31磁场教材分析

1、第三章 磁场教材分析物理选修3-1高二物理备课组 郭胜利1分析内容1课标要求2高考、会考要求3 章节编排及划分4教法交流5各部分处理思路分析2（1）列举磁现象在生活、生产中的应用。了解我国古代在磁现象方面的研究成果及其对人类文明的影响。关注与磁相关的现代技术发展。例1 观察计算机磁盘驱动器的结构，大致了解其工作原理。课标要求3 （2）了解磁场，知道磁感应强度和磁通量。会用磁感线描述磁场。例2 了解地磁场的分布、变化，以及对人类生活的影响。（3）会判断通电直导线和通电线圈周围磁场的方向。课标要求4（4）【宏观上】通过实验，认识安培力。会判断安培力的方向。会计算匀强磁场中安培力的大小。例3 利用电

2、流天平或其他简易装置，测量或比较磁场力。例4 了解磁电式电表的结构和工作原理。课标要求5（5） 【微观上】通过实验，认识洛伦兹力。会判断洛伦兹力的方向，会计算洛伦兹力的大小。了解电子束的磁偏转原理以及在科学技术中的应用。例5 观察阴极射线在磁场中的偏转。例6 了解质谱仪和回旋加速器的工作原理。（6）认识电磁现象的研究在社会发展中的作用。课标要求653电流的磁场1.安培力的计算只限于电流与磁感应强度垂直的情形2.洛伦兹力的计算只限于速度与磁场方向垂直的情形54磁感线、地磁场55磁性材料、分子电流假说56磁感应强度、磁场对通电直导线的作用57磁电式电表原理安培力、安培力的方向58洛伦兹力、磁场对运

3、动电荷的作用59质谱仪和回旋加速器高考要求发展空间7会考“理科生”要求2012年会考2009年会考磁极，磁场，地磁场（A）磁感线，磁通量（A）磁感应强度（B）电流的磁场，安培定则（B）安培分子电流假说（A）安培力，左手定则（B）磁电式电表（A） 洛仑兹力（B）带电粒子在匀强磁场中的运动（C）质谱仪，回旋加速器（B）磁极，磁场，地磁场（A）磁感线，磁通量（A）磁感应强度（B）电流的磁场，安培定则（B）安培分子电流假说（A）安培力，左手定则（B）磁电式电表（B）洛仑兹力（B）带电粒子在匀强磁场中的运动（C）质谱仪，回旋加速器（B）8新教科版1.磁现象 磁场2.磁感应强度 磁通量3.磁场对电流的作用

4、安培力4.磁场对运动电荷的作用洛伦兹力5.洛伦兹力的应用新人教版1 磁现象和磁场2 磁感应强度3 几种常见的磁场*()4 磁场对通电导线的作用力5 磁场对运动电荷的作用力6 带电粒子在匀强磁场中的运动“章节编排及划分”9变化第三章 磁场1 磁现象和磁场2磁场对电流的作用-安培力3 磁感应强度 磁通量4 磁场对运动电荷的作用-洛仑兹力5 洛仑兹力的应用 第三章 磁场1 磁现象和磁场2 磁感应强度 磁通量3 磁场对电流的作用-安培力4 磁场对运动电荷的作用-洛仑兹力5 洛仑兹力的应用 今年教材3年前教材10第三章 磁场1 磁现象和磁场 2课时2磁场对电流的作用-安培力3 磁感应强度 磁通量4 磁场

5、对运动电荷的作用-洛仑兹力5 洛仑兹力的应用 课时安排3课时2课时2课时复习课和测验2课时11“教法交流”做好演示实验强化视觉冲击关注学史交流学会类比联想培养规范作图注意联系实际12第一部分 简单磁现象现象描述解释本部分重点：1、对磁场的认识过程2、安培定则和电流磁场13一、磁现象现象14现象15二、描述1描述条蹄直电流螺线管166种磁场17匀强磁场描述18同名磁极间、异名磁极间磁感线19实验表明：磁场不仅存在于磁体周围，还存在于电流周围。 1磁场：磁场是存在于磁体或电流周围的一种客观存在的物质。 2磁场的基本性质：对处在它里面的磁极或电流有磁场力的作用（这种性质叫做磁场具有力的性质）。202

6、1磁体磁场磁体电流磁场电流磁体磁场电流三、磁场力的产生22FF23FF2425（1）同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。（2）同向电流间相互吸引，反向电流间相互排斥。（3）磁极和磁极之间、磁极和电流之间、电流和电流之间的相互作用都是通过磁场来传递的。大量实验表明：26四、磁场方向与电流方向的关系 从图乙可以看出，直线电流磁场的磁感线，是围绕导线的一些同心圆。如果用小磁针来判定磁场的方向，可以得到下述的安培定则。27 1、安培定则（一） 用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向(图乙)图甲表示直线电流磁场的磁感线分布情况28 直线电流的磁

7、场的几种图29环形电流磁场的方向演示实验 二：观察环形电流磁感线的形状。 把环形导线穿过一块硬纸板，纸板水平放置，在纸板上均匀地撤一些铁屑。轻敲纸板，同时给导线通电，可以看到铁屑所显示的模拟磁感线。 如果把小磁针放在环形导线的中央，由N极所指的方向可以知道环形电流中心附近磁场的方向。30 2、安培定则（也叫右手螺旋定则）（二） 让右手弯曲的四指和环形电流的方向一致，伸直大拇指所指的方向就是环形导线中心轴线上磁感线的方向。31环形电流的磁场几种图 32通电螺线管的磁感线通电螺线管的磁感线方向也可用安培定则来判定 通电螺线管外部的磁感线和条形磁铁外部的磁感线相似.N33五、对磁场的描述11描述磁通

8、量 磁通密度物理学史韦伯（德）规定：穿过垂直于磁感线的单位面积的磁感线的条数等于该处的磁感应强度34磁通量是表征磁场分布情况的物理量,为电工学中重要的物理量.磁通量的定义是:穿过某一面积的磁感线的条数,叫做穿过这个面积的磁通量,用符号表示磁场的高斯定理指出，通过任意闭合曲面的磁通量为零。 它表明磁场是无源的，不存在发出或会聚磁力线的源头或尾闾，亦即不存在孤立的磁单极。 磁通密度是通过垂直于磁场方向的单位面积的磁通量，它等于该处磁场磁感应强度的大小B。磁通密度精确地描述了磁感线的疏密。 通量概念是描述矢量场性质的必要手段，通量密度则描述矢量场的强弱。磁通量和磁通密度，电通量和电通密度都是如此。

9、在国际单位制(SI)中，磁通量的单位是韦伯(Wb)。 35其实，磁通还可以通过下面的解释来做定量的描述的：磁通，是穿过某一截面总的磁感应强度总的通量，是磁感应强度在某一截面上各点在与该截面相垂直方向上的数值之和，用表示。它反映的是在某一截面与该截面垂直方向上磁力作用的总量。由于各点的数值可能不一样，要求和就得采用积分的方法进行，但只要截面的形状可以用方程表示，各点磁感应强度变化规律也可用方程表示时，这个磁通的具体数值就能够精确计算。36定义中的“某个面积”并不是“随意勾画出的”，而是所需求解的某个面积，是从工程的实际需要和实际进行定义的。在工程上，经常遇到的是磁路，如果从“磁路的角度”（即认为

10、磁路中的磁场是均匀的磁场），上面所说的这个面积就是磁路的截面积。在工程实际中，我们用到磁通的地方都是希望所产生的磁通按照我们的意愿在某个我们设定的路径中通过。因此，我们采用磁导率高的称为“铁磁材料”的物质构成磁路。使磁通大部分通过磁路，另外不从磁路通过的磁通很少，工程上又往往将其忽略不计。因此，这个面积有其实际的意义。由于我们所研究的磁路可以假设为磁场是均匀的，从这个角度说，磁感应强度对面积积分的计算就可变成是平均磁感强度与面积乘积的计算。即：=BS或B=/S。因此，人们在磁路中又将磁感应强度称为磁通密度（注意：这是两个不同的概念，磁感应强度通常在不均匀磁场的计算中使用，而磁通密度则在均匀磁场

11、的计算中使用）。 37练习：将一平面放在不同处，判断磁通量在各个位置大小关系ab38 同一圆环放在不同位置磁通量的大小关系？ab39不同圆环在通电螺线管的中间附近磁通量大小40例、如图所示，两个同心圆线圈a 、b在同一平面内，半径Rab B、 a = b C、 ab D、无法确定NSab注意（1）磁通量等于穿过平面的磁感线的净条数； （2）注意区分S是磁场面积还是回路面积。A41ab练习：比较两个圆环平面通过的磁通量大小关系平面的面积与磁通量的大小无关这里平面是指穿过磁感线的有效面积42六、磁现象的补充解释“磁现象的电本质”这个说法容易给人一个不准确的印象，好像物质的电属性比磁属性更本质一些。

12、实际上，从微观的角度看物质，粒子的电荷与磁矩都是它们的基本属性，不能笼统地说哪个更本质。因此，似乎用“安培分子电流假说”更为适当。“磁现象的电本质”为什么放到了“发展空间”？43补充解释磁现象的电本质44磁性材料分类硬磁性材料软磁性材料按去磁的难易分类天线磁棒变压器发电机电动机电磁铁永磁铁磁带银行卡计算机硬盘了解45第二部分 磁场对通电导线的作用力安培力观察现象探究规律解释成因巩固提升应用拓展掌握：安培力的大小的计算和方向判断46+-稍稍回顾奥斯特实验安培实验磁场的基本性质是对其中的磁体或电流有力的作用47一、安培力的方向48发现规律1一、安培力的方向49得出“左手定则”一、安培力的方向50演

13、示实验1二、安培力的大小与磁感应强度51猜想：安培力的大小与哪些因素有关？磁场的强弱程度电流的大小通电导线的长度 控制变量法通电导线的长度： FL 电流的大小 ： F FL52电场的基本特性是什么？如何来描述电场的性质？思考一磁场的基本特性是什么？思考二深化分析，升华主题类比联想二、安培力的大小与磁感应强度53利用通电电流元测定磁场强弱磁感强度B二、安培力的大小与磁感应强度54电场强度E描述电场的力学特性：静电场中磁感强度B描述磁场的力学特性：磁场中深化分析，升华主题类比联想55观察：通电导线在磁场中受到的力BIBI56BIBI正交分解 B57总结:匀强磁场中放置试探直导线时：58？考试说明中

14、只要求计算导线方向（或粒子运动方向）与磁场方向垂直情况下导线（或运动粒子）所受的力关于安培力和洛仑兹力，为什么要讲F = ILBsin 和F = qvBsin 这两个公式？ 目的在于介绍一个方法：把B沿导线方向和垂直于导线的方向分解，分别研究这两个分量的作用。这里实际上承袭了力学中已经应用多次的方法（正交分解法）。这也是教科书重视科学方法教育的一个体现。59物理学史特斯拉60及时巩固练习安培力方向的判定建议：安培定则与左手定则一起练习611. 电磁炮的主要原理如图所示.1982年澳大利亚国立大学制成能把m =2.2g的弹体(包括金属杆CD的质量)加速到v=10kms的电磁炮.若轨道宽l =2m

15、，长s =100m，通过的电流为I =10A，(轨道摩擦不计).求（1）电磁炮的加速度（2）轨道间所加的匀强磁场的磁感应强度B（3）磁场力的最大功率P622.如图所示，光滑导轨与水平面成角，导轨宽L。垂直斜面向上的匀强磁场磁感应强度为B。金属杆长也为L ，质量为m，水平放在导轨上。当回路总电流为I1 =？时，金属杆正好能静止。若B的方向竖直向上，应把回路总电流I2 =？调到多大才能使金属杆保持静止。 （在解这类题时应画出截面图，在截面图上才能正确表示各力的准确方向）。FBFB63B.FF=BILB64B.F=BILBF65BF=BILBF66BBFF=BIL67安培力及有效长度NS683：如图

16、所示，垂直折线abc中通入电流I， ，折线所在的平面与匀强磁场垂直匀强磁场的磁感应强度为B，求abc折线受到的安培力大小和方向 abc方向由左手定则判断，得垂直于ac向上 等效长度69电流间的相互作用70水银槽内跳舞的弹簧71等效法NS72NSNSF4. 条形磁铁放在粗糙水平面上，正中的正上方有一导线，通有图示方向的电流后，磁铁对水平面的压力将会 (增大、减小还是不变？)。水平面对磁铁的摩擦力大小为 。 F /FFNSF /F73演示实验三、安培力的应用74ab三、安培力的应用75【说明】 由于磁场对电流的作用力跟电流成正比，因而安培力的力矩也跟电流成正比，而螺旋形弹簧的扭矩与指针转过的角度成

17、正比，所以磁电式电表的表盘刻度是均匀的。三、安培力的应用76三、安培力的应用77常见的直流电动机：【说明】 大多数微型和小型直流电动机是用永磁铁提供磁场，而大型和超大型直流电动机是用励磁电流来提供磁场的。78四、安培力的微观本质课件79f洛仑兹力的大小I BF安运动电荷在磁场中受到的磁场力叫洛仑兹力，安培力是它的宏观表现。80第三部分 磁场对运动电荷的作用力洛伦兹力现象规律解释巩固提升应用拓展掌握：洛伦兹力的大小的计算和方向判断81磁场对运动电荷的作用力洛伦兹力：演示：阴极射线在磁场中的偏转82第三部分 磁场对运动电荷的作用力洛伦兹力演示实验洛伦兹力演示仪83第三部分 磁场对运动电荷的作用力洛

18、伦兹力总结体会“左手定则”发现规律84BvfBBvfBBvfvf85讨论：运动电荷在匀强磁场中的运动运动电荷在匀强磁场中只受洛仑兹力（或其他力均被平衡）时，其运动有三种形式：当B时，所受洛仑力充当向心力，做匀速圆周运动 86洛伦兹（18531928） 洛伦兹是荷兰物理学家、数学家，1853年7月18日生于阿纳姆。洛伦兹创立了经典电子论，提出了洛伦兹变换公式，1902年与其学生塞曼共同获得诺贝尔物理学奖。为纪念洛伦兹的卓著功勋，荷兰政府决定从1945年起，把他的生日定为“洛伦兹节”。物理学史洛伦兹87发展空间（旧）第三部分 磁场对运动电荷的作用力洛伦兹力88课堂练习:判断下列粒子刚进入磁场时所受

19、的洛伦兹力的方向.FF-qv甲-qv丙+qv乙+qv丁F垂直纸面向里F垂直纸面向外89例、来自宇宙的质子流（宇宙射线中的一种），以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这些质子在进入地球周围的空间时，将 （ ）A 竖直向下沿直线射向地面B 相对于预定地点向东偏转C 相对于预定地点稍向西偏转D 相当于预定地点稍向北偏转90 从太阳或其他星体上放射出的宇宙射线中含有高能带电粒子，若到达地球，对地球上的生命将带来危害。 地磁场对直射地球的宇宙射线的阻挡作用在赤道附近最强，两极地区最弱。地磁场对宇宙射线的阻挡作用：思考：你能解释为什么极光只在两极出现吗？拓展应用91地磁场的作用：（极光）92 洛

20、伦兹力对运动的带电粒子不做功，只改变其运动的方向。(1)洛伦兹力的作用效果Bfv+qvfvf(2)轨道的半径和周期带电粒子在匀强磁场中的圆周运动由于f v，f 充当向心力，使粒子做垂直与磁场方向的圆周运动巩固提升93问题1：质量为m，电量为q的带正电粒子以v0的速度射入垂直磁感强度为B的匀强磁场中， 若不计粒子的重力，问带电粒子将作什么运动？为什么？ v0带电粒子运动的半径和周期是多少？94问题2：速度为零、质量为m 、电量为q的正离子经过电压U加速，进入磁感应强度为B的匀强磁场，到达记录它的照相底片上的P点。若测得P点到入口处S1的距离为x，试求离子的质量。S1SUPx95问题3：质量为m、

21、带电荷量为q的粒子（重力不计），以初速度v垂直于磁场方向，沿与边界成 30角的方向射入磁感应强度为B的匀强磁场中。画出粒子运动的轨迹。求正负粒子在磁场中运动的时间之比。96问题4：若此带电粒子的质量m=1.710-27kg，电荷量q=1.610-19C，以速度v=3.2106m/s，沿垂直于磁场同时又垂直于磁场边界的方向进入匀强磁场中，磁感应强度B=0.17T，磁场的宽度L=10cm，求: (1) 偏转角。 (2) 出磁场时偏离入射方向的距离d。Ldv97问题5：在半径为R的圆内有的匀强磁场，一个电子从A点沿AO方向垂直射入磁场。离开磁场时电子获得60的偏角，试求电子的速度和在磁场中运动的时间

22、。 OvvAUOPM98学生总结：带电粒子在磁场中的匀速圆周运动处理方法（1）找圆心：因 fv ， f 一定指向圆心；任意一弦的中垂线一定过圆心； 两速度方向夹角的角平分线一定过圆心。（2）求半径(两个方面)：物理规律；由轨迹图得出几何关系方程。99第三部分 磁场对运动电荷的作用力洛伦兹力巩固提升带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动找圆心定半径画轨迹添辅助定直角列方程100第三部分 磁场对运动电荷的作用力洛伦兹力巩固提升带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动“动态圆”课件强化印象101显像管速度选择器磁流体发电霍耳效应质谱仪直线加速器到回旋加速器第三部分 磁场对运动电荷的作用力洛伦兹力应用拓展102

23、(1)若要使电子束在水平方向偏离中心，打在荧光屏上的点，偏转磁场应该沿什么方向？(2)若要使电子束打在点，磁场应该沿什么方向？(3)若要使电子束打在荧光屏上的位置由逐渐向点移动，偏转磁场应该怎样变化？主要构造:电子枪（阴极）、偏转线圈、荧光屏等应用拓展1、磁偏转与显像管1031、磁偏转与显像管电视机的显像管中，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。磁场区的中心为O，半径为r。当不加磁场时，电子束将通过O点而打到屏幕的中心M点。为了让电子束射到屏幕边缘P，需要加磁场，使电子束偏转一已知角度，此时磁场的磁感应强度B应为

24、多少？ 104 如图所示，粒子经加速电场后得到一定的速度v0，进入正交的电场和磁场，受到的电场力与洛伦兹力方向相反，若使粒子沿直线从右边孔中出去，则有q v0 BqE，从而选择速度 v0=E/B。 2、速度选择器105速度选择器、磁流体发电机3、等离子体发电机1064、磁流体发电机如图所示，由燃烧室O燃烧电离成的正、负离子（等离子体）高速喷入偏转磁场B中在洛伦兹力作用下，正、负离子分别向上、下极板偏转、积累，从而在板间形成一个向下的电场两板间形成一定的电势差当qvB=qU/d时电势差稳定UBvd，这就相当于一个可以对外供电的电源电动势？回路电流？稳定流速，外力？107如图所示，厚度为h、宽为d

25、的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的均匀磁场中，当电流通过导体板时，在导体板的上侧面A和下侧面A之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应。实验表明，当磁场不太强时，电势差U、电流I和B的关系为式中的比例系数k称为霍尔系数。设电流I是由电子定向流动形成的，电子的平均定向速度为v，电量为e，回答下列问题：（1）达到稳定状态时，导体板上侧面A的电势 下侧面A的电势（填高于、低于或等于）；（2）电子所受的洛伦兹力的大小为 ； （3）当导体板上下两侧之间的电势差为U时，电子所受的静电力的大小为 ；（4）由静电力和洛伦兹力平衡的条件，证明霍尔系数 。5、霍耳效应低于1086、质谱仪 v=E/B1 qvB2

26、mv2/r AA1097、回旋加速器回旋加速器中的D形盒，它的作用是静电屏蔽，使带电粒子在做匀速圆周运动的过程中不受电场的干扰；回旋加速器中所加交变电压的频率f，与带电粒子做匀速圆周运动的频率相等:回旋加速器最后使粒子得到的能量，在粒子电量q、质量m和磁感应强度B一定的情况下，回旋加速器的半径R越大，粒子的能量就越大110 例题质量为m，电量为q的正离子，在回旋加速器中运动的轨迹如图中虚线所示。加速器的最大半径为R。请回答：（1）加速器的加速电场存在于哪个区域？（两D形盒的窄缝中）（2）离子在D形盒内做什么运动？其轨迹是什么曲线？（做匀速圆周运动，其轨迹是由半径不同的半圆组合而成）111（3）离子在半径不同的圆周上速率多大？角速度多大？（v=Bq