第十三章 第2节磁感应强度 磁通量--人教版高中物理必修第三册教学课件(共33张PPT)

(共33张PPT)
第2节 磁感应强度 磁通量
第十三章 电磁感应与电磁波初步
物理
学习目标
1.在实验的基础上,类比电场强度,定义描述磁场强弱和方向的物理量——磁感应强度,并进一步体会微元法和利用物理量之比定义物理量的方法。
2.知道磁感应强度的定义,知道其方向、大小、定义式和单位。会用磁感应强度的定义式进行有关计算。
3.知道匀强磁场的特点。
4.知道磁通量,会计算在匀强磁场中通过某一面积的磁通量。
5.了解中国古代在指南针使用方面的情况,激发学生民族自豪感。
学习重难点
重点：磁感应强度概念的建立,理解磁感应强度的物理意义。通过研究问题和情境,在一定条件下对客观事物进行抽象和概括,找出事物的本质和共同属性,构建物理模型和概念。
难点：寻找描述磁场强弱和方向的物理量。对磁通量的物理意义的理解。
[探究一]磁场强弱和方向的研究方法
请同学们回忆，之前在学习电场的时候，是用哪个物理量来描述电场的强弱和方向的？
那么我们用相似的方法来寻找描述磁场强弱和方向的物理量，同学们试着猜一下？
新知导入
[探究二]磁感应强度方向
在电场中我们用试探电荷在电场中某位置的受力方向来判断该位置电场方向。
新知讲解
该如何确定某点磁场方向呢？
那么磁场对什么物体会产生力的作用？
[实验一]探究磁感应强度方向
投影仪中磁体周围存在磁场，把多个小磁针放在磁体旁边，再反复移动小磁针，观察小磁针指向有何变化？
[总结]在物理学中，把小磁针N极受力的方向或静止时N极所指的方向规定为该点磁感应强度的方向，简称磁场方向。
[探究二]磁感应强度大小
怎样定义磁感应强度的大小呢？我们是否可以依旧采用小磁针？
不能。
1.N极不能单独存在。
2.小磁针静止时所受的合力为零，因而不能用测量N极受力的大小来确定磁感应强度的大小。
3.磁场不仅能对磁体有作用力，还对通电导体有作用力。
[选择模型]在磁场中垂直放置一段很短的通电导线。
在物理学中，把很短一段通电导线中电流I和导线长度l的乘积Il叫作电流元。
[思考]为什么选择很短的？为什么要在磁场中垂直放置（不用马上回答）？
[分组讨论]通电导线在磁场中的受力与哪些因素有关？
[注意]当一个物理量与多个物理量都有关系时，应采用控制变量法去逐一分析。
磁场强弱、电流大小、导线长短、导线与磁场的摆放角度
[讨论]设计实验验证通电导线受力与这些物理量之间的关系，大胆猜想。
[实验二]探究通电导线在匀强磁场中的受力与摆放角度的关系
在匀强磁场中，保持导体棒长度不变，通过的电流大小不变，将导体棒与磁场方向垂直放置，通电，观察导体棒是否运动；断开开关，将导体棒平行于磁场方向放置，通电，观察导体棒是否运动；断开开关，实验结束。
[总结]
导体棒垂直于磁场方向时，受到磁场的作用力最大；
导体棒平行于磁场方向时，受到磁场的作用力最小，为零。
其他角度受到的磁场作用力介于两者之间。
[实验三]探究影响通电导线受力的因素（定性）
[学生分组实验]
[总结]当B和l不变时，I越大，偏角越大，F越大。
当B和I不变时，l越长，偏角越大，F越大。
保持导线有效长度不变，改变电流的大小，观察现象。
保持电流不变，改变导线在磁场中的有效长度，观察现象。
[实验四]探究影响通电导线受力的因素（定量）
[进行演示实验]
保持导线有效长度不变，改变电流的大小。调节滑动变阻器，观察现象。
保持电流不变，改变导线在磁场中的有效长度，观察现象。
l F;2l 2F;3l 3F
I F;2I 2F;3I 3F
[总结]
[实验研究说明]
通电导线与磁场方向垂直时，它受力的大小既与导线的长度l成正比，又与导线中的电流I成正比，又与I和l的乘积Il成正比
k为比例系数，与I和l无关；磁场中同一点，k值相同；磁场中不同点，k值一般不同。
[思考]比值 有何物理意义？
F∝I
F∝l
即F∝Il,即=k
[定义磁感应强度]
定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的磁场力F跟电流I和导线长度l的乘积Il的比值叫作通电导线所在处的磁感应强度，用字母B表示。
定义式： B = （比值法）
[特别提醒]
磁感应强度是矢量，方向与该点磁场方向相同。
磁感应强度与电流元受力情况无关，与其放置方向无关，与电流元大小无关，仅由磁场本身性质决定。
单位：特斯拉，简称特，符号T；1T=1N/（A·m）
[问题讨论]自行研究并小组讨论得出统一意见。
如果空间存在多个磁场，空间中某点的磁感应强度该如何叠加？（提示：磁感应强度是矢量还是标量？）
除了磁感应强度B还可以怎样描述磁场的强弱？
磁通量
穿过相同面积磁感线条数多的就密，磁感应强度就大。
[提问一]磁感线的疏密程度表示了磁场的强弱。在图中，S1 和S2 两处磁感线的疏密不同，这种不同是如何体现的呢？
[提示]如果 S1 和 S2 都垂直于纸面方向并且面积相同，穿过相同面积磁感线条数谁的多？
设在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，有一个与磁场方向垂直的平面，面积为 S，如下图，我们把 B 与 S 的乘积叫作穿过这个面积的磁通量，简称磁通。用字母 Φ 表示磁通量，则 Φ ＝ BS 。在国际单位制中，磁通量的单位是韦伯，简称韦，符号是 Wb。
1 Wb ＝ 1 T·m 2
[实验探究]得出决定磁通量的因素
淋浴花洒，水流模拟磁感线，线圈模拟平面
改变线圈倾斜程度，喷水方式不变，线圈面积不变，穿过线圈平面的水流条数是否发生改变？什么情况下穿过的水流条数最多？
磁通量大小不仅与B、S有关，还与B与S之间夹角有关，且垂直时最大，平行时为零。
[提问二]如果磁感应强度 B 不与我们研究的平面垂直，例如下图中的S，那么我们如何计算磁通量？
用这个面在垂直于磁感应强度 B 的方向的投影面积 S′与 B 的乘积表示磁通量。
[提问三]从 Φ＝BS 可以得出 B＝Φ/S ，这表示磁感应强度的大小又等于什么呢？
磁感应强度的大小等于穿过垂直磁场方向的单位面积的磁通量。
1.Φ是标量,但有正负,若取某方向穿入平面的磁通量为正,则反方向穿入该平面的磁通量为负
2.过一个平面若有方向相反的两个磁通量,这时的合磁通量为相反方向磁通量的代数和(即相反方向磁通量抵消以后剩余的磁通量才是合磁通量)
学习了本节课内容同学们就可以描述磁场的强弱与方向了。
中国古代在磁场研究与应用方面的伟大贡献
地理两极与地磁两极不重合
【例题1】一根长40cm的直导线，垂直匀强磁场方向放置，导线中的电流为1.0A，在磁场中受到的磁场力大小为3.6N。
（1）求该磁场的磁感应强度大小。
（2）当导线中的电流增大为2A时，导线受到的磁场力为多大？
解析：（1）根据磁感应强度定义式，得 。
（2）磁场中磁感应强度由磁场本身决定，所以当导线中的电流增大时，磁场中的磁感应强度仍然为9T。
此时磁场对通电导线的作用力为 。
典例探究
【例题2】如图所示，一水平放置的N匝矩形线框面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，方向斜向上，与水平面成30°角，现若使矩形框以左边的一条边为轴转到竖直的虚线位置，则此过程中磁通量的改变量的大小是多少？
解析：若取转到末位置时穿过线框方向为正方向，则
因穿过多匝线框的磁通量的大小与匝数无关，故
。
课堂练习
1.下列说法正确的是(　　)
A.磁场中某一点的磁感应强度可以这样测定:把一小段通电导线放在该点时受到的磁场力F与该通电导线的长度l、通过的电流I乘积的比值作为磁感应强度,即B=
B.通电导线在某点不受磁场力的作用,则该点的磁感应强度一定为零
C.磁感应强度B= 只是定义式,它的大小取决于场源以及在磁场中的位置,与F、I、l以及通电导线在磁场中的方向无关
D.通电导线所受磁场力的方向就是磁场的方向
答案：C
2.(多选)下列关于磁感应强度的方向和电场强度的方向的说法,正确的是(　　)
A.电场强度的方向与电荷所受的静电力的方向相同
B.电场强度的方向与正电荷所受的静电力的方向相同
C.磁感应强度的方向与小磁针 N极所受磁场力的方向相同
D.磁感应强度的方向与小磁针静止后, N极所指的方向相同
答案：BCD
3.如图所示,线框面积为S,线框平面与磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直,则穿过线框的磁通量的情况是(　　)
A.若从初始位置绕OO'转过180°角,磁通量的变化量为零
B.若从初始位置绕OO'转过90°角,磁通量的变化量为零
C.若使线框绕OO'转过60°角,磁通量为 BS
D.若使线框绕OO'转过30°角,磁通量为 BS
答案：D
4.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
答案：A
课堂小结
一、磁感应强度
1.定义:
2.标矢量:
3.方向:
4.单位:
二、磁通量
1.定义:
2.表达式:
3.单位:
谢谢大家