高中物理 第2章 磁及其应用 第2节 磁场的描述与磁通量教师用书 鲁科版选修1-1

第2节磁场的描述与磁通量课标解读重点难点1.知道磁感线，会用磁感线描述磁场2.知道磁感应强度的定义及方向，会用磁感应强度描述磁场3.理解磁通量及其定义，掌握公式BS.1.用磁感线描述磁场，磁感应强度的意义及磁通量的概念(重点)2.磁感应强度和磁通量的理解(难点)描述磁场的磁感线1.基本知识(1)为了形象地描述磁场，英国物理学家法拉第提出用磁感线来描述磁场(2)磁感线：与描述电场的方法类似，在磁场中画出一些有方向的假想曲线，在这些曲线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向相同磁场有强弱之分，越靠近磁极的地方磁感线越密，对应的磁场越强2思考判断(1)磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的()(2)磁感线闭合而不相交，不相切，也不中断()3探究交流磁体内部和磁体外部磁感线的方向是怎样的？【提示】磁体外部磁感线方向从N极指向S极，磁体内部磁感线方向从S极指向N极.磁感应强度1.基本知识(1)定义：穿过垂直于磁感线的单位面积的磁感线条数等于该处的磁感应强度(2)方向：磁感应强度是矢量，既有大小，又有方向磁场中某点的磁感应强度的方向就是该点的磁场的方向，它在通过该点的磁感线的切线方向上，与放在该点的小磁针静止时N极所指的方向一致(3)单位：在国际单位制中是特斯拉，简称特，符号是T.(4)物理意义：描述磁场强弱的物理量穿过垂直于磁感线单位面积的磁感线越多，对应的磁感应强度越大，磁场也就越强2思考判断(1)磁场中某点的磁感应强度的方向就是该点的磁场方向()(2)小磁针N极受力的方向就是该处磁感应强度的方向()3探究交流想一想，磁场的方向有哪几种表达方式？【提示】磁场的方向可有以下三种表达方式：(1)小磁针静止时N极所指的方向，也就是N极受力的方向(2)磁场的方向就是磁感应强度B的方向(3)磁感线上某点的切线方向即为该点的磁场方向.磁通量1.基本知识(1)定义：在磁场中穿过某一面积S的磁感线条数定义为穿过该面积的磁通量(2)公式：BS，注意：此公式只适用于B与S垂直的情况(3)单位：在国际单位制中是韦伯，简称韦，符号是Wb.(4)磁通密度：由公式BS得B，可以理解为磁感应强度等于垂直通过单位面积的磁通量，即磁通密度其对应的单位为Wb/m2.2思考判断(1)磁感应强度等于穿过单位面积的磁通量()(2)将一平面置于匀强磁场中的任何位置，穿过该平面的磁通量总相等()3探究交流在大量的电磁仪器中，磁场的应用非常广泛，而匀强磁场占据着非常重要的地位，你知道什么样的磁场是匀强磁场吗？【提示】如果在磁场中的某一区域里，磁感应强度的大小和方向处处相同，这个区域的磁场叫做匀强磁场在两个正对的距离很小的异名磁极之间的磁场是匀强磁场匀强磁场的磁感线是间距相等的一组平行线.对磁感线的理解【问题导思】1磁感线是客观存在的吗？【提示】不是2磁感线能相交吗？【提示】不能磁感线是为了形象地描述磁场而假想的一系列曲线实验时可以用被磁化的铁屑显示磁感线的分布，但不能认为磁感线是由铁屑排列而成的磁体周围的磁感线应分布在一个三维空间内对于磁感线的认识还要注意以下几点：1在磁体外部磁感线从N极到S极，在磁体内部从S极到N极2磁感线是闭合的曲线3磁场中任意两条磁感线不能相交，也不能相切4磁场中未画磁感线的地方，并不表示那里没有磁场5磁感线上某点的切线方向、小磁针在该点静止时N极的指向、小磁针N极受力方向表示该点的磁场方向6匀强磁场的磁感线是等间距、互相平行的直线关于磁感线，下列说法中正确的是() 【导学号：31870014】A两条磁感线的空隙处一定不存在磁场B磁感线总是从N极到S极C磁感线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向一致D两个磁场叠加的区域，磁感线可能相交【解析】磁感线是为了形象地描绘磁场而假设的一组有方向的曲线，曲线上每一点的切线方向表示磁场的方向，曲线疏密表示磁场强弱，所以C正确，A不正确在磁铁外部磁感线从N极到S极，内部从S极到N极，磁感线不相交，所以B、D不正确【答案】C磁感线是人为画出的一些假想的曲线，其目的是为了形象地描述磁场的强弱及方向，掌握磁感线的基本规律能很好地处理此类问题1如图221所示是几种常见磁场的磁感线分布示意图，下列说法正确的是()图221A(a)图中a端是磁铁的S极，b端是磁铁的N极B(a)图中a端是磁铁的N极，b端是磁铁的S极C(b)图是两异名磁极的磁感线分布示意图，c端是N极d端是S极D(b)图是两异名磁极的磁感线分布示意图，c端是S极，d端是N极【解析】题图(a)是条形磁铁外部磁感线分布示意图，外部磁场的磁感线是从磁铁的N极出来，进入磁铁的S极，故A正确，B错题图(b)是两异名磁极间的磁感线分布示意图，磁感线仍然是从N极出来，进入磁铁的S极，故C错，D正确【答案】AD对磁感应强度的理解【问题导思】1磁感应强度的方向与磁感线有什么关系？【提示】磁感线的切线方向为该点磁感应强度方向2磁感应强度是矢量吗？【提示】是1磁感应强度的物理意义：描述磁场强弱和方向的物理量2磁感应强度的决定因素：仅由场源来决定3磁感应强度的标矢性：(1)其大小描述磁场的强弱，同一小磁针受力越大表明该处磁感应强度越大，它在数值上等于垂直穿过单位面积的磁感线条数；(2)其方向就是N极在该点的受力方向，也就是该点磁场的方向，磁感线在该点的切线方向下列关于磁感应强度的说法中正确的是()A磁感应强度是矢量，用来表示磁场强弱和方向的物理量B小磁针北极在磁场中受力的方向是唯一的，能比较客观地描述磁感应强度的方向C磁极在磁场中受磁场力大的地方，该处的磁感应强度一定大D磁极在磁场中受磁场力大的地方，该处的磁感应强度不一定大，与放置方向有关【审题指导】 一个完整的物理量要从定义、公式、单位、物理意义、矢标量等五个方面来认识【解析】 关于磁感应强度的完整概念有以下内容：第一，是矢量，大小等于垂直穿过单位面积的磁通量，方向是小磁针北极在磁场中的受力方向；第二，物理意义，反映磁场强弱的物理量，从力的角度描述了磁场的性质，磁场强的地方放入磁极受到的力一定大；第三，单位是特斯拉，本题没有考查磁感应强度的单位根据完整的物理概念，本题选A、B、C.【答案】ABC2关于磁感应强度的方向，下列说法中正确的是() 【导学号：31870015】A磁场中某点的磁感应强度的方向就是该点的磁场方向B磁场中某点的磁感应强度的方向就是通过该点的磁感线的切线方向C磁场中某点磁感应强度的方向就是小磁针在该点静止时北极的指向D磁场中某点磁感应强度的方向就是小磁针在该点受磁场力的方向【解析】根据磁感应强度的方向特点，可判定选项A、B、C正确选项D错，应为小磁针N极受力的方向【答案】ABC对磁通量的理解【问题导思】1在匀强磁场中，线圈的面积越大，其磁通量越大吗？【提示】不是2磁通量有大小，有正负，它是矢量吗？【提示】不是1磁通量指的是穿过磁场中某一面积的磁感线条数，是针对某一面积而说的2在匀强磁场中，穿过与磁场方向垂直、面积为S的平面的磁通量BS，若磁感线与平面不垂直时，如图所示，可用投影的方法，将平面向垂直于磁场方向上投影，即可得到磁通量的一般公式BSBScos .图2223磁通量是标量，只有大小，没有方向，但有正负之分，其正负仅表示磁感线的贯穿方向，一般来说，如果规定磁感线从正面穿过时为正值，那么磁感线从反面穿过时为负值如图223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90角，则穿过线框平面的磁通量为_图223【审题指导】B与S的方向关系有效面积SBS【解析】平面与磁感应强度垂直时BS；若逆时针转过60角，BScos 60BS，若转过90角，没有磁感线穿过平面0.【答案】BSBS0(1)投影法与分解法是计算磁通量的两种重要方法，实际计算时可任选一种；(2)穿过线圈的磁通量与线圈匝数无关；(3)要特别注意角的含义，不能死套公式，以免出错；(4)由t0计算时，要注意t和0的正负3关于磁通量的描述，下列说法正确的是()A位于磁场中的一个平面垂直磁场方向时，穿过该平面的磁通量最大B穿过平面的磁通量最大时，该处的磁感应强度一定最大C如果穿过某平面的磁通量为零，则该处的磁感应强度一定为零D将一平面置于匀强磁场中的任何位置，穿过该平面的磁通量总是相等【解析】由磁通量的一般公式BScos 可知，磁通量不但与B、S有关，还与平面与该平面沿垂直磁场方向的投影面之间的夹角有关0，B不一定为0，越大，B也不一定越大故选A.【答案】A【备课资源】(教师用书独具)特斯拉拒绝诺贝尔奖特斯拉是美国的发明家.1856年7月10日生于前南斯拉夫克罗地亚的斯米良他的父亲是教堂牧师，母亲热衷于心理学研究.1880年，特斯拉毕业于布拉格大学.1884年，他在纽约定居，并于1889年成为美国公民特斯拉一生发明很多，1888年，特斯拉发明了交流多相电力传输系统，并因此获得专利他的工作却使提倡应用直流电的爱迪生大为恼火，于是双方开展一场激烈竞争为了证实交流电的安全性，特斯拉专门举行记者招待会，他让交流电从“特斯拉线圈”通过他的身体点亮了灯，在场的记者们个个看得目瞪口呆特斯拉和爱迪生之间的矛盾是如此之深，以致当他知道自己将与爱迪生一起分享1912年的诺贝尔物理学奖时，他表示不接受授奖最后这个年度的诺贝尔物理学奖便转发给了瑞典的物理学家达伦特斯拉晚年在经济上处于困境，1943年1月7日，孤独地在一家旅馆去世他死后在贝尔格莱德修建了“特斯拉纪念馆”在他百年纪念时(1956年)，国际电气技术协会将M.K.S制系统中的磁通量密度命名为“特斯拉”.1关于磁场和磁感线，下列说法正确的是()A两磁感线空隙处不存在磁场B磁感线可以形象地描述磁场的强弱和方向，它每一点的切线方向都和小磁针放在该点静止时北极所指的方向一致C磁感线总是从磁铁的N极出发，到S极终止的D磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的【解析】磁感线是为了形象描述磁场而假想的一组有方向的闭合的曲线，实际上并不存在，所以选项C、D不正确磁感线上每一点切线方向表示磁场方向，磁感线疏密表示磁场的强弱，小磁针静止时北极受力方向、北极指向均为磁场方向，所以选项B正确磁感线的疏密程度表示磁场的强弱，故两磁感线间的空隙处也存在磁场，A项错误【答案】B2下图中，实线表示磁场的磁感线依图分析，磁场中a点的磁感应强度比b点的磁感应强度大的是()【解析】磁感线分布的疏密，反映磁场的强弱，表示磁感应强度的大小，由此可判定答案为A、C.【答案】AC3关于磁通量的描述，下列说法正确的是() 【导学号：31870016】 A穿过某平面的磁通量大，则该处的磁感应强度不一定大B穿过平面的磁通量最大时，该处的磁感应强度一定最大C如果穿过某平面的磁通量为零，则该处的磁感应强度一定为零D穿过某平面的磁通量为零，则该处的磁感应强度不一定为零【解析】由磁通量BScos 可知磁通量不但与B、S有关，还与平面与该平面沿垂直磁场方向的投影面之间的夹角有关0，B不一定为零，最大，B也不一定大故选A、D.【答案】AD4匀强磁场中有一个与磁场垂直放置的矩形线圈面积为S，磁场磁感应强度为B，在它轴线中心从图224所示位置转过180的过程中，求该线圈磁通量的变化图224【解析】起始状态的磁通量1BS.末态的磁通量大小2BS，但初态是从正面穿入，末态则从反面穿出若初态1为负，则2为正所以2(1)BS(BS)2BS，而不是零【答案】2BS学业达标测评(六)(建议用时：45分钟)1磁场中任意一点的磁场方向规定为，小磁针在磁场中()A受磁场力的方向B北极受磁场力的方向C南极受磁场力的方向D受磁场力作用转动的方向【解析】物理学规定磁场中任意一点的磁场方向为小磁针北极所受磁场力的方向，或静止时小磁针北极的指向【答案】B2关于磁感应强度，下列选项中正确的是()A磁感应强度是标量，但有正负B磁感应强度的大小由磁场本身决定C在磁场中的同一位置，磁感应强度可以不同D磁感应强度只能用来描述磁场的强弱【解析】磁感应强度是矢量，所以选项A错磁感应强度是描述磁场性质的物理量，由磁场本身决定，与其他因素无关，选项B对在磁场中的同一位置，磁感应强度的大小和方向是确定的磁感应强度既可以描述磁场的强弱，也可以描述磁场的方向，所以选项C、D错【答案】B3磁场中某处的磁感线如图225所示，则()图225Aa、b两处的磁感应强度的大小不等，BaBbBa、b两处的磁感应强度的大小不等，BaBbC同一线圈在a、b两处放置，在a处的磁通量较大D同一线圈在a、b两处放置，在b处的磁通量较大【解析】在磁场中，磁感线的疏密程度反映磁感应强度的大小，所以b处的磁感应强度大于a处的磁感应强度，而磁通量指的是穿过磁场中某一面积的磁感线条数，BScos ，除了B、S的大小之外，还与两者的夹角有关，所以无法确定b处的磁通量与a处的磁通量的大小【答案】B4如图226所示，放在条形磁铁磁场中的软铁棒被磁化后的极性如何()图226AC棒未被磁化BA棒左端为N极CB棒左端为S极DC棒左端为S极【解析】根据条形磁铁周围的磁感线分布，铁棒被磁化后N极与该处的磁场方向一致故选C.【答案】C5.条形磁铁上部一小磁针平衡时N极指向如图227所示，假定磁铁内部也有一小磁针，平衡时如图所示，则下列说法正确的是() 【导学号：31870017】图227A磁铁c端是N极，d端是S极B磁铁c端是S极，d端是N极C小磁针a端是N极，b端是S极D小磁针a端是S极，b端是N极【解析】小磁针静止时N极的指向即为该处的磁场方向，而条形磁铁外部磁感线方向是由N极指向S极，而内部是由S极指向N极，由小磁针静止时N极所指的方向可判定磁铁d端是N极，c端是S极；磁铁内部的小磁针，由内部磁场方向可判定，a端是S极，b端是N极【答案】BD6一个磁场的磁感线如图228所示，一个小磁针被放入磁场中，则小磁针将()图228A顺时针转动B向左移动C向右移动D逆时针转动【解析】由磁感线的分布情况可知磁场方向水平向右，而小磁针静止时N极所指方向与磁场方向一致，故小磁针将顺时针转动，A对【答案】A7.如图229所示，条形磁铁的外面有一圆环，在条形磁铁从上到下运动穿过圆环的过程中，磁铁外面的圆环的磁通量的变化情况是()图229A不变B先变大再变小C先变小再变大 D无法判断【解析】磁铁靠近圆环的过程中穿过圆环的磁感线条数增多，远离圆环时，穿过圆环的磁感线条数减少，所以磁通量先增大后减小【答案】B8将面积为0.5 m2的单匝线圈放在磁感应强度为2.0102T的匀强磁场中，线圈平面垂直于磁场方向，如图2210所示，那么穿过这个线圈的磁通量为()图2210A1.0102WbB1.0 WbC0.5102WbD5102Wb【解析】BS2.01020.5 Wb1.0102Wb.【答案】A9如图2211所示，S1与S2分别是半径为r1和r2的同心导体圆环，磁感应强度为B的匀强磁场的方向与环面垂直，范围以S1为边界，则穿过环S1的磁通量为_，穿过环S2的磁通量为_图2211【解析】有效面积均为S1，12Br.【答案】BrBr10面积为0.5 m2的闭合导线环垂直于匀强磁场放置时，穿过环的磁通量为0.25 Wb，该磁场的磁感应强度为_T当环面转至与磁场平行时，穿过环的磁通量为_Wb，磁场的磁感应强度为_T.【解析】由BS得B T0.5 T，当环面与磁场平行时，没有磁感线穿过环，此时磁通量0，而磁感应强度与环放置无关，仍为0.5 T.【答案】0.500.511如图2212所示，某一匀强磁场磁感应强度是B，方向沿z轴正向，其中ABa，BEb，EFc，求：图2212(1)穿过ABCD表面的磁通量；(2)穿过CBEF表面的磁通量；(3)穿过DAEF表面的磁通量【解析】(1)ABCD表面跟磁场方向平行，没有磁感线穿过，所以磁通量为0.(2)CBEF表面跟磁场垂直，故磁通量BSBbc.(3)穿过DAEF表面的磁感线条数与穿过CBEF表面的相等【答案】(1)0(2)Bbc(3)Bbc