高中物理教科版 (2019)必修 第三册第三章 电磁场与电磁波初步2 磁感应强度 磁通量优秀课件ppt

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2　磁感应强度　磁通量
1.理解磁感应强度的概念，会利用磁感应强度的定义式进行相关计算(重点)。2.知道什么是匀强磁场以及匀强磁场的特点(重难点)。3.学会根据平行四边形定则处理磁场叠加的问题。4.理解磁通量的概念，会计算磁通量的大小(难点)。
一、磁感应强度　匀强磁场
二、磁感应强度矢量的叠加
2.磁场还对通电导线有作用力，能否用很小一段通电导线来表示磁场的强弱？
答案　不能。因为N极不能单独存在。小磁针静止时是所受的合力为零，因而不能用测量N极受力的大小来确定磁感应强度的大小。
3.在利用如图所示装置进行“探究影响通电导线受力的因素”的实验时，更换磁性强弱不同的磁体，按实验步骤完成以下实验探究：
1.磁感应强度(1)定义：一段通电直导线 放在磁场中所受的力与导线中的电流和导线的长度的 的比值，叫作磁感应强度。(2)定义式：B＝_____。(3)单位： ，简称 ，符号为 。(4)磁感应强度是矢量，它的方向就是该处小磁针 的受力方向。
2.匀强磁场(1)定义：如果磁场中各点的磁感应强度的 ，这个磁场叫作匀强磁场。(2)产生方法：距离很近的两个平行异名磁极之间的磁场(除边缘部分外)。通电螺线管内部的磁场(除边缘部分外)。相隔一定距离的两个平行放置的线圈通电时，其中间区域的磁场。(3)匀强磁场的磁感线：一些间隔 的 直线，如图所示。
　关于磁感应强度，下列说法中正确的是A.由B＝　可知，B与F成正比，与IL成反比B.若有一小段长为L、通以电流为I的导线，在磁场中某处受到的磁场力　为F，则该处磁感应强度的大小一定是C.磁场中某一点的磁感应强度由磁场本身决定，其大小和方向是唯一确　定的，与通电导线无关D.通电导线不受磁场力的地方一定不存在磁场，即B＝0
1.在定义式B＝　中，通电导线必须垂直于磁场方向放置。因为磁场中某点通电导线受力的大小，除和磁场强弱有关以外，还和导线的方向有关，导线放入磁场中的方向不同，所受磁场力一般不相同。2.B的大小与F、I、L无关。通电导线受力为零的地方，磁感应强度B的大小不一定为零，可能是由于电流方向与B的方向在一条直线上。
　(2022·浙江高二学业考试)在磁场中放入一通电导线，导线与磁场方向垂直，导线长为1 cm，电流为0.5 A，所受的磁场力为5×10－4 N。求：(1)该位置的磁感应强度多大；
(2)若将该导线撤去，该位置的磁感应强度又是多大。
该处的磁感应强度不变，B＝0.1 T。
　有一小段通电直导线，长为1 cm，通过的电流为5 A，把它置于磁场中某点，受到的磁场力为0.1 N，则该点的磁感应强度大小满足A.B＝2 T B.B≤2 TC.B≥2 T D.以上情况都有可能
磁感应强度是矢量，当空间存在几个磁体(或电流)时，每一点的磁场等于各个磁体(或电流)在该点产生磁场的矢量和。磁感应强度叠加时遵循平行四边形定则。
　(2022·四川眉山第一中学高二开学考试)如图，两根互相平行的长直导线过纸面上的M、N两点，且与纸面垂直，导线中通有大小相等、方向相反的电流。a、O、b在M、N的连线上，O为MN的中点，c、d位于MN的中垂线上，且a、b、c、d到O点的距离均相等。关于以上几点处的磁场，下列说法正确的是A.O点处的磁场方向由O指向NB.a、b两点处的磁感应强度大小相等，方向相反C.c、d两点处的磁感应强度大小相等，方向相同D.a、c两点处磁感应强度的大小不相等，方向不相同
由安培定则和磁场叠加原理可判断出O点处的磁感应强度方向向下，A错误；两通电直导线在a、b两点的磁场方向均向下，结
合对称性可知a、b两点处的磁感应强度大小相等，方向相同，B错误；同理可知，c、d两点处的磁感应强度大小相等，方向相同，均向下，C正确；a、c两点处磁感应强度的方向相同，D错误。
　(2023·云南富宁县第一中学高二月考)如图，在磁感应强度大小为B0的匀强磁场中，两长直导线P和Q垂直于纸面固定放置，两者之间的距离为l。在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流I时，纸面内与两导线距离均为l的a点处的磁感应强度为零，如果让P中的电流反向，其他条件不变，则a点处磁感应强度的大小为
磁场叠加问题的解题思路1.应用安培定则判断各电流在某点分别产生的磁感应强度的方向(过该点磁感线的切线方向，即与点和导线的连线垂直)。2.根据平行四边形定则，利用合成法或正交分解法进行合成，求得合磁感应强度。
如图所示，一矩形线框从abcd位置移动到a′b′c′d′位置的过程中(线框平行于纸面移动，线框与导线相互绝缘)，中间是一条电流向上的通电导线，请思考：(1)导线的左边磁场的方向向哪？右边呢？
答案　导线左边的磁场方向垂直纸面向外，右边的磁场方向垂直纸面向里。
(2)在移动过程中，当线框的一半恰好通过导线时，穿过线框的磁感线条数有何特点？
答案　当线框的一半恰好通过导线时，穿过线框垂直纸面向外的磁感线条数与垂直纸面向里的磁感线条数相同。
1.定义：匀强磁场中 和与磁场方向 的平面面积S的乘积。即Φ＝BS。2.拓展：磁场与平面不垂直时，这个面在垂直于磁场方向的 与磁感应强度B的乘积表示磁通量。Φ＝BS′＝BScs θ，如图所示。3.单位： ，简称韦，符号：Wb,1 Wb＝ 。4.由于B＝____，因此，磁感应强度又叫作磁通密度。表示磁感应强度的大小等于穿过垂直磁场方向的单位面积的磁通量。
5.磁通量的正、负(1)磁通量是标量，但有正、负。当磁感线从某一面穿入时，磁通量为正值，则磁感线从此面穿出时磁通量为负值。(2)若磁感线沿相反方向穿过同一平面，且正向磁通量为Φ，反向磁通量为Φ′，则穿过该平面的磁通量Φ总＝Φ－Φ′。磁通量等于穿过该平面的磁感线的净条数(磁通量的代数和)。6.磁通量的变化量ΔΦ＝Φ2－Φ1。
　如图所示，线圈平面与水平方向夹角θ＝60°，磁感线竖直向下，线圈平面面积S＝0.4 m2，匀强磁场磁感应强度大小B＝0.6 T，则：
(1)穿过线圈的磁通量为多少？把线圈以cd为轴顺时针转过120°角，则通过线圈磁通量的变化量大小为多少？
答案　0.12 Wb　0.36 Wb
线圈在垂直磁场方向上的投影面积
穿过线圈的磁通量Φ1＝BS⊥＝0.6×0.2 Wb＝0.12 Wb线圈以cd为轴顺时针方向转过120°角后变为与磁场垂直，但由于此时磁感线从线圈平面穿入的方向与原来相反，故此时通过线圈的磁通量Φ2＝－BS＝－0.6×0.4 Wb＝－0.24 Wb故ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－0.24 Wb－0.12 Wb＝－0.36 Wb故磁通量的变化量大小为0.36 Wb。
(2)若θ＝90°，穿过线圈的磁通量为多少？当θ为多大时，穿过线圈的磁通量最大？
当θ＝90°时，线圈在垂直磁场方向上的投影面积S⊥′＝0，由Φ′＝BS⊥′知，此时穿过线圈的磁通量为零。当θ＝0时，线圈平面与磁场垂直，此时S⊥″＝S，穿过线圈的磁通量最大。
　如图所示，一个闭合线圈放在匀强磁场中，线圈的轴线与磁场方向成30°角，磁感应强度为B，用下述方法中可使穿过线圈的磁通量增加一倍的是A.把线圈匝数增加一倍B.把线圈面积增加一倍C.把线圈的半径增加一倍D.转动线圈使得轴线与磁场方向平行
把线圈的匝数增加一倍，穿过线圈的磁感线的条线不变，磁通量不变，故A错误；根据Φ＝BScs 30°，把线圈面积增加一倍，可使穿过线圈的磁通量增加一倍，故B正确；
把线圈的半径增加一倍，线圈的面积S＝πR2变为原来的4倍，磁通量变为原来的4倍，故C错误；转动线圈使得轴线与磁场方向平行，此时线圈平面与磁场垂直，有效面积由Scs 30°变为S，磁通量没有增加一倍，故D错误。
考点一　磁感应强度　匀强磁场1.(多选)(2023·江西南昌二中高二月考)关于磁感应强度B，下列说法正确的是A.一小段通电直导线放在磁感应强度为零处，它所受磁场力一定为零B.磁感应强度B是标量，没有方向C.磁感应强度的方向就是小磁针的受力方向D.在确定的磁场中，同一点的磁感应强度B是确定的，不同点的磁感应　　强度B可能不同，磁感线密集的地方磁感应强度B大些，磁感线稀疏的　地方磁感应强度B小些
磁感应强度为0，通电导线所受磁场力一定为零，故A正确；磁感应强度B是矢量，其方向即为小磁针静止时N极所指的方向，也是小磁针的N极受力方向，故B、C错误；磁感应强度反映磁场本身的强弱和方向，由磁场本身决定，在确定的磁场中，同一点的磁感应强度B是确定的，不同点的磁感应强度B可能不同，磁感线的疏密反映磁感应强度的大小，故D正确。
2.(2022·嘉兴一中期中)关于磁感应强度B、电流I、导线长L和导线所受磁场力F的关系，下列说法正确的是A.在B＝0的地方，F一定等于0B.在F＝0的地方，B一定等于0C.若B＝1 T，I＝1 A，L＝1 m，则F一定等于1 ND.若L＝1 m，I＝1 A，F＝1 N，则B一定等于1 T
在B为零的地方，F一定为零，而F为零时，B不一定为零，可能B与I平行，故A正确，B错误；若B＝1 T，I＝1 A，L＝1 m，只有B垂直于I时，F＝BIL＝1 N，故C错误；
4.(多选)(2023·天津市南开中学期中)在一个匀强磁场中放置一根通电导线，导线方向与磁场垂直。先后在导线中通入不同的电流。下列图像能正确反映各物理量间关系的是
匀强磁场中B恒定不变，故B正确，D错误；
考点二　磁感应强度矢量的叠加5.(2023·宜宾市高二期末)如图，两根相互平行的长直导线分别通有方向相反的电流I1和I2，且I1>I2，a、b、c、d为导线某一横截面所在平面内的四点，且a、b、c与两导线共面，b点在a、c连线之间，d点在b点附近，则磁感应强度可能为零的点是A.a点 B.b点C.c点 D.d点
由右手螺旋定则可知，电流I1在a点产生的磁场向上，电流I2在a点产生的磁场向下，但因为电流I1>I2，所以a点的合磁场向上，不为零，电流
I1、I2在b点产生的磁场方向均向下，所以合磁场向下，所以b点磁场不为零，电流I1在c点产生的磁场向下，电流I2在c点产生的磁场向上，但因为电流I1>I2，所以c点的合磁场可能为零，电流I1在d点产生的磁场方向斜向右下，电流I2在d点产生的磁场方向斜向左下，所以d点的合磁场不为零，即磁感应强度可能为零的点是c点，故选C。
6.(2023·乐山市高二期中)在磁感应强度为B0、方向竖直向上的匀强磁场中，水平放置一根通电长直导线，电流的方向垂直于纸面向里。如图所示，a、b、c、d是以直导线为圆心的同一圆周上的四点，在这四点中A.b点磁感应强度的值最大B.c点磁感应强度的值最小C.c、d两点的磁感应强度大小相等D.a、b两点的磁感应强度大小相等
a、b、c、d四点的实际磁感应强度为匀强磁场和电流产生的磁场的叠加，如图所示，由图可知，a点磁感应强度大小为Ba＝B0＋B，b点和d点磁感应强度大小为Bb＝Bd＝　　　 ，c点的磁感应强度大小为Bc＝B0－B，a点的磁感应强度的值最大，故A错误；
c点的磁感应强度的值最小，故B正确；c、d两点的磁感应强度大小不相等，故C错误；a、b两点的磁感应强度大小不相等，故D错误。
7.(2022·成都双流中学高二月考)如图，在圆心为O的圆周上固定着三根互相平行的长直导线A、B、C，三导线中通入的电流大小相同，其中导线A中的电流垂直于圆平面向外，导线B、C中的电流垂直于圆平面向里，三导线在圆周上的点与圆心O的连线互成120°角，圆平面内还存在一个方向与该平面平行、大小为B0的匀强磁场(未画出)，O点的磁感应强度为零。如果撤去匀强磁场和导线A，则O点的磁感应强度的大小和方向分别为
三导线内的电流大小都相同，与O点间的距离也相同，则三导线在O点产生的磁感应强度大小相等，设为B1，根据安培定则和平行四边形定则，B、C两导线在O点产
生的合磁感应强度大小为B1，方向垂直于AO向左，A导线在O点产生的磁感应强度大小也为B1，方向与B、C两导线在O点产生的合磁感应强度相同，则三导线在O点产生的合磁感应强度大小为2B1，加上大小为B0的匀强磁场后O点的合磁感应强度为零，则2B1＝B0，解得B1＝ ，撤去匀强磁场和导线A，则B、C两导线在O点产生的合磁感应强度大小为 ，方向垂直于AO方向向左，A项正确，B、C、D错误。
考点三　磁通量8.如图所示是一条形磁铁周围部分磁感线分布示意图，在磁场中取两个面积相等的圆环S1、S2进行研究，圆心O、O′在条形磁铁的中轴线上，P、Q位于圆环S1上，是上、下对称的两点，P、P′分别是两圆环S1、S2上相同位置的点。下列说法正确的是A.P点磁感应强度的大小比Q点的大B.P点磁感应强度的大小比P′点的小C.穿过S1的磁通量比穿过S2的大D.穿过S1的磁通量与穿过S2的一样大
根据条形磁铁的磁感线分布特点及对称性可知，P、Q两点的磁感线疏密程度相同，故两点的磁感应强度大小相等，A错误；
P点附近的磁感线比P′点附近的磁感线密，则P点的磁感应强度比P′点的大，B错误；由题图可知，穿过S1的磁感线条数比穿过S2的磁感线条数多，则穿过S1的磁通量比穿过S2的大，C正确，D错误。
9.(2023·内江市高二期末)如图所示，半径为R的圆形线圈共有n匝，其中心位置处半径为r的虚线范围内有匀强磁场，磁场方向垂直线圈平面。若磁感应强度为B，则穿过线圈的磁通量为A.πBr2 B.πBR2C.nπBR2 D.nπBr2
由磁通量的公式Φ＝BS，线圈内磁场的有效面积为S＝πr2，解得Φ＝πBr2，故选A。
10.(2023·重庆巴蜀中学高二期末)如图所示，矩形线圈KLMN面积为S，处于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，线框可绕虚线轴逆时针转动，初始时刻线圈平面与磁场方向的夹角为30°，下列说法正确的是
B.当线圈从图示位置逆时针转过30°时，穿过线圈的磁通　量为0
D.在线圈从图示位置逆时针转过180°过程中，线圈磁通量的变化的大小　为BS
11.(多选)(2022·成都市模拟)三根足够长的绝缘直导线a、b、c固定放置在同一纸面内，其交点M、N、P恰好构成正三角形，O点为该三角形的中心，O′点与O点关于导线c对称。现在a、b、c三根导线中分别通入方向如图所示的恒定电流I、3I、5I，已知长直导线电流在空间某点产生的磁感应强度大小与电流大小成正比，与该点到直导线的距离成反比。若O点的磁感应强度大小为B0，则下列说法正确的是A.O点的磁感应强度方向垂直纸面向里B.O′点的磁感应强度大小为C.O′点磁感应强度方向垂直纸面向里D.若将b导线中电流反向，则O点的磁感应强度大小变为
根据右手螺旋定则判断，a、b、c直导线在O点的磁感应强度方向均垂直纸面向里，A正确；设a导线在O点产生的磁感应强度大小为B，则b导线在O点产生的磁感应强度大小为3B，c导线在O点产生的
磁感应强度大小为5B，则在O点产生的磁感应强度之和为B＋ 3B＋5B
由B选项分析可知，O′点产生的磁感应强度垂直纸面向外，C错误；
12.(多选)如图所示，纸面内有两条互相垂直的长直绝缘导线L1、L2，L1中的电流方向向左，L2中的电流方向向上；L1的正上方有a、b两点，它们相对于L2对称。整个系统处于匀强外磁场中，外磁场的磁感应强度大小为B0，方向垂直于纸面向外。已知a、b两点的磁感应强度大小分别为　　　　　　　，方向也垂直于纸面向外。则
13.如图所示，环形金属轻弹簧套在条形磁铁中心位置。若将弹簧沿半径向外拉，使其面积增大，则穿过弹簧所围面积的磁通量将A.减小B.增大C.不变D.无法确定变化情况
根据条形磁铁的磁场分布，由于磁场的磁感线是闭合的曲线，在磁铁内部是由S极指向N极，在磁铁外部是由N极指向S极，且在磁铁外的磁感线分布在磁铁四周很大的空间内，穿过环形金属轻弹簧的磁通
量有磁铁内部向上的，也有磁铁外部向下的，实际穿过环形金属轻弹簧的磁通量是合磁通量，即相当于向上的磁感线条数与向下的磁感线条数之差。当环形金属轻弹簧面积增大后，穿过环形金属轻弹簧向上的磁感线条数没有变化，而向下的磁感线条数增多，磁感线抵消得多，合磁通量减小，故A正确，B、C、D错误。
14.(2022·黑龙江尚志市尚志中学高二期中)如图所示，正方形线圈abcd位于纸面内，边长为L，匝数为N，过ab中点和cd中点的连线OO′恰好位于垂直纸面向里的匀强磁场的右边界上，磁感应强度大小为B，则：(1)穿过线圈的磁通量为多大？
(2)若线圈绕OO′转动60°角，穿过线圈的磁通量为多大？