高中物理 第2章 磁及其應用 第2節(jié) 磁場的描述與磁通量教師用書 魯科版選修1-1

第2節(jié)磁場的描述與磁通量課標解讀重點難點1.知道磁感線，會用磁感線描述磁場2.知道磁感應強度的定義及方向，會用磁感應強度描述磁場3.理解磁通量及其定義，掌握公式BS.1.用磁感線描述磁場，磁感應強度的意義及磁通量的概念(重點)2.磁感應強度和磁通量的理解(難點)描述磁場的磁感線1.基本知識(1)為了形象地描述磁場，英國物理學家法拉第提出用磁感線來描述磁場(2)磁感線：與描述電場的方法類似，在磁場中畫出一些有方向的假想曲線，在這些曲線上每一點的切線方向都跟該點的磁場方向相同磁場有強弱之分，越靠近磁極的地方磁感線越密，對應的磁場越強2思考判斷(1)磁感線可以用細鐵屑來顯示，因而是真實存在的()(2)磁感線閉合而不相交，不相切，也不中斷()3探究交流磁體內(nèi)部和磁體外部磁感線的方向是怎樣的？【提示】磁體外部磁感線方向從N極指向S極，磁體內(nèi)部磁感線方向從S極指向N極.磁感應強度1.基本知識(1)定義：穿過垂直于磁感線的單位面積的磁感線條數(shù)等于該處的磁感應強度(2)方向：磁感應強度是矢量，既有大小，又有方向磁場中某點的磁感應強度的方向就是該點的磁場的方向，它在通過該點的磁感線的切線方向上，與放在該點的小磁針靜止時N極所指的方向一致(3)單位：在國際單位制中是特斯拉，簡稱特，符號是T.(4)物理意義：描述磁場強弱的物理量穿過垂直于磁感線單位面積的磁感線越多，對應的磁感應強度越大，磁場也就越強2思考判斷(1)磁場中某點的磁感應強度的方向就是該點的磁場方向()(2)小磁針N極受力的方向就是該處磁感應強度的方向()3探究交流想一想，磁場的方向有哪幾種表達方式？【提示】磁場的方向可有以下三種表達方式：(1)小磁針靜止時N極所指的方向，也就是N極受力的方向(2)磁場的方向就是磁感應強度B的方向(3)磁感線上某點的切線方向即為該點的磁場方向.磁通量1.基本知識(1)定義：在磁場中穿過某一面積S的磁感線條數(shù)定義為穿過該面積的磁通量(2)公式：BS，注意：此公式只適用于B與S垂直的情況(3)單位：在國際單位制中是韋伯，簡稱韋，符號是Wb.(4)磁通密度：由公式BS得B，可以理解為磁感應強度等于垂直通過單位面積的磁通量，即磁通密度其對應的單位為Wb/m2.2思考判斷(1)磁感應強度等于穿過單位面積的磁通量()(2)將一平面置于勻強磁場中的任何位置，穿過該平面的磁通量總相等()3探究交流在大量的電磁儀器中，磁場的應用非常廣泛，而勻強磁場占據(jù)著非常重要的地位，你知道什么樣的磁場是勻強磁場嗎？【提示】如果在磁場中的某一區(qū)域里，磁感應強度的大小和方向處處相同，這個區(qū)域的磁場叫做勻強磁場在兩個正對的距離很小的異名磁極之間的磁場是勻強磁場勻強磁場的磁感線是間距相等的一組平行線.對磁感線的理解【問題導思】1磁感線是客觀存在的嗎？【提示】不是2磁感線能相交嗎？【提示】不能磁感線是為了形象地描述磁場而假想的一系列曲線實驗時可以用被磁化的鐵屑顯示磁感線的分布，但不能認為磁感線是由鐵屑排列而成的磁體周圍的磁感線應分布在一個三維空間內(nèi)對于磁感線的認識還要注意以下幾點：1在磁體外部磁感線從N極到S極，在磁體內(nèi)部從S極到N極2磁感線是閉合的曲線3磁場中任意兩條磁感線不能相交，也不能相切4磁場中未畫磁感線的地方，并不表示那里沒有磁場5磁感線上某點的切線方向、小磁針在該點靜止時N極的指向、小磁針N極受力方向表示該點的磁場方向6勻強磁場的磁感線是等間距、互相平行的直線關(guān)于磁感線，下列說法中正確的是() 【導學號：31870014】A兩條磁感線的空隙處一定不存在磁場B磁感線總是從N極到S極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兩個磁場疊加的區(qū)域，磁感線可能相交【解析】磁感線是為了形象地描繪磁場而假設(shè)的一組有方向的曲線，曲線上每一點的切線方向表示磁場的方向，曲線疏密表示磁場強弱，所以C正確，A不正確在磁鐵外部磁感線從N極到S極，內(nèi)部從S極到N極，磁感線不相交，所以B、D不正確【答案】C磁感線是人為畫出的一些假想的曲線，其目的是為了形象地描述磁場的強弱及方向，掌握磁感線的基本規(guī)律能很好地處理此類問題1如圖221所示是幾種常見磁場的磁感線分布示意圖，下列說法正確的是()圖221A(a)圖中a端是磁鐵的S極，b端是磁鐵的N極B(a)圖中a端是磁鐵的N極，b端是磁鐵的S極C(b)圖是兩異名磁極的磁感線分布示意圖，c端是N極d端是S極D(b)圖是兩異名磁極的磁感線分布示意圖，c端是S極，d端是N極【解析】題圖(a)是條形磁鐵外部磁感線分布示意圖，外部磁場的磁感線是從磁鐵的N極出來，進入磁鐵的S極，故A正確，B錯題圖(b)是兩異名磁極間的磁感線分布示意圖，磁感線仍然是從N極出來，進入磁鐵的S極，故C錯，D正確【答案】AD對磁感應強度的理解【問題導思】1磁感應強度的方向與磁感線有什么關(guān)系？【提示】磁感線的切線方向為該點磁感應強度方向2磁感應強度是矢量嗎？【提示】是1磁感應強度的物理意義：描述磁場強弱和方向的物理量2磁感應強度的決定因素：僅由場源來決定3磁感應強度的標矢性：(1)其大小描述磁場的強弱，同一小磁針受力越大表明該處磁感應強度越大，它在數(shù)值上等于垂直穿過單位面積的磁感線條數(shù)；(2)其方向就是N極在該點的受力方向，也就是該點磁場的方向，磁感線在該點的切線方向下列關(guān)于磁感應強度的說法中正確的是()A磁感應強度是矢量，用來表示磁場強弱和方向的物理量B小磁針北極在磁場中受力的方向是唯一的，能比較客觀地描述磁感應強度的方向C磁極在磁場中受磁場力大的地方，該處的磁感應強度一定大D磁極在磁場中受磁場力大的地方，該處的磁感應強度不一定大，與放置方向有關(guān)【審題指導】 一個完整的物理量要從定義、公式、單位、物理意義、矢標量等五個方面來認識【解析】 關(guān)于磁感應強度的完整概念有以下內(nèi)容：第一，是矢量，大小等于垂直穿過單位面積的磁通量，方向是小磁針北極在磁場中的受力方向；第二，物理意義，反映磁場強弱的物理量，從力的角度描述了磁場的性質(zhì)，磁場強的地方放入磁極受到的力一定大；第三，單位是特斯拉，本題沒有考查磁感應強度的單位根據(jù)完整的物理概念，本題選A、B、C.【答案】ABC2關(guān)于磁感應強度的方向，下列說法中正確的是() 【導學號：31870015】A磁場中某點的磁感應強度的方向就是該點的磁場方向B磁場中某點的磁感應強度的方向就是通過該點的磁感線的切線方向C磁場中某點磁感應強度的方向就是小磁針在該點靜止時北極的指向D磁場中某點磁感應強度的方向就是小磁針在該點受磁場力的方向【解析】根據(jù)磁感應強度的方向特點，可判定選項A、B、C正確選項D錯，應為小磁針N極受力的方向【答案】ABC對磁通量的理解【問題導思】1在勻強磁場中，線圈的面積越大，其磁通量越大嗎？【提示】不是2磁通量有大小，有正負，它是矢量嗎？【提示】不是1磁通量指的是穿過磁場中某一面積的磁感線條數(shù)，是針對某一面積而說的2在勻強磁場中，穿過與磁場方向垂直、面積為S的平面的磁通量BS，若磁感線與平面不垂直時，如圖所示，可用投影的方法，將平面向垂直于磁場方向上投影，即可得到磁通量的一般公式BSBScos .圖2223磁通量是標量，只有大小，沒有方向，但有正負之分，其正負僅表示磁感線的貫穿方向，一般來說，如果規(guī)定磁感線從正面穿過時為正值，那么磁感線從反面穿過時為負值如圖223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，則穿過線框平面的磁通量為_；若使框架繞軸OO轉(zhuǎn)過60角，則穿過線框平面的磁通量為_；若從初始位置轉(zhuǎn)過90角，則穿過線框平面的磁通量為_圖223【審題指導】B與S的方向關(guān)系有效面積SBS【解析】平面與磁感應強度垂直時BS；若逆時針轉(zhuǎn)過60角，BScos 60BS，若轉(zhuǎn)過90角，沒有磁感線穿過平面0.【答案】BSBS0(1)投影法與分解法是計算磁通量的兩種重要方法，實際計算時可任選一種；(2)穿過線圈的磁通量與線圈匝數(shù)無關(guān)；(3)要特別注意角的含義，不能死套公式，以免出錯；(4)由t0計算時，要注意t和0的正負3關(guān)于磁通量的描述，下列說法正確的是()A位于磁場中的一個平面垂直磁場方向時，穿過該平面的磁通量最大B穿過平面的磁通量最大時，該處的磁感應強度一定最大C如果穿過某平面的磁通量為零，則該處的磁感應強度一定為零D將一平面置于勻強磁場中的任何位置，穿過該平面的磁通量總是相等【解析】由磁通量的一般公式BScos 可知，磁通量不但與B、S有關(guān)，還與平面與該平面沿垂直磁場方向的投影面之間的夾角有關(guān)0，B不一定為0，越大，B也不一定越大故選A.【答案】A【備課資源】(教師用書獨具)特斯拉拒絕諾貝爾獎特斯拉是美國的發(fā)明家.1856年7月10日生于前南斯拉夫克羅地亞的斯米良他的父親是教堂牧師，母親熱衷于心理學研究.1880年，特斯拉畢業(yè)于布拉格大學.1884年，他在紐約定居，并于1889年成為美國公民特斯拉一生發(fā)明很多，1888年，特斯拉發(fā)明了交流多相電力傳輸系統(tǒng)，并因此獲得專利他的工作卻使提倡應用直流電的愛迪生大為惱火，于是雙方開展一場激烈競爭為了證實交流電的安全性，特斯拉專門舉行記者招待會，他讓交流電從“特斯拉線圈”通過他的身體點亮了燈，在場的記者們個個看得目瞪口呆特斯拉和愛迪生之間的矛盾是如此之深，以致當他知道自己將與愛迪生一起分享1912年的諾貝爾物理學獎時，他表示不接受授獎最后這個年度的諾貝爾物理學獎便轉(zhuǎn)發(fā)給了瑞典的物理學家達倫特斯拉晚年在經(jīng)濟上處于困境，1943年1月7日，孤獨地在一家旅館去世他死后在貝爾格萊德修建了“特斯拉紀念館”在他百年紀念時(1956年)，國際電氣技術(shù)協(xié)會將M.K.S制系統(tǒng)中的磁通量密度命名為“特斯拉”.1關(guān)于磁場和磁感線，下列說法正確的是()A兩磁感線空隙處不存在磁場B磁感線可以形象地描述磁場的強弱和方向，它每一點的切線方向都和小磁針放在該點靜止時北極所指的方向一致C磁感線總是從磁鐵的N極出發(fā)，到S極終止的D磁感線可以用細鐵屑來顯示，因而是真實存在的【解析】磁感線是為了形象描述磁場而假想的一組有方向的閉合的曲線，實際上并不存在，所以選項C、D不正確磁感線上每一點切線方向表示磁場方向，磁感線疏密表示磁場的強弱，小磁針靜止時北極受力方向、北極指向均為磁場方向，所以選項B正確磁感線的疏密程度表示磁場的強弱，故兩磁感線間的空隙處也存在磁場，A項錯誤【答案】B2下圖中，實線表示磁場的磁感線依圖分析，磁場中a點的磁感應強度比b點的磁感應強度大的是()【解析】磁感線分布的疏密，反映磁場的強弱，表示磁感應強度的大小，由此可判定答案為A、C.【答案】AC3關(guān)于磁通量的描述，下列說法正確的是() 【導學號：31870016】 A穿過某平面的磁通量大，則該處的磁感應強度不一定大B穿過平面的磁通量最大時，該處的磁感應強度一定最大C如果穿過某平面的磁通量為零，則該處的磁感應強度一定為零D穿過某平面的磁通量為零，則該處的磁感應強度不一定為零【解析】由磁通量BScos 可知磁通量不但與B、S有關(guān)，還與平面與該平面沿垂直磁場方向的投影面之間的夾角有關(guān)0，B不一定為零，最大，B也不一定大故選A、D.【答案】AD4勻強磁場中有一個與磁場垂直放置的矩形線圈面積為S，磁場磁感應強度為B，在它軸線中心從圖224所示位置轉(zhuǎn)過180的過程中，求該線圈磁通量的變化圖224【解析】起始狀態(tài)的磁通量1BS.末態(tài)的磁通量大小2BS，但初態(tài)是從正面穿入，末態(tài)則從反面穿出若初態(tài)1為負，則2為正所以2(1)BS(BS)2BS，而不是零【答案】2BS學業(yè)達標測評(六)(建議用時：45分鐘)1磁場中任意一點的磁場方向規(guī)定為，小磁針在磁場中()A受磁場力的方向B北極受磁場力的方向C南極受磁場力的方向D受磁場力作用轉(zhuǎn)動的方向【解析】物理學規(guī)定磁場中任意一點的磁場方向為小磁針北極所受磁場力的方向，或靜止時小磁針北極的指向【答案】B2關(guān)于磁感應強度，下列選項中正確的是()A磁感應強度是標量，但有正負B磁感應強度的大小由磁場本身決定C在磁場中的同一位置，磁感應強度可以不同D磁感應強度只能用來描述磁場的強弱【解析】磁感應強度是矢量，所以選項A錯磁感應強度是描述磁場性質(zhì)的物理量，由磁場本身決定，與其他因素無關(guān)，選項B對在磁場中的同一位置，磁感應強度的大小和方向是確定的磁感應強度既可以描述磁場的強弱，也可以描述磁場的方向，所以選項C、D錯【答案】B3磁場中某處的磁感線如圖225所示，則()圖225Aa、b兩處的磁感應強度的大小不等，Ba>BbBa、b兩處的磁感應強度的大小不等，Ba<BbC同一線圈在a、b兩處放置，在a處的磁通量較大D同一線圈在a、b兩處放置，在b處的磁通量較大【解析】在磁場中，磁感線的疏密程度反映磁感應強度的大小，所以b處的磁感應強度大于a處的磁感應強度，而磁通量指的是穿過磁場中某一面積的磁感線條數(shù)，BScos ，除了B、S的大小之外，還與兩者的夾角有關(guān)，所以無法確定b處的磁通量與a處的磁通量的大小【答案】B4如圖226所示，放在條形磁鐵磁場中的軟鐵棒被磁化后的極性如何()圖226AC棒未被磁化BA棒左端為N極CB棒左端為S極DC棒左端為S極【解析】根據(jù)條形磁鐵周圍的磁感線分布，鐵棒被磁化后N極與該處的磁場方向一致故選C.【答案】C5.條形磁鐵上部一小磁針平衡時N極指向如圖227所示，假定磁鐵內(nèi)部也有一小磁針，平衡時如圖所示，則下列說法正確的是() 【導學號：31870017】圖227A磁鐵c端是N極，d端是S極B磁鐵c端是S極，d端是N極C小磁針a端是N極，b端是S極D小磁針a端是S極，b端是N極【解析】小磁針靜止時N極的指向即為該處的磁場方向，而條形磁鐵外部磁感線方向是由N極指向S極，而內(nèi)部是由S極指向N極，由小磁針靜止時N極所指的方向可判定磁鐵d端是N極，c端是S極；磁鐵內(nèi)部的小磁針，由內(nèi)部磁場方向可判定，a端是S極，b端是N極【答案】BD6一個磁場的磁感線如圖228所示，一個小磁針被放入磁場中，則小磁針將()圖228A順時針轉(zhuǎn)動B向左移動C向右移動D逆時針轉(zhuǎn)動【解析】由磁感線的分布情況可知磁場方向水平向右，而小磁針靜止時N極所指方向與磁場方向一致，故小磁針將順時針轉(zhuǎn)動，A對【答案】A7.如圖229所示，條形磁鐵的外面有一圓環(huán)，在條形磁鐵從上到下運動穿過圓環(huán)的過程中，磁鐵外面的圓環(huán)的磁通量的變化情況是()圖229A不變B先變大再變小C先變小再變大 D無法判斷【解析】磁鐵靠近圓環(huán)的過程中穿過圓環(huán)的磁感線條數(shù)增多，遠離圓環(huán)時，穿過圓環(huán)的磁感線條數(shù)減少，所以磁通量先增大后減小【答案】B8將面積為0.5 m2的單匝線圈放在磁感應強度為2.0102T的勻強磁場中，線圈平面垂直于磁場方向，如圖2210所示，那么穿過這個線圈的磁通量為()圖2210A1.0102WbB1.0 WbC0.5102WbD5102Wb【解析】BS2.01020.5 Wb1.0102Wb.【答案】A9如圖2211所示，S1與S2分別是半徑為r1和r2的同心導體圓環(huán)，磁感應強度為B的勻強磁場的方向與環(huán)面垂直，范圍以S1為邊界，則穿過環(huán)S1的磁通量為_，穿過環(huán)S2的磁通量為_圖2211【解析】有效面積均為S1，12Br.【答案】BrBr10面積為0.5 m2的閉合導線環(huán)垂直于勻強磁場放置時，穿過環(huán)的磁通量為0.25 Wb，該磁場的磁感應強度為_T當環(huán)面轉(zhuǎn)至與磁場平行時，穿過環(huán)的磁通量為_Wb，磁場的磁感應強度為_T.【解析】由BS得B T0.5 T，當環(huán)面與磁場平行時，沒有磁感線穿過環(huán)，此時磁通量0，而磁感應強度與環(huán)放置無關(guān)，仍為0.5 T.【答案】0.500.511如圖2212所示，某一勻強磁場磁感應強度是B，方向沿z軸正向，其中ABa，BEb，EFc，求：圖2212(1)穿過ABCD表面的磁通量；(2)穿過CBEF表面的磁通量；(3)穿過DAEF表面的磁通量【解析】(1)ABCD表面跟磁場方向平行，沒有磁感線穿過，所以磁通量為0.(2)CBEF表面跟磁場垂直，故磁通量BSBbc.(3)穿過DAEF表面的磁感線條數(shù)與穿過CBEF表面的相等【答案】(1)0(2)Bbc(3)Bbc