是多少？
教材　认知
1. 定义：匀强磁场中 和与 的平面面积S的乘积，即 Φ＝ 。
2. 拓展：磁场与研究的平面不垂直时，这个面在垂直于磁场方向的 与 磁感应强度B的乘积表示磁通量。
磁感应强度　
磁场方向垂直　
BS　
投影面积S'　
韦伯　
1
T·m2　
单位面积　
磁通密度　
[思考]　磁感应强度和磁感线都能描述磁场的强弱和方向，二者有什么区别？
提示：磁感应强度是定量描述磁场强弱和方向的物理量，比较精确；磁感线是形象描 述磁场强弱和方向的物理量，比较直观。
核心　归纳
1. 磁通量的计算
（1）公式：Φ＝BS。
适用条件：①匀强磁场；②磁场与平面垂直。
（2）若磁场与平面不垂直，Φ＝BScos θ。式中Scos θ为平面S在垂直于磁场方向上的 投影面积，也称为“有效面积”（如图所示）。
2. 磁通量的正、负
（1）磁通量是标量，但有正、负，当以磁感线从某一面上穿入时的磁通量为正值， 则磁感线从此面穿出时即为负值。
（2）若同时有磁感线沿相反方向穿过同一平面，且正向磁通量大小为Φ1，反向磁通 量大小为Φ2，则穿过该平面的合磁通量Φ＝Φ1－Φ2。
3. 磁通量的变化量
（1）当B不变、有效面积S变化时，ΔΦ＝B·ΔS。
（2）当B变化、S不变时，ΔΦ＝ΔB·S。
（3）B和S同时变化，则ΔΦ＝Φ2－Φ1，但此时ΔΦ≠ΔB·ΔS。
研习　经典
[典例3]　如图所示，线圈平面与水平方向夹角θ＝60°，磁感线竖直向下，线圈平面 面积S＝0.4 m2，匀强磁场磁感应强度B＝0.6 T，则：
（1）穿过线圈的磁通量Φ为多少？
[答案]　（1）0.12 Wb
（2）把线圈以cd为轴顺时针转过120°角，则通过线圈磁通量的变化量大小为多少？
[答案]　（2）0.36 Wb
[解析]　（2）线圈以cd为轴顺时针方向转过120°角后变为与磁场垂直，但由于此时 磁感线从线圈平面穿入的方向与原来相反，故此时通过线圈的磁通量
Φ2＝－BS＝－0.6×0.4 Wb＝－0.24 Wb，
故ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－0.24 Wb－0.12 Wb＝－0.36 Wb，故磁通量的变化量大小为0.36 Wb。
[训练3]　如图所示，半径为R的圆形线圈共有n匝，其中心位置处半径为r的虚线范围 内有匀强磁场，磁场方向垂直线圈平面。若磁感应强度为B，则穿过线圈的磁通量为 （　　）
A. πBR2 B. πBr2
C. nπBR2 D. nπBr2
解析：磁通量与线圈匝数无关，故C、D错误；磁感线穿过的面积为πr2，而非πR2，则 磁通量为πBr2，故B正确。
B
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课后提素养
1. 思维辨析
（1）与电场强度相似，磁感应强度是表示磁场的强弱和方向的物理量。
（3）如果将一通电导线放入磁场中，那么通电导线一定会受到磁场力。
√
√
×
×
×
基础　题组
A. 该点的磁场的方向
B. 该点小磁针静止时N极所指方向
C. 该点小磁针N极所受磁场力的方向
D. 该点小磁针S极所受磁场力的方向
解析：磁场方向为小磁针N极所受磁场力的方向，或者说小磁针静止时N极所指方 向，同时磁感应强度的方向就是磁场的方向。
ABC
A. 磁感应强度是用来表示磁场强弱和方向的物理量
B. 若有一小段通电导体在磁场某点不受力的作用，则该点的磁感应强度一定为零
解析：磁感应强度的引入目的是用来描述磁场强弱和方向的，选项A正确；通电导线 若放置方向与磁场方向平行时，也不受磁场力的作用，选项B错误；根据磁感应强度 的定义，通电导线应为“在磁场中垂直于磁场方向的通电直导线”，选项C错误；在 磁场场源稳定的情况下，磁场中各点的磁感应强度（包括大小和方向）都是确定的， 与放入该点的检验电流、导线无关，选项D错误。
A
中档　题组
A
A. 在B＝0的地方，F一定等于零
B. 在F＝0的地方，B一定等于零
C. 若B＝1 T，I＝1 A，L＝1 m，则F一定等于1 N
D. 若L＝1 m，I＝1 A，F＝1 N，则B一定等于1 T
A
A. 一直减小 B. 一直增大
C. 先减小后增大 D. 先增大后减小
解析：穿过线圈的磁通量Φ＝BS，线框平行纸面向右匀速平移至ad边与MN重合的过 程中，B不变，S一直增大，所以磁通量一直增大，故B正确。
B
A. 3 A B. 9 A
C. 12 A D. 16 A
B
5. 如图所示，空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度B1＝1×10－2 T。矩形线框 置于水平桌面上，其面积S＝4×10－2 m2。在线框中心O点正上方某位置水平放置一通 电长直导线，电流产生的磁场在O点的磁感应强度B2＝1×10－2 T。求：
（1）O点磁感应强度大小BO；
（2）穿过线框的磁通量Φ。
答案：（2）4×10－4 Wb
解析：（2）电流的磁场穿过线框的磁通量为零，竖直向下的匀强磁场穿过线框的磁 通量Φ＝B1S＝4×10－4 Wb。
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课时作业
[基础训练]
A. 磁感应强度只是描述磁场的强弱的物理量
B. 通电导线所受磁场力为零，该处磁感应强度一定为零
C. 通电导线所受磁场力为零，该处磁感应强度不一定为零
D. 放置在磁场中1 m的导线，通过1 A的电流，受到的力为1 N时，该处磁感应强度就 是1 T
C
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A. B由F、I和L决定
B. F由B、I和L决定
C. I由B、F和L决定
D. L由B、F和I决定
A. 0.1 N B. 0.2 N C. 0.3 N D. 0.4 N
解析：F＝BIL＝0.2 N，这是导线在磁场中受到的磁场力的最大值，故B正确。
B
B
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A. Φ1最大 B. Ф2最大
C. Φ3最大 D. Φ1、Φ2、Φ3相等
解析：由图知穿过S1面的磁感线条数最多，故Φ1最大。故A正确。
A
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A. BS
B
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6. 如图所示，两个单匝线圈a、b的半径分别为r和2r。圆形匀强磁场B的边缘恰好与a 线圈重合，则穿过a、b两线圈的磁通量之比为（　　）
A. 1∶1 B. 1∶2 C. 1∶4 D. 4∶1
解析：根据Φ＝BS，S为与磁场垂直的有效面积，因此a、b两线圈的有效面积相等， 故磁通量之比Φa∶Φb＝1∶1，选项A正确。
A
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A. Φa＞Φb B. Φa＜Φb
C. Φa＝Φb D. 不能确定
A
解析：通过圆环的磁通量为穿过圆环的磁感线的净条数，首先明确条形磁铁的磁感线 分布情况，另外要注意磁感线是闭合的曲线。条形磁铁的磁感线在磁体的内部是从S 极到N极，在磁体的外部是从N极到S极，内部有多少根磁感线，外部的整个空间就有 多少根磁感线同内部磁感线构成闭合曲线；对两个圆环，磁体内部的磁感线全部穿过 圆环，外部的磁感线穿过多少，磁通量就抵消多少，所以面积越大，磁通量反而越 小，故A正确。
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8. 匀强磁场中长2 cm的通电导线垂直磁场方向放置，当通过导线的电流为2 A时，它 受到的磁场力大小为4×10－3 N。
（1）求磁感应强度B的大小；
答案：（1）0.1 T　
（2）若导线长度不变，电流增大为5 A，求它受到的磁场力F和该处的磁感应强度B的 大小。
答案：（2）0.01 N　0.1 T
解析：（2）若导线长度不变，电流增大为5 A，磁感应强度B不变，仍为0.1 T，磁场 力为F＝BI'l＝0.1×5×0.02 N＝0.01 N。
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[能力提升]
A B
D
C D
解析：环形电流的磁场可以看成是若干微小的直线电流产生的磁场的叠加，根据安培 定则和矢量的合成可知，环形线圈内的磁场方向垂直纸面向里，在轴心处磁场最弱， 选项D正确。
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A. 1∶1 B. 2∶1
C
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11. 如图所示，框架的面积为S，匀强磁场的磁感应强度大小为B。则：
（1）框架平面与磁感应强度B垂直时，穿过框架平面的磁通量为多少？
答案：（1）BS　
解析：（1）框架平面与磁感应强度B垂直时，穿过框架平面的磁通量为Φ1＝BS。
（2）若框架绕OO'转过60°，则穿过框架平面的磁通量为多少？
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（3）若从图示位置转过90°，则穿过框架平面的磁通量改变量为多少？
答案：（3）－BS
解析：（3）若从图示位置转过90°，则穿过框架平面的磁通量为Φ3＝BScos 90°＝ 0，此过程中的磁通量的变化量为ΔΦ＝Φ3－Φ1＝0－BS＝－BS。
（4）若从图示位置转过180°，则穿过框架平面的磁通量改变量为多少？
答案：（4）－2BS
解析：（4）若从图示位置转过180°时，磁通量Φ4＝－BS，则转过180°的过程中， 磁通量的变化量为ΔΦ＝Φ4－Φ1＝－BS－BS＝－2BS。
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