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2020-2021学年新教材人教版物理必修第三册教师用书:
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2020-2021学年新教材人教版物理必修第三册
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学****目标:1.[物理观念]知道磁场、磁感应强度和匀强磁场的概
念。2。[科学思维]通过实验、类比和分析的方法建立磁感应强度的
概念,进一步体会比值法定义物理量的方法。3。[科学探究]探究
通电导线受到的力与电流的大小、通电导线长度、磁感应强度的关系。
4。[科学态度与责任]通过体验由实验发现规律的乐趣,养成探究物
理规律的良好****惯。
阅读本节教材,回答第109页“问题"并梳理必要知识点.
教材P问题提示:类比于电场,用放入磁场的磁体或通电导线受力
109
研究磁场的强弱。
一、磁感应强度
:很短一段通电导线中的电流I与导线长度l的乘积Il。
如图所示,三块相同的蹄形磁铁,并列放在桌上,直导线所在处的
磁场认为是均匀的。
(1)保持磁场中导线长度不变,改变电流大小,观察直导线摆动角度
大小来比较磁场力大小。
(2)保持电流大小不变,改变磁场中导线长度,通过观察直导线摆:.
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动角度大小比较磁场力大小.
(3)实验结论:直导线与磁场垂直时,它受力大小既与导线的长度l
成正比,又与导线中的电流I成正比。
在磁场中垂直于磁场方向放置的通电导线,所受的磁场力F跟电流
I和导线长度l的乘积Il的比值叫磁感应强度。
F
:B=。
Il
:国际单位是特斯拉,简称特,国际符号是T,1T=1错误!.
二、匀强磁场
:各点的磁感应强度的大小相等、方向相同的磁场。
:间隔相等的平行直线。
三、磁通量
:匀强磁场中磁感应强度和与磁场方向垂直的平面面积S
的乘积,即Φ=BS。
:磁场B与研究的平面不垂直时,这个面在垂直于磁场B
方向的投影面积S′与B的乘积表示磁通量。
:国际单位制是韦伯,简称韦,符号是Wb,1Wb=1_T·m2。
:B=错误!,表示磁感应强度等于穿过单位面积的磁通量,因
此磁感应强度B又叫磁通密度。
(正确的打“√”,错误的打“×")
(1)磁场中某处的磁感应强度大小与有无小磁针无关,与有无通电
导线也无关.(√)
(2)公式B=说明B与F成正比,与Il成反比.
错误!
(×):.
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(3)在匀强磁场中面积越大,磁通量一定越大。
(×)
(4)磁感应强度等于垂直穿过单位面积的磁通量.(√)
2.(多选)下列关于磁感应强度的方向的说法正确的是()
场力的方向
BD[磁场中某点磁感应强度的方向表示该点的磁场方向,磁场方
向也就是小磁针N极受力的方向,但通电导体受力的方向不是磁场的
方向,故B、D正确.]
,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,
为B,则穿过线圈的磁通量为()
B[磁通量与线圈匝数无关,且磁感线穿过的面积为πr2,而并非
πR2,故B正确。]
对磁感应强度的理解
:.
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甲乙
(1)图甲小磁针能定量反映磁场的强弱吗?(科学思维)
(2)磁场对通电导线有力的作用,如图乙中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?(科学思
维)
(3)在磁场的同一位置,无论怎样改变I、l,F与Il的比值是变
化的吗?(物理观念)
提示:(1)不能。(2)能,利用控制变量法,保持电流和导线长度
不变,由导线受力的大小可以判断磁场的强弱.(3)不变。
磁场在某位置的磁感应强度的大小与方向是客观存在的,与通过导
线的电流大小、导线的长短无关,与导线是否受磁场力以及磁场力的
大小也无关。即使不放入载流导线,磁感应强度也照样存在,故不能说
B与F成正比或B与Il成反比。
=的理解
错误!
(1)B=是磁感应强度的定义式,其成立的条件是通电导线必
错误!
须垂直于磁场方向放置。因为在磁场中某点通电导线受力的大小除和
磁场强弱、电流I和导线长度l有关以外,还和导线的放置方向有关.
(2)导线在磁场中的放置方向不同,所受磁场力也不相同。当通电
导线与磁场方向平行时,通电导线受力为零,所以我们不能根据通电
:.
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(3)磁感应强度的定义式也适用于非匀强磁场,这时l应很短,Il
称为“电流元”,相当于静电场中的“试探电荷”。
磁感应强度B是一个矢量,它的方向有以下3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。
【例1】关于磁感应强度,下列说法正确的是()
F
=可知,B与F成正比,与Il成反比
Il
,该点就有磁感应强度,如果将通电
导线拿走,该点的磁感应强度就变为零
,通电导线不
受磁场力的地方一定不存在磁场(即B=0)
D[由定义式B=可知,磁感应强度是属于比值定义的,B与
错误!
F、Il均没有关系,故A错误;通电导线放在磁场中的某点,就有可能
受到安培力,如果将通电导线拿走,该点的磁感应强度仍存在,故B错
误;同一条通电导线放在磁场中某处所受的磁场力不一定相同,受到放
置的角度限制,若导线平行磁场方向放置在磁场中,即使此处的磁感应
强度不为零,通电导线在该处所受安培力也一定为零,故C错误;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,与通电导线没有关系,故D正确。]
正确理解比值定义法
(1)定义B=错误!是比值定义法,这种定义物理量的方法实质就:.
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是一种测量方法,被测量点的磁感应强度与测量方法无关。
(2)定义a=错误!、E=错误!也是比值定义法,被测量的物理量也与
测量方法无关,不是由定义式中的两个物理量决定的。
错误!
,导线与磁场方向垂直,若仅将
导线中的电流增大为原来的3倍,则该匀强磁场的磁感应强度()
!
B[导线与磁场方向垂直,则导线受到的安培力为F=BIL;若仅
将导线中的电流增大为原来的3倍,则安培力将增大为原来3倍,而
磁场的磁感应强度只与磁场本身有关,与电流大小无关,则该磁场的磁
感应强度仍不变,故B正确,A、C、D错误。]
磁感应强度B与电场强度E的比较
试探电荷放在电场中的某点,若受静电力为零,则可判断该点的电
场强度为零。若电流元放在磁场中的某处,所受磁场力为零,能判断该
处的磁感应强度为零吗?
提示:不能。若电流元平行于磁场方向放入磁场中,所受磁场力为
零,但该处的磁感应强度却不为零.
比较内
电场强度E磁感应强度B
容
定义的①电场对电荷q有作①磁场对直线电流I有作用力F:.
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依据用力F②对磁场中任一点,F与磁场方向、电
②对电场中任一点,流方向有关,只考虑电流方向垂直于
F∝q,=恒量(由磁场方向的情况时,F∝Il,=恒
错误!错误!
电场决定)量(由磁场决定)
③对不同点,一般来③对不同点,一般来说恒量的值不同
说恒量的值不同④比值错误!可表示磁场的强弱
④比值错误!可表示电
场的强弱
定义式E=B=
错误!错误!
物理意描述电场的强弱和
表征磁场的强弱和方向
义方向
该点正电荷的受力
方向小磁针N极的受力方向
方向
场的叠遵循矢量的平行四
遵循矢量的平行四边形定则
加边形定则
单位1N/C=1V/m1T=1N/(A·m)
【例2】下列关于磁感应强度的方向和电场强度的方向的说法,
不正确的是()
A[电场强度的方向就是正电荷所受的电场力的方向,磁感应强度
的方向是小磁针N极所受磁场力的方向或小磁针静止时N极所指的方
向,故A错误。A符合题意。]:.
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电场强度与磁感应强度的易混点
(1)磁感应强度B是描述磁场力的性质的物理量,电场强度E是描
述静电力的性质的物理量,E的方向是正电荷的受力方向,B的方向与
电流元所受力的方向既不相同,也不相反。
(2)电场强度的方向与正电荷所受静电力的方向相同,而磁感应强
度的方向与小磁针N极所受磁场力的方向相同。
错误!
2.(多选)关于试探电荷和电流元,下列说法正确的是()
,电场力与所带电荷
量的比值定义为电场强度的大小
,磁场力与该段通电导线
的长度和电流乘积的比值定义为磁感应强度的大小
AC[电荷在电场中一定受电场力的作用,且E=,A正确;
错误!
正电荷所受电场力的方向与电场方向相同,负电荷所受电场力的方向
与电场方向相反,C正确;电流元在磁场中与磁场方向垂直放置时,一
定受磁场力的作用,并且B=错误!,平行时不受磁场力,B错误;磁感
应强度的方向不是根据电流元的受力方向规定的,D错误。]
对磁通量的理解
(教师用书独具)教材P“思考与讨论"答案提示:穿过S、S的磁通
11212
量相等.
:.
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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),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?
(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?
提示:(1)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)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)公式:Φ=BS。
适用条件:①匀强磁场;②磁场与平面垂直。
(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=
投影面积,也称为“有效面积”(如图所示)。
、负
(1)磁通量是标量,但有正、负,若以磁感线从某一面上穿入时磁
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:.
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为Φ,反向磁通量大小为Φ,则穿过该平面的合磁通量Φ=Φ-Φ。
1212
(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=Φ-Φ。但此时ΔΦ≠ΔB·ΔS。
21
【例3】如图所示,有一个垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应
强度B=,磁场有明显的圆形边界,圆心为O,半径为10cm,
现在在纸面内先后放上圆线圈A、B和C(图中未画出),圆心均在O处,
A线圈的半径为1cm,共10匝;B线圈的半径为2cm,只有1匝;C线
圈的半径为0。5cm,只有1匝。
(1)在磁感应强度B减为0。4T的过程中,A和B线圈中的磁通量
改变了多少?
(2)在磁场方向转过30°角的过程中,C线圈中的磁通量改变了
多少?
[解析](1)对A线圈,有Φ=Bπr,Φ=Bπr
错误!错误!
1122
故A线圈的磁通量的改变量为
Φ=|Φ-Φ|=(0。8-)××10-4Wb=×10-4Wb
A21
B线圈的磁通量的改变量为
Φ=(0。8-)×3。14×(2×10-2)2Wb=×10-4Wb。
B
(2)对C线圈,Φ=Bπr错误!
1
磁场方向转过30°角,线圈在垂直于磁场方向的投影面积为πr
cos30°,则Φ=Bπrcos30°
错误!错误!
2
故磁通量的改变量为:.
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ΔΦ=Bπr(1-cos30°)=××(5×10-3)2×(1-
错误!
C
)Wb=×10-6Wb。
[答案](1)×10-4Wb5。024×10-4Wb
(2)×10-6Wb
上例中,若将线圈A转过180°角的过程中,A线圈中的磁通量改变
了多少?
提示:若转过180°角时,磁通量的变化为
ΔΦ=2BS=2×0。8π×10-4Wb=5。024×10-4Wb。
磁通量大小的分析与判断
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)平面的面积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。
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积时,此时的磁通量为各磁场穿过该面磁通量的
代数和。
错误!
训练角度1:磁通量大小判断:.
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,在水平面内一根通有电流I的长直导线,正好处在一
个半径为R的水平圆面的直径上,则下列说法正确的是()
,则穿过该圆面的磁通量减少
,则穿过该圆面的磁
通量增加
!R,则穿过该圆面的磁
通量增加
!R,则穿过该圆面的磁通量增加
C[本题疑难点在于对合磁通量的理解。根据安培定则可知直导线
在直径处时磁感线从一边半圆进、另一边半圆出,合磁通量为0,垂直
圆面向里移动、沿直导线方向移动或绕圆心转动,合磁通量仍为0,选
项A、B、D错;直导线沿圆面内垂直导线方向移动错误!R,磁感线沿一
个方向从整个圆面穿过,磁通量增加,选项C对.]
训练角度2:磁通量大小计算
,一面积为S的矩形
线圈abcd如图所示放置,平面abcd与竖直方向成θ角,将abcd绕
ad轴转180°角,则穿过线圈平面的磁通量的变化量是()
C[线圈在题图示位置时,磁通量为:Φ=BScosθ,线圈绕ad
1:.
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轴转过180°时,磁通量为Φ=-BScosθ,所以该过程中,通过线
2
圈的磁通量的变化量为ΔΦ=|Φ-Φ|=|-2BScosθ|=2BScos
21
θ,故C正确。]
(T),与它等价的是()
N
!
A·m
!!
F
A[当导线与磁场方向垂直时,由公式B=知,磁感应强度B的
IL
单位由F、I、L的单位决定。在国际单位制中,磁感应强度的单位是特
斯拉,符号是T,则1T=1错误!,故A正确。]
2.(多选)与磁场中某点的磁感应强度方向相同的是()
ABC[磁场的方向就是磁感应强度的方向,A对;在磁感线上,任
意一点的切线方向跟该点的磁感应强度方向相同,B对;物理学中规定,:.
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磁感应强度的方向与放在该点的小磁针静止时N极所指的方向相同,
故C对,D错。]
、电流I、导线长度L和电流所受磁场力F
的关系,下面的说法正确的是()
=0的地方,F一定等于零
=0的地方,B一定等于零
=1T,I=1A,L=1m,则F一定等于1N
=1m,I=1A,F=1N,则B一定等于1T
A[应用公式B=错误!或F=IBL时要注意导线必须垂直于磁场方
向放置。故B、C、D错误,A正确。]
,通电直导线右边有一个矩形线框,线框平面与直导
线共面,若使线框逐渐远离(平动)通电导线,则穿过线框的磁通量将
()
B[离导线越远,电流产生的磁场越弱,穿过线框的磁感线条数越
少,磁通量逐渐减小,故B正确.]
:如图一所示是实验室里用来测量磁感应强度的仪器——
电流天平,图二是电流天平的原理,利用该装置测得的数据记录如方
。
图一图二:.
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错误!
问题:(1)如图二中通电螺线管内磁场的方向?
(2)如图二通电导体电流的方向与磁场方向垂直,导体受到的磁场
力最大,通过如图二方向的电流时,如果受到的磁场力竖直向下,怎样
调整电流才能测出磁感应强度?
(3)请你算出通电螺线管中的磁感应强度B的大小。
[解析](1)利用安培定则判断通电螺线管内磁场的方向水平向
右,如图二中所示。
(2)改变电流的方向,使磁场力的方向与重力平衡,即mg=BIL,B
=错误!。
(3)由题意知,I=0。5A,G=4×10-5N,L=4×10-
平衡时,导线所受磁场力的大小等于钩码的重力,即F=G。
由磁感应强度的定义式B=错误!得
B===T=2×10-3T
错误!错误!错误!
所以通电螺线管中的磁感应强度为2×10-3T.
[答案]见解析