2019-2020学年高中物理 第2章 打开电磁联系的大门 2 安培力与磁感应强度 3 改写通信史的

2．2安培力与磁感应强度2．3改写通信史的发明——电报和电话第2章打开电磁联系的大门第2章打开电磁联系的大门1．知道影响安培力大小和方向的因素．知道左手定则和安培力大小的计算公式．能用左手定则判断安培力的方向，能计算在匀强磁场中，当通电导线与磁场方向垂直时安培力的大小．2．知道磁感应强度的定义和磁感应强度方向的定义，会用磁感应强度来描述磁场．3．理解磁通量及其定义，确认在磁感应强度为B的匀强磁场中，穿过与磁场方向垂直、面积为S的平面的磁通量Φ与B、S的关系．4．了解电报、电话的发明和利用对人类社会生活的巨大影响．一、安培力与磁感应强度1．什么叫安培力磁场对电流的作用力通常叫做_______．两根直导线之间的相互作用，也是通过_____发生的，即：安培力电流2．安培力的方向判断安培力的方向，可用左手定则：伸开左手，使大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，让磁感线垂直穿过手心，并使四指指向_____的方向，那么大拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受_______的方向．3．安培力的大小安培力的大小跟__________、__________和__________有关．当导线垂直磁场方向放置时，磁场越强，电流越__，在磁场中的导线越长，安培力越__．电流安培力磁场强弱电流大小导线长度大大4．磁感应强度(1)磁场不仅有方向，而且有强弱，描述磁场强弱和方向的物理量叫做____________．(2)定义式：______________________B＝FIl．(3)单位：特斯拉，简称特，符号是T．1T＝1N/A·m．磁感应强度B＝FIl(4)在磁场中可以利用_______来形象地描述各点的磁场方向．所谓磁感线，是在磁场中画出的一些有方向的假想曲线，在这些曲线上，每一点的切线方向都跟该点的_____方向相同．磁场有强弱之分，越靠近磁极的地方磁感线_____．(5)磁感应强度的方向就是_____的方向，也就是某处小磁针N极的受力方向．磁感线磁场越密磁场地磁场的N极在北极附近吗？提示：不，在南极附近．5．匀强磁场：在磁场中的某一区域，如果磁感应强度的大小和方向处处相同，这个区域的磁场叫做匀强磁场．6．磁通量(1)定义：如果在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一个与磁场方向_____的平面，其面积为S，我们把磁感应强度B与面积S的乘积叫做穿过这个面的_______，简称_____．(2)公式：Φ＝BS，注意：此公式只适用于B与S垂直的情况．(3)单位：韦伯，简称韦，国际符号是Wb，1Wb＝1T·m2．垂直磁通量磁通二、改写通信史的发明——电报和电话1．莫尔斯的电报发明之旅在1753年，英国的_______利用静电感应原理，设计了_____电报机．19世纪以来，利用电流磁效应，英国的_____研制了_______电报机，_____和_______研制了_______电报机．后来，莫尔斯利用_______设计了世界上第一台电报机．莫尔斯的电报机由_______和_______组成．摩尔逊静电戴维电磁式库克惠斯通五针式电磁铁发报机收报机2．贝尔的联想(1)由留声机产生的联想贝尔研究了_______的结构原理后，形成了电话机的最初构思．留声机(2)由人耳产生的联想为了便于簧片振动发声，贝尔想到了__________，设计出一张小而薄的膜片去推动簧片．人的耳朵(3)由吉他产生的联想由吉他得到启发：应该在送话器和受话器上加个共鸣装置——_______．助音箱一、磁感应强度1．正确理解磁感应强度(1)磁感应强度由磁场本身决定，跟在该位置放入的导体长度l，电流I的大小及受到磁场的作用力均无关，与放不放通电导体也无关．(2)不能根据公式B＝FIl就说B与F成正比，与Il成反比．(3)由公式B＝FIl计算B时，通电直导线必须垂直于磁场放入．如果小段通电导线平行放入磁场，其所受安培力F为零，但不能说该处磁感应强度B为零．(4)磁感应强度的方向不是通电导线所受磁场作用力的方向，而是与受到作用力的方向垂直．2．磁感应强度与电场强度名称项目磁感应强度B电场强度E物理意义描述磁场力的性质描述电场力的性质定义式B＝FIl(I⊥B)E＝Fq方向小磁针N极受力方向放入该点正电荷受力方向场的叠加合磁感应强度等于各磁场的磁感应强度的矢量和合场强等于各电场的场强的矢量和单位1T＝1NA·m1N/C＝1V/m(1)电场强度的方向与电荷的受力方向在同一直线上，而磁感应强度的方向与电流的受力方向是互相垂直的．(2)磁感应强度B＝FIl和电场强度E＝Fq都是描述场的力的性质的物理量，其大小都是由场的性质决定，两个公式都是比值定义物理量的体现．二、安培力的方向及计算1．安培力方向的判定(1)安培力的方向总是既与磁场方向垂直，又与电流方向垂直，也就是说安培力的方向总是垂直于磁场和电流所决定的平面，在判断时要首先确定磁场与电流所确定的平面，从而判断出安培力的方向在哪一条直线上，然后再根据左手定则判断出安培力的具体方向．(2)当电流方向跟磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直于电流与磁场所决定的平面，所以仍可用左手定则来判断安培力的方向，只是磁感线不再垂直穿过手心．(3)左手定则反映磁场方向、电流方向、安培力方向三者的关系．只要已知其中任意两个方向，就可以判断第三者的方向，无论电流方向是与磁场方向垂直，还是成锐角、钝角，安培力的方向总是具有这样一个特点：同时垂直于电流方向和磁场方向．安培定则反映的是电流方向与它产生的磁场方向之间的关系，而左手定则反映的是电流方向、磁场方向和安培力方向三者之间的关系，注意区分．2．安培力大小的计算(1)B、I、l两两垂直时，F＝BIl(2)若B与I(l)夹角为θ时，F＝BIlsinθ在计算安培力时，若放入磁场中的导线是弯曲导线，则求解安培力时应用其长度的有效值，即两端点所连直线的长度．如图所示．三、磁通量的认识1．磁通量正、负的认识磁通量有正、负之分，其正、负是这样规定的：任何一个面都有正、反两面，若规定磁感线从正面穿入为正磁通量，则磁感线从反面穿入时磁通量为负值．若磁感线沿相反方向穿过同一平面，且正向磁感线条数为Φ1，反向磁感线条数为Φ2，则磁通量等于穿过该平面的磁感线的净条数(磁通量的代数和)，即Φ＝Φ1－Φ2．2．磁通量的计算磁通量指穿过某一面积的磁感线条数，在匀强磁场中，穿过与磁场方向垂直、面积为S的平面的磁通量Φ＝BS，若磁感线与平面不垂直时，如图所示，我们采用投影的方法，将平面向垂直于磁场的方向上投影，就可得到磁通量的一般的计算公式Φ＝BS′＝BS·cosθ．图中的S′为面积是S的平面α在垂直于磁感线方向上的投影面积．θ为平面α与该平面沿垂直磁场方向的投影面之间的夹角．题型1对磁感应强度的理解下列说法中正确的是()A．磁场中某一点的磁感应强度可以这样测定：一小段通电导线放在该点时所受到的磁场力F与该导线的长度l、通过的电流I乘积的比值，即B＝FIlB．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．磁感应强度B＝FIl只是定义式，它的大小取决于场源以及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．通电导线所受磁场力的方向就是磁场的方向[思路点拨]磁感应强度B＝FIl是反映磁场的力的性质的物理量，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、方向等无关，实验表明：磁场力方向是与磁场方向垂直的，在这一点上磁场与电场是不一样的．[解析]根据磁感应强度的定义，通电导线应为“在磁场中垂直于磁场方向的通电导线”，只有在这个方向，导线所受磁场力才最大，本题A选项未注明导线放置的方向，所以是错误的．通电导线放置方向与电流平行时，也不受磁场力作用，所以B选项也是错误的．在磁场场源稳定的情况下，磁场内各点的磁感应强度(含大小和方向)都是唯一确定的，与放入该点的检验电流导线无关，选项C正确．根据左手定则，磁场力方向与磁感应强度方向垂直，选项D错误．[答案]C1．在测定磁场中某点的磁场时，得到下图中的几个关系图像，正确的是()解析：选AD．解此题的关键是抓住磁感应强度是由磁场决定的量，与F、I无关．题型2安培力的大小和方向在赤道上，地磁场可以看成沿南北方向并且与地面平行的匀强磁场，磁感应强度是5×10－5T．如果赤道上有一条沿东西方向的直导线，长20m，载有从东向西的电流30A，地磁场对这根导线的作用力有多大？方向如何？[思路点拨]在匀强磁场中，当导线与磁场方向垂直放置时，安培力的大小用F＝BIl计算．[答案]3×10－2N竖直向下[解析]磁场沿南北方向，导线沿东西方向，即B⊥l，所以F＝BIl＝5×10－5×30×20N＝3×10－2N，由左手定则可判定导线所受安培力的方向竖直向下．应用F＝BIl计算安培力大小时要注意两点．(1)通电导线一定要与磁场垂直放置．(2)通电导线长度l一定是“有效长度”．2．如图所示，一根长为L、质量为m的导线AB，用软导线悬挂在方向水平的磁感应强度为B的匀强磁场中．现要使悬线张力为零，则AB导线中电流方向应该怎样？电流是多大？解析：使悬线张力为零，安培力F与重力是一对平衡力．安培力竖直向上，由左手定则可判定电流由A向B．由mg＝BIL得I＝mg/(BL)．答案：见解析题型3对磁通量的理解匀强磁场中有一个与磁场垂直放置的矩形线圈面积为S，磁场的磁感应强度为B，在它轴线中心从图所示位置转过180°的过程中，求该线圈磁通量的变化．[思路点拨]磁通量是标量，但有正、负之分，在磁场中的某一个面，磁感线从正面穿过为正，那么从反面穿过就是负，正、负号纳入代数运算．[解析]起始状态的磁通量Φ1＝BS．末态的磁通量大小Φ2＝BS，但初态是从正面穿入，末态则从反面穿出．若初态Φ1为负，则Φ2为正．所以ΔΦ＝Φ2－(－Φ1)＝BS－(－BS)＝2BS，而不是零．[答案]2BS正确认识磁通量和磁通量的变化量，应注意以下两点：第一，磁通量是针对一个面而说的，要弄明白是正面还是反面，穿入还是穿出；第二，磁通量大小的计算是算“纯收入”，即数值无正负之分．3．如图所示，矩形线框平面与匀强磁场方向垂直，穿过的磁通量为Φ．若线框面积变为原来的12，则磁通量变为()A．14ΦB．12ΦC．2ΦD．4Φ答案：B