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第三章 電磁場與電磁波初步
2 磁感應強度 磁通量
教學目標
對于不同的磁鐵，如電磁起重機可以吊起上百噸的鋼材，而我們在實驗室里用到的 U 型磁鐵，卻只能吸住幾枚鐵釘，這不同的磁鐵有什么樣的奧秘呢？本節課我們就一起來探討下。
新課引入
1. 電場的基本特性是什么？
對放入其中的電荷有電場力的作用
3. 磁場的基本特性是什么？
對放入其中的磁體或通電導體有磁力的作用
比值為恒量，反映場的性質，叫電場強度
2. 空間有點電荷 Q 建立的電場，如在其中的 A 點放一個檢驗電荷 q1，受電場力 F１，如改放電荷 q２，受電場力 F２，則 F1/q1與 F2/q2有何關系，比值說明了什么？
是否類似電場的研究方法，分析磁體或電流在磁場中所受的力，找出表示磁場強弱和方向的物理量？
答：不能，小磁針可以判斷空間某點磁場方向，但很難對它進行進一步定量分析。
問題1：磁感應強度的大小能否從小磁針受力的情況來研究
問題2：磁場不僅能對磁體有作用力,還對通電導體有作用力。能否用通電導體來檢驗磁場的強弱
答：能
思考與交流：
問題3：我們無法測量非常短的一小段通電導線受到的磁場力，只能測量一段較長通電導線的受力，應該如何處理？
答：在一個“均勻”的磁場中進行實驗，并使待測導線與磁場方向垂直。
1.定義：磁場強弱、方向處處相同的磁場.
2.勻強磁場的磁感線：是一組相互平行、方向相同、疏密均勻的直線.
勻強磁場
3．產生方法：距離很近的兩個異名磁極之間的磁場，相隔一定距離的兩個平行放置的線圈通電時，其中間區域的磁場都可認為是勻強磁場。
如圖所示連接實驗器材，使線框平面與磁場方向垂直，線框下方的短邊位于蹄形磁體的兩極之間。
實驗探究：
1.在接通電路前先觀察并記錄下彈簧測力計的讀數F01和線框在磁場中的短邊的長度L1
2.接通電路，調節滑動變阻器使電流表讀數為I1.觀察并記錄彈簧測力計此時的讀數F1。想一想，的物理意義是什么？
表示線框受到的磁場力
F01 ＝mg
F1 ＝mg+F磁場
如圖所示連接實驗器材，使線框平面與磁場方向垂直，線框下方的短邊位于蹄形磁體的兩極之間。
實驗探究：
3.更換短邊長度不同的線框（保持短邊在磁場中的位置不變），改變電流大小，重復上述步驟。
4.在下表中列出Ii·Li與（i=1，2，3，…，n）的對應關系
Ii·Li
也可用如圖所示的裝置探究
多學一點：
安培力跟電流 I 和導線長度L的乘積的比是一個定值，與導線的長度、通過導線的電流無關.
思考：比值有什么物理意義？
實驗結論:
為一個定值
描述磁場的強弱程度
1. 定義：在磁場中垂直于磁場方向的通電導線，所受的磁場力 F 跟電流 I 和導線長度 L 的乘積 IL 的比值叫磁感應強度。
2. 大小：B ＝F/IL。
3. 單位：在國際單位制中，磁感應強度的單位是特斯拉，簡稱特，國際符號是 T，1 T＝ 1 N/A·m。
4. 矢量：某點的磁場方向，即小磁針靜止時N極所指的方向為該點的磁感應強度的方向。
5. 物理意義：描述磁場強弱的物理量。
一、磁感應強度
一些磁感應強度的大小（單位：T）
一、磁感應強度
原子核表面 約1012
實驗室的強磁場 約30
老式電視機內的偏轉磁場 約0.1
地球表面 約5×10-5
人體表面（例如頭部） 3×10-10
磁屏蔽室內 3×10-14
磁感線的疏密程度表示了磁場的強弱。 s１ 和s１兩處磁感線的疏密不同，這種不同是如何體現的呢？
1.定義：在磁感應強度為B的勻強磁場中，有一個與磁場方向垂直的平面，面積為S，我們把B與S的乘積叫做穿過這個面積的磁通量，簡稱磁通。用字母Φ表示磁通量。
2.定義式：Φ=BS （S表示某一面積在垂直于磁場方向上的投影面積）
3.單位：韋伯，簡稱韋，符號Wb，1Wb=1T·m2
二、磁通量
Φ=BS
Φ=BScos θ
注意：
1．Φ=BScos θ只適用于線圈處于勻強磁場情況，如果線圈內部的磁場是非勻強磁場，則必須把它分成若干小的區域，若每一個小區域內的磁場可以看作勻強磁場，則可以分別計算穿過各小區域的磁通量，再把它們加起來即為穿過線框的磁通量.
2．邊長為L的正方形線框內只有部分區域存在磁場，磁感應強度為B，方向與平面垂直，則穿過它的磁通量是Φ =BS ’=BL2/4
注意：
3．磁通量是有正負的，若在某個面積有方向相反的磁場通過，求磁通量，應考慮相反方向抵消以后所剩余的磁通量，即應求該面積各磁通量的代數和．--------標量
4．磁通量變化ΔΦ＝Φ2－Φ1是某兩個時刻穿過某個平面S的磁通量之差，即ΔΦ取決于末狀態的磁通量Φ2與初狀態磁通量Φ1的代數差。
5．如果線框有n匝，穿過每匝線框的磁通量為Φ，則穿過整個線框的磁通量為n Φ
典例分析
【例1】關于磁感應強度的概念，以下說法中正確的有(　　)
A．導線IL在磁場中受力為F，則磁感應強度B一定等于
F/IL
B．導線IL在磁場中受力為F，則磁感應強度可能大于
或等于F/IL
C．磁場中導線受力大的地方，磁感應強度一定大
D．磁場中某點磁感應強度的方向，與導線在此點的受
力方向相同
B
導線垂直磁場時：B=F/IL
B由磁場決定
B的方向為磁場方向，不是受力方向
【例2】在勻強磁場中有一根長0.4m的通電導線，導線中的電流為20A，這條導線與磁場方向垂直，所受的磁場力0.015N，求:
（1）磁感應強度的大小是多少？
（2）當電流減少10A，而長度增加0.2m,通電導線所受的力大小是多少？
解析(1)由磁感應強度的定義式B=F/IL得B=0.0019T
(2)當導線的長度增加0.2m、電流減小10A，磁感應強度的大小不變，所以導線所受磁場的作用力大小為F=BIL=0.0114N
典例分析
一、磁感應強度
2.定義式： （I與B垂直）
3.方向：小磁針 N 極的受力方向
4.磁場強弱、方向處處相同
二、磁通量
定義式： Φ=BS⊥
1.定義：在磁場中垂直于磁場方向的通電導線，所受的磁場力 F 跟電流 I 和導線長度 L 的乘積 IL 的比值叫磁感應強度。
本課小結
1.下列關于磁感應強度大小的說法中正確的是（ ）
A．通電導線受磁場力大的地方磁感應強度一定大
B．通電導線在磁感應強度大的地方受力一定大
C．放在勻強磁場中各處的通電導線，受力大小和方向處處相同
D．磁感應強度的大小和方向跟放在磁場中的通電導線受力的大小和方向無關
D
跟蹤練習
2. 下列有關磁感應強度的方向正確的是（　 ）
A. B 的方向就是小磁針 N 極所指的方向
B. B 的方向與小磁針在任何情況下 N 極受力方向一致
C. B 的方向就是通電導線的受力方向
D. B 的方向就是該處磁場的方向
BD
3.有一小段通電導線，長為10 cm，其中的電流強度為5 A，把它置于勻強磁場中某處，受到的磁場力為100 N，則該處的磁感應強度B一定是（ ）
A．B＝200 T B．B≤200 T
C．B≥200 T D．以上幾種情況都有可能
C
4. 一根長 20 cm 的通電導線，放在磁感應強度為 0.4 T 的勻強磁場中，導線與磁場方向垂直。若它受到的安培力大小為 4×10-3 N，則導線中的電流是 A；若將導線中的電流減小為 0 ，則該處的磁感應強度大小為 T。
0.05
0.4
5.如圖所示,框架面積為S,框架平面與磁感應強度為B的勻強磁場方向垂直,則穿過平面的磁通量為___,若使框架繞OO’轉過60度角則穿過線框平面的磁通量為________,若從初始位置轉過90度角,則穿過線框平面的磁通量為_____,若從初始位置轉過180度角,則穿過線框平面的磁通量的變化量為_______.
O
O’
BS
0.5BS
0
-2BS
謝謝
大家

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