2020_2021学年高中物理第三章磁场2磁感应强度学案新人教版选修3_1

2　磁感应强度
1．磁感应强度的方向
物理学中把小磁针在磁场中静止时N极所指的方向规定为该点的磁感应强度的方向．
2．磁感应强度的大小
(1)电流元：在物理学中，把很短一段通电导线中的电流I与导线长度L的乘积IL叫作电流元．
(2)磁感应强度的定义：将一个电流元垂直放入磁场中的某点，电流元受到的磁场力F跟该电流元IL的比值叫作该点的磁感应强度．
(3)定义式：B＝.
(4)磁感应强度的单位：在国际单位制中的单位是特斯拉，简称特，符号为T.由力F、电流I和长度L的单位决定，1
T＝1，长度为1_m的导线通入1_A的电流，垂直放在磁场中，若受到的力为1_N，该磁场的磁感应强度就是1
T.
物理学中引入“电流元”这一概念的作用是什么？它具有什么特点？
提示：电流元的作用与试探电荷的作用类似，是检验某点磁场的强弱，其特点是：电流足够小，导线足够短．
考点一　　对公式B＝的正确理解
1．在定义式B＝中，通电导线必须垂直于磁场方向放置．因为磁场中某点通电导线受力的大小，除和磁场强弱有关以外，还与导线的方向有关．导线放入磁场中的方向不同，所受磁场力也不相同．通电导线受力为零的地方，磁感应强度B的大小不一定为零，这可能是电流方向与B的方向在一条直线上造成的．
2．研究磁感应强度是分步进行的，其方向由磁场中小磁针N极所受磁场力方向确定，其大小根据电流元受力来计算．通电导线受力的方向不是磁场磁感应强度的方向．
3．磁感应强度的定义式也适用于非匀强磁场，这时L应很短很短，IL称作“电流元”，相当于静电场中的“试探电荷”．
4．我们要找的是磁场中某一点磁感应强度的大小，因此要把电流元放入磁场中某一点，这要求电流元要足够短．
【例1】　(多选)由磁感应强度的定义式B＝可知，下列说法正确的是(　　)
A．磁感应强度B与磁场力F成正比，方向与F方向相同
B．同一段通电导线垂直于磁场放在不同磁场中，所受的磁场力F与磁感应强度B成正比
C．公式B＝只适用于匀强磁场
D．只要满足L很短，I很小的条件，B＝对任何磁场都适用
审题时应把握以下两点：
(1)磁感应强度B由磁场本身决定．
(2)B的定义式适用于任何磁场．
【答案】　BD
【解析】　某点的磁感应强度的大小和方向由磁场本身的性质决定，磁感应强度的大小与磁场中放不放通电导线、放什么样的通电导线及与通电导线所通入的电流大小、通电导线所受的磁场力的大小都没有关系，所以不能认为B与F成正比，且B的方向与F的方向不相同，故A错．由B＝得到F＝ILB，在IL相同时，F与B成正比，故B正确．磁感应强度的定义式，对任何磁场都适用，故C错，D正确．
总结提能
磁感应强度由磁场本身决定，与磁场中是否放入通电导线、导线放入的位置无关．用垂直于磁场方向的通电导线所受力的大小来量度磁感应强度．
下列有关磁感应强度的说法，正确的是(　A　)
A．磁感应强度是用来表示磁场强弱的物理量
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
C．若有一小段长为L、通以电流为I的导体，在磁场中某处受到的力为F，则该处磁感应强度的大小一定是
D．由定义式B＝可知，电流I越大，导线L越长，某点的磁感应强度就越小
解析：磁感应强度的引入目的是用来描述磁场强弱的，因此选项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，故选项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，故选项D错误．
考点二　　电场强度和磁感应强度的对比
磁感应强度的方向绝非通电导线受力方向，实际上通电导线受力方向永远垂直于磁感应强度B的方向.
【例2】　如图所示是实验室里用来测量磁场力的一种仪器——电流天平，某同学在实验室里，用电流天平测算通电螺线管中的磁感应强度，他测得的数据记录如下所示，请你算出通电螺线管中的磁感应强度B.
已知：CD段导线长度：4×10－2
m
天平平衡时钩码重力：4×10－5
N
通过导线的电流：0.5
A
解答本题时可按以下思路分析：
【答案】　2.0×10－3
T
【解析】　由题意知，I＝0.5
A，G＝4×10－5
N，L＝4×10－2
m．电流天平平衡时，导线所受磁场力的大小等于钩码的重力，即F＝G.由磁感应强度的定义式B＝得：
B＝＝
T＝2.0×10－3
T.
所以通电螺线管中的磁感应强度为2.0×10－3
T.
总结提能
在使用电流天平探究磁场力时，要保持磁感应强度的大小和方向都不变，并使电流方向与磁场方向垂直．在这种情况下得出的公式F＝ILB，仅适用于匀强磁场中的通电导体．若导体中电流方向与磁场方向成θ角时，则F＝ILBsinθ.
(多选)下列说法中正确的是(　AC　)
A．电荷在某处不受电场力的作用，则该处的电场强度为零
B．一小段通电导线在磁场中某处不受力的作用，则该处磁感应强度一定为零
C．把一个试探电荷放在电场中的某点，它受到的电场力与所带电荷量的比值表示该点电场的强弱
D．把一小段通电导线放在磁场中某处，所受的磁场力与该小段通电导线的长度和电流的乘积的比值表示该处磁场的强弱
解析：电荷在电场中一定受电场力作用，且电场中某点的电场的强弱可由电荷所受电场力与电荷量的比值来表示，这就是电场强度的定义．但通电导线在磁场中的受力情况不仅与磁场强弱、电流大小及导线长短有关，还与导线放置的方向有关．
1．下列关于磁场力、磁感应强度的说法中正确的是(　D　)
A．通电导线不受磁场力的地方一定没有磁场
B．将I、L相同的通电导线放在同一匀强磁场中的不同位置，所受磁场力一定相同
C．通电导线所受磁场力的方向就是磁感应强度的方向
D．以上说法都不正确
解析：通电导线受到磁场力与B、I、L的大小有关，还与B与I的夹角有关，故A、B选项错误；磁感应强度的方向是在该处放一小磁针，静止时小磁针N极所指的方向，不是通电导线受力的方向，故选项C错误，选项D正确．
2．下列关于通电直导线在磁场中受到的磁场力的说法，正确的是(　C　)
A．受力的大小只与磁场的强弱和电流的大小有关
B．如果导线受到的磁场力为零，导线所在处的磁感应强度必为零
C．如果导线受到的磁场力最大，导线必与磁场方向垂直
D．所受磁场力的方向只与磁场的方向有关，与电流的方向无关
解析：通电导线在磁场中受力，由F＝BIL可知，安培力跟磁场、电流以及导线垂直磁场的长度等物理量都有关系，如果磁场、电流、导线长度一定时，只有导线与磁场垂直时，磁场力最大，故C选项正确．
3．(多选)有关磁感应强度B的方向，下列说法正确的是(　BD　)
A．B的方向就是小磁针N极所指的方向
B．B的方向与小磁针在任何情况下N极受力方向一致
C．B的方向就是通电导线的受力方向
D．B的方向就是该处磁场的方向
解析：磁场的方向就是磁感应强度的方向，规定为小磁针静止时N极所指方向或小磁针N极受力方向，它与通电导线所受力的方向是不一致的．
4．(多选)一段电流元放在同一匀强磁场中的四个位置，如图所示，已知电流元的电流I、长度L和受力F，则可以用表示磁感应强度B的是(　AC　)
解析：当通电导线垂直于磁场方向时，可用表示B.
5．长10
cm的导线，放入匀强磁场中，它的方向和磁场方向垂直，导线中的电流是3.0
A，受到的磁场力是1.5×10－3
N，则该处的磁感应强度B大小为(　A　)
A．5.0×10－3
T
B．5.0×10－2
T
C．5.0×10－1
T
D．5.0
T
解析：依题：L＝10
cm＝10×10－2
m
I＝3.0
A，F＝1.5×10－3
N
所以有B＝＝
T＝5.0×10－3
T，故选项A正确．
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