2019-2020年高中物理磁场巩固学案新人教版选修3

1、2019-2020 年高中物理磁场巩固学案新人教版选修、安培力的判断及计算:F=BILsin0 （B为I与B的夹角）例1.如图所示，A为一水平旋转的橡胶盘，带有大量均匀分布的负电荷，在圆 盘正上方水平放置一通电直导线，电流方向如图。当圆盘高速绕中心轴00转动时,通电直导线所受磁场力的方向是（）A、竖直向上B、竖直向下C水平向里D、水平向外例2.载流导线L1、L2处在同一平面内，L1是固定的，L2可绕垂直纸面的固定 转轴O转动，各自的电流方向如图所示，则下列说法中正确的是（）A、因不受磁场力作用，故L2不动B、因L2所受的磁场力对轴O的力矩相平衡，故L2不动C、L2绕轴O按顺时针方向转动D、L2

2、绕轴O按逆时针方向转动例3.如图在条形磁铁N极附近悬挂一个线圈，当线圈中通有逆时针方向的电流时，线圈将向哪个方向偏转？例4.如图所示，用均匀粗细的电阻丝折成平面三角形框架，三边的长度分别为3L、4L和5L,电阻丝L的长度的电阻为r，框架与一电动势为、内阻为r的电源相连接，垂直于框架平面有磁感强度为B的匀强磁场，则框架受到的磁场力大小为_.方向是_ .例5.在倾角37的斜面上，固定一宽I =0.2m的金属框，电池电动势=10V,内阻不计，垂直框架放一质量为m=0.1kg的金属杆ab,杆与导轨间的摩擦因数为0.5.整个装置放在磁感应强度B=1T,竖直向上的匀强磁场中，如图.当调节滑动变阻器R的阻值

3、在什么范围内， 可使金属杆静止在导轨上？（g取10m/s2)、洛伦兹力的判断及计算带电粒子在匀强磁场中仅受洛伦兹力而做匀速圆周运动时，洛伦兹力充当向心力，2即：qvB=m v /r由此可以推导出该圆周运动的半径公式和周期公式：r= mv/qB,T =2nm/qB【说明】由洛伦兹力所引起的带电粒子运动的方向总是与洛伦兹力的方向相垂直的，所以它对运动的 带电粒子总是不做功的。、带电粒子在有界磁场中的运动：关键是找圆心、画轨迹、 求半径及圆心角，同时要利用好对称性和几何关系。111. - 1 - - - - 1 - - 1 -1 - - - - - - - - - -I- -I-.- - *-Nc例

4、1.个质量为m电荷量为q的带电粒子从x轴上的Ra,0）点以速度v,沿 与x正方向成60的方向射入第一象限内的匀强磁场中，并恰好垂直于y轴射出第 一象限。求匀强磁场的磁感应强度B和射出点的坐标。遇如下两特殊情况的处理方法：穿过矩形磁场区。一定要先画好辅助线（半径、速度及延长线）。偏转角由sin0=L/R求出。侧移由R=L2-（R-y）2解出。经历时间由t=0m/qB得出。【注意】这里射出速度的反向延长线与初速度延长线的交点不再是宽度线段的 中点，这点与带电粒子在匀强电场中的偏转结论不同！穿过圆形磁场区。画好辅助线（半径、速度、轨迹圆的圆心、连心线）。偏角可由求出。经历时间由得出。【注意】由对称性

5、，若入射线的方向指向磁场圆心，则射出线的反向延长线必过磁场圆的圆心。例2.电视机的显像管中，电子束的偏转是用磁偏转技术实现的。电子束经过电 压为U的加速电场后，进入一圆形匀强磁场区，如图所示。磁场方向垂直于圆面。磁幕边缘P,需要加磁场，使电子束偏转一已知角度0,此时的磁场的磁 感应强度B应为多少？例3.如图所示，一质量为m带电荷量为+q的粒子以速度v0从0点沿y轴正方向射入磁感应强度为B的 圆形匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向外，粒子飞出磁场区域后，从点b处穿过x轴，速度方向与x轴正方向的夹角为30,同时进入场强为E、 方向沿x轴负方向成60角斜向下的匀强电场中，通过了b点正下方的c点，如图所

6、示。粒子的重力不计，试求:（1）圆形匀强磁场的最小面积。（2）c点到b点的距离s。、带电微粒在复合场中的运动（常会涉及到受力分析、运动分析以及能量关系）I、复合场：复合场一般包括重力场、电场和磁场这三种场的任意两种复合或三种场复合。n、带电体在复合场中运动时受力分析带电物体在重力场、电场、磁场中运动时，其运动状态的改变由其受到的合力决定，因此，对运动物 体进行受力分析时必须注意以下几点：场区的中心为O半径为r。当不加磁场时，电子束将通过0点而打到屏幕的中心M点。为了让电子束射到屏1受力分析的顺序：先场力（包括重力、电场力、磁场力）、后弹力、再摩擦力等。2电子、质子、离子等微观的带电粒子无特殊说

7、明一般不计重力；带电小球、尘埃、油滴、液滴等带 电颗粒无特殊说明一般计重力；如果有具体数据可通过比较确定是否考虑重力。川、带电粒子在复合场中的 运动分析正确分析带电粒子的受力及运动特征是解决问题的前提带电粒子在叠加场中做什么运动，取决于带电粒子所受的合外力及其初始状态的速度，因此应把带电 粒子的运动情况和受力情况结合起来进行分析。1、 当带电粒子在复合场中所受的合外力为0时，粒子将静止或作匀速直线运动。2、当带电粒子所受的合外力与运动方向在同一条直线上时，粒子将做匀变速直线运动。3、当带电粒子所受的合外力充当向心力时，粒子将做匀速圆周运动。4、 当带电粒子所受的合外力的大小、方向均是不断变化的

8、，则粒子将做一般的变速运动，这类问题一般只能用能量关系处理 。W、带电粒子在复合场中运动问题的处理方法解决这类问题的方法可按以下思路进行：1正确进行受力分析、除弹力、重力、摩擦力，要特别注意电场力和磁场力的分析。2正确进行物体的运动状况分析，找出物体的速度、 位置及变化，分清运动过程，如果出现临界状态,要分析临界条件。3恰当选用解决力学问题的三大方法：1）牛顿运动定律及运动学公式（只适用于匀变速运动）;2）用动量观点分析，即动量守恒定律;3）用能量观点分析，包括动能定理和机械能（或能量）守恒定律，应注意：不论带电体运动状态如何，洛仑兹力永远不做功，电场力与重力做功与路径无关。在这三大方法中，应

9、首选能量观点和动量观点进行分析。常见具体情况如下：带电微粒在三个场共同作用下做匀速圆周运动。由于重力和电场力均为恒力，衡，而洛伦兹力充当向心力。例1. 一个带电微粒在图示的正交匀强电场和匀强磁场中在竖直面内做匀速圆周运动。则该带电微粒必然带 _,旋转方向为_ 。若已知圆半径为电场强度为E磁感应强度为B,则线速度为 _ 。带电微粒在含有磁场的复合场中做直线运动时，情况如下：1当初速V0与B平行时，不受洛伦兹力，则电场力与重力的合力必然与初速V0共线，则可能作匀变速直线运动（当F电=口9时，作匀速直线运动）。2当初速vo与B不平行时，若做直线运动，则必然是匀速直线运动（因为速度大小一变化，洛伦兹力

10、大小就会变化，轨迹就不会保持一条直线）。与力学紧密结合的综合题，要认真分析受力情况和运动情况（包括速度和加速度）。必要时加以讨论。例2.如图所示，套在绝缘棒上的小球，质量为m=0.1g,带有q=4X10-4C的正电荷，小球在棒上可之间的动摩擦因数为=0.2。求：小球由静止沿棒竖直下落的最大加速度和最大速度。中电量不变）。例3.用一根长L=0.8m的绝缘轻绳，吊一质量m=1.0g的带电小球，放在磁感应B=2.5T、方向如图所示的匀强磁场中把小球拉到悬点的右侧，轻绳刚好水平直，将小球由静止释放，小球便在垂直于磁场的竖直平面内摆动.当小球第一次摆到最低点时，悬线的拉力恰好为0.5mg（取重力加速度g

11、=10m/s2）.求：（1）小球带何种电荷，电量是多k 1r * v八则必然是电场力和重以自由滑动，直棒放在互相垂直且沿水平方向的匀强电场E=10N/C和匀强磁场B=0.5T之中，小球和直棒（设小球在运动过程-X XXXfx xxff X)x X XXx强度拉r,少？（2）当小球第二次经过最低点时，悬线对小球的拉力多大？XX1XX6X梵 XX例4.ab、cd为平行金属板，板间存在正交的匀强电场和匀强磁场，电场强度E=100V/m,磁感应强度B=4T。如图所示，一带电荷量q=1.0 x10-8C、质量m=1.0 x10-10kg的微粒，以初速度v0=30m/s、垂直板进入板间场区，粒子做曲线运动

12、至M点时速度方向与极板平行，在M点这一带电粒子恰与另一质量和它相等的不带电微粒吸附在一起，之后一起做匀速直线运动，不计重力，求：(1)微粒带何种电荷？(2)微粒在M点吸咐另一微粒前速度多大?(3)M点距ab板的距离是多大？例5.如图所示，质量M=3.0kg的小车静止在光滑的水平面上，AD部分是表面粗糙的水平导轨，DC部分是光滑的1/4圆弧且半径为R=5m导轨，整个导轨都是由绝缘材料制成的，小车所在平面内有竖直向上E=40N/C的匀强电场和垂直纸面向里B=2.0T的匀强磁场。今有一质量为m=1.0kg带负电的滑块(可视为质 点)以v0=8m/s的水平速度向右冲上小车， 当它即将过D点时速度达到v

13、1=5m/s，对水平导轨的压力为15.5N,(g取10m/s2)。求：(1)滑块的电量； (2)滑块从A到D的过程中，小车、滑块系统损失的机械能;(3)若滑块能过D时立即撤去磁场，求此后小车所能获得的最大速度。【要点导学】1 1、本节学习有关磁场的基本知识，通过回顾磁学的发展历史和初中学过的磁学知识，应该掌握磁场的基本概念、磁感线及其物理意义、知道磁铁、电流和 地球磁场的磁感线分布情况，并会用安培定则判定磁场方向.2 2、基本磁学概念：1磁性：_ 的性质。2磁极：_ 。3磁场：磁体周围空间存在 _ ，它的基本性质是对放在其中的磁体或电流有_的作用，一切磁相互作用都是一种非直接接触的相互作用，必

14、须通过_ 实现。3 3、描述磁场分布的常用工具磁感线描述电场用电场线，描述流体用流线，描述磁场用磁感线。磁感线是指在磁 场中引入的一系列曲线，其上每一点的 _方向表示该点的磁场方向，也是小磁针静止时 的指向.磁感线在磁铁外部由到，在磁铁内部由极到，构成一闭合的曲线。磁感线越密处磁场越，磁感线越疏 处磁场越 . .4 4、 确定电流产生磁场的方向 安培定则安培定则又称为右手螺旋定则，是确定电流磁场的基本法则，不仅适用于通 电直导线，同时也适用于通电圆环和通电螺线管. 对于通电直导线的磁场，使用时大拇指指向表示向，弯曲的四指方向表示的方向；对于通电圆环 或通电螺线管，弯曲的四指方向表示 _ 向，大

15、拇指的指向表示螺线管内部的_ 向9-2020年高中物理 磁现象 磁场教案 新人教版选修5 5、几种常见的磁场的磁感线分布图1直线电流的磁场如图 3-1-13-1-1 所示为直线电流的磁感线分布图， 右手握住直导线，伸直的大拇指方向与_ 一致，弯曲的四指方向就是通电直导线在周围空间产生的的方向.通电直导线在周围产生的磁场是不均匀分布的， 垂直于直导线方向，离直导 线越远，磁场;反之越强.图 3-1-12环形电流的磁场如图 3-1-23-1-2 所示，右手弯曲的四指方向与 _ 方向一致，伸直的大拇指的方向就是环形导线中心轴线上磁感线的方向，大拇指指向磁 _ 的位置.螺线管是由多个环形串联而成，所以

16、通电螺线管与环形电流的磁场的确定的 方法是相同的.图 3-1-23运动电荷的磁场电流是由电荷的定向移动形成的，电流的磁场实质是运动电荷产生的. 氢原 子核外的电子由于受到库仑力的作用， 绕氢原子核做匀速圆周运动，产生的电流 相当于一个环形电流，由于在一个周期内电子通过环上任意一个截面一次， 根据 电流强度的定义，电流强度大小为 I=e/TI=e/T 圆周运动周期满足keke2/r/r2=m(2=m(2n/T)2r，判断该环形电流的磁场方向时，必须注意，弯曲的四指必须与负电荷运动的方向 相反，即指向正电荷运动的方向。4地球磁场地磁场的磁感线的分布与条形磁铁、通电螺线管的磁场相似.如图 3-1-3

17、3-1-3 所 示，与地理南极对应的是地磁北极， 与地理北极对应的是地磁南极 （不计磁偏角 时）。5一对条形磁铁组成的磁场分布（如图 3-1-43-1-4）6-匀强磁场、-IF 如果 I I 某个区域里磁感应强6 6 关于磁偏角指南针并不指向地球的正南和正北.公元 1111 世纪，我国科学家通过长期的观察发现，指南针的指向并不是地球的正南和正北，而是略微偏离一点.也就是说地的两极和地磁的两极并不重合，这个偏差，在现代科学技术中可以用磁偏角来 描述.如图 3-1-63-1-6 所示，地理南北极与地磁南北极并不重合，地磁的北极（N N 极）在 南半球南纬707001010/和东经 15015004

18、545/的地方，地磁的南极（S S 极）在北半球北纬 707005050/和西经 96960的地方.通过磁针静止位置所作的竖直平面叫做地磁子午面，地磁子午面和地理子午面做夹的角度叫做磁偏角.实际测量的结果指出，地球各处的磁偏角不同.【范例精析】例 1 1、做奥斯特实验时，把小磁针放在水平的通电直导线的下方，通电后发 现小磁针不动，用手拨动一下小磁针，小磁针转动 180180后静止不动，由此可知通 电直导线放置情况是()()A.A.东西向 B B.南北向C C .正西南D D.正西北图 3-1-2叫做匀强磁场胡强磁场的磁感线是种理想化的模型的磁场可以近似:的磁场口的刃、3-1-53-1-5，大的

19、异名磁极之间的磁场 看作匀强磁场处理，如图甬极地磁北扱图 s-1-e日疋解析：由于地球磁场的作用，小磁针静止时 N N 极指向地球的北极，如果通电 导线是南北方向放置的，则不论电流方向指向南还是指向北，小磁针静止时将偏 离南北方向而指向东西方向，即磁针转动的角度接近9090。如果通电导线是东西方向放置，通以由东向西的电流，则小磁针北极静止时仍然指向地理的北极；如果通以由西向东的电流，则小磁针静止时北极指向地理的南极。所以本题中的通 电导线应东西方向放置，答案 A A 是正确的。拓展：磁针的偏转是由于受到磁场的作用，做奥斯特实验时的磁针既受到地 球磁场的作用，又受到通电直导线的磁场力的作用， 如

20、果导线东西方向放置(电 流也是在东西方向上)，则有可能出小磁针不发生新的偏转，从而误认为电流不 能产生磁场，为了有效地演示电流产生的磁场使小磁针偏转的效果，演示奥斯特实验时，要求导线南北方向放置。例 2 2、如图 3-1-73-1-7 所示，在全自动洗衣机中，排水阀由程序控制器控制其动作 的.当洗衣机进行排水和脱水工序时电磁铁的线圈通电，使电磁铁的铁心 2 2 动作，牵引排水阀的活塞，排除污水.牵引电磁铁结构如图所示.以下正确的是()()(A)(A) 若 a,ba,b 初输入交变电流，铁心 2 2 不能吸入线圈中(B)(B) 若 a,ba,b 初输入交变电流，铁心 2 2 能吸入线圈中(C)(

21、C) 若某时刻输入控制电流时，a a 为正，b b 为负, ,则铁心 2 2 的 B B 为 S S 极(D)(D) 若某时刻输入控制电流时，a a 为正，b b 为负, ,则铁心 2 2 的 B B 为 N N 极解析：只要电磁铁通电就具有磁性，就可能吸合铁心，因此答案 B B 是正确的； 根据初中学过的右手螺旋定则可知， 若输入控制电流时，a a 为正，b b 为负, ,则铁心 2 2 的右端 B B 为 N N 极，答案D D 是正确的。拓展：电磁铁是磁性的一种应用，常用的电磁铁大多做成形，目的是让它两 个磁极可以同时吸引物体.巨大的电磁铁里可以通以强大的电流， 从而产生强大 的磁场，充

22、当电磁起重机的提手，吸引起很重的铁块.例 3 3、已知电流磁场的磁感应线方向或 N N、S S 极方向，请在图 3-1-83-1-8 上标出电 流方向。拓展：应用安培定则时，对于通电直导线的磁场，大母指指向表示电流的方向，弯曲的四指方向表示磁感线的环绕方向； 对于通电圆环或通电螺线管，弯曲的四指方向表示电流方向，大拇指的指向表示螺线管内部的磁感线方向.例 4 4、如图 3-1-103-1-10 所示的电路中，当开关 S S 断开时，螺线管中的小磁针的 N N 极指向如图所示，当开关 S S 闭合后，试确定小磁针的 N N 极指向。解析：由于小磁针放在通电螺线管的内部，就涉及螺线管的内部磁场方向

23、问题.根据安培定则，螺线管的内部磁感线方向是向左的，所以小磁针静止时，北极应指向左端.拓展： 部分同学用安培定则确定了通电螺线管左端为北极后，就肯定地回答 小磁针静止时，北极应指向右端，这是没有区分内磁场和外磁场的结果， 是受了 习惯思维的影响.由于磁感线是闭合的，在内部磁场中，磁感线由南极经过内部 空间回到北极.【能力训练】1.1.首先发现电流产生磁场的科学家是（C C ）（A A）牛顿（B B）阿基米德（C C）奥斯特（D D）伏特2.2.如图 3-1-123-1-12 所示， 一束带电粒子沿着水平方向平行地飞过磁针的上方时 磁针的 S S 极向纸内偏转，这一带电粒子束可能是( (BCBC

24、 ) )(A)(A) 向右飞行的正离子束解析：根据安培定则，各图中的电流方向如图3-1-9所示。图 3-110图 3-1-11 图 3-1-12(B)(B) 向左飞行的正离子束(C)(C) 向右飞行的负离子束(D)(D) 向左飞行的负离子束3.3.关于磁感线的概念和性质，以下说法中正确的是( (A A ) )(A)(A) 磁感线上各点的切线方向就是小磁针静止时北极的指向(B)(B) 磁场中任意两条磁感线有可能相交(C)(C) 铁屑在磁场中的分布所形成的曲线就是实际存在的磁感线(D)(D) 磁感线总是从磁体的 N N 极发出终止于磁体的 S S 极4 4.在图 3-1-113-1-11 中，已知下列各图中的电流方向，请画出相应的磁感线图 3-M15.5._ 不接触的磁体间的相互作用力，是通过_