高中物理 第2章 磁及其應(yīng)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

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第2節(jié)磁場的描述與磁通量課標(biāo)解讀重點(diǎn)難點(diǎn)1.知道磁感線，會(huì)用磁感線描述磁場2.知道磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義及方向，會(huì)用磁感應(yīng)強(qiáng)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(yīng)強(qiáng)度的意義及磁通量的概念(重點(diǎn))2.磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁通量的理解(難點(diǎn))描述磁場的磁感線1.基本知識(shí)(1)為了形象地描述磁場，英國物理學(xué)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(diǎn)的切線方向都跟該點(diǎn)的磁場方向相同磁場有強(qiáng)弱之分，越靠近磁極的地方磁感線越密，對(duì)應(yīng)的磁場越強(qiáng)2思考判斷(1)磁感線可以用細(xì)鐵屑來顯示，因而是真實(shí)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(yīng)強(qiáng)度1.基本知識(shí)(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(yīng)強(qiáng)度(2)方向：磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量，既有大小，又有方向磁場中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是該點(diǎn)的磁場的方向，它在通過該點(diǎn)的磁感線的切線方向上，與放在該點(diǎn)的小磁針靜止時(shí)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(hào)是T.(4)物理意義：描述磁場強(qiáng)弱的物理量穿過垂直于磁感線單位面積的磁感線越多，對(duì)應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度越大，磁場也就越強(qiáng)2思考判斷(1)磁場中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是該點(diǎn)的磁場方向()(2)小磁針N極受力的方向就是該處磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向()3探究交流想一想，磁場的方向有哪幾種表達(dá)方式？【提示】磁場的方向可有以下三種表達(dá)方式：(1)小磁針靜止時(shí)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(yīng)強(qiáng)度B的方向(3)磁感線上某點(diǎn)的切線方向即為該點(diǎn)的磁場方向.磁通量1.基本知識(shí)(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(hào)是Wb.(4)磁通密度：由公式BS得B，可以理解為磁感應(yīng)強(qiáng)度等于垂直通過單位面積的磁通量，即磁通密度其對(duì)應(yīng)的單位為Wb/m2.2思考判斷(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度等于穿過單位面積的磁通量()(2)將一平面置于勻強(qiáng)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(yīng)用非常廣泛，而勻強(qiáng)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(qiáng)磁場嗎？【提示】如果在磁場中的某一區(qū)域里，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向處處相同，這個(gè)區(qū)域的磁場叫做勻強(qiáng)磁場在兩個(gè)正對(duì)的距離很小的異名磁極之間的磁場是勻強(qiáng)磁場勻強(qiáng)磁場的磁感線是間距相等的一組平行線.對(duì)磁感線的理解【問題導(dǎo)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(shí)驗(yàn)時(shí)可以用被磁化的鐵屑顯示磁感線的分布，但不能認(rèn)為磁感線是由鐵屑排列而成的磁體周圍的磁感線應(yīng)分布在一個(gè)三維空間內(nèi)對(duì)于磁感線的認(rèn)識(shí)還要注意以下幾點(diǎn)：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(diǎn)的切線方向、小磁針在該點(diǎn)靜止時(shí)N極的指向、小磁針N極受力方向表示該點(diǎn)的磁場方向6勻強(qiáng)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(dǎo)學(xué)號(hào)：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(diǎn)的切線方向都跟該點(diǎn)的磁場方向一致D兩個(gè)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(diǎn)的切線方向表示磁場的方向，曲線疏密表示磁場強(qiáng)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(qiáng)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(jìn)入磁鐵的S極，故A正確，B錯(cuò)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(jìn)入磁鐵的S極，故C錯(cuò)，D正確【答案】AD對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度的理解【問題導(dǎo)思】1磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向與磁感線有什么關(guān)系？【提示】磁感線的切線方向?yàn)樵擖c(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度方向2磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量嗎？【提示】是1磁感應(yīng)強(qiáng)度的物理意義：描述磁場強(qiáng)弱和方向的物理量2磁感應(yīng)強(qiáng)度的決定因素：僅由場源來決定3磁感應(yīng)強(qiáng)度的標(biāo)矢性：(1)其大小描述磁場的強(qiáng)弱，同一小磁針受力越大表明該處磁感應(yīng)強(qiáng)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(diǎn)的受力方向，也就是該點(diǎn)磁場的方向，磁感線在該點(diǎn)的切線方向下列關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度的說法中正確的是()A磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量，用來表示磁場強(qiáng)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(yīng)強(qiáng)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(yīng)強(qiáng)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(yīng)強(qiáng)度不一定大，與放置方向有關(guān)【審題指導(dǎo)】 一個(gè)完整的物理量要從定義、公式、單位、物理意義、矢標(biāo)量等五個(gè)方面來認(rèn)識(shí)【解析】 關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)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(qiáng)弱的物理量，從力的角度描述了磁場的性質(zhì)，磁場強(qiáng)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(yīng)強(qiáng)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(yīng)強(qiáng)度的方向，下列說法中正確的是() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：31870015】A磁場中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是該點(diǎn)的磁場方向B磁場中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是通過該點(diǎn)的磁感線的切線方向C磁場中某點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是小磁針在該點(diǎn)靜止時(shí)北極的指向D磁場中某點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是小磁針在該點(diǎn)受磁場力的方向【解析】根據(jù)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向特點(diǎn)，可判定選項(xiàng)A、B、C正確選項(xiàng)D錯(cuò)，應(yīng)為小磁針N極受力的方向【答案】ABC對(duì)磁通量的理解【問題導(dǎo)思】1在勻強(qiáng)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(fù)，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(duì)某一面積而說的2在勻強(qiáng)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(shí)，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(biāo)量，只有大小，沒有方向，但有正負(fù)之分，其正負(fù)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(shí)為正值，那么磁感線從反面穿過時(shí)為負(fù)值如圖223所示，框架面積為S，框架平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)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(dǎo)】B與S的方向關(guān)系有效面積SBS【解析】平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度垂直時(shí)BS；若逆時(shí)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(jì)算磁通量的兩種重要方法，實(shí)際計(jì)算時(shí)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(cuò)；(4)由t0計(jì)算時(shí)，要注意t和0的正負(fù)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(gè)平面垂直磁場方向時(shí)，穿過該平面的磁通量最大B穿過平面的磁通量最大時(shí)，該處的磁感應(yīng)強(qiáng)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(yīng)強(qiáng)度一定為零D將一平面置于勻強(qiáng)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(dú)具)特斯拉拒絕諾貝爾獎(jiǎng)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(xué)研究.1880年，特斯拉畢業(yè)于布拉格大學(xué).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(yīng)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(shí)交流電的安全性，特斯拉專門舉行記者招待會(huì)，他讓交流電從“特斯拉線圈”通過他的身體點(diǎn)亮了燈，在場的記者們個(gè)個(gè)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(dāng)他知道自己將與愛迪生一起分享1912年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)時(shí)，他表示不接受授獎(jiǎng)最后這個(gè)年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)便轉(zhuǎn)發(fā)給了瑞典的物理學(xué)家達(dá)倫特斯拉晚年在經(jīng)濟(jì)上處于困境，1943年1月7日，孤獨(dú)地在一家旅館去世他死后在貝爾格萊德修建了“特斯拉紀(jì)念館”在他百年紀(jì)念時(shí)(1956年)，國際電氣技術(shù)協(xié)會(huì)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(qiáng)弱和方向，它每一點(diǎn)的切線方向都和小磁針放在該點(diǎn)靜止時(shí)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(xì)鐵屑來顯示，因而是真實(shí)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(shí)際上并不存在，所以選項(xiàng)C、D不正確磁感線上每一點(diǎn)切線方向表示磁場方向，磁感線疏密表示磁場的強(qiáng)弱，小磁針靜止時(shí)北極受力方向、北極指向均為磁場方向，所以選項(xiàng)B正確磁感線的疏密程度表示磁場的強(qiáng)弱，故兩磁感線間的空隙處也存在磁場，A項(xiàng)錯(cuò)誤【答案】B2下圖中，實(shí)線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)度比b點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大的是()【解析】磁感線分布的疏密，反映磁場的強(qiáng)弱，表示磁感應(yīng)強(qiáng)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(dǎo)學(xué)號(hào)：31870016】 A穿過某平面的磁通量大，則該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度不一定大B穿過平面的磁通量最大時(shí)，該處的磁感應(yīng)強(qiáng)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(yīng)強(qiáng)度一定為零D穿過某平面的磁通量為零，則該處的磁感應(yīng)強(qiáng)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(qiáng)磁場中有一個(gè)與磁場垂直放置的矩形線圈面積為S，磁場磁感應(yīng)強(qiáng)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(fù)，則2為正所以2(1)BS(BS)2BS，而不是零【答案】2BS學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)測評(píng)(六)(建議用時(shí)：45分鐘)1磁場中任意一點(diǎn)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(dòng)的方向【解析】物理學(xué)規(guī)定磁場中任意一點(diǎn)的磁場方向?yàn)樾〈裴槺睒O所受磁場力的方向，或靜止時(shí)小磁針北極的指向【答案】B2關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度，下列選項(xiàng)中正確的是()A磁感應(yīng)強(qiáng)度是標(biāo)量，但有正負(fù)B磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小由磁場本身決定C在磁場中的同一位置，磁感應(yīng)強(qiáng)度可以不同D磁感應(yīng)強(qiáng)度只能用來描述磁場的強(qiáng)弱【解析】磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量，所以選項(xiàng)A錯(cuò)磁感應(yīng)強(qiáng)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?zé)o關(guān)，選項(xiàng)B對(duì)在磁場中的同一位置，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向是確定的磁感應(yīng)強(qiáng)度既可以描述磁場的強(qiáng)弱，也可以描述磁場的方向，所以選項(xiàng)C、D錯(cuò)【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(yīng)強(qiáng)度的大小不等，BaBbBa、b兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不等，BaBbC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(yīng)強(qiáng)度的大小，所以b處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大于a處的磁感應(yīng)強(qiáng)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(shí)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(shí)如圖所示，則下列說法正確的是() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：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(shí)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(shí)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(gè)磁場的磁感線如圖228所示，一個(gè)小磁針被放入磁場中，則小磁針將()圖228A順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)B向左移動(dòng)C向右移動(dòng)D逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)【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(shí)N極所指方向與磁場方向一致，故小磁針將順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，A對(duì)【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(yùn)動(dòng)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(yuǎn)離圓環(huán)時(shí)，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(yīng)強(qiáng)度為2.0102T的勻強(qiáng)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(gè)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(dǎo)體圓環(huán)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)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(dǎo)線環(huán)垂直于勻強(qiáng)磁場放置時(shí)，穿過環(huán)的磁通量為0.25 Wb，該磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為_T當(dāng)環(huán)面轉(zhuǎn)至與磁場平行時(shí)，穿過環(huán)的磁通量為_Wb，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為_T.【解析】由BS得B T0.5 T，當(dāng)環(huán)面與磁場平行時(shí)，沒有磁感線穿過環(huán)，此時(shí)磁通量0，而磁感應(yīng)強(qiáng)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(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)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