高中物理 第2章 磁及其應(yīng)用 第2節(jié) 磁場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)． 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(chǎng)． 3.理解磁通量及其定義，掌握公式Φ＝BS. 1.用磁感線描述磁場(chǎng)，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(chǎng)的磁感線 1.基本知識(shí) (1)為了形象地描述磁場(chǎng)，英國物理學(xué)家法拉第提出用磁感線來描述磁場(chǎng)． (2)磁感線：與描述電場(chǎng)的方法類似，在磁場(chǎng)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(chǎng)方向相同．磁場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)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(jiǎn)稱特，符號(hào)是T. (4)物理意義：描述磁場(chǎng)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(chǎng)也就越強(qiáng)． 2．思考判斷 (1)磁場(chǎng)中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)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(chǎng)的方向有哪幾種表達(dá)方式？ 【提示】 磁場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)方向. 磁通量 1.基本知識(shí) (1)定義：在磁場(chǎng)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：Φ＝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(jiǎn)稱韋，符號(hào)是Wb. (4)磁通密度：由公式Φ＝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(chǎng)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(chǎng)的應(yīng)用非常廣泛，而勻強(qiáng)磁場(chǎng)占據(jù)著非常重要的地位，你知道什么樣的磁場(chǎng)是勻強(qiáng)磁場(chǎng)嗎？ 【提示】 如果在磁場(chǎng)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(chǎng)叫做勻強(qiáng)磁場(chǎng)．在兩個(gè)正對(duì)的距離很小的異名磁極之間的磁場(chǎng)是勻強(qiáng)磁場(chǎng)．勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)中任意兩條磁感線不能相交，也不能相切． 4．磁場(chǎng)中未畫磁感線的地方，并不表示那里沒有磁場(chǎng)． 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(chǎng)方向． 6．勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(chǎng) 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(chǎng)方向一致 D．兩個(gè)磁場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)的方向，曲線疏密表示磁場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)的磁感線分布示意圖，下列說法正確的是 ( ) 圖221 A．(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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量 B．小磁針北極在磁場(chǎng)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(chǎng)中受磁場(chǎng)力大的地方，該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定大 D．磁極在磁場(chǎng)中受磁場(chǎng)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(chǎng)中的受力方向；第二，物理意義，反映磁場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量，從力的角度描述了磁場(chǎng)的性質(zhì)，磁場(chǎng)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】 ABC 2．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(chǎng)中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向 B．磁場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)中，穿過與磁場(chǎng)方向垂直、面積為S的平面的磁通量Φ＝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(chǎng)方向上投影，即可得到磁通量的一般公式Φ＝BS′＝BScos θ. 圖222 3．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(chǎng)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S→Φ＝BS 【解析】 平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度垂直時(shí)Φ＝BS；若逆時(shí)針轉(zhuǎn)過60角，Φ＝BScos 60＝BS，若轉(zhuǎn)過90角，沒有磁感線穿過平面Φ＝0. 【答案】 BS BS 0 (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θ角的含義，不能死套公式，以免出錯(cuò)； (4)由ΔΦ＝Φt－Φ0計(jì)算時(shí)，要注意Φt和Φ0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(chǎng)中的一個(gè)平面垂直磁場(chǎng)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(chǎng)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Φ＝BScos θ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(chǎng)方向的投影面之間的夾角有關(guān)．Φ＝0，B不一定為0，Φ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(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng)．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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng) B．磁感線可以形象地描述磁場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)方向，磁感線疏密表示磁場(chǎng)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(chǎng)方向，所以選項(xiàng)B正確．磁感線的疏密程度表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，故兩磁感線間的空隙處也存在磁場(chǎng)，A項(xiàng)錯(cuò)誤． 【答案】 B 2．下圖中，實(shí)線表示磁場(chǎng)的磁感線．依圖分析，磁場(chǎng)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(chǎng)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】 AC 3．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Φ＝BScos θ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(chǎng)方向的投影面之間的夾角有關(guān)．Φ＝0，B不一定為零，Φ最大，B也不一定大．故選A、D. 【答案】 AD 4．勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一個(gè)與磁場(chǎng)垂直放置的矩形線圈面積為S，磁場(chǎng)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Φ1＝BS.末態(tài)的磁通量大小Φ2＝BS，但初態(tài)是從正面穿入，末態(tài)則從反面穿出．若初態(tài)Φ1為負(fù)，則Φ2為正．所以ΔΦ＝Φ2－(－Φ1)＝BS－(－BS)＝2BS，而不是零． 【答案】 2BS 學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)測(cè)評(píng)(六) (建議用時(shí)：45分鐘) 1．磁場(chǎng)中任意一點(diǎn)的磁場(chǎng)方向規(guī)定為，小磁針在磁場(chǎng)中( ) A．受磁場(chǎng)力的方向 B．北極受磁場(chǎng)力的方向 C．南極受磁場(chǎng)力的方向 D．受磁場(chǎng)力作用轉(zhuǎn)動(dòng)的方向 【解析】 物理學(xué)規(guī)定磁場(chǎng)中任意一點(diǎn)的磁場(chǎng)方向?yàn)樾〈裴槺睒O所受磁場(chǎng)力的方向，或靜止時(shí)小磁針北極的指向． 【答案】 B 2．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(chǎng)本身決定 C．在磁場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)性質(zhì)的物理量，由磁場(chǎng)本身決定，與其他因素?zé)o關(guān)，選項(xiàng)B對(duì)．在磁場(chǎng)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(chǎng)的強(qiáng)弱，也可以描述磁場(chǎng)的方向，所以選項(xiàng)C、D錯(cuò)． 【答案】 B 3．磁場(chǎng)中某處的磁感線如圖225所示，則( ) 圖225 A．a(chǎn)、b兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不等，Ba>Bb B．a(chǎn)、b兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不等，Ba下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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