高中2 磁感应强度教案设计

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第三章磁场专题辅导教案专题一  磁感应强度、磁通量一、本章知识知识结构：              二、难点提示：1、磁场中某位置的磁感强度的大小及方向是客观存在的，与放入的电流强度I的大小、导线的长短即L的大小无关，与电流受到的力也无关，即便不放入载流导体，它的磁感强度也照样存在。因此不能说B与F成正比，或B与IL成反比。磁感强度B是矢量，遵守矢量分解合成的平行四边形定则。注意磁感强度的方向就是该处的磁场方向，并不是该处电流的受力方向。2、因F=BIL是由B=导出，所以在应用时要注意：⑴B与L垂直；⑵L是有效长度；⑶B并非一定为匀强磁场，但它应该是L所在处的磁感强度。3、定性判断通电导线或线圈在安培力作用下的运动方向问题，常用下列几种方法：⑴电流元分析法：把这段电流等分为很多段直线电流元，先用左手定则判断出小段电流元受到的安培力方向，再判断整段电流所受安培力合力的方向，从而确定导体的运动方向。⑵特殊位置分析法：把通电导体转到一个便于分析的特殊位置后判断其安培力方向，从而确定运动方向。⑶等效分析法：环形电流可等效为小磁针，条形磁铁也可等效为环形电流，通电螺线管可等效成多个环形电流或条形磁铁。⑷利用平行电流相互作用分析法：同向平行电流相互吸引，异向平行电流相互排斥。4、通电导线在磁场、重力场中的平衡及加速运动问题。先要对导线进行受力分析，受力分析时最重要的是画出导线受力的平面图示，然后依照运动状态F合= 0 或F合= ma写出相应方程。带电粒子做匀速圆周运动的圆心、半径及运动时间的确定：⑴圆心的确定。因为洛仑兹力f 指向圆心，根据f υ，画出粒子运动轨迹中任意两点(一般是射入和射出磁场的两点)的f 的方向，其延长线的交点即为圆心。⑵半径的确定和计算。半径的计算一般是利用几何知识，常用解三角形的方法。⑶在磁场中运动时间的确定。利用圆心角与弦切角的关系，或者是四边形内角和等于360计算出圆心角 的大小，由公式 T可求出运动时间：6、带电粒子在复合场中的运动。这里所说的复合场是磁场与电场的复合场，或者是磁场与重力场的复合场，或者是磁场和电场、重力场的复合场。当带电粒子在复合场中所受合外力为零时，所处状态是静止或匀速直线运动状态；当带电粒子所受合外力只充当向心力时，粒子做匀速圆周运动；当带电粒子所受合外力变化且与速度方向不在一条直线上时，粒子做非匀变速曲线运动。除了要写出相应的受力特点的方程之外，还要用到运动学公式，或者从能量的观点(即动能定理或能量守恒定律)写出方程，联立求解，注意微观带电粒子在复合场中运动时，一般不计重力。三、典型例题分析【例1】如图1所示，大圆导线环A中通有电流I，方向如图。另在导线环所在的平面画了一个圆B，它的一半面积在A环内，一半面积在A环外，试判断圆B内的磁通量的方向。【分析与解答】在A环内磁场方向垂直纸面向里，A环外部磁场方向垂直纸面向外。由于磁感线是闭合曲线，所以在A的内部及外部磁感线条数相等，由于A外部的面积比内部面积大得多，那么B内>B外。B圆面一半在A内一半在A外，可得内=B内S>外=B外S，由于穿过的方向不同，抵消后，剩余的是垂直于纸面向里穿的磁感线，故B圆面内总的磁通量是垂直于纸面向里的。说明：磁通量是标量，它的方向只表示磁感线是穿入还是穿出，当穿过某一面积的磁感线有穿入的又有穿出的时，二者将互相抵消一部分，这类似于导体带电时的“净”电荷。【例2】如图2所示，在垂直于条形磁铁的轴线的同一平面内，有两个圆形线圈A和B。问穿过这两个线圈的磁通量哪个大？【分析与解答】条形磁铁内部的磁感线由S到N极，外部磁感线由N到S。又因为磁感线是闭合的，条形磁铁内部和外部磁感线条数一样多，内部密外部疏。对于A和B来说向上穿过的磁感线一样多，但A中向下穿过的少于B中向下穿过的磁感线，从而向上或向下穿过线圈的磁感线相抵，整体来看穿过线圈A的磁通量大于穿过B 的磁通量。【例3】如图3所示，框架面积为S，框架平面与磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直，则穿过线框平面的磁通量为               ；若使框架绕轴OO’转过60角，则穿过线框平面的磁通量为             ；若从初始位置转过180角，则穿过线框平面的磁通量为变化为               。【分析与解答】1=B·S，2= B·Scos60=BS，3=BS(BS)=2BS。说明：磁通量公式= B·S，其中S指垂直B方向的面积，除此之外还应注意磁通量是双向标量，若设初始为正，则转过180时为负。【例4】磁场具有能量，磁场中单位体积所具有的能量叫做能量密度，其值为，式中B是磁感强度，υ是磁导率，在空气中υ为—已知常数。为了近似测量条形磁铁磁极端面附近的磁感强度B，一学生用一根端面面积为A的条形磁铁吸住一相同面积的铁片P，再用力将铁片与磁铁拉开一段微小距离△l，并测出拉力F，如图5所示。因为F所作的功等于间隙中磁场的能量，所以由此可得磁感强度B与F、A之间的关系为B=             ．【分析与解答】在用力将铁片与磁铁拉开一段微小距离△l的过程中，拉力F可认为不变，因此，F所作的功 ：W=F△l。以ω表示间隙中磁场的能量密度，则间隙中磁场的能量E=ωV体=ωA△l，又题给条件ω=，故E=A△l。因为F所作的功等于间隙中磁场的能量，即W=E，故有F△l = A△l，解得B=。说明：磁场的能量密度和介质的磁导率都是高中物理中未曾介绍的概念，题中测定条形磁铁磁极端面附近磁感强度的方法，一般学生也未曾接触过。本题对上述概念和方法作了简单介绍。学生不难根据题给“F所作的功等于间隙中磁场的能量”这一条件，结合磁场能量 密度的概念和表达式，通过计算F所作的功，找到磁感强度B与F、A之间的关系。本题要求学生具有汲取新知识、解决新问题的能力。四、同步练习：1．由磁感应强度定义式知，磁场中某处的磁感应强度的大小（  ）A．随通电导线中电流I的减小而增大B．随着IL乘积的减小而增大C．随通电导线所受磁场力F的增大而增大D．跟F、I、L的变化无关2．下列说法正确的是（  ）A．电荷在某处不受电场力作用，则该处电场强度为零B．一小段通电导线在某处不受磁场力作用，则该处磁感应强度一定为零C．表征电场中某点的强弱，是把一个检验电荷放到该点时受到的电场力与检验电荷本身电量的比值D．表征磁场中某点的强弱，是把一小段通电导线放在该点时受到的磁场力与该小段导线的长度和电流的乘积的比值3．如图5所示，电流从A分两路通过对称的环形分路汇合于B点，在环形分路所中心处的磁感应强度A．垂直环形分路所在平面，且指向“纸内”B．垂直环形分路所在平面，且指向“纸外”C．在环形分路所在平面内指向BD．在环形分路所平面内，而指向A点E．磁感应强度为零4．把轻质导线圈用细线挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈的平面。当线圈内通过如图6所示方向电源时线圈将怎样转动？5．（1999年上海高考）在倾角为的光滑斜面上垂直纸面放置一根长为L，质量为m的直导体棒，一匀强磁场垂直于斜面向下，如图7所示，当导体棒内通有垂直纸面向里的电流I时，导体棒恰好静止在斜面上，则磁感强度的大小为_____________。 6．如图8所示，a和b是两条靠得很近的平行通电直导线，电流方向如图示，且。当垂直于a、b所在平面向里加一匀强磁场B时，导线a恰好不再受安培力，跟加磁场B以前相比较，则导线b。A．不再受安培力B．受的安培力为原来的2倍C．受的安培力小于原来的2倍D．受的安培力大于原来的2倍 7．图9中a、b、c表示垂直纸面方向的三根平行长直导线的截面，它们位于一正三角形的三个顶点，各导线中电流大小相等，方向如图所示，则导线c所受的作用力方向为A．竖直向上　　　　　　　　　　　B．竖直向下C．水平向左　　　　　　　　　　　D．水平向右8．（1998年全国高考）通电矩形导线框abcd与无限长通电直导线MN在同一平面内，电流方向如图10所示，ab边与MN平行，关于MN的磁场对线框的作用，下列叙述正确的是（  ）A．线框有两条边所受的安培力方向相同B．线框有两条边所受的安培力大小相同C．线框所受安培力的合力朝左D．cd所受安培力对ab边的力矩不为零。9．有一矩形线圈共100匝，面积为，放在匀强磁场中，磁感线与线圈平面成角时，穿过这个线圈的磁通量为2Wb。那么，这个匀强磁场的磁感应强度是___________T。当此线圈转到线圈平面与磁感线垂直的位置时，穿过线圈平面的磁通量是__________Wb。10．扁平条形磁铁垂直于圆平面且磁铁中心与圆心重合如图11所示，欲使圆平面内磁通量增加，如下方法可行的是：（  ）A．从右向左看，圆平面绕轴顺时针方向转过一个小角度B．扁平条形磁铁绕的轴转过角C．圆平面沿方向向上平移至N极附近D．扁平条形磁铁绕垂直于纸面的O轴，转过角11．通电矩形线圈在匀强磁场中，如图12所示。下述说法正确的是：（　　）A．图示位置，线圈磁通量为零，所受合力不为零，电磁力矩为最大B．图示位置，线圈磁通量为零，所受合力为零，电磁力矩最大C．由图示位置转过角时，线圈磁通量最大，所受合力不为零，电磁力矩最大D．由图示位置转过角时，线圈磁通量最大，所受合力为零，电磁力矩为零  同步练习参考答案1．D；2．A C；3．E；4．只是相互吸引无转动；5．；6．C；7．D；8．B C；9．8T，4Wb；10．A D；11．B D