人教版 (2019)必修 第三册磁感应强度磁通量课前预习课件ppt

这是一份人教版 (2019)必修 第三册磁感应强度磁通量课前预习课件ppt，共70页。
整体感知·自我新知初探
[学习任务]　1．理解磁感应强度的概念及物理意义。2．知道磁感应强度的方向、大小、定义式和单位。3．知道匀强磁场的特点。4．知道磁通量的定义，会计算匀强磁场中通过某一面积的磁通量。
[问题初探]　问题1．磁场的方向是怎样规定的？问题2．匀强磁场有什么特点？问题3．磁通量是有大小有方向的量，磁通量是矢量吗？
[提示]　问题1．规定小磁针静止时N极所指的方向为该点的磁场的方向。问题2．各点的磁感应强度的大小相等、方向相同的磁场。问题3．磁通量是标量。
[自我感知]　经过你认真的预习，结合你对本节课的理解和认识，请画出本节课的知识逻辑体系。
探究重构·关键能力达成
3．单位：________，简称____，符号为___。4．B反映了磁场的______。5．磁感应强度是矢量，小磁针的_____在磁场中某点______的方向，就是这点磁感应强度的方向。
如图所示是体现磁场性质的两个小实验。
问题1．图甲中的小磁针能定量反映磁场的强弱吗？
问题2．磁场对通电导线有力的作用，如图乙所示能通过通电导线受力的大小来判断磁场的强弱吗？通过怎样的实验来验证这些猜想？
提示：能，利用控制变量法，保持电流和导线长度不变，通过与导线连接的竖直线的摆动角度判断其所受磁场力的大小，进而可以判断磁场的强弱。
问题3．在磁场的同一位置，通电导线与磁场方向垂直时，改变I、l的大小，F与Il的比值是变化的吗？
2．磁感应强度B的方向磁感应强度B是一个矢量，它的方向有以下三种表述方式：(1)磁感应强度的方向就是该点的磁场方向。(2)小磁针静止时N极所指的方向。(3)小磁针N极受力的方向。3．磁感应强度的叠加磁感应强度是矢量，当空间存在几个磁体(或电流)时，某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。
【典例2】　(磁感应强度的计算)有一小段通电导线，长0.1 m，通过导线的电流为5 A，把它垂直放入磁场中某一位置，受到的磁场力是1 N，则该处磁感应强度的大小为(　　)A．0.8 TB．1.2 T C．1.8 TD．2.0 T
方法技巧　分析磁场叠加问题的注意点(1)磁感应强度是矢量，若空间存在几个磁场，则空间某点的磁感应强度为各个磁场单独在该点的磁感应强度的矢量和。(2)对于磁场的叠加，应先确定有几个磁场，搞清楚每个磁场在该处的磁感应强度的大小和方向，再根据平行四边形定则求矢量和。
[链接教材]　如图所示是教材中分析比较磁通量大小的插图，教材中是如何比较两位置磁通量的大小的？
知识点二　匀强磁场　磁通量
提示：根据穿过线圈的磁感线的条数比较，穿过相同面积磁感线条数多的位置，磁通量大。
1．匀强磁场(1)定义：如果磁场中各点的磁感应强度的______相等、______相同，这个磁场叫作匀强磁场。(2)特点：磁感线是间隔______的平行直线。(3)实例：①距离很近的两个平行放置的______磁极之间的磁场，除边缘部分外，可以认为是匀强磁场，如图所示。
②两个平行放置较近的线圈______时，其中间区域的磁场近似为匀强磁场，如图所示。
2．磁通量(1)定义：在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一个与磁场方向垂直的平面，面积为S，我们把B与S的______叫作穿过这个面积的磁通量，简称______。(2)计算公式：Φ＝____。(3)单位：在国际单位制中是______，简称____，符号是____，1 Wb＝1 _______。
如图所示，空间固定一条形磁体，磁体S极附近有一圆环。
问题1．在1位置时穿过圆环的磁场方向向上还是向下？
问题2．在2位置磁场方向向哪里？有无磁感线穿过圆环？
问题3．在3位置穿过圆环的磁场方向向哪个方向？与在1位置有什么不同？
提示：向上，与1位置方向相反。
1．磁通量的计算(1)匀强磁场中磁场与平面垂直，Φ＝BS。(2)若磁场与平面不垂直，应为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积，Φ＝BS cs θ。式中S cs θ即为平面S在垂直于磁场方向上的投影面积，也称为“有效面积”(如图所示)。
2．磁通量的正、负(1)磁通量是标量，但有正、负，若以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即为负值。(2)若同时有磁感线沿相反方向穿过同一平面，且正向磁通量大小为Φ1，反向磁通量大小为Φ2，则穿过该平面的合磁通量Φ＝Φ1－Φ2。3．磁通量的变化量(1)当B不变，有效面积S变化时，ΔΦ＝B·ΔS。(2)当B变化，S不变时，ΔΦ＝ΔB·S。(3)B和S同时变化，则ΔΦ＝Φ2－Φ1。但此时ΔΦ≠ΔB·ΔS。
【典例4】　(对磁通量的理解)关于磁通量的概念，下列说法正确的是(　　)A．磁场中某处的磁感应强度越大，面积越大，则穿过线圈的磁通量一定就越大B．放在某处的一个平面，穿过它的磁通量为零，则该处磁感应强度一定为零C．磁通量的变化不一定是由于磁场的变化而引起的D．磁场中某处的磁感应强度不变，放在该处线圈的面积也不变，则磁通量一定不变
C　[磁通量的大小与磁感应强度的大小、面积的大小以及磁场与平面的夹角有关，所以A、B、D错误，C正确。]
【典例5】　(磁通量的正负)如图所示，两个同心放置的共面金属圆环a和b，条形磁铁与环面垂直穿过，则穿过两环的磁通量Φa、Φb的大小关系为(　　)A．Φa>Φb　B．ΦaΦb，故B、C、D错误，A正确。]
【典例6】　(磁通量的计算)如图所示，匝数为N、面积为S的闭合线圈abcd水平放置，与磁感应强度为B的匀强磁场夹角为45°。现将线圈以ab边为轴顺时针转动90°，求线圈水平放置时的磁通量和整个过程中线圈的磁通量变化量的大小。
规律方法　磁通量大小的分析与判断(1)定量计算通过公式Φ＝BS来定量计算，计算磁通量时应注意的问题：①明确磁场是否为匀强磁场，知道磁感应强度的大小。②平面S应为磁感线通过的有效面积。 当平面S与磁场方向不垂直时，应明确所研究的平面与磁感应强度方向的夹角，准确找出有效面积。③线圈的磁通量及其变化与线圈匝数无关，即磁通量的大小不受线圈匝数的影响。
(2)定性判断磁通量是指穿过线圈面积的磁感线的“净条数”，当有不同方向的磁场同时穿过同一面时，此时的磁通量为规定了正方向后的各磁场穿过该面磁通量的代数和。
【典例2】　如图所示，两个单匝线圈a、b的半径分别为r和2r。圆形匀强磁场B的边缘恰好与a线圈重合，则穿过a、b两线圈的磁通量之比为(　　)A．1∶1B．1∶2C．1∶4D．4∶1
A　[两个线圈的半径虽然不同，但是线圈内的匀强磁场的半径一样，则穿过a、b两线圈的磁通量相同，故选项A正确。]
应用迁移·随堂评估自测
2．如图所示，图中虚线是匀强磁场区域的边界，一个闭合线框自左向右穿过该磁场区域，线框经过图示的哪个位置时磁通量有增加的趋势(　　)A．在位置1B．在位置2C．在位置3D．在位置4
B　[由磁通量的定义Φ＝BS知，线框穿过匀强磁场，B不变，则当线框处在磁场中的面积增加时，磁通量增加，故在位置2线框进入磁场过程，磁通量有增加趋势，故A、C、D错误，B正确。 ]
3．如图所示，矩形abcd的边长bc是ab的2倍，两细长直导线通有大小相等、方向相反的电流，垂直穿过矩形平面，与平面交于e、f两点，其中e、f分别为ad、bc的中点。下列说法正确的是(　　)A．a点与b点的磁感应强度相同B．a点与c点的磁感应强度相同C．a点与d点的磁感应强度相同D．a点与b、c、d三点的磁感应强度均不相同
4．如图所示，面积S＝0.4 m2的线圈abcd处于匀强磁场中，匀强磁场磁感应强度B＝0.6 T，方向竖直向下，线圈平面与水平方向夹角θ＝60°。下列说法正确的是(　　)A．此时穿过线圈的磁通量为0.24 WbB．θ＝90°时，穿过线圈的磁通量最大C．θ＝0时，穿过线圈的磁通量为零D．线圈以cd边为轴逆时针转过60°过程中，磁通量变化量为0.12 Wb
D　[由题图知，此时穿过线圈的磁通量Φ1＝BS cs θ＝0.12 Wb，故A错误；θ＝90°时，磁感线与线圈平行，穿过线圈的磁通量为零，故B错误；θ＝0时，磁感线与线圈垂直，穿过线圈的磁通量最大，故C错误；线圈以cd边为轴逆时针转过60°后，磁感线与线圈垂直，穿过线圈的磁通量最大且为Φ2＝BS＝0.24 Wb，则此过程中磁通量的变化量ΔΦ＝Φ2－Φ1＝0.12 Wb，故D正确。]
回归本节知识，完成以下问题：1．什么是电流元？
提示：在物理学中，把很短一段通电导线中的电流I与导线长度l的乘积Il叫电流元。
2．磁感应强度B有何物理意义？
提示：表示磁场强弱和方向，由磁场本身决定，与电流元无关。
题组一　磁感应强度1．关于磁场中某一点磁感应强度的方向，下列说法正确的是(　　)A．与一小段通电直导线所受磁场力的方向一致B．与运动电荷所受磁场力的方向一致C．与小磁针N极所受磁场力的方向一致D．与小磁针S极所受磁场力的方向一致
课时分层作业(十七)　磁感应强度　磁通量
C　[磁场中某一点磁感应强度的方向，与小磁针N极受磁场力方向一致，C正确，A、B、D错误。]
3．如图所示是某磁场部分区域的磁感线分布，图线关于水平虚线对称，其中a、b是该平面内两点且关于虚线对称，则下列说法正确的是(　　)A．a、b两点的磁感应强度相同B．a、b两点的磁感应强度仅方向相同C．a、b两点的磁感应强度仅大小相等D．a点的磁感应强度大于b点
C　[由题可知，a、b两点的磁感线密集程度相同，方向不同，则磁感应强度方向不同，大小相同。故选C。]
4．在匀强磁场中某处P放一个长度为L＝20 cm、通电电流I＝0.5 A的直导线，测得它受到的最大磁场力F＝1.0 N，其方向竖直向上，现将该通电导线从磁场中撤走，则P处磁感应强度为(　　)A．0B．10 T，方向竖直向上C．0.1 T，方向竖直向下D．10 T，方向肯定不沿竖直向上的方向
题组二　匀强磁场与磁通量5．(多选)彼此绝缘、相互垂直的两根通电直导线与闭合线圈共面，下图中穿过线圈的磁通量可能为零的是(　　)
AB　[根据右手螺旋定则判断，A、B选项中I1、I2在闭合线圈中产生的磁场反向，穿过线圈的磁通量可能为零，A、B正确。]
A　[穿过一个面的磁感线的数量称为磁通量，当平面与磁感线平行时，没有磁感线穿过线框，即穿过线框的磁通量为0，故A正确，B、C、D错误。]
7．如图所示，一半圆形球面，大圆面垂直匀强磁场放置，此时穿过它的磁通量为Φ1，现使它绕着过大圆平面圆心，并垂直于匀强磁场的轴转动90°后，磁通量为Φ2。下列选项正确的是(　　)A．Φ1＝0 B．Φ2＝0C．Φ1＝2Φ2 D．Φ1＝Φ2
9．(多选)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，下述方法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．转动线圈使得轴线与磁场方向平行D．把磁感应强度增加一倍
12．如图所示，n＝100匝细导线、面积S＝0.06 m2的矩形线框abcd，放置在磁感应强度B＝0.5 T的匀强磁场中，线框绕位于线框平面内且垂直磁场的中轴OO′以角速度ω＝314 rad/s匀速转动。图示为线框平面与磁场垂直的位置。(1)当线框处于图示位置时，穿过线框平面的磁通量是多少？(2)在线框从图示位置绕OO′轴转过60°角的过程中，穿过线框平面磁通量的变化量是多少？(3)若以图示位置为计时起点开始计时，写出穿过线框平面的磁通量Φ与时间t的关系式Φ(t)。
[解析]　(1)线框处于题图示位置时，穿过线框平面的磁通量Φ＝BS＝0.06×0.5 Wb＝3×10-2 Wb。(2)在线框从题图示位置绕OO′轴转过60°角时的磁通量Φ′＝BS cs θ＝0.06×0.5×cs 60° Wb＝1.5×10-2 Wb穿过线框平面磁通量的变化量ΔΦ＝Φ′－Φ＝－1.5×10-2 Wb即穿过线框平面的磁通量减少了1.5×10-2 Wb。
(3)若以题图示位置为计时起点开始计时Φm＝BS＝3×10-2 Wbt时间线圈转动的角度θ＝ωt＝314t此时穿过线框平面的磁通量Φ与时间t的关系式为Φ＝Φmcs θ＝3×10-2 cs 314t(Wb)。
[答案]　(1)3×10-2 Wb　(2)磁通量减少了1.5×10-2 Wb　(3)Φ＝3×10-2 cs 314t(Wb)
13．(多选)对于通过闭合曲面的磁通量，我们可以规定若磁感线从曲面内部穿出，记为正；若磁感线从曲面外部进入，则记为负。而对于静电场，也可以类比静磁场，引入“电通量”。电通量的定义与磁通量相仿，即电场强度与垂直面积的乘积，闭合曲面的电通量符号规定与磁通量相同。关于下列磁通量与电通量的表述，正确的是(　　)
A．在甲图中，匀强电场强度为E，通过一半径为R的球面的电通量为－2EπR2B．在乙图中，若半径为R的球面中心有一电荷量为q的正电荷，则通过该球面的电通量为4πkq(其中k为静电力常数)C．在丙图中，若MD＝NC＝EF＝NE＝CF＝0.3 m，MN＝CD＝0.4 m，匀强磁场B＝0.2 T，方向沿x轴正向，则通过整个三棱柱MNE-DCF所有面的磁通量之和为0D．在丙图中，若MD＝NC＝EF＝NE＝CF＝0.3 m，MN＝CD＝0.4 m，匀强磁场B＝0.2 T，方向沿x轴正向，则通过平面MEFD的磁通量为0.024 Wb