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第2節(jié)　磁場的描述與磁通量 學(xué)　習(xí)　目　標(biāo) 知　識　脈　絡(luò) 1.知道磁感線，會用磁感線描述磁場．(重點(diǎn)) 2.知道磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義及方向，會用磁感應(yīng)強(qiáng)度描述磁場．(重點(diǎn)、難點(diǎn)) 3.理解磁通量及其定義，掌握公式Φ＝BS.(重點(diǎn)) 　描 述 磁 場 的 磁 感 線 1．為了形象地描述磁場，英國物理學(xué)家法拉第提出用磁感線來描述磁場． 2．磁感線：與描述電場的方法類似，在磁場中畫出一些有方向的假想曲線，在這些曲線上每一點(diǎn)的切線方向都跟該點(diǎn)的磁場方向相同．磁場有強(qiáng)弱之分，越靠近磁極的地方磁感線越密，對應(yīng)的磁場越強(qiáng)． 1．磁感線可以用細(xì)鐵屑來顯示，因而是真實(shí)存在的．() 2．磁感線閉合而不相交，不相切，也不中斷．(√) 磁體內(nèi)部和磁體外部磁感線的方向是怎樣的？ 【提示】　磁體外部磁感線方向從N極指向S極，磁體內(nèi)部磁感線方向從S極指向N極． 磁感線是為了形象地描述磁場而假想的一系列曲線．實(shí)驗(yàn)時(shí)可以用被磁化的鐵屑顯示磁感線的分布，但不能認(rèn)為磁感線是由鐵屑排列而成的．磁體周圍的磁感線應(yīng)分布在一個三維空間內(nèi)．對于磁感線的認(rèn)識還要注意以下幾點(diǎn)： 1．在磁體外部磁感線從N極到S極，在磁體內(nèi)部從S極到N極． 2．磁感線是閉合的曲線． 3．磁場中任意兩條磁感線不能相交，也不能相切． 4．磁場中未畫磁感線的地方，并不表示那里沒有磁場． 5．磁感線上某點(diǎn)的切線方向、小磁針在該點(diǎn)靜止時(shí)N極的指向、小磁針N極受力方向表示該點(diǎn)的磁場方向． 6．勻強(qiáng)磁場的磁感線是等間距、互相平行的直線． 1．關(guān)于磁感線，下列說法中正確的是(　　) A．兩條磁感線的空隙處一定不存在磁場 B．磁感線總是從N極到S極 C．磁感線上每一點(diǎn)的切線方向都跟該點(diǎn)的磁場方向一致 D．兩個磁場疊加的區(qū)域，磁感線可能相交 【解析】　磁感線是為了形象地描繪磁場而假設(shè)的一組有方向的曲線，曲線上每一點(diǎn)的切線方向表示磁場的方向，曲線疏密表示磁場強(qiáng)弱，所以C正確，A不正確．在磁鐵外部磁感線從N極到S極，內(nèi)部從S極到N極，磁感線不相交，所以B、D不正確． 【答案】　C 2．(多選)如圖221所示是幾種常見磁場的磁感線分布示意圖，下列說法正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：18152043】 圖221 A．(a)圖中a端是磁鐵的S極，b端是磁鐵的N極 B．(a)圖中a端是磁鐵的N極，b端是磁鐵的S極 C．(b)圖是兩異名磁極的磁感線分布示意圖，c端是N極．d端是S極 D．(b)圖是兩異名磁極的磁感線分布示意圖，c端是S極，d端是N極 【解析】　題圖(a)是條形磁鐵外部磁感線分布示意圖，外部磁場的磁感線是從磁鐵的N極出來，進(jìn)入磁鐵的S極，故A正確，B錯誤．題圖(b)是兩異名磁極間的磁感線分布示意圖，磁感線仍然是從N極出來，進(jìn)入磁鐵的S極，故C錯誤，D正確． 【答案】　AD 磁感線是人為畫出的一些假想的曲線，其目的是為了形象地描述磁場的強(qiáng)弱及方向，掌握磁感線的基本規(guī)律能很好地處理此類問題. 磁 感 應(yīng) 強(qiáng) 度 1．定義：穿過垂直于磁感線的單位面積的磁感線條數(shù)等于該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度． 2．方向：磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量，既有大小，又有方向．磁場中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是該點(diǎn)的磁場的方向，它在通過該點(diǎn)的磁感線的切線方向上，與放在該點(diǎn)的小磁針靜止時(shí)N極所指的方向一致． 3．單位：在國際單位制中是特斯拉，簡稱特，符號是T. 4．物理意義：描述磁場強(qiáng)弱的物理量．穿過垂直于磁感線單位面積的磁感線越多，對應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度越大，磁場也就越強(qiáng)． 1．磁場中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是該點(diǎn)的磁場方向．(√) 2．小磁針N極受力的方向就是該處磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向．(√) 想一想，磁場的方向有哪幾種表達(dá)方式？ 【提示】　磁場的方向可有以下三種表達(dá)方式： (1)小磁針靜止時(shí)N極所指的方向，也就是N極受力的方向． (2)磁場的方向就是磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向． (3)磁感線上某點(diǎn)的切線方向即為該點(diǎn)的磁場方向． 1．磁感應(yīng)強(qiáng)度的物理意義：描述磁場強(qiáng)弱和方向的物理量． 2．磁感應(yīng)強(qiáng)度的決定因素：僅由場源來決定． 3．磁感應(yīng)強(qiáng)度的標(biāo)矢性： (1)其大小描述磁場的強(qiáng)弱，同一小磁針受力越大表明該處磁感應(yīng)強(qiáng)度越大，它在數(shù)值上等于垂直穿過單位面積的磁感線條數(shù)； (2)其方向就是N極在該點(diǎn)的受力方向，也就是該點(diǎn)磁場的方向，即磁感線在該點(diǎn)的切線方向． 3．(多選)下列關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度的說法中正確的是(　　) A．磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量，用來表示磁場強(qiáng)弱和方向的物理量 B．小磁針北極在磁場中受力的方向是唯一的，能比較客觀地描述磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向 C．磁極在磁場中受磁場力大的地方，該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定大 D．磁極在磁場中受磁場力大的地方，該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度不一定大，與放置方向有關(guān) 【解析】　關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念有以下內(nèi)容：第一，是矢量，大小等于垂直穿過單位面積的磁感線條數(shù)，方向是小磁針北極在磁場中的受力方向；第二，物理意義，反映磁場強(qiáng)弱的物理量，從力的角度描述了磁場的性質(zhì)，磁場強(qiáng)的地方放入磁極受到的力一定大；第三，單位是特斯拉，本題沒有考查磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位．根據(jù)完整的物理概念，本題選A、B、C. 【答案】　ABC 4．(多選)關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，下列說法中正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：18152044】 A．磁場中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是該點(diǎn)的磁場方向 B．磁場中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是通過該點(diǎn)的磁感線的切線方向 C．磁場中某點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是小磁針在該點(diǎn)靜止時(shí)北極的指向 D．磁場中某點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是小磁針在該點(diǎn)受磁場力的方向 【解析】　根據(jù)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向特點(diǎn)，可判定選項(xiàng)A、B、C正確．選項(xiàng)D錯，應(yīng)為小磁針N極受力的方向． 【答案】　ABC 5．關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度，下列選項(xiàng)中正確的是(　　) A．磁感應(yīng)強(qiáng)度是標(biāo)量，但有正負(fù) B．磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小由磁場本身決定 C．在磁場中的同一位置，磁感應(yīng)強(qiáng)度可以不同 D．磁感應(yīng)強(qiáng)度只能用來描述磁場的強(qiáng)弱 【解析】　磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量，所以選項(xiàng)A錯．磁感應(yīng)強(qiáng)度是描述磁場性質(zhì)的物理量，由磁場本身決定，與其他因素?zé)o關(guān)，選項(xiàng)B對．在磁場中的同一位置，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向是確定的．磁感應(yīng)強(qiáng)度既可以描述磁場的強(qiáng)弱，也可以描述磁場的方向，所以選項(xiàng)C、D錯． 【答案】　B 　　磁 通 量 1．定義：在磁場中穿過某一面積S的磁感線條數(shù)定義為穿過該面積的磁通量． 2．公式：Φ＝BS，注意：此公式只適用于B與S垂直的情況． 3．單位：在國際單位制中是韋伯，簡稱韋，符號是Wb. 4．磁通密度：由公式Φ＝BS得B＝，可以理解為磁感應(yīng)強(qiáng)度是垂直通過單位面積的磁通量，即磁通密度．其對應(yīng)的單位為Wb/m2. 1．磁感應(yīng)強(qiáng)度等于穿過單位面積的磁通量．() 2．將一平面置于勻強(qiáng)磁場中的任何位置，穿過該平面的磁通量總相等．() 在大量的電磁儀器中，磁場的應(yīng)用非常廣泛，而勻強(qiáng)磁場占據(jù)著非常重要的地位，你知道什么樣的磁場是勻強(qiáng)磁場嗎？ 【提示】　如果在磁場中的某一區(qū)域里，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向處處相同，這個區(qū)域的磁場叫做勻強(qiáng)磁場．在兩個正對的距離很小的異名磁極之間的磁場是勻強(qiáng)磁場．勻強(qiáng)磁場的磁感線是間距相等的一組平行線． 1．磁通量指的是穿過磁場中某一面積的磁感線條數(shù)，是針對某一面積而說的． 2．在勻強(qiáng)磁場中，穿過與磁場方向垂直、面積為S的平面的磁通量Φ＝BS，若磁感線與平面不垂直時(shí)，如圖222所示，可用投影的方法，將平面向垂直于磁場方向上投影，即可得到磁通量的一般公式Φ＝BS′＝BScos θ. 圖222 3．磁通量是標(biāo)量，只有大小，沒有方向，但有正負(fù)之分，其正負(fù)僅表示磁感線的貫穿方向，一般來說，如果規(guī)定磁感線從正面穿過時(shí)為正值，那么磁感線從反面穿過時(shí)為負(fù)值． 6．關(guān)于磁通量的描述，下列說法正確的是(　　) A．位于磁場中的一個平面垂直磁場方向時(shí)，穿過該平面的磁通量最大 B．穿過平面的磁通量最大時(shí)，該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定最大 C．如果穿過某平面的磁通量為零，則該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零 D．將一平面置于勻強(qiáng)磁場中的任何位置，穿過該平面的磁通量總是相等 【解析】　由磁通量的一般公式Φ＝BScos θ可知，磁通量不但與B、S有關(guān)，還與平面與該平面沿垂直磁場方向的投影面之間的夾角有關(guān)．Φ＝0，B不一定為0，Φ越大，B也不一定越大．故選A. 【答案】　A 7．如圖223所示，框架面積為S，框架平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場方向垂直，則穿過線框平面的磁通量為________；若使框架繞軸OO′轉(zhuǎn)過60角，則穿過線框平面的磁通量為________；若從初始位置轉(zhuǎn)過90角，則穿過線框平面的磁通量為________. 【導(dǎo)學(xué)號：18152045】 圖223 【解析】　平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度垂直時(shí)Φ＝BS；若逆時(shí)針轉(zhuǎn)過60角，Φ＝BScos 60＝BS，若轉(zhuǎn)過90角，沒有磁感線穿過平面Φ＝0. 【答案】　BS　BS　0 (1)投影法與分解法是計(jì)算磁通量的兩種重要方法，實(shí)際計(jì)算時(shí)可任選一種； (2)穿過線圈的磁通量與線圈匝數(shù)無關(guān)； (3)要特別注意θ角的含義，不能死套公式，以免出錯； (4)由ΔΦ＝Φt－Φ0計(jì)算磁通量的變化時(shí)，要注意Φt和Φ0的正負(fù).