1、2磁感应强度目 标 导 航思 维 脉 图1.通过对自然现象的解释,了解磁场强弱和方向。(物理观念)2.通过与电场类比,分析通电导线在磁场中的受力。(科学思维)3.通过实验探究影响通电导线在磁场中受力的因素。(科学探究)4.基于对磁现象的认识和对磁场的了解,形成学习和研究磁场的浓厚兴趣,坚持实事求是,在合作中既能坚持观点又能修正错误。(科学态度与责任)必备知识自主学习一、磁感应强度及方向科学家发现:70万年前,地球磁场的方向与现在相反,小磁针的N极不是指北,而是指南。科学家是怎样推断出来地磁场的方向呢?提示:通过对不同时期的岩石磁性进行观测、分析,就可以推断地磁场的情况。1.磁感应强度是描述磁场
2、强弱和方向的物理量,用符号B表示。2.磁感应强度的方向:小磁针静止时N极所指的方向规定为该点的磁感应强度的方向,简称磁场方向。二、磁感应强度的大小磁体的磁极不能单独存在,放在磁场中的磁体最终会静止平衡,如何确定磁场中某一点的磁感应强度?提示:磁场对通电导线有力的作用,可以用很小一段通电导线来检验磁场的强弱。1.电流元:很短一段通电导线中的电流I与导线长度L的乘积。2.实验表明:(1)通电导线与磁场垂直时,它受力的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,即与I和L的乘积IL成正比。(2)同样的I、L,在不同的磁场中或非匀强磁场中不同位置,导线受力一般不同。3.磁感应强度大小:(1)
3、含义:一个电流元垂直放入磁场中的某点,电流元受到的磁场力F与该电流元IL的比值。(2)公式:B=。(3)单位:特斯拉,简称特,符号是T。4.下列说法符合科学事实的是:。磁场的方向就是小磁针静止时所受合力的方向与电场强度相似,磁场强度是表示磁场的强弱和方向的物理量小磁针的N极和S极所受磁场力的方向是相反的通电导线在磁场中受到的磁场力为零,则说明该处的磁感应强度为零虽然公式B=是根据导线在匀强磁场中受力推导的,但却适用于任何磁场磁感应强度的方向与检验电流的受力方向相同(1)由定义式B=可知,电流强度I越大,导线长度L越长,某点的磁感应强度B就越小。()(2)磁场中某点磁感应强度的方向,跟放在该点的
4、试探电流元所受磁场力的方向一致。()(3)磁感线是客观存在的,磁感线上各点的切线方向表示该点的磁场方向。()(4)通电导线放入磁场中,若不受安培力,说明该处磁感应强度为零。()关键能力合作学习知识点一磁感应强度的大小、方向1.磁感应强度的方向和小磁针N极受力方向相同,但绝非电流的受力方向。2.磁场中某点磁感应强度的大小和方向是确定的,和小磁针、电流的存在与否无关。3.磁场的方向有三种描述方法:(1)磁感应强度的方向。(2)小磁针N极受力的方向。(3)小磁针静止时N极的指向。4.在定义式B=中,通电导线必须垂直于磁场方向放置,因为沿不同方向放置导线时,同一导线受到的磁场力不相等。5.磁感应强度B
5、是用比值法定义的物理量,其大小只取决于磁场本身的性质,与F、I、L无关,与磁场中有没有通电导线无关。美国麻省理工学院研究人员开发出一种3D打印的小型软体“机器人”,可被磁场操纵。在磁场操纵下,它能爬行、打滚、跳跃,能迅速收缩以抓住滚过的小球,还能裹住药片在桌面上移动。有望应用于生物医药领域。(1)小型软体“机器人”在外加磁场中完成各种不同的动作时,磁场是否会改变?提示:小型软体“机器人”在外加磁场中完成各种不同的动作时,磁感应强度的大小和方向在不断变化。(2)如何表示磁场中某一点的磁感应强度的方向?提示:小磁针静止时N极的指向或小磁针N极的受力方向为该点的磁感应强度的方向。【典例】在磁感应强度
6、B的定义式B=中,有关各物理量间的关系,下列说法中正确的是()A.B由F、I和L决定B.F由B、I和L决定C.I由B、F和L决定D.L由B、F和I决定【解析】选B。公式中B表示磁感应强度,由磁场自身的因素决定;I为导体棒中的电流,由电路决定;L为导体棒的有效长度,由导体棒及其放在磁场中的形式决定;F为导体棒在磁场中受到的安培力,由B、I、L共同决定,故A、C、D错误,B正确。1.下列说法中正确的是()A.磁场中某点的磁感应强度可以这样测定:测出一小段通电导线受到的磁场力F与该导线的长度L以及通过的电流I,根据B=可算出该点的BB.通电导线在某点不受磁场力的作用,则该点的磁感应强度一定为零C.磁
7、感应强度B=只是定义式,它的大小取决于场源以及通电导线在磁场中的位置,与F、I、L以及通电导线在磁场中的方向无关D.放置在磁场中的1 m长的导线,通以1 A的电流,受力为1 N,该处的磁感应强度大小为1 T【解析】选C。通过电流元垂直放置于磁场中所受磁场力与电流元的比值来定义磁感应强度,要注意该定义式的条件,故A错误;磁感应强度B=是反映磁场力性质的物理量,与磁场中有无电流元无关,故B错误;磁感应强度B=是反映磁场力性质的物理量,是采用比值的方法来定义的,该公式是定义式而不是决定式,磁场中各处的B值是唯一确定的,与放入该点的检验电流的大小、方向无关,故C正确;通过电流元垂直放置于磁场中所受磁场
8、力与电流元的比值来定义磁感应强度,要注意该定义式的条件是电流元与磁场的方向垂直,所以放置在磁场中1 m长的导线,通以1 A的电流,受力为1 N,该处的磁感应强度大小不一定等于1 T,故D错误。2.(多选)比值法定义物理量是物理学中常用的一种方法,所谓比值法定义物理量就是利用两个或者几个物理量的比值作为新的物理量。例如电场强度E=,磁感应强度B=等都是利用比值法定义的。关于这两个式子下列说法正确的是()A.E=说明E与F成正比,与q成反比,B=说明B与F成正比,与I和L的乘积成反比B.E由电场自身性质决定,与F和q无关,F与q成正比C.B由磁场自身性质决定,与F和IL无关,F与IL成正比D.E与
9、F和q无关,F与q也无关;B与F和IL无关,F也与IL无关【解析】选B、C。所谓比值定义法,就是用两个基本的物理量的“比”来定义一个新的物理量的方法。比值法定义的基本特点是被定义的物理量往往是反映物质的最本质的属性,它不随定义所用的物理量的大小取舍而改变。电场强度与放入电场中的电荷无关,所以E=、B=属于比值定义法,故A错误。E由电场自身性质决定,与F和q无关,F与q成正比,故B正确。B由磁场自身性质决定,与F和IL无关,F与IL成正比,故C正确。E与F和q无关,F=qE,F与q有关;B与F和IL无关,F=BIL,F也与IL有关,故D错误。知识点二磁感应强度的综合应用1.电场和磁场中物体的受力
10、情况:(1)在电场中某一确定的位置放置一个检验电荷,该电荷受到的电场力是唯一确定的。(2)在磁场中某一确定的位置放入一段导线,该导线受到的磁场力还与导线放置的方向及电流方向有关。2.磁感应强度和电场强度的区别和联系:项目磁感应强度B电场强度E物理意义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定义式通电导线与磁场垂直时:B=E=决定因素由磁场决定,与F、I、L无关由电场决定,与F、q无关方向矢量,方向是小磁针N极的受力方向矢量,方向是放入该点的正电荷的受力方向叠加合磁感应强度等于各磁场的磁感应强度的矢量和合电场强度等于各个电场的电场强度的矢量和情境:电流流过人体神经和肌肉组织会产生脉冲
11、电场。物理学家很早就开始利用这些电流,开发出显示心脏功能的心电图和显示大脑功能的脑电图。人体组织也会同时产生磁场,并有很大希望被用来诊断疾病。特别是磁传感器不需要接触皮肤,对于测量胎儿心脏或烧伤患者都非常适合。讨论:(1)电场强度和磁感应强度的大小和方向的影响因素?提示:电场强度和磁感应强度的大小和方向都由各自的电场和磁场决定。(2)为了研究某一点电场的强弱,可以在该点放入试探电荷,为了研究磁场的强弱,可以采取什么方法?提示:可以研究很小的一段通电导线的受力。【典例】如图所示,把两个完全一样的环形线圈互相垂直地放置,它们的圆心位于一个共同点O上,当通以相同大小的电流时,两通电线圈在O点产生的磁
12、场方向分别为垂直纸面向里和竖直向上,大小相等,则O点处的磁感应强度与一个线圈单独产生的磁感应强度的大小之比是()A.11B.21C.1D.1【解析】选C。设每个通电环形线圈在O点的磁感应强度的大小为B,题目中已给出了B的方向,则其磁感应强度的矢量和为B1=2Bsin45=B,故与一个线圈单独产生的磁感应强度的大小之比为1,故C正确。1.磁感应强度的单位是特斯拉(T),与它等价的是()A.B.C.D.【解析】选B。当导线与磁场方向垂直时,由公式B=知磁感应强度B的单位由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,简称T,1 T=1,故B正确,A、C、D错误。2.如图所示,大圆
13、导线环A中通有电流,方向如图所示,另在导线环A所在的平面内画一个圆B,它的一半面积在A环内,另一半面积在A环外,则穿过B圆内的磁通量()A.为零B.垂直向里C.垂直向外D.条件不足,无法判断【解析】选B。根据安培定则可知,通电环形导线A,在线圈B处产生磁场方向,左半边的垂直向里,右半边的磁场垂直向外,且线圈A内部的磁场强,外部的磁场弱,根据方向相反的磁通量可以相互抵消,可知,B圆内的磁通量是垂直于纸面向里的,故B正确,A、C、D错误。【加固训练】如图所示,有一根直导线上通以恒定电流I,方向垂直指向纸内,且和匀强磁场B垂直,则在图中圆周上,磁感应强度数值最大的点是()A.a点B.b点C.c点D.
14、d点【解析】选A。由电流的安培定则可知电流产生的磁场在a点的方向水平向右,c点水平向左,b点竖直向下,d点竖直向上,且四点磁感应强度大小相等,根据矢量合成法则可知磁感应强度最大值为a点,故A正确,B、C、D错误。【拓展例题】考查内容:磁感应强度的探测【典例】随着信息技术的发展,我们可以用磁传感器把磁感应强度变成电信号,通过计算机对磁场进行研究。磁传感器对磁场很敏感,输出的电信号进入计算机。现用磁传感器探测通电螺线管轴线上的磁感应强度。如图所示,沿螺线管中轴线向左建立Ox坐标轴,将探头沿Ox轴向左端移动时,测得磁感应强度B的大小随位置x的变化关系,则图象中最符合实际情况的是()【解析】选B。螺线
15、管内部的磁感应强度最强且近似为匀强磁场,两端较弱,选项B正确。情境模型素养如果你看过象棋讲座的视频,就会发现棋子都是由磁性材料制成的。探究:棋子不会掉下来是因为什么?【解析】磁性棋子受到棋盘的吸引力而对棋盘产生压力,棋盘对棋子有弹力,重力使棋子有向下滑动的趋势,因此棋子受到棋盘对它向上的静摩擦力,此力和重力平衡,使棋子不会掉下来(由于空气浮力远小于重力,故可以忽略不计)。答案:见解析如图所示,假设将一个小磁针放在地球的北极点上。探究:小磁针的N极将指向哪里?【解析】我们已经知道地球的地理北极点上可以近似地认为是地磁的南极,根据磁体的同性相斥,异性相吸,所以小磁针的N极将竖直向下。答案:见解析课
16、堂检测素养达标1.有一段直导线长1 cm,通过5 A电流,把它置于磁场中某点时,受到的磁场力为0.1 N,则该点的磁感应强度B的值不可能为()A.1 TB.5 TC.2 TD.2.5 T【解析】选A。长为1 cm,电流强度为5 A,把它置入某磁场中某点,受到的磁场力为0.1 N,当垂直放入磁场时,由公式B=得:B=2 T,若不是垂直放入磁场时,则磁感应强度比2 T还要大,所以该点磁感应强度B2 T,故A正确,B、C、D错误。故选A。【总结提升】磁感应强度的定义式B=可知,是属于比值定义法,且导线垂直放入磁场中,即B与F、I、L均没有关系,它是由磁场的本身决定,同时还要注意定义式B=是有条件的。
17、2.如图表示磁场的磁感线,依图分析磁场中a点的磁感应强度与b点的磁感应强度相同的是()【解析】选D。磁感线的疏密可表示磁感应强度的大小,而匀强磁场中各处磁场均相同,从图中可以知道,只有D选项中,a、b两点处磁感线的疏密相同,故选D。3.三根平行的直导线,分别垂直地通过一个等腰直角三角形的三个顶点,如图所示,现使每条通电导线在斜边中点O所产生的磁感应强度的大小均为B,则该处的磁感应强度的大小和方向是()A.大小为B,方向垂直斜边向下B.大小为B,方向垂直斜边向上C.大小为B,斜向右下方D.大小为B,斜向左下方【解析】选C。由题意可知,三根平行的通电导线在O点产生的磁感应强度大小相等,方向如图;则
18、:B合=B,故A、B、D错误,C正确,故选C。4.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处的磁感应强度为()A.零B.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【解析】选D。由题意,导线与磁场垂直时所受安培力最大,根据F=BIL可知1.0B0.50.2,解得B10 T;因磁感应强度B方向与安培力方向是垂直关系,故知B的方向肯定不是竖直向上,也不是竖直向下,故选D。【加固训练】如图所示,一根通电直导线垂直放在磁感应强度为1 T
19、的匀强磁场中,以导线为中心,半径为R的圆周上有a、b、c、d四个点,已知a点的实际磁感应强度为0,则下列说法中正确的是()A.直导线中电流方向垂直纸面向里B.d点的磁感应强度为0C.a点的磁感应强度为2 T,方向向右D.b点的磁感应强度为 T,方向斜向下,与B成45角【解析】选A。a点的磁感应强度为0,说明通电导线在a点产生的磁感应强度与匀强磁场的磁感应强度大小相等、方向相反,由安培定则判断出通电导线中电流方向。通电导线在a、b、c、d四点处产生的磁感应强度大小相等,根据平行四边形定则进行合成,来分析b、c、d三点的磁感应强度大小和方向。由题,a点的磁感应强度为0,说明通电导线在a点产生的磁感应强度与匀强磁场的磁感应强度大小相等、方向相反,即得到通电导线在a点产生的磁感应强度方向水平向左,根据安培定则判断可知,直导线中的电流方向垂直纸面向里,故A正确。通电导线在d处的磁感应强度方向竖直向下,根据磁场的叠加可知d点磁感应强度为 T,方向与B的方向成45角斜向下,不为0,故B错误。通电导线在b点产生的磁感应强度大小为1 T,方向竖直向上,根据平行四边形与匀强磁场进行合成得知,b点磁感应强度为 T,方向与B的方向成45角斜向上,故D错误。通电导线在c处的磁感应强度方向水平向右,则c点磁感应强度为2 T,方向向右,故C错误,故选A。