【高中物理】磁感应强度 磁通量课件 2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册.pptx

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1、人教版物理必修三人教版物理必修三第十三章第十三章 电磁感应与电磁波初步电磁感应与电磁波初步第二节第二节 磁感应强度磁感应强度 磁通量磁通量电磁起重机电磁起重机巨大的电磁铁能吸起成吨的钢铁巨大的电磁铁能吸起成吨的钢铁，通过电磁，通过电磁力的作用列车也可以悬浮起来，而小力的作用列车也可以悬浮起来，而小磁体却磁体却只能吸起几枚铁钉只能吸起几枚铁钉磁场有磁场有强弱强弱之分。之分。那么，我们怎样定量地描述那么，我们怎样定量地描述磁场的磁场的强弱呢强弱呢？问题引入问题引入讨论交流讨论交流1.1.电场的基本性质是什么？电场的基本性质是什么？对放入其中的电荷有电场力的作用对放入其中的电荷有电场力的作用2.2.

2、如何描述电场的强弱和方向如何描述电场的强弱和方向？电场强度电场强度:试探电荷所受电场力跟电荷量的比值试探电荷所受电场力跟电荷量的比值 方向：方向：正试探电荷的受力方向正试探电荷的受力方向3.3.磁场的基本性质是什么？磁场的基本性质是什么？对放入其中的磁体或通电导体有磁力的作用对放入其中的磁体或通电导体有磁力的作用4.4.如何描述磁场的强弱和方向？如何描述磁场的强弱和方向？是否类似电场的研究方法是否类似电场的研究方法,分析磁体或电流在磁场中分析磁体或电流在磁场中所受的力所受的力,找出表示磁场强弱和方向的物理量找出表示磁场强弱和方向的物理量?一、磁场的强弱一、磁场的强弱和和方向方向电场电场强度方向

3、：强度方向：规定：规定：正试探电荷的正试探电荷的 受力方向受力方向场源电荷场源电荷试探电荷试探电荷+Q+Q+q+qE E磁磁场的方向：场的方向：规定：规定：小磁针静止时小磁针静止时N N极所指极所指的方向为该点的磁场的方向。的方向为该点的磁场的方向。NS1.1.磁磁场的方向场的方向2.2.磁场的强弱磁场的强弱场源电荷场源电荷试探电荷试探电荷+Q+Q+q+qE E电场强度电场强度E E的大小的大小思考思考1.1.能否用测量能否用测量N N极受力的大小来确定磁场的强弱？极受力的大小来确定磁场的强弱？不能。因为不能。因为N N极不能单独存在。小磁针静止时所受的合力为极不能单独存在。小磁针静止时所受的

4、合力为零，因而不能用测量零，因而不能用测量N N 极受力的大小来确定磁场的强弱。极受力的大小来确定磁场的强弱。思考思考2.2.磁场除对磁体有作用力外还对谁有作用力磁场除对磁体有作用力外还对谁有作用力？通电导体通电导体能否用很小一段通电导体来检验磁场的强弱能否用很小一段通电导体来检验磁场的强弱？电流元：很短的一段通电导线中的电流元：很短的一段通电导线中的电流电流 I I 与导线长度与导线长度 L L 的乘积的乘积 IL.IL.电流元是电流元是理想模型，不存在孤立理想模型，不存在孤立的电流元，可以用较长的通电导的电流元，可以用较长的通电导线来检验匀强磁场线来检验匀强磁场思考思考3 3：通电导线所受

5、磁场力的大小与什么有关呢？通电导线所受磁场力的大小与什么有关呢？猜想影响通电导线受力的因素：导线长度、电流大小、磁场猜想影响通电导线受力的因素：导线长度、电流大小、磁场的不同、放置的位置（导线与磁场方向平行、垂直及任意夹的不同、放置的位置（导线与磁场方向平行、垂直及任意夹角受力情况不同）角受力情况不同）实验探究方法实验探究方法:控制变量法控制变量法但是但是L L怎怎样变化呢样变化呢？滑动变阻器可以滑动变阻器可以改变电流的大小改变电流的大小1.1.保持保持导体长度导体长度L L不变，改变电流的不变，改变电流的大小大小现象：电流现象：电流I I增大增大，导线摆动的角度增大导线摆动的角度增大；电流；

6、电流I I减小减小，导线摆动的角度减小。导线摆动的角度减小。2.2.保持电流保持电流I I不变，改变不变，改变导线的长度导线的长度现象：通电现象：通电导线导线L L变长，导线摆动的角度增大变长，导线摆动的角度增大；通电；通电导导线线L L变短，导线摆动的角度减小。变短，导线摆动的角度减小。精确的实验精确的实验表明：表明：通电通电导线与磁场方向导线与磁场方向垂直时垂直时FILFIL当当L L不变，不变，I I越大，越大，F F越大越大当当I I不变，不变，L L越长，越长，F F越大越大即：即：通电导线与磁场方向垂直时，它受力的大小既与导通电导线与磁场方向垂直时，它受力的大小既与导线的长度线的长

7、度L L成正比，又与导线中的电流成正比，又与导线中的电流I I成正比，即与成正比，即与I I和和L L的乘积的乘积ILIL成正比。成正比。讨论交流讨论交流将将FILFIL写成等式是什么样的？写成等式是什么样的？F=BILF=BIL式中式中 B B 与导线的长度和电流的大小都没有关系。但是，在与导线的长度和电流的大小都没有关系。但是，在不同情况下，不同情况下，B B的值是不同的的值是不同的:即使是同样的即使是同样的I I、L L,在不同的在不同的磁场中，或在非均匀磁场的不同位置，一般说来，导线受的磁场中，或在非均匀磁场的不同位置，一般说来，导线受的力也是不一样的。看来，力也是不一样的。看来，B

8、B正是我们要寻找的能表征磁场强正是我们要寻找的能表征磁场强弱的物理量弱的物理量磁感应强度磁感应强度(magneticinduction)(magneticinduction)。二、磁感应强度二、磁感应强度1 1.定义：定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的磁场力所受的磁场力F F跟电流跟电流I I和导线长度和导线长度L L的乘积的乘积ILIL的的比值叫磁感应强度。比值叫磁感应强度。2.2.单位：特斯拉单位：特斯拉，简称特简称特，符号符号T T。3.3.方向：方向：磁感应强度是磁感应强度是矢量矢量，方向与该点磁场的方向一致，方向与该点磁场的方向一致4.4

9、.意义：描述磁场的强弱和方向的物理量意义：描述磁场的强弱和方向的物理量B B与与F F、L L、I I无关，由磁场本身决定，是磁场的属性，表征无关，由磁场本身决定，是磁场的属性，表征磁场的强弱磁场的强弱.特别提醒特别提醒1.1.B B与与L L、I I、F F无关，与场源和该点在场中的位置有关。无关，与场源和该点在场中的位置有关。2.2.用用B=F/ILB=F/IL计算时，导线电流的方向与磁计算时，导线电流的方向与磁场方向必须垂直。通电导线与磁场方向垂场方向必须垂直。通电导线与磁场方向垂直时受到磁场力最大，平行时为零。直时受到磁场力最大，平行时为零。3.3.若某一空间同时存在几个磁场，空间的若

10、某一空间同时存在几个磁场，空间的磁场应由这几个磁场叠加而成，某点的磁磁场应由这几个磁场叠加而成，某点的磁感应强度为感应强度为B B，则有：，则有：B=BB=B1 1+B+B2 2+B+B3 3（矢（矢量和）量和），用平行四边形法则运算。，用平行四边形法则运算。a ab b ：I IB B：F=BILF=BIL，最大最大 ：IBIB：F=0F=0人体器官内的磁场人体器官内的磁场 1010-13-131010-9-9地磁场在地面附近的平均值地磁场在地面附近的平均值 510510-5-5我国研制的作为我国研制的作为磁谱仪核心磁谱仪核心部件的大型永磁体中心的磁场部件的大型永磁体中心的磁场 0.1346

11、0.1346电动机或变压器铁芯中的磁场电动机或变压器铁芯中的磁场 0.8 0.8 1.71.7电视机偏转线圈内的磁场电视机偏转线圈内的磁场 约约0.10.1实验室使用的最强磁场实验室使用的最强磁场 瞬时瞬时10103 3恒定恒定3737中子星表面的磁场中子星表面的磁场 10106 610108 8原子和表面的磁场原子和表面的磁场 约约10101212一些磁场的磁感应强度一些磁场的磁感应强度/T/T磁感应强度磁感应强度与电场强度的比较与电场强度的比较磁感应强度磁感应强度B B电场强度电场强度E E物理意物理意义义描述磁场的力的性质的物理量描述磁场的力的性质的物理量描述电场的力的性质的物理量描述电

12、场的力的性质的物理量定义式定义式大小大小由磁场决定与检验电流无关由磁场决定与检验电流无关由电场决定与检验电荷无关由电场决定与检验电荷无关方向方向磁感线切线方向或磁感线切线方向或小磁针小磁针N N极受力方向极受力方向电场线切线方向或电场线切线方向或放入该点正电荷受力方向放入该点正电荷受力方向场的场的叠加叠加合磁感应强度等于合磁感应强度等于各磁场的磁感应强度的矢量和各磁场的磁感应强度的矢量和合电场强度等于合电场强度等于各电场的场强的矢量和各电场的场强的矢量和单位单位三、匀强磁场三、匀强磁场1.1.定义：如果磁场的某一区域里，定义：如果磁场的某一区域里，磁感应强度的大小和方向处处相磁感应强度的大小和

13、方向处处相同，这个区域的磁场叫匀强磁场同，这个区域的磁场叫匀强磁场.2.2.特点：匀强磁场的磁感线是间距相等的平行直线特点：匀强磁场的磁感线是间距相等的平行直线3.3.产生方法产生方法 ：距离很近的两个异名磁极之间的磁场，通电：距离很近的两个异名磁极之间的磁场，通电螺线管内部的磁场（除边缘部分外）都可认为是匀强磁场螺线管内部的磁场（除边缘部分外）都可认为是匀强磁场.4.4.常见的匀强磁场常见的匀强磁场:（1 1）.通电螺线管内部的磁场通电螺线管内部的磁场.（2 2）.相隔很近的两个异名磁极之间的磁场相隔很近的两个异名磁极之间的磁场.（3 3）.相隔一定距离的两个平行放置的线圈通电时，相隔一定距

14、离的两个平行放置的线圈通电时，其中间区域的磁场其中间区域的磁场.I5.5.匀强磁场的磁感线匀强磁场的磁感线四、磁通量四、磁通量讨论交流：讨论交流：磁感线的疏密程度磁感线的疏密程度表示了磁场的强弱。在图中，表示了磁场的强弱。在图中，S S1 1和和S S2 2两处磁感线的疏密不同，两处磁感线的疏密不同，这种不同是如何体现的呢？这种不同是如何体现的呢？如果在如果在S S1 1和和S S2 2 处，在垂直于纸面方向取同样的面积，穿处，在垂直于纸面方向取同样的面积，穿过相同面积磁感线条数多的就密，磁感应强度就大。过相同面积磁感线条数多的就密，磁感应强度就大。1.1.定定义义：设设在在磁磁感感应应强强度

15、度为为B B的的匀匀强强磁磁场场中中，有有一一个个与与磁磁场场方方向向垂垂直直的的平平面面，面面积积为为S S，我我们们把把B B与与S S的的乘乘积积叫叫作作穿穿过过这这个面积的磁通量，简称磁通。符号个面积的磁通量，简称磁通。符号1 1=B=B1 1S S1 12 2=B=B2 2S S2 22.2.公式：公式：=BS=BS3.3.单位：韦伯单位：韦伯（WbWb）1Wb=1Tm1Wb=1Tm2 24.4.磁通量是标量，且有正负磁通量是标量，且有正负.B1S1B2S2规定规定磁感线从平面的某一面穿磁感线从平面的某一面穿入，磁通量为入，磁通量为正正；磁感线磁感线从平从平面的另一面穿入，磁通量为负

16、。面的另一面穿入，磁通量为负。正负不表大小，只表示磁感线从正面穿进还是从负面穿进正负不表大小，只表示磁感线从正面穿进还是从负面穿进规定规定磁感线从平面的左面穿入时磁通量为磁感线从平面的左面穿入时磁通量为正则：正则：1 100，2 20 2 2 3 3 B.B.1 1 2 2=3 3 C.C.1 1 2 2 3 3 D.D.1 1 2 2=3 3NS123C C解析解析:选选C C。通过圆环的磁通量为穿过圆环的磁感线的条数。通过圆环的磁通量为穿过圆环的磁感线的条数,首先首先明确条形磁铁的磁感线分布情况明确条形磁铁的磁感线分布情况,另外要注意磁感线是闭合的曲另外要注意磁感线是闭合的曲线。条形磁铁的

17、磁感线在磁体内部的方向是从线。条形磁铁的磁感线在磁体内部的方向是从S S极到极到N N极极,在磁体在磁体的外部的方向是从的外部的方向是从N N极到极到S S极极,内部有多少根磁感线内部有多少根磁感线,外部的整个外部的整个空间就有多少根磁感线同内部磁感线构成闭合曲线。对空间就有多少根磁感线同内部磁感线构成闭合曲线。对1 1、2 2两两个圆环个圆环,磁体内部的磁感线全部穿过圆环磁体内部的磁感线全部穿过圆环,外部的磁感线穿过多外部的磁感线穿过多少少,磁通量就抵消多少磁通量就抵消多少,所以面积越大所以面积越大,磁通量反而越小。磁通量反而越小。1 1 2 2,对对2 2、3 3两个圆环两个圆环,3,3环

18、外部的磁感线穿过的少，磁通量抵消环外部的磁感线穿过的少，磁通量抵消的少，磁通量大，的少，磁通量大，2 2 3 3,所以有所以有1 1 2 2 3 3.练习练习6.6.如图所示如图所示,有一个垂直于纸面向里的匀强磁场有一个垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感磁感应强度应强度B=0.8 T,B=0.8 T,磁场有明显的圆形边界磁场有明显的圆形边界,圆心为圆心为O,O,半径为半径为10 10 cm,cm,现在在纸面内先后放上圆线圈现在在纸面内先后放上圆线圈A A、B B和和C(C(图中未画出图中未画出),),圆圆心均在心均在O O处处,A,A线圈的半径为线圈的半径为1 cm,1 cm,共共1010匝匝;B

19、;B线圈的半径为线圈的半径为2 2 cm,cm,只有只有1 1匝匝;C;C线圈的半径为线圈的半径为0.5 cm,0.5 cm,只有只有1 1匝。匝。(1)(1)在磁感应强度在磁感应强度B B减为减为0.4 T0.4 T的过程中的过程中,A,A和和B B线圈中的磁通量各改变了多少线圈中的磁通量各改变了多少?(2)(2)在磁场方向转过在磁场方向转过3030角的过程中角的过程中,C,C线圈中的磁通量改变了多少线圈中的磁通量改变了多少?解析解析:(1)(1)对对A A线圈线圈,有有1 1=B=B1 1rrA A2 2,2 2=B B2 2rrA A2 2 故故A A线圈的磁通量的改变量为：线圈的磁通量

20、的改变量为：（磁通量与线圈匝数无关）磁通量与线圈匝数无关）A A=|=|2 2-1 1|=(0|=(0.8-08-0.4)4)3 3.1414(1(11010-2 2)2 2 Wb Wb =1 =1.2562561010-4 4 Wb WbB B线圈的磁通量的改变量为：线圈的磁通量的改变量为：1 1=B=B1 1rrB B2 2,2 2=B B2 2rrB B2 2 B B=(0=(0.8-08-0.4)4)3 3.1414(2(21010-2 2)2 2 Wb Wb=5 5.0240241010-4 4 Wb Wb。(2)(2)对对C C线圈线圈,1 1=1 1=Br=Brc c2 2 磁场方向转过磁场方向转过3030角角,线圈在垂直于磁场方向的投影面积为线圈在垂直于磁场方向的投影面积为r rc c2 2cos30cos300 0 ,则则2 2=B=Br rc c2 2cos30cos300 0 故磁通量的改变量为故磁通量的改变量为C C=B=Br rc c2 2(1-cos 30)=0.83.14(510(1-cos 30)=0.83.14(510-3-3)2 2(1-0.866)Wb=8.410(1-0.866)Wb=8.410-6-6 Wb Wb。