2024-2025學年新教材高中物理第六章電磁現象與電磁波第2節(jié)磁感應強度教案粵教版必修3

PAGE7-其次節(jié)磁感應強度學習目標：1.[物理觀念]相識磁感應強度的概念及物理意義。2.[物理觀念]理解磁感應強度的方向、大小、定義式和單位。3.[科學思維]進一步體會如何通過比值定義法定義物理量。4.[物理觀念]知道勻強磁場、磁通量的概念。一、磁感應強度的方向1．物理意義：描述磁場強弱和方向的物理量。2．小磁針靜止時N極所指的方向就是該點磁感應強度的方向，簡稱為磁場方向。二、磁感應強度的大小1．限制變量法探究影響通電導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，直導線所在處的磁場認為是勻稱的。(1)保持長度不變，變更電流大小，視察通電導線搖擺幅度大小來比較磁場力大小。(2)保持電流大小不變，變更磁場中導線長度，通過視察通電導線搖擺幅度大小比較磁場力大小。(3)試驗結論：當通電導線與磁場方向垂直時，它在同一磁場中所受磁場作用力F的大小，與電流I和導線長度L的乘積成正比。2．磁感應強度的大小當通電導線與磁場垂直時，通電導線所受磁場的作用力F跟電流I和導線長度L的乘積IL之比稱為磁感應強度。3．公式：B＝eq\f(F,IL)。4．單位：國際單位是特斯拉，簡稱特，國際符號是T,1T＝1eq\f(N,A·m)。三、勻強磁場1．勻強磁場：勻強磁場中某一區(qū)域內磁感應強度的大小和方向到處相同，則該區(qū)域的磁場叫勻強磁場。2．磁感線特點：勻強磁場的磁感線是一些間隔相同的平行直線。兩平行異名磁極之間的磁場、通電螺線管內中間部分的磁場都可認為是勻強磁場。四、磁通量1．定義：勻強磁場中有一個與磁場方向垂直的平面，磁感應強度B和與面積S的乘積，即Φ＝BS。2．單位：國際單位制是韋伯，簡稱韋，符號是Wb,1Wb＝1T·m2。3．磁通密度：B＝eq\f(Φ,S)，表示磁感應強度在數值上等于垂直磁感應強度的單位面積上的磁通量。1．正誤推斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)電流為I，長度為L的通電導線放入磁感應強度為B的磁場中受力的大小肯定是F＝ILB。 (×)(2)磁場中某處的磁感應強度大小與有無小磁針無關，與有無通電導線也無關。 (√)(3)公式B＝eq\f(F,IL)說明B與F成正比，與IL成反比。 (×)(4)在勻強磁場中面積越大，磁通量肯定越大。 (×)(5)磁通量不僅有大小而且有方向，所以是矢量。 (×)2．下列關于磁場中某點磁感應強度的方向的說法不正確的是()A．該點的磁場的方向B．該點小磁針靜止時N極所指方向C．該點小磁針N極的受力方向D．該點小磁針S極的受力方向D[磁場方向為小磁針N極受力方向，或者說小磁針靜止時N極所指方向，同時磁感應強度方向就是磁場的方向。]3．如圖所示，半徑為R的圓形線圈共有n匝，其中心位置處半徑為r的虛線范圍內有勻強磁場，磁場方向垂直線圈平面。若磁感應強度為B，則穿過線圈的磁通量為()A．πBR2 B．πBr2C．nπBR2 D．nπBr2B[磁通量與線圈匝數無關，且磁感線穿過的面積為πr2，而并非πR2，故B正確。]對磁感應強度的理解磁場對通電導體也有力的作用，該力的方向是否為磁場方向？“一個電流元垂直放入磁場中的某點，磁感應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：不是磁場方向，二者垂直；這種說法不正確，磁感應強度的大小是由磁場本身確定的，不隨電流元大小及電流元所受磁場力的大小的變更而變更。1．公式B＝eq\f(F,IL)是磁感應強度的定義式，是用比值法定義的，磁感應強度B的大小只確定于磁場本身的性質，而與F、I、L均無關。2．在定義式B＝eq\f(F,IL)中，通電導線必需垂直于磁場方向放置。因為磁場中某點通電導線所受力的大小，除和磁場強弱有關以外，還和導線的方向有關。導線放入磁場中的方向不同，所受磁場力也不相同。通電導線受磁場力為零的地方，磁感應強度B的大小不肯定為零。3．通電導線所受磁場力的方向不是磁場磁感應強度的方向。4．磁感應強度的定義式也適用于非勻強磁場，這時L應很短很短，IL稱作“電流元”，相當于靜電場中的“點電荷”。【例1】(多選)把一小段通電直導線垂直磁場方向放入一勻強磁場中，圖中能正確反映各量間關系的是()BC[磁感應強度的大小和方向由磁場自身確定，不隨F或IL的變更而變更，故B正確，D錯誤；當導線垂直于磁場放置時，有B＝eq\f(F,IL)，即F＝ILB，所以B不變的狀況下F與IL成正比，故A錯誤，C正確。]正確理解比值定義法(1)定義B＝eq\f(F,IL)是比值定義法，這種定義物理量的方法實質就是一種測量方法，被測量點的磁感應強度與測量方法無關。(2)定義a＝eq\f(Δv,Δt)、E＝eq\f(F,q)也是比值定義法，被測量的物理量也與測量方法無關，不是由定義式中的兩個物理量確定的。eq\o([跟進訓練])1．關于磁感應強度的定義式B＝eq\f(F,IL)，下列說法正確的是()A．電流元IL在磁場中受力為F，則磁感應強度B肯定等于eq\f(F,IL)B．磁感應強度的大小與IL成反比，與F成正比C．磁感應強度就是電流元IL所受的磁場力F與IL的比值D．磁感應強度的大小是由磁場本身確定的，與檢驗電流元無關D[若電流元IL不是垂直放置在磁場中時所受的磁場力為F，則磁感應強度B不等于eq\f(F,IL)，A錯誤；磁感應強度與電流元受到的力的大小無關，與電流元也無關，故B、C錯誤，D正確。]對磁通量的理解若通過某面積的磁通量等于零，則該處肯定無磁場，你認為對嗎？提示：不對。磁通量除與磁感應強度、面積有關外，還與環(huán)面和磁場夾角有關，當環(huán)面與磁場平行時，磁通量為零，但仍能存在磁場。1．磁通量的計算(1)公式：Φ＝BS。適用條件：①勻強磁場；②磁場與平面垂直。(2)若磁場與平面不垂直，應為平面在垂直于磁感線方向上的投影面積，Φ＝BScosθ式中Scosθ即為平面S在垂直于磁場方向上的投影面積，也稱為“有效面積”(如圖所示)。2．磁通量的正、負(1)磁通量是標量，但有正、負，若以磁感線從某一面上穿入時磁通量為正值，則磁感線從今面穿出時即為負值。(2)若同時有磁感線沿相反方向穿過同一平面，且正向磁通量大小為Φ1，反向磁通量大小為Φ2，則穿過該平面的合磁通量Φ＝Φ1－Φ2。3．磁通量的變更量(1)當B不變，有效面積S變更時，ΔΦ＝B·ΔS。(2)當B變更，S不變時，ΔΦ＝ΔB·S。(3)B和S同時變更，則ΔΦ＝Φ2－Φ1，但此時ΔΦ≠ΔB·ΔS。【例2】如圖所示，有一個垂直于紙面對里的勻強磁場，磁感應強度B＝0.8T，磁場有明顯的圓形邊界，圓心為O，半徑為10cm，現在在紙面內先后放上圓線圈A、B和C(圖中未畫出)，圓心均在O處，A線圈的半徑為1cm，共10匝；B線圈的半徑為2cm，只有1匝；C線圈的半徑為0.5cm，只有1匝。(1)在磁感應強度B減為0.4T的過程中，A和B線圈中的磁通量變更了多少？(2)在磁場方向轉過30°角的過程中，C線圈中的磁通量變更了多少？[解析](1)對A線圈，有Φ1＝B1πreq\o\al(2,A)，Φ2＝B2πreq\o\al(2,A)故A線圈的磁通量的變更量為ΦA＝|Φ2－Φ1|＝(0.8－0.4)×3.14×10－4Wb＝1.256×10－4WbB線圈的磁通量的變更量為ΦB＝(0.8－0.4)×3.14×(2×10－2)2Wb＝5.024×10－4Wb。(2)對C線圈，Φ1＝Bπreq\o\al(2,C)磁場方向轉過30°角，線圈在垂直于磁場方向的投影面積為πreq\o\al(2,C)cos30°，則Φ2＝Bπreq\o\al(2,C)cos30°故磁通量的變更量為ΔΦC＝Bπreq\o\al(2,C)(1－cos30°)＝0.8×3.14×(5×10－3)2×(1－0.866)Wb＝8.4×10－6Wb。[答案](1)1.256×10－4Wb5.024×10－4Wb(2)8.4×10－6Wb磁通量大小的分析與推斷1．定量計算通過公式Φ＝BS來定量計算，計算磁通量時應留意的問題：(1)明確磁場是否為勻強磁場，知道磁感應強度的大小。(2)平面的面積S應為磁感線通過的有效面積。當平面S與磁場方向不垂直時，應明確所探討的平面與磁感應強度方向的夾角，精確找出垂直面積。(3)線圈的磁通量及其變更與線圈匝數無關，即磁通量的大小不受線圈匝數的影響。2．定性推斷磁通量是指穿過線圈面積的磁感線的“凈條數”，當有不同方向的磁場同時穿過同一面積時，此時的磁通量為各磁場穿過該面磁通量的代數和。eq\o([跟進訓練])2．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、S2，由圖可知穿過線圈S1、S2的磁通量大小關系正確的是()A．穿過線圈S1的磁通量比較大B．穿過線圈S2的磁通量比較大C．穿過線圈S1、S2的磁通量一樣大D．不能比較A[穿過線圈S1的磁感線條數多，故穿過線圈S1的磁通量比較大，選項A正確。]1．磁感應強度的單位是特斯拉(T)，與它等價的是()A．eq\f(N,A·m) B．eq\f(N·A,m)C．eq\f(N·A,m2) D．eq\f(N,A·m2)A[當導線與磁場方向垂直時，由公式B＝eq\f(F,IL)知，磁感應強度B的單位由F、I、L的單位確定，在國際單位制中，磁感應強度的單位是特斯拉，符號是T，則1T＝1eq\f(N,A·m)。]2．磁場中任一點的磁場方向，是指小磁針在磁場中()A．受磁場力的方向B．北極所受磁場力的方向C．南極所受磁場力的方向D．北極所指的方向B[磁場中某一點的磁場方向規(guī)定為小磁針N極的受力方向，或小磁針靜止時N極所指的方向，與S極受力方向相反，故B對，A、C、D錯。]3．關于磁感應強度B、電流I、導線長度L和電流所受磁場力F的關系，下面的說法中正確的是()A．在B＝0的地方，F肯定等于零B．在F＝0的地方，B肯定等于零C．若B＝1T，I＝1A，L＝1m，則F肯定等于1ND．若L＝1m，I＝1A，F＝1N，則B肯定等于1TA[應用公式B＝eq\f(F,IL)或F＝IBL時要留意導線必需垂直于磁場方向放置。故B、C、D選項錯，應選A。]4．如圖所示，通電直導線右邊有一個矩形線框，線框平面與直導線共面，若使線框漸漸遠離(平動)通電導線，則穿過線框的磁通量將()A．漸漸增大 B．漸漸減小C．保持不變 D．不能確定B[離導