31磁場教材分析

1、第三章 磁場教材分析物理選修3-1高二物理備課組 郭勝利1分析內(nèi)容1課標要求2高考、會考要求3 章節(jié)編排及劃分4教法交流5各部分處理思路分析2（1）列舉磁現(xiàn)象在生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用。了解我國古代在磁現(xiàn)象方面的研究成果及其對人類文明的影響。關(guān)注與磁相關(guān)的現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展。例1 觀察計算機磁盤驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)，大致了解其工作原理。課標要求3 （2）了解磁場，知道磁感應(yīng)強度和磁通量。會用磁感線描述磁場。例2 了解地磁場的分布、變化，以及對人類生活的影響。（3）會判斷通電直導線和通電線圈周圍磁場的方向。課標要求4（4）【宏觀上】通過實驗，認識安培力。會判斷安培力的方向。會計算勻強磁場中安培力的大小。例3 利用電

2、流天平或其他簡易裝置，測量或比較磁場力。例4 了解磁電式電表的結(jié)構(gòu)和工作原理。課標要求5（5） 【微觀上】通過實驗，認識洛倫茲力。會判斷洛倫茲力的方向，會計算洛倫茲力的大小。了解電子束的磁偏轉(zhuǎn)原理以及在科學技術(shù)中的應(yīng)用。例5 觀察陰極射線在磁場中的偏轉(zhuǎn)。例6 了解質(zhì)譜儀和回旋加速器的工作原理。（6）認識電磁現(xiàn)象的研究在社會發(fā)展中的作用。課標要求653電流的磁場1.安培力的計算只限于電流與磁感應(yīng)強度垂直的情形2.洛倫茲力的計算只限于速度與磁場方向垂直的情形54磁感線、地磁場55磁性材料、分子電流假說56磁感應(yīng)強度、磁場對通電直導線的作用57磁電式電表原理安培力、安培力的方向58洛倫茲力、磁場對運

3、動電荷的作用59質(zhì)譜儀和回旋加速器高考要求發(fā)展空間7會考“理科生”要求2012年會考2009年會考磁極，磁場，地磁場（A）磁感線，磁通量（A）磁感應(yīng)強度（B）電流的磁場，安培定則（B）安培分子電流假說（A）安培力，左手定則（B）磁電式電表（A） 洛侖茲力（B）帶電粒子在勻強磁場中的運動（C）質(zhì)譜儀，回旋加速器（B）磁極，磁場，地磁場（A）磁感線，磁通量（A）磁感應(yīng)強度（B）電流的磁場，安培定則（B）安培分子電流假說（A）安培力，左手定則（B）磁電式電表（B）洛侖茲力（B）帶電粒子在勻強磁場中的運動（C）質(zhì)譜儀，回旋加速器（B）8新教科版1.磁現(xiàn)象 磁場2.磁感應(yīng)強度 磁通量3.磁場對電流的作用

4、安培力4.磁場對運動電荷的作用洛倫茲力5.洛倫茲力的應(yīng)用新人教版1 磁現(xiàn)象和磁場2 磁感應(yīng)強度3 幾種常見的磁場*()4 磁場對通電導線的作用力5 磁場對運動電荷的作用力6 帶電粒子在勻強磁場中的運動“章節(jié)編排及劃分”9變化第三章 磁場1 磁現(xiàn)象和磁場2磁場對電流的作用-安培力3 磁感應(yīng)強度 磁通量4 磁場對運動電荷的作用-洛侖茲力5 洛侖茲力的應(yīng)用 第三章 磁場1 磁現(xiàn)象和磁場2 磁感應(yīng)強度 磁通量3 磁場對電流的作用-安培力4 磁場對運動電荷的作用-洛侖茲力5 洛侖茲力的應(yīng)用 今年教材3年前教材10第三章 磁場1 磁現(xiàn)象和磁場 2課時2磁場對電流的作用-安培力3 磁感應(yīng)強度 磁通量4 磁場

5、對運動電荷的作用-洛侖茲力5 洛侖茲力的應(yīng)用 課時安排3課時2課時2課時復習課和測驗2課時11“教法交流”做好演示實驗強化視覺沖擊關(guān)注學史交流學會類比聯(lián)想培養(yǎng)規(guī)范作圖注意聯(lián)系實際12第一部分 簡單磁現(xiàn)象現(xiàn)象描述解釋本部分重點：1、對磁場的認識過程2、安培定則和電流磁場13一、磁現(xiàn)象現(xiàn)象14現(xiàn)象15二、描述1描述條蹄直電流螺線管166種磁場17勻強磁場描述18同名磁極間、異名磁極間磁感線19實驗表明：磁場不僅存在于磁體周圍，還存在于電流周圍。 1磁場：磁場是存在于磁體或電流周圍的一種客觀存在的物質(zhì)。 2磁場的基本性質(zhì)：對處在它里面的磁極或電流有磁場力的作用（這種性質(zhì)叫做磁場具有力的性質(zhì)）。202

6、1磁體磁場磁體電流磁場電流磁體磁場電流三、磁場力的產(chǎn)生22FF23FF2425（1）同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引。（2）同向電流間相互吸引，反向電流間相互排斥。（3）磁極和磁極之間、磁極和電流之間、電流和電流之間的相互作用都是通過磁場來傳遞的。大量實驗表明：26四、磁場方向與電流方向的關(guān)系 從圖乙可以看出，直線電流磁場的磁感線，是圍繞導線的一些同心圓。如果用小磁針來判定磁場的方向，可以得到下述的安培定則。27 1、安培定則（一） 用右手握住導線，讓伸直的大拇指所指的方向跟電流的方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向(圖乙)圖甲表示直線電流磁場的磁感線分布情況28 直線電流的磁

7、場的幾種圖29環(huán)形電流磁場的方向演示實驗 二：觀察環(huán)形電流磁感線的形狀。 把環(huán)形導線穿過一塊硬紙板，紙板水平放置，在紙板上均勻地撤一些鐵屑。輕敲紙板，同時給導線通電，可以看到鐵屑所顯示的模擬磁感線。 如果把小磁針放在環(huán)形導線的中央，由N極所指的方向可以知道環(huán)形電流中心附近磁場的方向。30 2、安培定則（也叫右手螺旋定則）（二） 讓右手彎曲的四指和環(huán)形電流的方向一致，伸直大拇指所指的方向就是環(huán)形導線中心軸線上磁感線的方向。31環(huán)形電流的磁場幾種圖 32通電螺線管的磁感線通電螺線管的磁感線方向也可用安培定則來判定 通電螺線管外部的磁感線和條形磁鐵外部的磁感線相似.N33五、對磁場的描述11描述磁通

8、量 磁通密度物理學史韋伯（德）規(guī)定：穿過垂直于磁感線的單位面積的磁感線的條數(shù)等于該處的磁感應(yīng)強度34磁通量是表征磁場分布情況的物理量,為電工學中重要的物理量.磁通量的定義是:穿過某一面積的磁感線的條數(shù),叫做穿過這個面積的磁通量,用符號表示磁場的高斯定理指出，通過任意閉合曲面的磁通量為零。 它表明磁場是無源的，不存在發(fā)出或會聚磁力線的源頭或尾閭，亦即不存在孤立的磁單極。 磁通密度是通過垂直于磁場方向的單位面積的磁通量，它等于該處磁場磁感應(yīng)強度的大小B。磁通密度精確地描述了磁感線的疏密。 通量概念是描述矢量場性質(zhì)的必要手段，通量密度則描述矢量場的強弱。磁通量和磁通密度，電通量和電通密度都是如此。

9、在國際單位制(SI)中，磁通量的單位是韋伯(Wb)。 35其實，磁通還可以通過下面的解釋來做定量的描述的：磁通，是穿過某一截面總的磁感應(yīng)強度總的通量，是磁感應(yīng)強度在某一截面上各點在與該截面相垂直方向上的數(shù)值之和，用表示。它反映的是在某一截面與該截面垂直方向上磁力作用的總量。由于各點的數(shù)值可能不一樣，要求和就得采用積分的方法進行，但只要截面的形狀可以用方程表示，各點磁感應(yīng)強度變化規(guī)律也可用方程表示時，這個磁通的具體數(shù)值就能夠精確計算。36定義中的“某個面積”并不是“隨意勾畫出的”，而是所需求解的某個面積，是從工程的實際需要和實際進行定義的。在工程上，經(jīng)常遇到的是磁路，如果從“磁路的角度”（即認為

10、磁路中的磁場是均勻的磁場），上面所說的這個面積就是磁路的截面積。在工程實際中，我們用到磁通的地方都是希望所產(chǎn)生的磁通按照我們的意愿在某個我們設(shè)定的路徑中通過。因此，我們采用磁導率高的稱為“鐵磁材料”的物質(zhì)構(gòu)成磁路。使磁通大部分通過磁路，另外不從磁路通過的磁通很少，工程上又往往將其忽略不計。因此，這個面積有其實際的意義。由于我們所研究的磁路可以假設(shè)為磁場是均勻的，從這個角度說，磁感應(yīng)強度對面積積分的計算就可變成是平均磁感強度與面積乘積的計算。即：=BS或B=/S。因此，人們在磁路中又將磁感應(yīng)強度稱為磁通密度（注意：這是兩個不同的概念，磁感應(yīng)強度通常在不均勻磁場的計算中使用，而磁通密度則在均勻磁場

11、的計算中使用）。 37練習：將一平面放在不同處，判斷磁通量在各個位置大小關(guān)系ab38 同一圓環(huán)放在不同位置磁通量的大小關(guān)系？ab39不同圓環(huán)在通電螺線管的中間附近磁通量大小40例、如圖所示，兩個同心圓線圈a 、b在同一平面內(nèi)，半徑Rab B、 a = b C、 ab D、無法確定NSab注意（1）磁通量等于穿過平面的磁感線的凈條數(shù)； （2）注意區(qū)分S是磁場面積還是回路面積。A41ab練習：比較兩個圓環(huán)平面通過的磁通量大小關(guān)系平面的面積與磁通量的大小無關(guān)這里平面是指穿過磁感線的有效面積42六、磁現(xiàn)象的補充解釋“磁現(xiàn)象的電本質(zhì)”這個說法容易給人一個不準確的印象，好像物質(zhì)的電屬性比磁屬性更本質(zhì)一些。

12、實際上，從微觀的角度看物質(zhì)，粒子的電荷與磁矩都是它們的基本屬性，不能籠統(tǒng)地說哪個更本質(zhì)。因此，似乎用“安培分子電流假說”更為適當?！按努F(xiàn)象的電本質(zhì)”為什么放到了“發(fā)展空間”？43補充解釋磁現(xiàn)象的電本質(zhì)44磁性材料分類硬磁性材料軟磁性材料按去磁的難易分類天線磁棒變壓器發(fā)電機電動機電磁鐵永磁鐵磁帶銀行卡計算機硬盤了解45第二部分 磁場對通電導線的作用力安培力觀察現(xiàn)象探究規(guī)律解釋成因鞏固提升應(yīng)用拓展掌握：安培力的大小的計算和方向判斷46+-稍稍回顧奧斯特實驗安培實驗磁場的基本性質(zhì)是對其中的磁體或電流有力的作用47一、安培力的方向48發(fā)現(xiàn)規(guī)律1一、安培力的方向49得出“左手定則”一、安培力的方向50演

13、示實驗1二、安培力的大小與磁感應(yīng)強度51猜想：安培力的大小與哪些因素有關(guān)？磁場的強弱程度電流的大小通電導線的長度 控制變量法通電導線的長度： FL 電流的大小 ： F FL52電場的基本特性是什么？如何來描述電場的性質(zhì)？思考一磁場的基本特性是什么？思考二深化分析，升華主題類比聯(lián)想二、安培力的大小與磁感應(yīng)強度53利用通電電流元測定磁場強弱磁感強度B二、安培力的大小與磁感應(yīng)強度54電場強度E描述電場的力學特性：靜電場中磁感強度B描述磁場的力學特性：磁場中深化分析，升華主題類比聯(lián)想55觀察：通電導線在磁場中受到的力BIBI56BIBI正交分解 B57總結(jié):勻強磁場中放置試探直導線時：58？考試說明中

14、只要求計算導線方向（或粒子運動方向）與磁場方向垂直情況下導線（或運動粒子）所受的力關(guān)于安培力和洛侖茲力，為什么要講F = ILBsin 和F = qvBsin 這兩個公式？ 目的在于介紹一個方法：把B沿導線方向和垂直于導線的方向分解，分別研究這兩個分量的作用。這里實際上承襲了力學中已經(jīng)應(yīng)用多次的方法（正交分解法）。這也是教科書重視科學方法教育的一個體現(xiàn)。59物理學史特斯拉60及時鞏固練習安培力方向的判定建議：安培定則與左手定則一起練習611. 電磁炮的主要原理如圖所示.1982年澳大利亞國立大學制成能把m =2.2g的彈體(包括金屬桿CD的質(zhì)量)加速到v=10kms的電磁炮.若軌道寬l =2m

15、，長s =100m，通過的電流為I =10A，(軌道摩擦不計).求（1）電磁炮的加速度（2）軌道間所加的勻強磁場的磁感應(yīng)強度B（3）磁場力的最大功率P622.如圖所示，光滑導軌與水平面成角，導軌寬L。垂直斜面向上的勻強磁場磁感應(yīng)強度為B。金屬桿長也為L ，質(zhì)量為m，水平放在導軌上。當回路總電流為I1 =？時，金屬桿正好能靜止。若B的方向豎直向上，應(yīng)把回路總電流I2 =？調(diào)到多大才能使金屬桿保持靜止。 （在解這類題時應(yīng)畫出截面圖，在截面圖上才能正確表示各力的準確方向）。FBFB63B.FF=BILB64B.F=BILBF65BF=BILBF66BBFF=BIL67安培力及有效長度NS683：如圖

16、所示，垂直折線abc中通入電流I， ，折線所在的平面與勻強磁場垂直勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B，求abc折線受到的安培力大小和方向 abc方向由左手定則判斷，得垂直于ac向上 等效長度69電流間的相互作用70水銀槽內(nèi)跳舞的彈簧71等效法NS72NSNSF4. 條形磁鐵放在粗糙水平面上，正中的正上方有一導線，通有圖示方向的電流后，磁鐵對水平面的壓力將會 (增大、減小還是不變？)。水平面對磁鐵的摩擦力大小為 。 F /FFNSF /F73演示實驗三、安培力的應(yīng)用74ab三、安培力的應(yīng)用75【說明】 由于磁場對電流的作用力跟電流成正比，因而安培力的力矩也跟電流成正比，而螺旋形彈簧的扭矩與指針轉(zhuǎn)過的角度成

17、正比，所以磁電式電表的表盤刻度是均勻的。三、安培力的應(yīng)用76三、安培力的應(yīng)用77常見的直流電動機：【說明】 大多數(shù)微型和小型直流電動機是用永磁鐵提供磁場，而大型和超大型直流電動機是用勵磁電流來提供磁場的。78四、安培力的微觀本質(zhì)課件79f洛侖茲力的大小I BF安運動電荷在磁場中受到的磁場力叫洛侖茲力，安培力是它的宏觀表現(xiàn)。80第三部分 磁場對運動電荷的作用力洛倫茲力現(xiàn)象規(guī)律解釋鞏固提升應(yīng)用拓展掌握：洛倫茲力的大小的計算和方向判斷81磁場對運動電荷的作用力洛倫茲力：演示：陰極射線在磁場中的偏轉(zhuǎn)82第三部分 磁場對運動電荷的作用力洛倫茲力演示實驗洛倫茲力演示儀83第三部分 磁場對運動電荷的作用力洛

18、倫茲力總結(jié)體會“左手定則”發(fā)現(xiàn)規(guī)律84BvfBBvfBBvfvf85討論：運動電荷在勻強磁場中的運動運動電荷在勻強磁場中只受洛侖茲力（或其他力均被平衡）時，其運動有三種形式：當B時，所受洛侖力充當向心力，做勻速圓周運動 86洛倫茲（18531928） 洛倫茲是荷蘭物理學家、數(shù)學家，1853年7月18日生于阿納姆。洛倫茲創(chuàng)立了經(jīng)典電子論，提出了洛倫茲變換公式，1902年與其學生塞曼共同獲得諾貝爾物理學獎。為紀念洛倫茲的卓著功勛，荷蘭政府決定從1945年起，把他的生日定為“洛倫茲節(jié)”。物理學史洛倫茲87發(fā)展空間（舊）第三部分 磁場對運動電荷的作用力洛倫茲力88課堂練習:判斷下列粒子剛進入磁場時所受

19、的洛倫茲力的方向.FF-qv甲-qv丙+qv乙+qv丁F垂直紙面向里F垂直紙面向外89例、來自宇宙的質(zhì)子流（宇宙射線中的一種），以與地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一點，則這些質(zhì)子在進入地球周圍的空間時，將 （ ）A 豎直向下沿直線射向地面B 相對于預定地點向東偏轉(zhuǎn)C 相對于預定地點稍向西偏轉(zhuǎn)D 相當于預定地點稍向北偏轉(zhuǎn)90 從太陽或其他星體上放射出的宇宙射線中含有高能帶電粒子，若到達地球，對地球上的生命將帶來危害。 地磁場對直射地球的宇宙射線的阻擋作用在赤道附近最強，兩極地區(qū)最弱。地磁場對宇宙射線的阻擋作用：思考：你能解釋為什么極光只在兩極出現(xiàn)嗎？拓展應(yīng)用91地磁場的作用：（極光）92 洛

20、倫茲力對運動的帶電粒子不做功，只改變其運動的方向。(1)洛倫茲力的作用效果Bfv+qvfvf(2)軌道的半徑和周期帶電粒子在勻強磁場中的圓周運動由于f v，f 充當向心力，使粒子做垂直與磁場方向的圓周運動鞏固提升93問題1：質(zhì)量為m，電量為q的帶正電粒子以v0的速度射入垂直磁感強度為B的勻強磁場中， 若不計粒子的重力，問帶電粒子將作什么運動？為什么？ v0帶電粒子運動的半徑和周期是多少？94問題2：速度為零、質(zhì)量為m 、電量為q的正離子經(jīng)過電壓U加速，進入磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場，到達記錄它的照相底片上的P點。若測得P點到入口處S1的距離為x，試求離子的質(zhì)量。S1SUPx95問題3：質(zhì)量為m、

21、帶電荷量為q的粒子（重力不計），以初速度v垂直于磁場方向，沿與邊界成 30角的方向射入磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中。畫出粒子運動的軌跡。求正負粒子在磁場中運動的時間之比。96問題4：若此帶電粒子的質(zhì)量m=1.710-27kg，電荷量q=1.610-19C，以速度v=3.2106m/s，沿垂直于磁場同時又垂直于磁場邊界的方向進入勻強磁場中，磁感應(yīng)強度B=0.17T，磁場的寬度L=10cm，求: (1) 偏轉(zhuǎn)角。 (2) 出磁場時偏離入射方向的距離d。Ldv97問題5：在半徑為R的圓內(nèi)有的勻強磁場，一個電子從A點沿AO方向垂直射入磁場。離開磁場時電子獲得60的偏角，試求電子的速度和在磁場中運動的時間

22、。 OvvAUOPM98學生總結(jié)：帶電粒子在磁場中的勻速圓周運動處理方法（1）找圓心：因 fv ， f 一定指向圓心；任意一弦的中垂線一定過圓心； 兩速度方向夾角的角平分線一定過圓心。（2）求半徑(兩個方面)：物理規(guī)律；由軌跡圖得出幾何關(guān)系方程。99第三部分 磁場對運動電荷的作用力洛倫茲力鞏固提升帶電粒子在勻強磁場中的勻速圓周運動找圓心定半徑畫軌跡添輔助定直角列方程100第三部分 磁場對運動電荷的作用力洛倫茲力鞏固提升帶電粒子在勻強磁場中的勻速圓周運動“動態(tài)圓”課件強化印象101顯像管速度選擇器磁流體發(fā)電霍耳效應(yīng)質(zhì)譜儀直線加速器到回旋加速器第三部分 磁場對運動電荷的作用力洛倫茲力應(yīng)用拓展102

23、(1)若要使電子束在水平方向偏離中心，打在熒光屏上的點，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該沿什么方向？(2)若要使電子束打在點，磁場應(yīng)該沿什么方向？(3)若要使電子束打在熒光屏上的位置由逐漸向點移動，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該怎樣變化？主要構(gòu)造:電子槍（陰極）、偏轉(zhuǎn)線圈、熒光屏等應(yīng)用拓展1、磁偏轉(zhuǎn)與顯像管1031、磁偏轉(zhuǎn)與顯像管電視機的顯像管中，電子束的偏轉(zhuǎn)是用磁偏轉(zhuǎn)技術(shù)實現(xiàn)的。電子束經(jīng)過電壓為U的加速電場后，進入一圓形勻強磁場區(qū)，如圖所示。磁場方向垂直于圓面。磁場區(qū)的中心為O，半徑為r。當不加磁場時，電子束將通過O點而打到屏幕的中心M點。為了讓電子束射到屏幕邊緣P，需要加磁場，使電子束偏轉(zhuǎn)一已知角度，此時磁場的磁感應(yīng)強度B應(yīng)為

24、多少？ 104 如圖所示，粒子經(jīng)加速電場后得到一定的速度v0，進入正交的電場和磁場，受到的電場力與洛倫茲力方向相反，若使粒子沿直線從右邊孔中出去，則有q v0 BqE，從而選擇速度 v0=E/B。 2、速度選擇器105速度選擇器、磁流體發(fā)電機3、等離子體發(fā)電機1064、磁流體發(fā)電機如圖所示，由燃燒室O燃燒電離成的正、負離子（等離子體）高速噴入偏轉(zhuǎn)磁場B中在洛倫茲力作用下，正、負離子分別向上、下極板偏轉(zhuǎn)、積累，從而在板間形成一個向下的電場兩板間形成一定的電勢差當qvB=qU/d時電勢差穩(wěn)定UBvd，這就相當于一個可以對外供電的電源電動勢？回路電流？穩(wěn)定流速，外力？107如圖所示，厚度為h、寬為d

25、的導體板放在垂直于它的磁感應(yīng)強度為B的均勻磁場中，當電流通過導體板時，在導體板的上側(cè)面A和下側(cè)面A之間會產(chǎn)生電勢差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。實驗表明，當磁場不太強時，電勢差U、電流I和B的關(guān)系為式中的比例系數(shù)k稱為霍爾系數(shù)。設(shè)電流I是由電子定向流動形成的，電子的平均定向速度為v，電量為e，回答下列問題：（1）達到穩(wěn)定狀態(tài)時，導體板上側(cè)面A的電勢 下側(cè)面A的電勢（填高于、低于或等于）；（2）電子所受的洛倫茲力的大小為 ； （3）當導體板上下兩側(cè)之間的電勢差為U時，電子所受的靜電力的大小為 ；（4）由靜電力和洛倫茲力平衡的條件，證明霍爾系數(shù) 。5、霍耳效應(yīng)低于1086、質(zhì)譜儀 v=E/B1 qvB2

26、mv2/r AA1097、回旋加速器回旋加速器中的D形盒，它的作用是靜電屏蔽，使帶電粒子在做勻速圓周運動的過程中不受電場的干擾；回旋加速器中所加交變電壓的頻率f，與帶電粒子做勻速圓周運動的頻率相等:回旋加速器最后使粒子得到的能量，在粒子電量q、質(zhì)量m和磁感應(yīng)強度B一定的情況下，回旋加速器的半徑R越大，粒子的能量就越大110 例題質(zhì)量為m，電量為q的正離子，在回旋加速器中運動的軌跡如圖中虛線所示。加速器的最大半徑為R。請回答：（1）加速器的加速電場存在于哪個區(qū)域？（兩D形盒的窄縫中）（2）離子在D形盒內(nèi)做什么運動？其軌跡是什么曲線？（做勻速圓周運動，其軌跡是由半徑不同的半圓組合而成）111（3）離子在半徑不同的圓周上速率多大？角速度多大？（v=Bq