2018_2019高中物理第2章安培力与磁感应强度2.3改写通信史的发明——电报和电话学案沪科版 本文关键词：安培力，信史，电报，改写，发明
2018_2019高中物理第2章安培力与磁感应强度2.3改写通信史的发明——电报和电话学案沪科版 本文简介：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1．(3分)关于磁感线的说法，下列正确的是()A．磁感线从磁体N极出发，终止于S极B．磁感线可表示磁场的强弱和方向C．磁感线就是磁场中碎铁屑排列成的曲线D．沿磁感线方向，磁场逐渐减弱【解析】在磁体的外部磁感线是从N极出发，从S极进入，在内部
2018_2019高中物理第2章安培力与磁感应强度2.3改写通信史的发明——电报和电话学案沪科版 本文内容：
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
1．(3分)关于磁感线的说法，下列正确的是(
)
A．磁感线从磁体N极出发，终止于S极
B．磁感线可表示磁场的强弱和方向
C．磁感线就是磁场中碎铁屑排列成的曲线
D．沿磁感线方向，磁场逐渐减弱
【解析】
在磁体的外部磁感线是从N极出发，从S极进入，在内部是从S极到N极，磁感线是闭合曲线，是为了形象地描述磁场而引入的假想曲线，其疏密表示磁场的强弱，所以B选项正确．
【答案】
B
2．(3分)关于磁场下列说法正确的是(
)
A．电流周围存在磁场
B．在磁场中无磁感线区域不存在磁场
C．任何物体周围都存在磁场
D．磁体的内部没有磁场
【解析】
由奥斯特实验可知A正确；磁场分布于磁体和电流周围的整个空间，所以B错误；只有磁体和电流的周围才存在磁场，因此C是错误的；磁体的外部、内部同样存在磁场，所以D错误．故选A.
【答案】
A
3．(4分)如图2-2-1所示，环形导线的A、B处另用导线与直导线ab相连，
(1)图中标出了环形电流磁场的方向，则C和D接电源正极的是__________；
(2)放在ab下方的小磁针的__________极转向纸外．
图2-2-1
【解析】
环形导线部分已知磁场方向，由安培定则可知环形导线中的电流方向为顺时针，因此C端接电源正极．由环形电流方向可知直导线ab中电流方向为b→a，由安培定则可知，ab下方小磁针处磁场方向垂直纸面向外，N极受力向外，因此N极转向纸外．
【答案】
(1)C
(2)N
课
标
导
思
1.知道什么是安培力，理解左手定则，会判断安培力的方向．(重点)
2.知道影响安培力大小的因素.
3.知道磁感应强度的定义及方向，会用磁感应强度描述磁场．(难点)
4.知道磁感线的疏密与磁感应强度的关系，知道什么是匀强磁场．(重点)
5.理解磁通量及其定义，掌握公式Φ＝BS.
6.了解电报和电话的发明历程及意义.
一、什么叫安培力
1．电流间的作用：两根直导线之间的相互作用，是通过磁场发生的，即
2．安培力：磁场对电流的作用力通常叫做安培力．
二、安培力的方向
1．方向特点：安培力的方向既跟磁场垂直，又跟电流方向垂直，它们三者之间的关系用左手定则判断．
2．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，并使四指指向电流的方向，那么大拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向．
三、安培力的大小
实验表明：安培力的大小跟磁场强弱、电流大小和导线长度有关．当导线垂直磁场方向放置时，磁场越强，电流越大，在磁场中的导线越长，安培力越大．
四、磁感应强度
1．磁感应强度
(1)定义：描述磁场强弱和方向的物理量叫做磁感应强度，用B表示．
(2)大小：用垂直磁场放置的一小段通电导线所受的安培力来定义磁感应强度．
(3)定义式：B＝.
(4)单位：特斯拉(T)，1
T＝1
N/A·m.
(5)方向：磁感应强度的方向就是磁场的方向，也就是某处小磁针N极的受力方向．
2．磁感线与磁感应强度
(1)磁感线较密的地方，表示磁感应强度大；磁感线较疏的地方．表示磁感应强度小．
(2)磁感线各处的切线方向就是该处磁感应强度的方向．
3．匀强磁场
匀强磁场．磁感应强度的大小和方向处处相同的磁场叫匀强磁场，匀强磁场的磁感线可以用等间距分布的平行直线表示．
五、磁通量
1．定义：在匀强磁场中，有一个与磁场方向垂直的面．我们把磁感应强度B与面积S的乘积叫做穿过这个面的磁通量，简称磁通，用符号Φ表示．
2．表达式：Φ＝BS.
3．单位：韦伯简称韦，符号Wb,1
Wb＝1
T·m2.
4．意义：表示穿过磁场中某个平面(或曲面)磁感线的多少．
在利用磁场的各种设备中，匀强磁场占据着关键位置，你知道哪些磁场可近似看作匀强磁场吗？
提示：在通电螺线管内部或者两块靠近的异名磁极之间的磁场，其磁感线近似为平行线，可近似看作匀强磁场．
六、改写通信史的发明
1．电流磁效应的应用：制成电磁铁，它不仅在电磁起重机和自动控制的电磁继电器中得到应用，并且在电报机和电话中也起着很大的作用．
2．电报发明之旅
(1)1753年，英国的摩尔逊设计了静电电报机.19世纪后，英国戴维等人研制了电磁式电报机．英国的库克和惠斯通制成了五针式电报机．
(2)美国的莫尔斯发明了莫尔斯电码，实现了瞬时通讯．
3．电话的诞生
(1)1875年6月2日，第一部电话机在美国波士顿诞生，它的发明人是贝尔．
(2)爱迪生发明了炭精话筒，彻底改进了电话的传声功能．
一、安培力的大小的理解
1．安培力的大小除了与磁感应强度B通电导线的长度l，电流I三个因素有关以外，还与导线的放置方向有关．
2．当导线与磁感应强度垂直时安培力最大，平行时不受安培力．
3．当导线与磁感应强度垂直时我们定义B＝，此公式变形后可得F＝BIL，计算安培力的表达式．
【特别提醒】
磁感应强度虽然是通过通电导线在磁场中受力定义的，但磁场的强弱方向与通电导线无关.无论在磁场中是否放入通电导线或放入通电导线长短，电流大小，磁感应强度均不受影响.
二、磁感应强度与电场强度的比较
电场强度(E)
磁感应强度(B)
定义式
E＝
B＝
物理意义
描述电场的强弱和方向
描述磁场的强弱和方向
定义的依据
1.电场对电荷q有作用力F
2.对电场中的任一点F∝q，＝恒量
3.对于不同点一般来说恒量的值不同
1.磁场对通电导线Il有作用力F
2.磁场力F的大小与磁场强弱和放置情况有关，只考虑电流方向垂直磁场方向的情况F∝Il，＝恒量
3.对于不同点一般来说恒量的值不同
方向
电场线的方向与正(负)电荷受力方向相同(反)
磁场方向与电流受力方向一定垂直
大小
E在数值上等于电场对单位电荷作用力的大小
B在数值上等于垂直于磁场方向长1
m，电流为1
A的导线所受磁场力的大小
单位
1
N/C＝1
V/m
1
T＝1
N/A·m
【深化探究】
如果通电导线在磁场中不受力，是否说明此处磁感应强度为0？
提示：如果导线中电流方向与磁场方向平行，则导线不受力，并不能说明此处无磁场，也就是此处磁感应强度并不为0.
三、对磁通量的理解
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2-2-2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·cos
θ.
图2-2-2
图中的S′为面积为S的平面在垂直于磁感线方向上的投影面积．θ为平面与该平面沿垂直磁场方向的投影面之间的夹角．
磁通量是标量，只有大小，没有方向，但有正负．其正负仅表示磁感线的贯穿方向，一般来说，如果规定磁感线从线圈的正面穿过时，磁通量为正，那么磁感线从线圈反面穿过时磁通量就为负．磁感线从不同方向穿过同一面积时，磁通量是它们的代数和，即相互抵消后剩余的磁感线条数．
【特别提醒】
1.公式Φ＝BS中的B应是匀强磁场的磁感应强度，S是与磁场方向垂直的面积，因此可以理解为Φ＝BS⊥.
2.磁通量为标量，算“纯收入”.
一、对安培力的认识
下列说法正确的是(
)
A．如果通电导线在某处不受安培力，则该处一定不存在磁场
B．即使通电导线在某处不受安培力作用，该处也可能存在磁场
C．通电导线在磁场中受安培力大的位置磁场一定强
D．磁场越强的位置，通电导线受到的安培力越大
【导析】
由于通电导线在磁场中所受安培力的大小除与磁感应强度、电流大小有关外，还与放置情况有关，由此可加以分析判断．
【解析】
当通电导线平行磁场放置时，不受安培力的作用，故B正确，A错误．安培力的大小与通电导线的长度、电流的大小、磁场的强弱，以及电流与磁场间的方向有关系，如果平行磁场放置，磁场再强也不受安培力，故C、D均错误．故选B.
【答案】
B
影响安培力的因素
处理安培力大小，磁感应强度大小的有关问题时，要切记安培力的大小不仅与磁感应强度大小，导线中电流大小，导线长度有关，还与导线在磁场中放置的位置有关．
1．(多选)图中磁感应强度B，电流I和安培力F之间的方向关系错误的是(
)
【解析】
由左手定则不难判定A、B、C均正确，D选项中导线所受安培力方向应向左．故答案为D.
【答案】
D
二、安培力的计算
电磁炮是利用磁场对电流的作用力，把电能转变成机械能，使炮弹发射出去的．如图2-2-3所示，把两根长为s，互相平行的铜制轨道放在磁场中，轨道之间放有质量为m的炮弹，炮弹架在长为l、质量为M的金属杆上，当有大的电流I1通过轨道和炮弹时，炮弹与金属架在磁场力的作用下，获得速度v1时刻的加速度为a，当有大的电流I2通过轨道和炮弹时，炮弹最终以最大速度v2脱离金属架并离开轨道，设炮弹运动过程中受到的阻力与速度的平方成正比，求垂直于轨道平面的磁感应强度多大？
图2-2-3
【导析】
“炮弹运动过程中受到的阻力与速度的平方成正比”→可以求得阻力与速度的关系，“炮弹最终以最大速度v2脱离金属架”→“炮弹最后做匀速直线运动，受力平衡”．
【解析】
设阻力f＝kv2，炮弹与金属架在安培力和阻力合力作用下加速，根据牛顿第二定律，获得v1速度时，
BI1l-kv＝(M＋m)a①
当炮弹速度最大时，有BI2l＝kv②
解①②得垂直轨道的磁感应强度为B＝.
【答案】
安培力大小的分析
处理此类问题时的思路和力学问题完全相同，只是在受力分析中增加了安培力的分析．
2．一金属棒长L＝0.5
m，质量m＝0.01
kg，用细线悬在B＝0.4
T的匀强磁场中，如图2-2-4所示，欲使悬线的张力为零，试问金属导体棒中电流的大小与方向？(g取10
m/s2).
【导学号：17592026】
图2-2-4
【解析】
欲使悬线的张力为零，则必须使金属导体棒所受的安培力的方向竖直向上，且大小等于棒的重力，根据左手定则可以判定，棒中的电流方向为a→b.
由BIL＝mg
得I＝＝
A＝0.5
A
【答案】
0.5
A
方向为a→b
三、对磁通量的理解
如图2-2-5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°角，则穿过框架平面的磁通量为________；若从初始位置转过90°角，则穿过框架平面的磁通量为________；若从初始位置转过180°角，则穿过框架平面的磁通量的变化量大小为________．
图2-2-5
【导析】
(1)磁通量的大小等于磁感应强度B与线圈在垂直于磁场方向上投影面积的乘积．
(2)计算磁通量变化时要注意磁通量的正、负．
【解析】
在题图所示位置时，磁感线与框架平面垂直，Φ1＝BS.当框架绕OO′轴转过60°时，如图所示，Φ2＝BS⊥＝BScos
60°＝BS.转过90°时，框架由与磁感线垂直变为平行，Φ3＝0.框架转过180°时，磁感线仍然垂直穿过框架，只不过穿过的方向变了，因而Φ1＝BS，Φ4＝－BS，ΔΦ＝|Φ4－Φ1|＝2BS.
【答案】
BS
BS
0
2BS
(1)投影法与分解法是计算磁通量的两种重要方法，实际计算时可任选一种；
(2)穿过线圈的磁通量与线圈匝数无关；
(3)要特别注意θ角的含义，不能死套公式，以免出错；
(4)由ΔΦ＝Φt－Φ0计算时，要注意Φt和Φ0的正负.
3．下列说法中，正确的是(
)
A．磁通量是描述磁场强弱的物理量
B．电场线与磁感线都是不封闭曲线
C．在匀强磁场中，a线圈面积比b线圈大，则穿过a线圈的磁通量一定比穿过b线圈的大
D．磁感应强度是描述磁场强弱的物理量
【解析】
磁通量Φ＝BS·cos
θ，磁场强的地方，磁感应强度B一定大，但Φ不一定大；面积S大，Φ也不一定大；磁感线是封闭曲线，故A，B，C均不正确．
【答案】
D
1．关于磁感应强度，下列说法中正确的是(
)
A．由B＝可知，B与F成正比，与Il成反比
B．由B＝知，一小段通电导线在某处不受磁场力，则说明该处一定无磁场
C．通电导线在磁场中受力越大，说明磁场越强
D．磁感应强度的方向就是静止的小磁针北极指向
【解析】
磁场中某点的磁感应强度B是客观存在的，与是否放通电导线及通电导线受力的大小无关，所以选项A，C均错，当电流方向与磁场方向平行时，磁场对电流无作用力，但磁场却存在，所以选项B错，磁感应强度的方向就是小磁针静止时N极的指向，而不是通电导线的受力方向．
【答案】
D
2．下列说法正确的是(
)
A．莫尔斯发明了五针式电报机
B．贝尔发明的电话采用炭精话筒，传出的声音清晰、有力，而且通话距离达到数百公里
C．放置在磁场中1
m长的通电导线，通过1
A的电流，受到的磁场力为1
N，则该处的磁感应强度就是1
T
D．磁场中某处的磁感应强度B的方向跟电流在该处受到磁场力F的方向垂直
【解析】
英国的库克和惠斯通制成的五针式电报机，贝尔发明的电话传播距离声音质量不好，爱迪生进行了改进，采用了炭精话筒，声音清晰且传播距离达数百公里，故A、B错误．B与I垂直时才有B＝，故C错误，只有D正确．
【答案】
D
3．如图2-2-6所示，用两根相同的细绳水平悬挂一段均匀载流直导线MN，电流I方向从M到N，绳子的拉力均为F.为使F＝0，可能达到要求的方法是(
)
【导学号：17592027】
图2-2-6
A．加水平向右的磁场
B．加水平向左的磁场
C．加垂直纸面向里的磁场
D．加垂直纸面向外的磁场
【解析】
由于绳子的拉力为零，所以直导线所受的安培力向上，由左手定则可知，磁场方向垂直纸面向里，故C正确．
【答案】
C
4．(多选)磁感线是用来形象地描述磁场的曲线，下图分别描述的是条形磁铁、蹄形磁铁、通电直导线、环形电流的磁感线分布，其中正确的是(
)
【解析】
磁体的磁场磁感线的方向是：在磁体外部从N极指向S极，在磁体内部从S极指向N极，故A，B图均对．电流的磁场磁感线的分布可用安培定则判断，C错D对．
【答案】
ABD
5．(多选)下列关于磁感线的描述正确的是(
)
A．沿磁感线方向磁场越来越强
B．磁感线是自由小磁针在磁场力作用下运动的轨迹
C．磁感线不是磁场中实际存在的线
D．磁感线的疏密反映磁场的强弱
【解析】
磁感线是为了形象描述磁场所引入的假想线，实际上并不存在．磁感线的疏密表示磁场的强弱．
【答案】
CD
6．面积为2.0×10－2
m2的矩形线圈放在磁感应强度为5.0×10－4
T的匀强磁场中，当线圈平面与磁场方向垂直时，求穿过线圈的磁通量．
【解析】
由磁通量的定义知：Φ＝BS＝5.0×10－4×2.0×10－2
Wb＝1.0×10－5
Wb.
【答案】
1.0×10－5
Wb