（必修3）13.2 磁感应强度 磁通量（教案3）

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13.2磁感应强度 磁通量
〖教材分析〗
磁感应强度是电磁学的基本概念之一，是本章的重点，需要学生有很强的想象能力，所以它又是本章的一个难点。书中用电流元受的电场力与电流元的比值定义磁感应强度，和用电荷受到的电场力与电量之比定义电场强度与异曲同工之妙。设置合理的物理情景加强学生对磁感应强度概念的直观认识，从生活情景出发，缩短物理知识与学生之间的距离，建立学生对物理、科学的亲近感等。磁通量是中学生遇到的唯一一个“通量”对学生而言难度相当大，通过穿过面磁感线条数来理解就好很多。
〖教学目标与核心素养〗
物理观念：通过类比的方法理解描述磁场强弱的物理量。理解磁通量的含义及会使用公式计算。
科学思维：孤立的磁极和电流元是不存在的，电流元受到的磁场力可以用微元法测量。
科学探究：对于磁通量的理解可以做光通量的实验来类比探究。
科学态度与责任：通过观察生活实例、交流与讨论等学习活动，培养学生尊重客观事实、实事求是的科学态度以及学生体验物理与生活的紧密联系。
〖教学重点与难点〗
重点：磁感应强度的物理意义。
难点：磁感应强度概念的建立，磁通量的计算。
〖教学准备〗
蹄形磁铁（多个）、学生电源，导体棒，多媒体课件等。
〖教学过程〗
一、新课引入

播放动图观察：巨大的电磁铁能吸起成吨的钢铁，小磁体却只能吸起几枚铁钉。
阐述：磁场有强弱之分，那么我们怎样定量地描
述磁场的强弱呢?
之前我们研究过电场，磁场和电场有很多相似的地方，电场对于处于其中的电荷有力的作用，通过这个力引入了电场强度。

用类似的方法，通过分析磁场中磁体或电流的受力，我们可以找出一个物理量来描述磁场的强弱和方向。这个量我们把它叫做磁感应强度，下面就来研究磁感应强度。
二、新课教学
（一）磁感应强度
和电场一样磁感应强度也是个矢量，有大小和方向。我们先看方向。
①磁感应强度的方向

我们讨论电场时，电场的方向是正电荷的受力方向。那么在磁场中，我们做过这样的实验，磁化后的铁屑就像一个个小磁针形象地显示出了每一点磁场的方向。所以我们把小磁针北极N的受力方向，即北极所指的方向，定为该点的磁感应强度方向。
②磁感应强度的大小

之前电场强度的大小采用的是试探电荷的电场力与电荷量的比值<Object: word/embeddings/oleObject1.bin>，那么在磁场中是不是换成小磁针就行了呢？
展示图片：阐述小磁针不存在单独的一个磁极。
不行，因为小磁针不存在单独的一个磁极，它静止时两个磁极所受合力为零，那就没法研究它的受力了。
那么要如何研究磁感应强度的大小呢？
磁场不仅对磁极有力的作用，磁场对通电导线也有力的作用。那我们就来分析这个。
咱先来了解一下电流元这个概念。
一段很短的通电导线，电流I与通电导线长度L的乘积IL就叫做电流元。
困难：孤立的电流元是不存在的。因为导线要有电流，就得接到电源上。

那么怎么办呢？
办法：可以在强弱和方向都相同的匀强磁场中研究较长的一段通电导线，这样就能推知一小段电流元的受力情况了。（测多算少）
演示：探究影响通电导线受力的因素



播放实验动图：①长度不变，改变电流大小，②电流不变，改变导线长度。
实验结论：实验表明通电导线长度一定时电流越大，导线所受磁场力就越大。电流一定时，通电导线越长所受磁场力就越大。
更加精确的实验表明通电导线与磁场方向垂直时，它受到的磁场力的大小与导线的长度L成正比，与导线中的电流I也成正比，也就是与IL的乘积成正比。引入比例系数B，写成等式为
F=BIL
①式中B 是比例系数，它与导线长度和电流大小都没有关系。
②在同一磁场中,不管IL如何改变，比值B总是不变的。
③在不同磁场中，B 一般不同。
可见比值B是能够反映磁场性质的物理量，是由磁场自身决定的，是客观存在。在IL相同的情况下，电流所受的磁场力越大，比值B越大，表示磁场越强，所以
<Object: word/embeddings/oleObject2.bin>
定义为磁感应强度。注意这个定义里通电导线必须与磁场垂直。

①单位是特斯拉简称特，符号是T。<Object: word/embeddings/oleObject3.bin>。
②磁感应强度是个矢量。
常见的磁场的磁感应强度。
课堂练习
例1：一根长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时，所受磁场力为0.015N，求磁感应强度的大小。
解题提示：通电导线与磁场垂直，可以直接应用公式<Object: word/embeddings/oleObject4.bin>，代入数据得B=0.001875T。
（二）匀强磁场
1.定义：磁场强弱、方向处处相同的磁场。
2.磁感线分布特点:一些间隔相同的平行直线
3.常见的匀强磁场:①距离很近的两个平行异名磁极之间的磁场，除边缘部分外，可以认为是匀强磁场。
②两个平行放置较近的线圈通电时，其中间区域的磁场近似为匀强磁场。这种装置在电子仪器中常常用到。
③还有一种是通电螺线管内部的磁场。


（三）磁通量
引入：研究电磁现象时，常常要研究穿过某一面积的磁场以及它的变化。这样就需要磁通量这个物理量。

设匀强磁场的磁感应强度为B，这个平面与磁场方向垂直，面积为S。磁感应强度B与面积为S的乘积，就叫做穿个这个平面的磁通量。简称磁通，用φ表示，
φ=BS
①它是一个标量。
②国际单位制中磁通量的单位是韦伯，符号是Wb，他以德国物理学家威廉韦伯命名。根据公式磁感应强度的单位是特斯拉，面积单位是平方米，所以1Wb=1T·m2。
③可以通过磁感线条数来判断磁通量的大小。因为从图上看，就好像这些磁
感线穿过了这样一个平面。所磁通量就可以形象的理解为穿过这个平面的磁感线
条数。不管是磁感应强度变化还是面积变化，磁感线条数都是相应的变化。
磁通量计算的三种情况：




第一种：平面它跟磁场垂直时，穿过它的磁通量最大，φ=BS。
第二种：平面它跟磁场平行时，没有磁感线穿过这个平面，所以磁通量为零。所以φ=BS这个公式中平面必须与磁感线线垂直。
第三种：如果不垂直，咱们就得做出它垂直于磁场方向的投影。

为了方便我们看侧视图，<Object: word/embeddings/oleObject5.bin>这个面就是原平面的投影，穿过这两个平面的磁通量相等。设这个这个夹角为θ。此时的磁通量φ=B<Object: word/embeddings/oleObject6.bin>，就等于磁感应强度B乘以这个投影面积<Object: word/embeddings/oleObject7.bin>垂直，这个面积也叫有效面积。从图中看<Object: word/embeddings/oleObject8.bin>=Scosθ，所以公式就变成这样φ=BScosθ。

视频展示：当平面一磁感线垂直时穿过平面的磁通量最大。角度这样变化投影就相应的变小。那磁通量也随着减小，直到平面与磁感线平行时，投影面积为零，磁通量也为零。
最后补充一点，从φ=BS，可以推导出<Object: word/embeddings/oleObject9.bin>,所以磁感应强度也可以理解为穿过单位面积的磁通量，又叫做磁通密度。

思考与讨论
磁通量在今后的学习中有着重要应用。在图中，如果S2的面积增大，使穿过S1的磁感线都穿过S2，试着在图中画出来，穿过它们的磁通量有什么关系?
STSE：指南针与郑和下西洋
课堂练习

例2:匀强磁场的磁感应强度B为0.2T，方向沿x轴正方向，且线段MN、DC相等，长度为0.4m，线段NC、EF、MD、NE、CF相等，长度为0.3m。通过面积SMNCD、SNEFC、SMEFD的磁通量Φ1、Φ2、Φ3各是多少？
解：①SMNCD与B垂直，Φ1=BSMNCD=0.2×0.4×0.3=0.024wb
②因为SNEFC与B平行,Φ2=0
③因为，SMEFD与在磁场方向的投影SMNCD，所以Φ3=BSMEFD=BSMNCD=0.024wb  

例3：如图所示，套在条形磁铁外的三个线圈，其面积之间的关系为 S1＞S2 = S3，且“3”线圈在磁铁的正中间。设各线圈中的磁通量依次为Φ1、Φ2、Φ3则它们的大小关系是（       ）
A. Φ1 >Φ2 >Φ3          B. Φ1 >Φ2 =Φ3
C. Φ1 <Φ2 <Φ3          D. Φ1 <Φ2 =Φ3
    解题提示：磁铁内外都有磁场，在内部磁感线由S指向N极，而在外部磁感线由N极回到S极。磁体内外磁感线条数一定相等，如果铁环的面积无限大，那左右方向的磁感线一样多，它们的磁通量正负相反，总的磁通量为0。但现在面积就这么大，外部磁感线比较少，内部条数是不变，所以线圈面积越小，外部磁感线就越少，这个差值就越大，也就是磁通量更大。选C。
〖板书设计〗
13.2磁感应强度 磁通量

• 1.磁感应强度的方向：N极所指的方向
  

• 2.磁感应强度的大小：<Object: word/embeddings/oleObject10.bin>（单位：特T）
  

• 3.匀强磁场：磁场强弱、方向处处相同的磁场。
  

• 4.磁通量：Φ=BS （标量）
  

• ①单位：韦伯，符号：Wb  1Wb=1T·m2
  

• ②磁通量表示穿过这个面的磁感线条数。
  

• ③当SB垂直时：φ=BS
  

• ④当B∥S时,磁通量Φ=0
  

• ⑤当磁场B与面积S不垂直： φ=BScosθ
  

〖教学反思〗

• 教学中把磁感应强度类比成电场强度这样的教学效果会更好，练习主要是以概念题为主，加深学生的认识。
  

• 在教学当中对于磁通量的理解，可以推广到任意的物理量通过某一平面后的量都可以成为某某通量，类似的电量也是如此。