2024-2025版高中物理第三章磁場2磁感應(yīng)強(qiáng)度學(xué)案新人教版選修3-1

PAGE10-磁感應(yīng)強(qiáng)度目標(biāo)導(dǎo)航思維脈圖1.通過對自然現(xiàn)象的說明,了解磁場強(qiáng)弱和方向。 (物理觀念)2.通過與電場類比,分析通電導(dǎo)線在磁場中的受力。 (科學(xué)思維)3.通過試驗(yàn)探究影響通電導(dǎo)線在磁場中受力的因素。 (科學(xué)探究)4.基于對磁現(xiàn)象的相識和對磁場的了解,形成學(xué)習(xí)和探討磁場的深厚愛好,堅(jiān)持實(shí)事求是,在合作中既能堅(jiān)持觀點(diǎn)又能修正錯(cuò)誤。 (科學(xué)看法與責(zé)任)必備學(xué)問·自主學(xué)習(xí)一、磁感應(yīng)強(qiáng)度及方向科學(xué)家發(fā)覺:70萬年前,地球磁場的方向與現(xiàn)在相反,小磁針的N極不是指北,而是指南。科學(xué)家是怎樣推斷出來地磁場的方向呢?提示:通過對不同時(shí)期的巖石磁性進(jìn)行觀測、分析,就可以推斷地磁場的狀況。1.磁感應(yīng)強(qiáng)度是描述磁場強(qiáng)弱和方向的物理量,用符號B表示。2.磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向:小磁針靜止時(shí)N極所指的方向規(guī)定為該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向,簡稱磁場方向。二、磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小磁體的磁極不能單獨(dú)存在,放在磁場中的磁體最終會靜止平衡,如何確定磁場中某一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度?提示:磁場對通電導(dǎo)線有力的作用,可以用很小一段通電導(dǎo)線來檢驗(yàn)磁場的強(qiáng)弱。1.電流元:很短一段通電導(dǎo)線中的電流I與導(dǎo)線長度L的乘積。2.試驗(yàn)表明:(1)通電導(dǎo)線與磁場垂直時(shí),它受力的大小既與導(dǎo)線的長度L成正比,又與導(dǎo)線中的電流I成正比,即與I和L的乘積IL成正比。(2)同樣的I、L,在不同的磁場中或非勻強(qiáng)磁場中不同位置,導(dǎo)線受力一般不同。3.磁感應(yīng)強(qiáng)度大小:(1)含義:一個(gè)電流元垂直放入磁場中的某點(diǎn),電流元受到的磁場力F與該電流元IL的比值。(2)公式:B=。(3)單位:特斯拉,簡稱特,符號是T。4.下列說法符合科學(xué)事實(shí)的是:③⑤。①磁場的方向就是小磁針靜止時(shí)所受合力的方向②與電場強(qiáng)度相像,磁場強(qiáng)度是表示磁場的強(qiáng)弱和方向的物理量③小磁針的N極和S極所受磁場力的方向是相反的④通電導(dǎo)線在磁場中受到的磁場力為零,則說明該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零⑤雖然公式B=是依據(jù)導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場中受力推導(dǎo)的,但卻適用于任何磁場⑥磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向與檢驗(yàn)電流的受力方向相同(1)由定義式B=可知,電流強(qiáng)度I越大,導(dǎo)線長度L越長,某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B就越小。 (×)(2)磁場中某點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向,跟放在該點(diǎn)的摸索電流元所受磁場力的方向一樣。 (×)(3)磁感線是客觀存在的,磁感線上各點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)的磁場方向。 (×)(4)通電導(dǎo)線放入磁場中,若不受安培力,說明該處磁感應(yīng)強(qiáng)度為零。 (×)關(guān)鍵實(shí)力·合作學(xué)習(xí)學(xué)問點(diǎn)一磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小、方向1.磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向和小磁針N極受力方向相同,但絕非電流的受力方向。2.磁場中某點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向是確定的,和小磁針、電流的存在與否無關(guān)。3.磁場的方向有三種描述方法:(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向。(2)小磁針N極受力的方向。(3)小磁針靜止時(shí)N極的指向。4.在定義式B=中,通電導(dǎo)線必需垂直于磁場方向放置,因?yàn)檠夭煌较蚍胖脤?dǎo)線時(shí),同一導(dǎo)線受到的磁場力不相等。5.磁感應(yīng)強(qiáng)度B是用比值法定義的物理量,其大小只取決于磁場本身的性質(zhì),與F、I、L無關(guān),與磁場中有沒有通電導(dǎo)線無關(guān)。美國麻省理工學(xué)院探討人員開發(fā)出一種3D打印的小型軟體“機(jī)器人”,可被磁場操縱。在磁場操縱下,它能爬行、打滾、跳動(dòng),能快速收縮以抓住滾過的小球,還能裹住藥片在桌面上移動(dòng)。有望應(yīng)用于生物醫(yī)藥領(lǐng)域。(1)小型軟體“機(jī)器人”在外加磁場中完成各種不同的動(dòng)作時(shí),磁場是否會變更?提示:小型軟體“機(jī)器人”在外加磁場中完成各種不同的動(dòng)作時(shí),磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向在不斷變更。(2)如何表示磁場中某一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向?提示:小磁針靜止時(shí)N極的指向或小磁針N極的受力方向?yàn)樵擖c(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向?！镜淅吭诖鸥袘?yīng)強(qiáng)度B的定義式B=中,有關(guān)各物理量間的關(guān)系,下列說法中正確的是 ()A.B由F、I和L確定B.F由B、I和L確定C.I由B、F和L確定 D.L由B、F和I確定【解析】選B。公式中B表示磁感應(yīng)強(qiáng)度,由磁場自身的因素確定;I為導(dǎo)體棒中的電流,由電路確定;L為導(dǎo)體棒的有效長度,由導(dǎo)體棒及其放在磁場中的形式確定;F為導(dǎo)體棒在磁場中受到的安培力,由B、I、L共同確定,故A、C、D錯(cuò)誤,B正確。1.下列說法中正確的是 ()A.磁場中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度可以這樣測定:測出一小段通電導(dǎo)線受到的磁場力F與該導(dǎo)線的長度L以及通過的電流I,依據(jù)B=可算出該點(diǎn)的BB.通電導(dǎo)線在某點(diǎn)不受磁場力的作用,則該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度確定為零C.磁感應(yīng)強(qiáng)度B=只是定義式,它的大小取決于場源以及通電導(dǎo)線在磁場中的位置,與F、I、L以及通電導(dǎo)線在磁場中的方向無關(guān)D.放置在磁場中的1m長的導(dǎo)線,通以1A的電流,受力為1N,該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為1T【解析】選C。通過電流元垂直放置于磁場中所受磁場力與電流元的比值來定義磁感應(yīng)強(qiáng)度,要留意該定義式的條件,故A錯(cuò)誤;磁感應(yīng)強(qiáng)度B=是反映磁場力性質(zhì)的物理量,與磁場中有無電流元無關(guān),故B錯(cuò)誤;磁感應(yīng)強(qiáng)度B=是反映磁場力性質(zhì)的物理量,是采納比值的方法來定義的,該公式是定義式而不是確定式,磁場中各處的B值是唯一確定的,與放入該點(diǎn)的檢驗(yàn)電流的大小、方向無關(guān),故C正確;通過電流元垂直放置于磁場中所受磁場力與電流元的比值來定義磁感應(yīng)強(qiáng)度,要留意該定義式的條件是電流元與磁場的方向垂直,所以放置在磁場中1m長的導(dǎo)線,通以1A的電流,受力為1N,該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小不確定等于1T,故D錯(cuò)誤。2.(多選)比值法定義物理量是物理學(xué)中常用的一種方法,所謂比值法定義物理量就是利用兩個(gè)或者幾個(gè)物理量的比值作為新的物理量。例如電場強(qiáng)度E=,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=等都是利用比值法定義的。關(guān)于這兩個(gè)式子下列說法正確的是 ()A.E=說明E與F成正比,與q成反比,B=說明B與F成正比,與I和L的乘積成反比B.E由電場自身性質(zhì)確定,與F和q無關(guān),F與q成正比C.B由磁場自身性質(zhì)確定,與F和IL無關(guān),F與IL成正比D.E與F和q無關(guān),F與q也無關(guān);B與F和IL無關(guān),F也與IL無關(guān)【解析】選B、C。所謂比值定義法,就是用兩個(gè)基本的物理量的“比”來定義一個(gè)新的物理量的方法。比值法定義的基本特點(diǎn)是被定義的物理量往往是反映物質(zhì)的最本質(zhì)的屬性,它不隨定義所用的物理量的大小取舍而變更。電場強(qiáng)度與放入電場中的電荷無關(guān),所以E=、B=屬于比值定義法,故A錯(cuò)誤。E由電場自身性質(zhì)確定,與F和q無關(guān),F與q成正比,故B正確。B由磁場自身性質(zhì)確定,與F和IL無關(guān),F與IL成正比,故C正確。E與F和q無關(guān),F=qE,F與q有關(guān);B與F和IL無關(guān),F=BIL,F也與IL有關(guān),故D錯(cuò)誤。學(xué)問點(diǎn)二磁感應(yīng)強(qiáng)度的綜合應(yīng)用1.電場和磁場中物體的受力狀況:(1)在電場中某一確定的位置放置一個(gè)檢驗(yàn)電荷,該電荷受到的電場力是唯一確定的。(2)在磁場中某一確定的位置放入一段導(dǎo)線,該導(dǎo)線受到的磁場力還與導(dǎo)線放置的方向及電流方向有關(guān)。2.磁感應(yīng)強(qiáng)度和電場強(qiáng)度的區(qū)分和聯(lián)系:項(xiàng)目磁感應(yīng)強(qiáng)度B電場強(qiáng)度E物理意義描述磁場的力的性質(zhì)的物理量描述電場的力的性質(zhì)的物理量定義式通電導(dǎo)線與磁場垂直時(shí):B=E=確定因素由磁場確定,與F、I、L無關(guān)由電場確定,與F、q無關(guān)方向矢量,方向是小磁針N極的受力方向矢量,方向是放入該點(diǎn)的正電荷的受力方向疊加合磁感應(yīng)強(qiáng)度等于各磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量和合電場強(qiáng)度等于各個(gè)電場的電場強(qiáng)度的矢量和情境:電流流過人體神經(jīng)和肌肉組織會產(chǎn)生脈沖電場。物理學(xué)家很早就起先利用這些電流,開發(fā)出顯示心臟功能的心電圖和顯示大腦功能的腦電圖。人體組織也會同時(shí)產(chǎn)生磁場,并有很大希望被用來診斷疾病。特殊是磁傳感器不須要接觸皮膚,對于測量胎兒心臟或燒傷患者都特別適合。探討:(1)電場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向的影響因素?提示:電場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向都由各自的電場和磁場確定。(2)為了探討某一點(diǎn)電場的強(qiáng)弱,可以在該點(diǎn)放入摸索電荷,為了探討磁場的強(qiáng)弱,可以實(shí)行什么方法?提示:可以探討很小的一段通電導(dǎo)線的受力?！镜淅咳鐖D所示,把兩個(gè)完全一樣的環(huán)形線圈相互垂直地放置,它們的圓心位于一個(gè)共同點(diǎn)O上,當(dāng)通以相同大小的電流時(shí),兩通電線圈在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場方向分別為垂直紙面對里和豎直向上,大小相等,則O點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度與一個(gè)線圈單獨(dú)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小之比是 ()A.1∶1 B.2∶1C.∶1 D.1∶【解析】選C。設(shè)每個(gè)通電環(huán)形線圈在O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B,題目中已給出了B的方向,則其磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量和為B1=2Bsin45°=B,故與一個(gè)線圈單獨(dú)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小之比為∶1,故C正確。1.磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是特斯拉(T),與它等價(jià)的是 ()A. B.C. D.【解析】選B。當(dāng)導(dǎo)線與磁場方向垂直時(shí),由公式B=知磁感應(yīng)強(qiáng)度B的單位由F、I、L的單位確定。在國際單位制中,磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是特斯拉,簡稱T,1T=1,故B正確,A、C、D錯(cuò)誤。2.如圖所示,大圓導(dǎo)線環(huán)A中通有電流,方向如圖所示,另在導(dǎo)線環(huán)A所在的平面內(nèi)畫一個(gè)圓B,它的一半面積在A環(huán)內(nèi),另一半面積在A環(huán)外,則穿過B圓內(nèi)的磁通量 ()A.為零B.垂直向里C.垂直向外 D.條件不足,無法推斷【解析】選B。依據(jù)安培定則可知,通電環(huán)形導(dǎo)線A,在線圈B處產(chǎn)生磁場方向,左半邊的垂直向里,右半邊的磁場垂直向外,且線圈A內(nèi)部的磁場強(qiáng),外部的磁場弱,依據(jù)方向相反的磁通量可以相互抵消,可知,B圓內(nèi)的磁通量是垂直于紙面對里的,故B正確,A、C、D錯(cuò)誤。【加固訓(xùn)練】如圖所示,有一根直導(dǎo)線上通以恒定電流I,方向垂直指向紙內(nèi),且和勻強(qiáng)磁場B垂直,則在圖中圓周上,磁感應(yīng)強(qiáng)度數(shù)值最大的點(diǎn)是 ()A.a點(diǎn)B.b點(diǎn)C.c點(diǎn) D.d點(diǎn)【解析】選A。由電流的安培定則可知電流產(chǎn)生的磁場在a點(diǎn)的方向水平向右,c點(diǎn)水平向左,b點(diǎn)豎直向下,d點(diǎn)豎直向上,且四點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等,依據(jù)矢量合成法則可知磁感應(yīng)強(qiáng)度最大值為a點(diǎn),故A正確,B、C、D錯(cuò)誤?！就卣估}】考查內(nèi)容:磁感應(yīng)強(qiáng)度的探測【典例】隨著信息技術(shù)的發(fā)展,我們可以用磁傳感器把磁感應(yīng)強(qiáng)度變成電信號,通過計(jì)算機(jī)對磁場進(jìn)行探討。磁傳感器對磁場很敏感,輸出的電信號進(jìn)入計(jì)算機(jī)。現(xiàn)用磁傳感器探測通電螺線管軸線上的磁感應(yīng)強(qiáng)度。如圖所示,沿螺線管中軸線向左建立Ox坐標(biāo)軸,將探頭沿Ox軸向左端移動(dòng)時(shí),測得磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小隨位置x的變更關(guān)系,則圖象中最符合實(shí)際狀況的是 ()【解析】選B。螺線管內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度最強(qiáng)且近似為勻強(qiáng)磁場,兩端較弱,選項(xiàng)B正確。情境·模型·素養(yǎng)假如你看過象棋講座的視頻,就會發(fā)覺棋子都是由磁性材料制成的。探究:棋子不會掉下來是因?yàn)槭裁?【解析】磁性棋子受到棋盤的吸引力而對棋盤產(chǎn)生壓力,棋盤對棋子有彈力,重力使棋子有向下滑動(dòng)的趨勢,因此棋子受到棋盤對它向上的靜摩擦力,此力和重力平衡,使棋子不會掉下來(由于空氣浮力遠(yuǎn)小于重力,故可以忽視不計(jì))。答案:見解析如圖所示,假設(shè)將一個(gè)小磁針放在地球的北極點(diǎn)上。探究:小磁針的N極將指向哪里?【解析】我們已經(jīng)知道地球的地理北極點(diǎn)上可以近似地認(rèn)為是地磁的南極,依據(jù)磁體的同性相斥,異性相吸,所以小磁針的N極將豎直向下。答案:見解析課堂檢測·素養(yǎng)達(dá)標(biāo)1.有一段直導(dǎo)線長1cm,通過5A電流,把它置于磁場中某點(diǎn)時(shí),受到的磁場力為0.1N,則該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的值不行能為 ()A.1TB.5TC.2TD.2.5T【解析】選A。長為1cm,電流強(qiáng)度為5A,把它置入某磁場中某點(diǎn),受到的磁場力為0.1N,當(dāng)垂直放入磁場時(shí),由公式B=得:B=2T,若不是垂直放入磁場時(shí),則磁感應(yīng)強(qiáng)度比2T還要大,所以該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度B≥2T,故A正確,B、C、D錯(cuò)誤。故選A?！究偨Y(jié)提升】磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義式B=可知,是屬于比值定義法,且導(dǎo)線垂直放入磁場中,即B與F、I、L均沒有關(guān)系,它是由磁場的本身確定,同時(shí)還要留意定義式B=是有條件的。2.如圖表示磁場的磁感線,依圖分析磁場中a點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度與b點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度相同的是 ()【解析】選D。磁感線的疏密可表示磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小,而勻強(qiáng)磁場中各處磁場均相同,從圖中可以知道,只有D選項(xiàng)中,a、b兩點(diǎn)處磁感線的疏密相同,故選D。3.三根平行的直導(dǎo)線,分別垂直地通過一個(gè)等腰直角三角形的三個(gè)頂點(diǎn),如圖所示,現(xiàn)使每條通電導(dǎo)線在斜邊中點(diǎn)O所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小均為B,則該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向是 ()A.大小為B,方向垂直斜邊向下B.大小為B,方向垂直斜邊向上C.大小為B,斜向右下方D.大小為B,斜向左下方【解析】選C。由題意可知,三根平行的通電導(dǎo)線在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等,方向如圖;則:B合==B,故A、B、D錯(cuò)誤,C正確,故選C。4.勻強(qiáng)磁場中某處P放一個(gè)長度為L=20cm,通電電流I=0.5A的直導(dǎo)線,測得它受到的最大磁場力F=1.0N,其方向豎直向上?，F(xiàn)將該通電導(dǎo)線從磁場中撤走,則P處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為 ()A.零B.10T,方向豎直向上C.0.1T,方向豎直向下D.10T,方向確定不沿豎直向上的方向【解析】選D。由題意,導(dǎo)線與磁場垂直時(shí)所受安培力最大,依據(jù)F=BIL可知1.0≤B×0.5×0.2,解得B≥10T;因磁感應(yīng)強(qiáng)度B方向與安培力方向是垂直關(guān)系,故知B的方向確定不是豎直向上,也不是豎直向下,故選D