河北地区高中物理第三章磁场3.6磁场学案无解答新人教选修.docx

3.6 磁场【学习目标】1.掌握磁感应强度的概念,会用磁感线描述磁场。2.知道直线电流、环形电流和通电螺线管周围磁场的特征,会用安培定则判断其磁场方向。3.掌握安培力、洛伦兹力的计算,会用左手定则判断安培力、洛伦兹力的方向。4.掌握带电粒子在匀强磁场中的运动规律,会分析、计算有关带电粒子在匀强磁场中受力、运动的问题。【三“点”探究】主题1:比较电场与磁场(1)电场的“场源”是什么?磁场本质上是由什么产生的?(2)在研究电场和磁场时采用了哪些类似的方法?(3)比较磁感线与静电场中电场线的相似点与不同点,完成下表。比较内容电场线磁感线各点切线方向疏密程度是否相交是否存在所起作用起、止点 主题2:比较静电力与洛伦兹力(1)电场和磁场是否对所有电荷都会产生静电力和洛伦兹力?请列举影响静电力与洛伦兹力的大小、方向的因素。(2)带电微粒在电场中运动时静电力是否对其做功?在磁场中运动时洛伦兹力是否对其做功? 主题3:探究安培力与洛伦兹力做功教材中认为:“导线中带电粒子的定向运动形成了电流,电荷定向运动所受洛伦兹力的矢量和,在宏观上表现为导线所受的安培力。”并且按照这个思想由安培力的表达式推导出了洛伦兹力的表达式F=qvB。但教材中又认为洛伦兹力不做功,其“宏观表现”安培力却做功。为了探究这个“矛盾”,某同学画出了如图所示的分析图,以导体中某个正电荷的运动为对象,他认为电荷参与了沿电流方向的运动和随导线一起的运动,分别研究了两个方向的洛伦兹力做功,再求洛伦兹力所做的功。你能帮他完成分析吗? 主题4:复合场(1)在磁场和电场同时存在的空间,带电粒子在什么条件下会做直线运动?(2)在磁场和电场同时存在的空间,带电粒子在什么条件下会做匀速圆周运动?(3)在磁场、电场和重力场同时存在的空间,带电粒子在什么条件下做匀速圆周运动?【拓展提升】 拓展一、安培力作用下的物体的平衡论述:通电导体往往受到阻力、弹力、安培力以及摩擦力等多个力的作用,一般首先要确定安培力的方向,再研究电流、磁感应强度及通电导体的有效长度等因素对安培力大小的影响,然后分析因安培力变化导致弹力、摩擦力的变化。1.如图所示,在竖直向下的匀强磁场中,有两根竖直放置的平行导轨AB、CD,导轨上放有质量为m的金属棒MN,棒与导轨间的动摩擦因数为。现从t=0时刻起,给棒通以图示方向的电流,且电流大小与时间成正比,即I=kt,其中k为恒量。若金属棒与导轨始终垂直,则下面表示棒所受的摩擦力随时间变化的四幅图中,正确的是( )。 拓展二、洛伦兹力与静电力的比较论述:电场对任何电荷都会产生作用,其作用力只跟电场与电荷有关,而与电荷的速度无关。磁场则只对运动电荷产生作用,并且作用力的大小和方向都跟电荷的速度有关系。2.在如图所示的宽度范围内,用电场强度为E的匀强电场可使初速度为v0的某种正粒子偏转角。在同样宽度范围内,若改用方向垂直纸面向外的匀强磁场,使该粒子穿过该区域,并使偏转角也为,问:(不计粒子的重力)(1)匀强磁场的磁感应强度是多大?(2)粒子穿过电场和磁场的时间之比是多大? 拓展三、 带电粒子在有界磁场中的运动论述:带电粒子在有界磁场中运动的问题是高考的热点,在研究时可以先把磁场设想为无边界,画出粒子运动的可能径迹,再来补画边界,分析粒子射入和射出磁场边界时的速度、半径等,依据相关物理、数学知识解题。3.如图所示,在0xa区域内存在与xy平面垂直的匀强磁场,磁感应强度的大小为B。在t=0时刻,一位于坐标原点的粒子源在xy平面内发射出大量同种带电粒子,所有粒子的初速度大小相同,方向与y轴正方向的夹角分布在0180 范围内。已知沿y轴正方向发射的粒子在t=t0时刻刚好从磁场边界上P(a,a)点离开磁场。求:(1)粒子在磁场中做圆周运动的半径R及粒子的比荷。(2)此时刻仍在磁场中的粒子的初速度方向与y轴正方向夹角的取值范围。(3)从粒子发射到全部粒子离开磁场所用的时间。 拓展四、带电粒子在复合场中的运动论述:带电粒子在复合场中的运动情况非常复杂,电场、磁场、重力场可能分布于同一空间,也可能分布在相邻的空间,需要熟练运用动力学知识、功能关系以及数学工具等解决这类问题,这是考试的难点和热点。甲4.如图甲所示,两块足够大的平行金属极板水平放置,极板间加有分布均匀、大小随时间周期性变化的电场和磁场,变化规律分别如图乙、丙所示(规定垂直纸面向里为磁感应强度的正方向)。在t=0时刻,由负极板释放一个初速度为零的带负电的粒子(不计重力)。若电场强度E0、