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第三章 电磁场与电磁波初步
2 磁感应强度 磁通量
教学目标
对于不同的磁铁，如电磁起重机可以吊起上百吨的钢材，而我们在实验室里用到的 U 型磁铁，却只能吸住几枚铁钉，这不同的磁铁有什么样的奥秘呢？本节课我们就一起来探讨下。
新课引入
1. 电场的基本特性是什么？
对放入其中的电荷有电场力的作用
3. 磁场的基本特性是什么？
对放入其中的磁体或通电导体有磁力的作用
比值为恒量，反映场的性质，叫电场强度
2. 空间有点电荷 Q 建立的电场，如在其中的 A 点放一个检验电荷 q1，受电场力 F１，如改放电荷 q２，受电场力 F２，则 F1/q1与 F2/q2有何关系，比值说明了什么？
是否类似电场的研究方法，分析磁体或电流在磁场中所受的力，找出表示磁场强弱和方向的物理量？
答：不能，小磁针可以判断空间某点磁场方向，但很难对它进行进一步定量分析。
问题1：磁感应强度的大小能否从小磁针受力的情况来研究
问题2：磁场不仅能对磁体有作用力,还对通电导体有作用力。能否用通电导体来检验磁场的强弱
答：能
思考与交流：
问题3：我们无法测量非常短的一小段通电导线受到的磁场力，只能测量一段较长通电导线的受力，应该如何处理？
答：在一个“均匀”的磁场中进行实验，并使待测导线与磁场方向垂直。
1.定义：磁场强弱、方向处处相同的磁场.
2.匀强磁场的磁感线：是一组相互平行、方向相同、疏密均匀的直线.
匀强磁场
3．产生方法：距离很近的两个异名磁极之间的磁场，相隔一定距离的两个平行放置的线圈通电时，其中间区域的磁场都可认为是匀强磁场。
如图所示连接实验器材，使线框平面与磁场方向垂直，线框下方的短边位于蹄形磁体的两极之间。
实验探究：
1.在接通电路前先观察并记录下弹簧测力计的读数F01和线框在磁场中的短边的长度L1
2.接通电路，调节滑动变阻器使电流表读数为I1.观察并记录弹簧测力计此时的读数F1。想一想，的物理意义是什么？
表示线框受到的磁场力
F01 ＝mg
F1 ＝mg+F磁场
如图所示连接实验器材，使线框平面与磁场方向垂直，线框下方的短边位于蹄形磁体的两极之间。
实验探究：
3.更换短边长度不同的线框（保持短边在磁场中的位置不变），改变电流大小，重复上述步骤。
4.在下表中列出Ii·Li与（i=1，2，3，…，n）的对应关系
Ii·Li
也可用如图所示的装置探究
多学一点：
安培力跟电流 I 和导线长度L的乘积的比是一个定值，与导线的长度、通过导线的电流无关.
思考：比值有什么物理意义？
实验结论:
为一个定值
描述磁场的强弱程度
1. 定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，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。
2. 大小：B ＝F/IL。
3. 单位：在国际单位制中，磁感应强度的单位是特斯拉，简称特，国际符号是 T，1 T＝ 1 N/A·m。
4. 矢量：某点的磁场方向，即小磁针静止时N极所指的方向为该点的磁感应强度的方向。
5. 物理意义：描述磁场强弱的物理量。
一、磁感应强度
一些磁感应强度的大小（单位：T）
一、磁感应强度
原子核表面 约1012
实验室的强磁场 约30
老式电视机内的偏转磁场 约0.1
地球表面 约5×10-5
人体表面（例如头部） 3×10-10
磁屏蔽室内 3×10-14
磁感线的疏密程度表示了磁场的强弱。 s１ 和s１两处磁感线的疏密不同，这种不同是如何体现的呢？
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的乘积叫做穿过这个面积的磁通量，简称磁通。用字母Φ表示磁通量。
2.定义式：Φ=BS （S表示某一面积在垂直于磁场方向上的投影面积）
3.单位：韦伯，简称韦，符号Wb，1Wb=1T·m2
二、磁通量
Φ=BS
Φ=BScos θ
注意：
1．Φ=BScos θ只适用于线圈处于匀强磁场情况，如果线圈内部的磁场是非匀强磁场，则必须把它分成若干小的区域，若每一个小区域内的磁场可以看作匀强磁场，则可以分别计算穿过各小区域的磁通量，再把它们加起来即为穿过线框的磁通量.
2．边长为L的正方形线框内只有部分区域存在磁场，磁感应强度为B，方向与平面垂直，则穿过它的磁通量是Φ =BS ’=BL2/4
注意：
3．磁通量是有正负的，若在某个面积有方向相反的磁场通过，求磁通量，应考虑相反方向抵消以后所剩余的磁通量，即应求该面积各磁通量的代数和．--------标量
4．磁通量变化ΔΦ＝Φ2－Φ1是某两个时刻穿过某个平面S的磁通量之差，即ΔΦ取决于末状态的磁通量Φ2与初状态磁通量Φ1的代数差。
5．如果线框有n匝，穿过每匝线框的磁通量为Φ，则穿过整个线框的磁通量为n Φ
典例分析
【例1】关于磁感应强度的概念，以下说法中正确的有(　　)
A．导线IL在磁场中受力为F，则磁感应强度B一定等于
F/IL
B．导线IL在磁场中受力为F，则磁感应强度可能大于
或等于F/IL
C．磁场中导线受力大的地方，磁感应强度一定大
D．磁场中某点磁感应强度的方向，与导线在此点的受
力方向相同
B
导线垂直磁场时：B=F/IL
B由磁场决定
B的方向为磁场方向，不是受力方向
【例2】在匀强磁场中有一根长0.4m的通电导线，导线中的电流为20A，这条导线与磁场方向垂直，所受的磁场力0.015N，求:
（1）磁感应强度的大小是多少？
（2）当电流减少10A，而长度增加0.2m,通电导线所受的力大小是多少？
解析(1)由磁感应强度的定义式B=F/IL得B=0.0019T
(2)当导线的长度增加0.2m、电流减小10A，磁感应强度的大小不变，所以导线所受磁场的作用力大小为F=BIL=0.0114N
典例分析
一、磁感应强度
2.定义式： （I与B垂直）
3.方向：小磁针 N 极的受力方向
4.磁场强弱、方向处处相同
二、磁通量
定义式： Φ=BS⊥
1.定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，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。
本课小结
1.下列关于磁感应强度大小的说法中正确的是（ ）
A．通电导线受磁场力大的地方磁感应强度一定大
B．通电导线在磁感应强度大的地方受力一定大
C．放在匀强磁场中各处的通电导线，受力大小和方向处处相同
D．磁感应强度的大小和方向跟放在磁场中的通电导线受力的大小和方向无关
D
跟踪练习
2. 下列有关磁感应强度的方向正确的是（　 ）
A. B 的方向就是小磁针 N 极所指的方向
B. B 的方向与小磁针在任何情况下 N 极受力方向一致
C. B 的方向就是通电导线的受力方向
D. B 的方向就是该处磁场的方向
BD
3.有一小段通电导线，长为10 cm，其中的电流强度为5 A，把它置于匀强磁场中某处，受到的磁场力为100 N，则该处的磁感应强度B一定是（ ）
A．B＝200 T B．B≤200 T
C．B≥200 T D．以上几种情况都有可能
C
4. 一根长 20 cm 的通电导线，放在磁感应强度为 0.4 T 的匀强磁场中，导线与磁场方向垂直。若它受到的安培力大小为 4×10-3 N，则导线中的电流是 A；若将导线中的电流减小为 0 ，则该处的磁感应强度大小为 T。
0.05
0.4
5.如图所示,框架面积为S,框架平面与磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直,则穿过平面的磁通量为___,若使框架绕OO’转过60度角则穿过线框平面的磁通量为________,若从初始位置转过90度角,则穿过线框平面的磁通量为_____,若从初始位置转过180度角,则穿过线框平面的磁通量的变化量为_______.
O
O’
BS
0.5BS
0
-2BS
谢谢
大家

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