資源簡介

(共46張PPT)
第十三章 電磁感應與電磁波初步
第二節 磁感應強度 磁通量
探究磁場的方向和強弱
01
磁感應強度
02
勻強磁場
03
總結提升
05
磁通量
04
巨大的電磁鐵能吸起成噸的鋼鐵，通過電磁力的作用列車也可以懸浮起來，而小磁體卻只能吸起幾枚鐵釘——磁場有強弱之分。
課堂引入
那么，我們怎樣定量地描述磁場的強弱呢？
對放入其中的磁體或通電導體有磁力的作用
試探電荷所受電場力跟電荷量的比值,正試探電荷的受力方向
如何描述電場的強弱和方向？
如何描述磁場的強弱和方向？
能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
課堂引入
電場的基本性質是什么？
磁場的基本性質是什么？
對放入其中的電荷
有電場力的作用
思考：如何描述磁場的強弱和方向呢
（歷史上磁場強度已經用來表示另一個物理量）
？
探究磁場的強弱和方向
PART 01
S
N
場源電荷
試探電荷
+q
規定：小磁針靜止時N極所指的方向為該點的磁場的方向。
電場強度方向：
磁場的方向：
探究磁場的方向
規定：正試探電荷的受力方向
回顧：電場強度E的大小
思考1：能否用測量N極受力的大小來確定磁場的強弱？
場源電荷
試探電荷+
不能。因為N極不能單獨存在。小磁針靜止時所受的合力為零，因而不能用測量N 極受力的大小來確定磁場的強弱。
探究磁場的強弱
怎么辦
？
能否用很小一段通電導體來檢驗磁場的強弱？
思考2：磁場除對磁體有作用力外，還對誰有作用力？
電流元：很短的一段通電導線中的電流 I 與導線長度 L 的乘積 IL。
①理想模型
②不存在孤立的電流元
③可以用較長的通電導線來檢驗勻強磁場
電流元
通電導體
放置位置
電流大小
磁場中導線長度
磁場
（相同的磁場）
（通電導線與磁場方向垂直）
控制變量
思考3：通電導線所受到的磁場力與什么有關呢？
問題與思考
磁鐵較寬，可視為勻強磁場
滑動變阻器可以改變電流的大小
但是L怎樣變化呢？
實驗探究
現象：電流I增大，導線擺動的角度增大；電流I減小，導線擺動的角度減小。
現象：通電導線L變長，導線擺動的角度增大；通電導線L變短，導線擺動的角度減小。
1.保持導體長度L不變，改變電流的大小
2.保持電流I不變，改變導線的長度
實驗過程及現象
精確的實驗表明：通電導線與磁場方向垂直時
當L不變，I越大，F越大
當I不變，L越長，F越大
F∝IL
即：通電導線與磁場方向垂直時，它受力的大小既與導線的長度L成正比，又與導線中的電流I成正比，即與I和L的乘積IL成正比。
實驗結論
思考：將F∝IL寫成等式是什么樣的？
提出新問題
式中 B 與導線的長度和電流的大小都沒有關系。但是，在不同情況下，B的值是不同的:即使是同樣的I、l,在不同的磁場中，或在非均勻磁場的不同位置，一般說來，導線受的力也是不一樣的?？磥恚珺正是我們要尋找的能表征磁場強弱的物理量——磁感應強度(magneticinduction)。
F=BIL
磁感應強度
PART 02
1.定義：
2.單位：
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。
特斯拉，簡稱特，符號T。
3.方向：
矢量，方向與該點磁場的方向一致
4.意義：描述磁場的強弱和方向的物理量
磁感應強度
1.B與L、I、F無關，與場源和該點在場中的位置有關。
2.用B=F/IL計算時，導線電流的方向與磁場方向必須垂直。通電導線與磁場方向垂直時受到磁場力最大，平行時為零。
3.若某一空間同時存在幾個磁場，空間的磁場應由這幾個磁場疊加而成，某點的磁感應強度為B，則有：B=B1+B2+B3……（矢量和） ，用平行四邊形法則運算。
d
b
a
幾點說明
一些磁場的磁感應強度
比較項目 磁感應強度B 電場強度E
物理意義 描述磁場的性質 描述電場的性質
定 義 式 共同點 用比值的形式定義 特點 通電導線與B垂直， B與F、I、L無關 E與F、q無關
方 向 共同點 都是矢量，遵循矢量合成法則 不同點 小磁針N極的受力方向 放入該點正電荷的受力方向
磁感應強度與電場強度的對比
勻強磁場
PART 03
1.定義：強弱、方向處處相同的磁場
2.特點：磁感線是一組間隔相同的平行直線
3.常見的勻強磁場:
勻強磁場
相隔很近的兩個異名磁極之間的磁場
通電螺線管內部的磁場
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
I
勻強磁場的磁感線
磁感線的疏密程度表示了磁場的強弱。在圖中，S1和S2兩處磁感線的疏密不同，這種不同是如何體現的呢？
如果在S1和S2 處，在垂直于紙面方向取同樣的面積，穿過相同面積磁感線條數多的就密，磁感應強度就大。
問題與思考
磁通量
PART 04
3.單位： Wb（韋伯）
1.定義：設在磁感應強度為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的乘積叫作穿過這個面積的磁通量，簡稱磁通。符號Φ
B1
S1
B2
S2
2.公式： Φ=BS
磁通量
單位：
在SI制中是韋伯，簡稱韋，符號Wb，1Wb=1T·m2
公式：
Φ=BS
S為閉合回路中包含磁場的那部分面積
S為垂直于磁場方向上的面積
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
S1
S2
1.B是勻強磁場或可視為勻強磁場的磁感應強度
2.公式只適用于S⊥B，若S與B不垂直，則S為垂直與磁場方向的投影面積
當磁場B⊥S垂直,磁通量最大Φ=BS
當B∥S時,磁通量最小Φ=0（所以B↑，Φ不一定↑）
注意：此處S必須為有界磁場區域面積?。。。?br/> 當磁場B與面積S不垂直, Φ對Φ＝BS 公式的理解
Φ > 0
Φ < 0
B
B
磁通量是標量，且有正負
規定磁感線從平面的某一面穿入，磁通量為正；磁感線從平面的另一面穿入，磁通量為負。
正負不表大小，只表示磁感線從正面穿進還是從負面穿進
磁通量的標矢性
磁通量反映了穿過這個平面的磁感線條數。
S
B1
B2
當平面有相同方向磁感線同時穿過時，總磁通量為各磁通量之和；當平面有相反方向磁感線同時穿過時，總磁通量為各磁通量之差的絕對值。
S
B3
B1
磁通量的物理意義
同一平面垂直磁場方向放置，在磁感應強度越大的地方，磁感線分布越密集，穿過該平面的磁通量越大。
磁通密度：
表示單位面積上的磁通量，反映磁感線的疏密。
磁感應強度數值上等于垂直穿過單位面積的磁通量。
拓展學習——磁通密度
當B垂直S時：
當平面與磁場方向不垂直時，穿過的磁通量？
磁感應強度與平面夾角θ。
θ
B
S
同一平面，從與磁場垂直方向轉過θ角，磁通量變為？
S
B
S
S′
θ
磁通量的計算
S表示在垂直于磁場方向上的有效投影面積
B
S
轉過90°，平面與磁場平行，穿過的磁通量為多少？
轉過180°，平面與磁場垂直，穿過的磁通量為多少？
B
B
Φ=0
磁通量的計算
B
S
θ1
θ2
ΔΦ＝Φ2－Φ1
末
初
1.當B不變，有效面積S變化時，ΔΦ＝B·ΔS
2.當B變化，S不變時，ΔΦ＝ΔB·S。
3.B和S同時變化，則ΔΦ＝Φ2－Φ1，
但ΔΦ≠ΔB·ΔS。
磁通量的變化
我國是最早在航海時使用指南針的國家。鄭和下西洋的船隊已經裝備了羅盤，導航時兼用羅盤和觀星，二者互相補充、互相修正。他的航海圖叫做“針圖”，圖中的航線叫做“針路”。明清時期，我國海道針經一類書籍相當豐富。15世紀初成書的《順風相送》《指南正經法》現藏于英國牛津大學圖書館。
STSE：指南針與鄭和下西洋
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。
①當SB垂直時Φ=BS
②單位：韋伯，符號：Wb 1Wb=1T·m2
③磁通量表示穿過這個面的磁感線條數。
磁場強弱、方向處處相同
磁感應強度
勻強磁場
磁通量
B
S
ΔΦ＝Φ2－Φ1
課堂小結
總結提升
PART 06
【練習1】關于磁場、磁感應強度和磁感線，下列說法中正確的是（?。?br/>A．磁場中的磁感線有的不能相交，有的能相交
B．磁感應強度是只有大小、沒有方向的標量
C．磁感線上每一點的切線方向都跟該點的磁場方向一致
D．勻強磁場中沿磁感線方向，磁感應強度越來越小
【參考答案】C
課堂練習
【練習2】（多選）（2024春·四川成都·高二成都七中?？茧A段練習）用如圖（a）所示的裝置研究安培力，線圈的一端懸掛于彈簧測力計上，另一端放置在勻強磁場中。某次實驗獲得測力計讀數隨電流變化的F-I圖像如圖（b）所示，圖中F1、F0和I1為已知量，線圈匝數為n，重力加速度為g，忽略線圈上邊所在位置處的磁場，通過以上已知量可求出（　?。?br/>A．線圈的質量
B．線圈在磁場中的有效長度
C．線圈所在磁場的磁感應強度
D．磁感應強度與線圈有效長度的乘積
【參考答案】AD
課堂練習
【練習3】（2024春·天津和平·高二統考學業考試）把長0.10m的直導線全部放入勻強磁場中，保持導線和磁場方向垂直，當導線中通過的電流為3.0A時，該直導線受到的安培力的大小為1.5×10-3N。則該勻強磁場的磁感應強度大小為（　　）
A．2.0×10-2T B．5.0×10-3T
C．1.5×10-3T D．4.5×10-4T
【參考答案】B
課堂練習
【練習4】（2024春·黑龍江哈爾濱·高二哈爾濱三中?？茧A段練習）兩根長直導線a、b平行放置，如圖所示為垂直于導線的截面圖，圖中O點為兩根導線連線的中點，M、N為a、b連線的中垂線上的兩點，且與a、b等距，兩導線中通有等大、反向的恒定電流。已知直線電流在某點產生的磁場的磁感應強度B的大小跟該點到通電導線的距離r成反比，則下列說法正確的是（　?。?br/>A．M點和N點的磁感應強度大小相等，方向相同
B．M點和N點的磁感應強度大小相等，方向相反
C．在線段MN上的O點磁感應強度為零
D．若在N點放一小磁針，靜止時其北極沿NO由N點指向O點
【參考答案】A
【練習5】如圖， 勻強磁場的磁感應強度 B 為0.2T，方向沿 x 軸的正方向，且線段 MN、DC 相等，長度為 0.4 m，線段 NC、EF、MD、NE、CF 相等，長度為 0.3 m，通過面積 SMNCD、SNEFC、SMEFD 的磁通量Φ1、 Φ2、Φ3各是多少？
Φ1=BSMNCD =0.2×0.3×0.4Wb=0.024Wb
Φ2=0
Φ3= BSMEFDcosθ= BSMNCD = 0.024Wb
課堂練習
【練習6】如圖所示，套在條形磁鐵外的三個線圈，其面積之間的關系為 S1 ＞ S2 = S3 ，且 “3”線圈在磁鐵的正中間。設各線圈中的磁通量依次為 Φ1 、 Φ2 、 Φ3 則它們的大小關系是（ ）
A. Φ1 > Φ2 > Φ3 B. Φ1 > Φ2 = Φ3
C. Φ1 < Φ2 < Φ3 D. Φ1 < Φ2 = Φ3
N
S
1
2
3
【正確答案】C

展開更多......

收起↑