資源簡介

(共33張PPT)
第2節 磁感應強度 磁通量
第十三章 電磁感應與電磁波初步
物理
學習目標
1.在實驗的基礎上,類比電場強度,定義描述磁場強弱和方向的物理量——磁感應強度,并進一步體會微元法和利用物理量之比定義物理量的方法。
2.知道磁感應強度的定義,知道其方向、大小、定義式和單位。會用磁感應強度的定義式進行有關計算。
3.知道勻強磁場的特點。
4.知道磁通量,會計算在勻強磁場中通過某一面積的磁通量。
5.了解中國古代在指南針使用方面的情況,激發學生民族自豪感。
學習重難點
重點：磁感應強度概念的建立,理解磁感應強度的物理意義。通過研究問題和情境,在一定條件下對客觀事物進行抽象和概括,找出事物的本質和共同屬性,構建物理模型和概念。
難點：尋找描述磁場強弱和方向的物理量。對磁通量的物理意義的理解。
[探究一]磁場強弱和方向的研究方法
請同學們回憶，之前在學習電場的時候，是用哪個物理量來描述電場的強弱和方向的？
那么我們用相似的方法來尋找描述磁場強弱和方向的物理量，同學們試著猜一下？
新知導入
[探究二]磁感應強度方向
在電場中我們用試探電荷在電場中某位置的受力方向來判斷該位置電場方向。
新知講解
該如何確定某點磁場方向呢？
那么磁場對什么物體會產生力的作用？
[實驗一]探究磁感應強度方向
投影儀中磁體周圍存在磁場，把多個小磁針放在磁體旁邊，再反復移動小磁針，觀察小磁針指向有何變化？
[總結]在物理學中，把小磁針N極受力的方向或靜止時N極所指的方向規定為該點磁感應強度的方向，簡稱磁場方向。
[探究二]磁感應強度大小
怎樣定義磁感應強度的大小呢？我們是否可以依舊采用小磁針？
不能。
1.N極不能單獨存在。
2.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感應強度的大小。
3.磁場不僅能對磁體有作用力，還對通電導體有作用力。
[選擇模型]在磁場中垂直放置一段很短的通電導線。
在物理學中，把很短一段通電導線中電流I和導線長度l的乘積Il叫作電流元。
[思考]為什么選擇很短的？為什么要在磁場中垂直放置（不用馬上回答）？
[分組討論]通電導線在磁場中的受力與哪些因素有關？
[注意]當一個物理量與多個物理量都有關系時，應采用控制變量法去逐一分析。
磁場強弱、電流大小、導線長短、導線與磁場的擺放角度
[討論]設計實驗驗證通電導線受力與這些物理量之間的關系，大膽猜想。
[實驗二]探究通電導線在勻強磁場中的受力與擺放角度的關系
在勻強磁場中，保持導體棒長度不變，通過的電流大小不變，將導體棒與磁場方向垂直放置，通電，觀察導體棒是否運動；斷開開關，將導體棒平行于磁場方向放置，通電，觀察導體棒是否運動；斷開開關，實驗結束。
[總結]
導體棒垂直于磁場方向時，受到磁場的作用力最大；
導體棒平行于磁場方向時，受到磁場的作用力最小，為零。
其他角度受到的磁場作用力介于兩者之間。
[實驗三]探究影響通電導線受力的因素（定性）
[學生分組實驗]
[總結]當B和l不變時，I越大，偏角越大，F越大。
當B和I不變時，l越長，偏角越大，F越大。
保持導線有效長度不變，改變電流的大小，觀察現象。
保持電流不變，改變導線在磁場中的有效長度，觀察現象。
[實驗四]探究影響通電導線受力的因素（定量）
[進行演示實驗]
保持導線有效長度不變，改變電流的大小。調節滑動變阻器，觀察現象。
保持電流不變，改變導線在磁場中的有效長度，觀察現象。
l F;2l 2F;3l 3F
I F;2I 2F;3I 3F
[總結]
[實驗研究說明]
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，又與I和l的乘積Il成正比
k為比例系數，與I和l無關；磁場中同一點，k值相同；磁場中不同點，k值一般不同。
[思考]比值 有何物理意義？
F∝I
F∝l
即F∝Il,即=k
[定義磁感應強度]
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的比值叫作通電導線所在處的磁感應強度，用字母B表示。
定義式： B = （比值法）
[特別提醒]
磁感應強度是矢量，方向與該點磁場方向相同。
磁感應強度與電流元受力情況無關，與其放置方向無關，與電流元大小無關，僅由磁場本身性質決定。
單位：特斯拉，簡稱特，符號T；1T=1N/（A·m）
[問題討論]自行研究并小組討論得出統一意見。
如果空間存在多個磁場，空間中某點的磁感應強度該如何疊加？（提示：磁感應強度是矢量還是標量？）
除了磁感應強度B還可以怎樣描述磁場的強弱？
磁通量
穿過相同面積磁感線條數多的就密，磁感應強度就大。
[提問一]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？
[提示]如果 S1 和 S2 都垂直于紙面方向并且面積相同，穿過相同面積磁感線條數誰的多？
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，如下圖，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。用字母 Φ 表示磁通量，則 Φ ＝ BS 。在國際單位制中，磁通量的單位是韋伯，簡稱韋，符號是 Wb。
1 Wb ＝ 1 T·m 2
[實驗探究]得出決定磁通量的因素
淋浴花灑，水流模擬磁感線，線圈模擬平面
改變線圈傾斜程度，噴水方式不變，線圈面積不變，穿過線圈平面的水流條數是否發生改變？什么情況下穿過的水流條數最多？
磁通量大小不僅與B、S有關，還與B與S之間夾角有關，且垂直時最大，平行時為零。
[提問二]如果磁感應強度 B 不與我們研究的平面垂直，例如下圖中的S，那么我們如何計算磁通量？
用這個面在垂直于磁感應強度 B 的方向的投影面積 S′與 B 的乘積表示磁通量。
[提問三]從 Φ＝BS 可以得出 B＝Φ/S ，這表示磁感應強度的大小又等于什么呢？
磁感應強度的大小等于穿過垂直磁場方向的單位面積的磁通量。
1.Φ是標量,但有正負,若取某方向穿入平面的磁通量為正,則反方向穿入該平面的磁通量為負
2.過一個平面若有方向相反的兩個磁通量,這時的合磁通量為相反方向磁通量的代數和(即相反方向磁通量抵消以后剩余的磁通量才是合磁通量)
學習了本節課內容同學們就可以描述磁場的強弱與方向了。
中國古代在磁場研究與應用方面的偉大貢獻
地理兩極與地磁兩極不重合
【例題1】一根長40cm的直導線，垂直勻強磁場方向放置，導線中的電流為1.0A，在磁場中受到的磁場力大小為3.6N。
（1）求該磁場的磁感應強度大小。
（2）當導線中的電流增大為2A時，導線受到的磁場力為多大？
解析：（1）根據磁感應強度定義式，得 。
（2）磁場中磁感應強度由磁場本身決定，所以當導線中的電流增大時，磁場中的磁感應強度仍然為9T。
此時磁場對通電導線的作用力為 。
典例探究
【例題2】如圖所示，一水平放置的N匝矩形線框面積為S，勻強磁場的磁感應強度為B，方向斜向上，與水平面成30°角，現若使矩形框以左邊的一條邊為軸轉到豎直的虛線位置，則此過程中磁通量的改變量的大小是多少？
解析：若取轉到末位置時穿過線框方向為正方向，則
因穿過多匝線框的磁通量的大小與匝數無關，故
。
課堂練習
1.下列說法正確的是(　　)
A.磁場中某一點的磁感應強度可以這樣測定:把一小段通電導線放在該點時受到的磁場力F與該通電導線的長度l、通過的電流I乘積的比值作為磁感應強度,即B=
B.通電導線在某點不受磁場力的作用,則該點的磁感應強度一定為零
C.磁感應強度B= 只是定義式,它的大小取決于場源以及在磁場中的位置,與F、I、l以及通電導線在磁場中的方向無關
D.通電導線所受磁場力的方向就是磁場的方向
答案：C
2.(多選)下列關于磁感應強度的方向和電場強度的方向的說法,正確的是(　　)
A.電場強度的方向與電荷所受的靜電力的方向相同
B.電場強度的方向與正電荷所受的靜電力的方向相同
C.磁感應強度的方向與小磁針 N極所受磁場力的方向相同
D.磁感應強度的方向與小磁針靜止后, N極所指的方向相同
答案：BCD
3.如圖所示,線框面積為S,線框平面與磁感應強度為B的勻強磁場方向垂直,則穿過線框的磁通量的情況是(　　)
A.若從初始位置繞OO'轉過180°角,磁通量的變化量為零
B.若從初始位置繞OO'轉過90°角,磁通量的變化量為零
C.若使線框繞OO'轉過60°角,磁通量為 BS
D.若使線框繞OO'轉過30°角,磁通量為 BS
答案：D
4.如圖所示,兩個單匝線圈a、b的半徑分別為r和2r。圓形勻強磁場B的邊緣恰好與a線圈重合,則穿過a、b兩線圈的磁通量之比為(　　)
A.1∶1
B.1∶2
C.1∶4
D.4∶1
答案：A
課堂小結
一、磁感應強度
1.定義:
2.標矢量:
3.方向:
4.單位:
二、磁通量
1.定義:
2.表達式:
3.單位:
謝謝大家

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