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(shū) 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(guó)物理學(xué)家法拉第提出用磁感線來(lái)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(huà)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(lái)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(guò)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(guò)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(guó)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(guò)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(guò)某一面積S的磁感線條數(shù)定義為穿過(guò)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(guó)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(guò)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(guò)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(guò)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(wèn)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(huà)磁感線的地方,并不表示那里沒(méi)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(shuō)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(huà)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(wèn)題. 1.如圖221所示是幾種常見(jiàn)磁場(chǎng)的磁感線分布示意圖,下列說(shuō)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(lái),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(lái),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(wèn)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(lái)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(guò)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(shuō)法中正確的是( ) A.磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量,用來(lái)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(lái)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(guò)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(méi)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(shuō)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(guò)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(wèn)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(guò)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(shuō)的. 2.在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,穿過(guò)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(méi)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(lái)說(shuō),如果規(guī)定磁感線從正面穿過(guò)時(shí)為正值,那么磁感線從反面穿過(guò)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(guò)線框平面的磁通量為_(kāi)_______;若使框架繞軸OO′轉(zhuǎn)過(guò)60角,則穿過(guò)線框平面的磁通量為_(kāi)_______;若從初始位置轉(zhuǎn)過(guò)90角,則穿過(guò)線框平面的磁通量為_(kāi)_______. 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(guò)60角,Φ=BScos 60=BS,若轉(zhuǎn)過(guò)90角,沒(méi)有磁感線穿過(guò)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(guò)線圈的磁通量與線圈匝數(shù)無(wú)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(shuō)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(guò)該平面的磁通量最大 B.穿過(guò)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(guò)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(guò)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(shū)獨(dú)具) 特斯拉拒絕諾貝爾獎(jiǎng) 特斯拉是美國(guó)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(guó)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(ài)迪生大為惱火,于是雙方開(kāi)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(guò)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(ài)迪生之間的矛盾是如此之深,以致當(dāng)他知道自己將與愛(ài)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(guó)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(shuō)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?lè)旁谠擖c(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(lái)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(shuō)法正確的是( ) 【導(dǎo)學(xué)號(hào):31870016】 A.穿過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)180的過(guò)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(lái)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- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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