学练考高中物理 第三章 磁场课件 新人教版选修31.ppt

1 磁现象和磁场2 磁感应强度3 几种常见的磁场4 通电导线在磁场中受到的力5 运动电荷在磁场中受到的力6 带电粒子在匀强磁场中的运动习题课 带电粒子在有界磁场中的运动本章总结提升 第三章磁场 第三章磁场 1 磁现象和磁场2 磁感应强度 1 磁现象和磁场2 磁感应强度 1 磁现象和磁场2 磁感应强度 教学目标 教学目标 1 了解磁现象 知道磁性 磁极的概念 2 知道电流的磁效应 磁极间的相互作用 3 知道磁极和磁极之间 磁极和电流之间 电流和电流之间都是通过磁场发生相互作用的 知道地球有南北磁极 4 理解和掌握磁感应强度的方向 大小和单位 5 能用磁感应强度的定义式进行有关计算 1 磁现象和磁场2 磁感应强度 重点难点 重点 1 电流的磁效应和磁场概念的形成 2 磁感应强度的物理意义 难点 1 磁现象的应用 2 磁感应强度概念的建立 重点难点 1 磁现象和磁场2 磁感应强度 教学建议 教学建议 磁场的基本知识在初中学习中已经有所接触 学生在生活中对磁现象的了解也有一定的基础 但磁之间的相互作用毕竟是抽象的 并且大部分学生可能知道电与磁的联系 但没有用一种普遍联系的观点去看电与磁的关系 也没有一种自主的能力去用物理的思想推理实验现象和理论的联系 学生对磁场在现实生活中的应用是比较感兴趣的 故最好通过多媒体手段让学生能了解地磁场 太阳的磁场和自然界的一些现象的联系 如黑子 极光等 满足学生渴望获取新知识的需求 1 磁现象和磁场2 磁感应强度 教学建议 磁感应强度是本章的重点内容 所以学好本节内容十分重要 首先要告诉学生一定要高度重视本节课内容的学习 学生通过日常生活经验对磁场强弱已具有一定的感性认识 且在研究电场时 已经学习确定了一个叫作电场强度的物理量 用来描述电场的强弱 与此对比类似引出表示磁场强度和方向的物理量 1 磁现象和磁场2 磁感应强度 新课导入 新课导入 导入一 引入新课 教师通过多媒体展示指南针 电流表 质谱仪 回旋加速器等 教师 这些仪器你认识哪些 学生回答 教师依次说出这些仪器的名称 1 磁现象和磁场2 磁感应强度 新课导入 教师 我国是世界上最早发现磁现象的国家 早在战国末年就有了磁铁的记载 我国古代的四大发明之一的指南针就是其中之一 指南针的发明为世界的航海业作出了巨大的贡献 在现代生活中 利用磁场的仪器或工具随处可见 如我们将要学习的电流表 质谱仪 回旋加速器等 进入21世纪后 科技发展突飞猛进 一日千里 同学们作为新世纪的主人 肩负着民族振兴的重任 希望同学们勤奋学习 为攀登科学高峰打好扎实的基础 今天 我们首先认识磁场 1 磁现象和磁场2 磁感应强度 新课导入 导入二 引入新课 复习上课时知识后引入 要点 磁场的概念 提问 引入新课 磁场不仅有方向 而且也有强弱之别 为表征磁场的强弱和方向就要引入一个物理量 怎样的物理量能够起到这样的作用呢 1 磁现象和磁场2 磁感应强度 新课导入 紧接着教师提问以下问题 1 哪个物理量用来描述电场的强弱和方向 学生答 用电场强度来描述电场的强弱和方向 2 电场强度是如何定义的 其定义式是什么 学生答 电场强度是通过将一试探电荷放在电场中分析电荷所受的静电力与试探电荷量的比值来定义的 其定义式为e f q 过渡语 今天我们用类似的方法来学习描述磁场强弱和方向的物理量 磁感应强度 导入三 引入新课 投影图 1 磁现象和磁场2 磁感应强度 新课导入 1 磁现象和磁场2 磁感应强度 新课导入 是否可以用研究电场的方法 分析磁体或电流在磁场中所受的力来确定磁场强弱和方向呢 导入四 信鸽有天生的归巢的本能 即使远隔千山万水 它们也能回到自己熟悉和生活的地方 除非没有阳光的暴风雨天气或者出现日食的时候 它们才会迷路 科学研究发现 信鸽迷路的原因是地球磁场受到影响 信鸽认路的关键因素是地磁场 磁 普遍存在于我们的周围 磁 有着广泛的应用 现在我们就开始探究磁的奥秘 1 磁现象和磁场2 磁感应强度 知识必备 知识必备 知识点一磁现象1 物质具有吸引 等物质的性质叫磁性 具有磁性的物体叫磁体 2 能够自由转动的磁体 静止时指南的磁极叫作 s极 指北的磁极叫作 n极 3 通电导线周围有磁场 丹麦物理学家 发现了电流的磁效应 揭示了电和磁之间是有联系的 铁 钴 镍 南极 北极 奥斯特 1 磁现象和磁场2 磁感应强度 知识必备 知识点二磁场1 磁场是磁体与 周围存在的一种特殊物质 它能够传递磁体与磁体 磁体与电流 电流与电流之间的作用 2 磁场具有物质性 磁场虽然看不见 摸不着 但确确实实是存在的 3 磁场的基本性质是对放入其中的 或 有力的作用 4 地球是一个大磁体 地磁 极在地理北极附近 地磁 极在地理南极附近 电流 磁体 电流 南 北 1 磁现象和磁场2 磁感应强度 知识必备 知识点三磁感应强度1 物理意义 描述磁场强弱的物理量 2 方向 规定小磁针 时n极所指的方向为该点的磁感应强度方向 简称磁场的方向 3 大小 在磁场中 磁场方向的通电导线受到的磁场力跟导线中的电流和导线的长度的乘积的比值 即b 4 单位 简称特 符号是t 1t 1n am 静止 垂直于 f il 特斯拉 1 磁现象和磁场2 磁感应强度 学习互动 考点一磁现象 想一想 我们平时摆弄磁铁时 观察到磁铁能吸引什么物质 指南针有什么作用 两个不直接接触的磁极之间是通过什么发生相互作用的呢 学习互动 1 磁现象和磁场2 磁感应强度 学习互动 要点总结 自然界中的磁体存在着两个磁极 同名磁极相互排斥 异名磁极相互吸引 例1铁棒a能吸引小磁针 铁棒b能排斥小磁针 若将铁棒a靠近铁棒b 则 a a b一定相互吸引b a b一定相互排斥c a b之间有可能无磁场力作用d a b可能相互吸引 也可能相互排斥 1 磁现象和磁场2 磁感应强度 学习互动 d 解析 小磁针本身有磁性 能够吸引没有磁性的铁棒 故铁棒a可能有磁性 也可能没有磁性 铁棒b能排斥小磁针 说明铁棒b一定有磁性 若a无磁性 当a靠近b时 在b的磁场作用下也会被磁化而相互吸引 若a有磁性 则a b两磁体都分别有北极和南极 当它们的同名磁极靠近时 相互排斥 当异名磁极靠近时 相互吸引 这说明无论a有无磁性 它们之间总有磁场力的作用 选项d正确 1 磁现象和磁场2 磁感应强度 学习互动 考点二电流的磁场 想一想 通电的螺线管为什么能吸引铁钉 为什么螺线管沿轴线收缩靠拢 1 磁现象和磁场2 磁感应强度 学习互动 1 磁现象和磁场2 磁感应强度 学习互动 要点总结 奥斯特实验是把导线沿南北方向放置在小磁针上方 导线通电时小磁针才会发生转动 例2 多选 下列说法中正确的是 a 磁体与电流间的相互作用是通过磁体的磁场和电流的电场产生的b 磁体与电流间的相互作用是通过磁场产生的c 电流与电流间的相互作用是通过电场产生的d 电流与电流间的相互作用是通过磁场产生的 1 磁现象和磁场2 磁感应强度 学习互动 bd 解析 磁体与磁体之间 磁体与电流之间 电流与电流之间 其相互作用都是通过磁场发生的 所以选项b d正确 选项a c错误 1 磁现象和磁场2 磁感应强度 学习互动 考点三磁感应强度 想一想 有人根据b f il提出 磁场中某点的磁感应强度b跟磁场力f成正比 跟电流i和导线长度l的乘积il成反比 这种提法有什么问题 错在哪里 1 磁现象和磁场2 磁感应强度 学习互动 1 磁现象和磁场2 磁感应强度 学习互动 要点总结 1 判断磁场的方向除了采用定义法 小磁针静止时n极所指的方向为该点的磁场方向 之外 还可以采用另一种判断方法 小磁针转动过程中n极受到的磁场力的方向为磁场的方向 2 磁感应强度大小的定义式b f il的适用条件是通电导线垂直于磁场方向放置 例3关于磁感应强度 下列说法中正确的是 a 若长为l 电流为i的导线在某处受到的磁场力为f 则该处的磁感应强度必为b 由b f il知 b与f成正比 与il成反比c 由b f il知 一小段通电导线在某处不受磁场力 说明该处一定无磁场d 磁感应强度的方向就是小磁针北极所受磁场力的方向 1 磁现象和磁场2 磁感应强度 学习互动 d 解析 磁场中某点的磁感应强度b是客观存在的 与是否放置通电导线无关 故选项b错误 定义式b f il中要求一小段通电导线垂直于磁场放置 如果平行于磁场放置 则力f 0 故选项a c错误 1 磁现象和磁场2 磁感应强度 学习互动 例4 多选 在磁场中有一根长10cm的通电导线 导线中的电流为5a 所受的力为5 10 2n 该磁场的磁感应强度的大小可能是 a 0 01tb 0 05tc 0 1td 0 2t 1 磁现象和磁场2 磁感应强度 学习互动 cd 解析 由题意知 若导线垂直于磁场方向 通电导线电流i 5a l 0 1m 所受磁场力f 5 10 2n 由公式可得b f il 0 1t 若通电导线与磁场不垂直 则b 0 1t 由此知选项c d正确 1 磁现象和磁场2 磁感应强度 学习互动 1 磁现象和磁场2 磁感应强度 备用习题 备用习题 1 磁现象和磁场2 磁感应强度 备用习题 1 磁现象和磁场2 磁感应强度 备用习题 1 磁现象和磁场2 磁感应强度 备用习题 1 磁现象和磁场2 磁感应强度 备用习题 1 磁现象和磁场2 磁感应强度 备用习题 1 磁现象和磁场2 磁感应强度 备用习题 1 磁现象和磁场2 磁感应强度 备用习题 1 磁现象和磁场2 磁感应强度 自我检测 1 奥斯特实验 某同学做奥斯特实验时 把小磁针放在水平的通电直导线的下方 当通电后发现小磁针不动 稍微用手拨动一下小磁针 小磁针转动180 后静止不动 由此可知 通电直导线产生的磁场方向是 a 自东向西b 自南向北c 自西向东d 自北向南 自我检测 d 解析 通电前小磁针指南北 通电后小磁针不动 说明通电直导线产生的磁场还在南北方向 稍微用手拨动一下小磁针 小磁针转动180 后静止不动 说明通电直导线产生的磁场与地磁场方向相反 选项d正确 1 磁现象和磁场2 磁感应强度 自我检测 2 电流的磁场 多选 以下说法正确的是 a 若电流元在磁场中受到的磁场力为f 则b f ilb 若电流元在磁场中受到的磁场力为f 则磁感应强度可能大于f ilc 磁场中电流元受到的磁场力大的地方 磁感应强度一定大d 磁感应强度为零的地方 一小段通电直导线在该处一定不受磁场力 1 磁现象和磁场2 磁感应强度 自我检测 bd 解析 判断磁感应强度的大小 需在电流元受力最大的前提下进行 即电流方向与该点磁场方向垂直 故a错 b对 电流元在磁场中所受磁场力与其放置的位置有关 电流元受力大的地方磁感应强度不一定大 但在磁感应强度为零的地方 通电导线在该处一定不受磁场力 故c错 d对 1 磁现象和磁场2 磁感应强度 自我检测 3 磁感应强度的理解及计算 一根长20cm的通电导线放在磁感应强度为0 4t的匀强磁场中 导线与磁场方向垂直 它受到的磁场力为4 10 3n 1 导线中的电流是多大 2 若将导线中的电流减小为零 则该处的磁感应强度为多少 1 磁现象和磁场2 磁感应强度 自我检测 1 0 05a 2 0 4t 解析 1 由b f il得i f bl 0 05a 2 磁感应强度b与i l f无关 只由磁场本身决定 故当i 0时 b不变 仍为0 4t 1 磁现象和磁场2 磁感应强度 自我检测 3 几种常见的磁场 3 几种常见的磁场 3 几种常见的磁场 教学目标 教学目标 1 知道磁感线 2 知道几种常见磁场的磁感线的空间分布情况 3 会用安培定则判断通电直导线和通电线圈周围磁场的方向 4 了解安培分子电流假说 5 理解匀强磁场的概念 明确两种情形的匀强磁场 3 几种常见的磁场 重点难点 重点 安培定则的得出与应用 难点 安培定则的得出 重点难点 3 几种常见的磁场 教学建议 磁场的概念比较抽象 应对几种常见的磁场加以了解 认识 学好本节内容对后面的磁场力的分析至关重要 磁场概念比较抽象 学生对此难以理解 但前面已经学习过了电场 可采用类比的方法引导学生学习 教学建议 3 几种常见的磁场 新课导入 导入一 引入新课教师 电场可以用电场线形象地描述 磁场可以用什么来描述呢 学生 磁场可以用磁感线形象地描述 教师 那么什么是磁感线 又有哪些特点呢 这节课我们就来学习有关磁感线的知识 新课导入 3 几种常见的磁场 新课导入 导入二 引入新课要点 磁感应强度b的大小和方向 启发学生思考 电场可以用电场线形象地描述 磁场可以用什么来描述呢 学生答 磁场可以用磁感线形象地描述 老师 类比电场线可以很好地描述电场强度的大小和方向 同样 也可以用磁感线来描述磁感应强度的大小和方向 3 几种常见的磁场 知识必备 知识必备 知识点一磁感线1 磁感线是为了形象地描述磁场而引入的 磁感线是使曲线上每一点的 方向都与该点的磁感应强度的方向一致的 假想的闭合曲线 2 磁感线的基本特性 1 磁感线的 表示磁场的强弱 2 磁感线上某点的切线方向表示该点 的方向 3 磁感线是不相交的闭合曲线 在磁体外部 从n极指向s极 在磁体内部 由s极指向n极 切线 疏密 磁场 3 几种常见的磁场 知识必备 知识点二安培定则 又称右手螺旋定则 1 安培定则是用来确定 周围磁场方向的定则 2 安培定则应用方法 1 直线电流周围的磁场方向如图3 3 1所示 用 握住导线 让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致 所指的方向就是磁感线环绕的方向 直线电流周围的磁感线环绕情况如图3 3 2所示 电流 右手 弯曲的四指 3 几种常见的磁场 知识必备 3 几种常见的磁场 知识必备 2 环形电流和螺线管周围的磁场方向如图3 3 3所示 让右手 跟环形电流的方向一致 伸直的拇指所指的方向就是环形导线的轴线上磁感线的方向 弯曲的四指 右手 弯曲的四指 3 几种常见的磁场 知识必备 知识点三其他常见的磁场1 一对条形磁铁的磁场分布2 匀强磁场 如果某个区域里磁感应强度处处 相等 且方向 这个区域里的磁场就叫作匀强磁场 大小 相同 3 几种常见的磁场 知识必备 知识点四磁通量1 定义 设在磁感应强度为b的匀强磁场中 有一个与磁场方向垂直的平面 面积为s 则b与s的乘积叫作穿过这个面积的 简称磁通 2 定义式 bs 3 单位 简称韦 符号wb 1wb 1t m2 4 磁通量是 但是有正负 5 磁通密度即磁感应强度b s 磁通量 韦伯 标量 3 几种常见的磁场 学习互动 考点一安培定则的应用 想一想 大家已经知道 磁体 电流都可以产生磁场 那么这些磁场是如何分布的 我们需要分析磁场的强弱和方向 而磁场却看不见 摸不着 我们又该如何去研究呢 学习互动 要点总结 通电直导线在其周围产生的磁场不是均匀分布的 垂直于直导线方向 离直导线越远 磁场越弱 反之则越强 螺线管是由多个环形电流串联而成的 所以通电螺线管的磁场方向与环形电流的磁场方向的确定方法是相同的 通电螺线管外部跟条形磁铁外部的磁场分布情况相似 两端分别为n极和s极 由于磁感线是闭合曲线 故螺线管内部的磁感线方向是由s极指向n极 3 几种常见的磁场 学习互动 例1已知电流产生的磁场的磁感线方向或n s极 请你在图3 3 5上标出电流方向 3 几种常见的磁场 学习互动 如图所示 解析 根据安培定则 各图中的电流方向如图所示 3 几种常见的磁场 学习互动 例1如图3 3 6所示 两根长直通电导线互相平行 电流方向相同 它们的截面处于一个等边三角形abc的a和b处 两通电导线在c处的磁场的磁感应强度的值都是b 则c处磁场的总磁感应强度的大小和方向是 a b 竖直向上b b 水平向右c b 水平向右d b 竖直向上 3 几种常见的磁场 学习互动 c 解析 由安培定则可判断出它们在c处的磁场分别垂直于ac和bc 如图所示 由矢量叠加原理可求出c处磁场的总磁感应强度的大小为3b 方向水平向右 3 几种常见的磁场 学习互动 考点二磁通量的有关计算 想一想 在同一磁场里 不同的截面 通过的磁感线的条数怎么表示 3 几种常见的磁场 学习互动 要点总结 磁通量的正负是这样规定的 任何一个面都有正面和反面 若规定磁感线从正面穿入为正磁通量 则磁感线从反面穿入时磁通量为负值 磁通量的正负既不表示大小 也不表示方向 仅是为了计算方便而引入的 计算磁通量时 除了要注意正负之外 还应注意以下几点 3 几种常见的磁场 学习互动 1 如图3 3 7所示 若闭合电路abcd和abcd所在的平面均与匀强磁场b垂直 面积分别为s1和s2 且s1大于s2 但磁场区域恰好只有abcd那么大 那么 穿过s1和s2的磁通量是相同的 因此 bs中的s是指包含磁场的那部分有效面积 3 几种常见的磁场 学习互动 2 磁通量与线圈的匝数无关 也就是说磁通量大小不受线圈匝数的影响 同时磁通量的变化量 2 1也不受线圈匝数的影响 3 当平面与磁感应强度方向不垂直时的计算方法 一种方法是 将与平面夹角为 的磁感应强度分解为平行于平面的分量和垂直于平面的分量 如图3 3 8所示 由于平行于平面的分量并不穿过平面 所以磁通量在数值上等于垂直于平面的分量与面积的乘积 bsin s bssin 3 几种常见的磁场 学习互动 另一种方法是 不分解磁感应强度 而将与磁感应强度夹角为 的平面的面积在磁感应强度的方向上作投影 磁通量数值上等于磁感应强度与投影面积的乘积 bs bssin 不管用哪种方法来计算磁通量的值 必须保证 bs中的磁感应强度与平面垂直 3 几种常见的磁场 学习互动 例3两线圈a b同心放置且半径ra rb 将一条形磁铁置于两线圈圆心处且与线圈平面垂直 如图3 3 9所示 则穿过a b两线圈的磁通量的大小关系为 a a bb a bc a bd 无法确定 3 几种常见的磁场 学习互动 c 解析 磁通量可形象地理解为穿过某一面积里的磁感线的条数 而沿相反方向穿过同一面积的磁通量为负 本题中 条形磁铁内部的所有磁感线由下往上穿过a b两个线圈 而在条形磁铁的外部 磁感线将由上向下穿过a b两个线圈 不难发现 由于a线圈的面积大 那么向下穿过a线圈的磁感线多 即磁通量抵消多 这样穿过a线圈的磁通量反而小 3 几种常见的磁场 学习互动 例4 多选 图3 3 10为两个同心金属圆环 当有一匀强磁场垂直穿过a环面时 a环面磁通量为 1 此时b环磁通量为 2 若将其间的匀强磁场改为一条形磁铁 该磁铁垂直穿过圆环面 此时a环面磁通量为 3 b环面磁通量为 4 下列有关磁通量大小的说法 正确的是 a 1 2b 1 2c 3 4d 3 4 3 几种常见的磁场 学习互动 bc 解析 磁通量定义为穿过某一面积的磁感线的条数 又因磁感线是闭合曲线 当条形磁铁垂直穿过a环面时 在b环中来回抵消的磁感线多于a环面 故选项b c正确 3 几种常见的磁场 学习互动 3 几种常见的磁场 备用习题 备用习题 1 多选 关于磁感线的概念 以下说法中正确的是 a 磁感线上各点的切线方向就是各点的磁感应强度b的方向b 磁场中两条磁感线不可能相交c 磁感线从磁铁的n极发出 终止于磁铁的s极上 是一条不封闭的曲线d 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 3 几种常见的磁场 备用习题 解析 ab根据磁感线的定义可知 磁感线上各点的切线方向就是各点的磁感应强度b的方向 选项a正确 磁感线的切线方向表示该点磁场的方向 若磁感线相交 则同一点的切线方向有两条 这与磁场的实际情况不符 选项b正确 磁感线是没有起点和终点的闭合曲线 选项c错误 磁感线并不是实际存在的曲线 选项d错误 3 几种常见的磁场 备用习题 2 有一束电子流沿x轴正方向高速运动 如图所示 电子流在z轴上的p点所产生的磁场方向是沿 a 沿y轴正方向b 沿y轴负方向c 沿z轴正方向d 沿z轴负方向 3 几种常见的磁场 备用习题 解析 a由于电子流沿x轴正方向高速运动 所形成的等效电流沿x轴负方向 由安培定则可得 电子流在p点处产生的磁场方向应该沿y轴正方向 选项a正确 3 几种常见的磁场 备用习题 3 两个相同的绝缘导线环环面垂直放置 若通以如图所示的电流 则球心处的磁感应强度b的方向 a 沿纸面向上b 沿纸面向下c 穿入纸内斜向下d 垂直纸面向内 3 几种常见的磁场 备用习题 解析 c球心处的磁感应强度为两个圆环电流所产生的磁场的合磁感应强度 其中竖直圆环产生的磁场的方向垂直于纸面向里 水平圆环产生的磁场的方向竖直向下 选项c正确 3 几种常见的磁场 备用习题 4 如图所示 两根互相平行的长直导线分别过纸面上的m n两点 且与纸面垂直 导线中通有大小相等 方向相反的电流 a o b在m n的连线上 o为mn的中点 c d位于mn的中垂线上 且a b c d到o点的距离均相等 关于以上几点处的磁场 下列说法正确的是 a o点处的磁感应强度为零b a b两点处的磁感应强度大小相等 方向相反c c d两点处的磁感应强度大小相等 方向相同d a c两点处磁感应强度的方向不同 3 几种常见的磁场 备用习题 3 几种常见的磁场 备用习题 解析 c由安培定则可知 两导线在o点产生的磁场均竖直向下 合磁感应强度一定不为零 选项a错误 由安培定则可知 两导线在a b两处产生磁场的方向均竖直向下 由于对称性 电流m在a处产生磁场的磁感应强度等于电流n在b处产生磁场的磁感应强度 同时电流m在b处产生磁场的磁感应强度等于电流n在a处产生磁场的磁感应强度 所以a b两处磁感应强度的大小相等 方向相同 选项b错误 根据安培定则 两导线在c d两处产生的磁场的方向垂直于c d两点与导线的连线方向向下 且产生的磁场的磁感应强度的大小相等 由平行四边形定则可知 c d两点处的磁感应强度的大小相等 方向相同 选项c正确 a c两处磁感应强度的方向均竖直向下 选项d错误 3 几种常见的磁场 备用习题 5 如图所示 匀强磁场的磁感强度为b 2 0t 方向沿z轴正方向 且ab 40cm bc 30cm ae 50cm 则通过面积s1 abcd s2 befc s3 aefd 的磁通量 1 2 3分别是 3 几种常见的磁场 备用习题 答案 00 18wb0 18wb 解析 因abcd与磁场平行 故 1 0 befc与磁场垂直 又ab 40cm ae 50cm 根据勾股定理可得be 30cm 则 2 bs2 2 0 0 3 0 3wb 0 18wb 因aefd在垂直z轴方向的投影为s2 所以 3 2 0 18wb 3 几种常见的磁场 自我检测 自我检测 1 电流的磁场分布 图3 3 11为电流产生磁场的分布图 正确的分布图是 a b c d c 解析 由安培定则可以判断出直线电流产生的磁场方向 正确 错误 和 为环形电流 注意让弯曲的四指指向电流的方向 可判断出 错误 正确 正确选项为c 3 几种常见的磁场 自我检测 2 磁通量的变化 如图3 3 12所示 通有恒定电流的导线mn与闭合金属框共面 第一次将金属框由 平移到 第二次将金属框绕cd边翻转到 设先后两次通过金属框的磁通量变化分别为 1和 2 则 a 1 2b 1 2c 1 2d 不能判断 3 几种常见的磁场 自我检测 3 几种常见的磁场 自我检测 3 安培定则应用 通电螺线管内有一在磁场力作用下静止的小磁针 磁针指向如图3 3 13所示 则 a 螺线管的p端为n极 a接电源的正极b 螺线管的p端为n极 a接电源的负极c 螺线管的p端为s极 a接电源的正极d 螺线管的p端为s极 a接电源的负极 3 几种常见的磁场 自我检测 3 几种常见的磁场 自我检测 4 磁感应强度的叠加 如图3 3 14所示 两根相互平行的长直导线分别通有方向相反的电流i1和i2 且i1 i2 m为导线某一横截面所在平面内的一点 且m点到两导线的距离相等 图中有四个不同的方向a b c和d 则m点的磁感应强度的方向可能为图中的 a a方向b b方向c c方向d d方向 3 几种常见的磁场 自我检测 c 解析 直线电流周围的磁感应强度随电流的增大而增大 随距直线电流距离的增大而减小 结合平行四边形定则 可知c选项正确 3 几种常见的磁场 自我检测 4 通电导线在磁场中受到的力 4 通电导线在磁场中受到的力 4 通电导线在磁场中受到的力 教学目标 教学目标 4 通电导线在磁场中受到的力 重点难点 重点 安培力的方向确定和安培力大小的计算 难点 左手定则的运用 尤其是当电流和磁场不垂直时 左手定则如何变通使用 重点难点 安培力的方向和大小是重点 弄清安培力 电流 磁感应强度三者方向的空间关系是难点 安培力的方向一定与电流 磁感应强度方向垂直 但电流方向与磁感应强度的方向可以成任意角度 当电流方向与磁感应强度的方向垂直时 安培力最大 对此学生常常混淆 空间想象能力对本节学习至关重要 要使学生能够看懂立体图 熟悉各种角度的侧视图 俯视图和剖面图 需要一定的巩固训练 建议用实验观察法 逻辑推理法 讲解法等教学方法 教学建议 4 通电导线在磁场中受到的力 教学建议 4 通电导线在磁场中受到的力 新课导入 导入一 引入新课 复习引入让学生回忆在第二节中讲到的通电导线在磁场中受力大小与什么因素有关 教师讲述 我们已经初步了解磁场对通电导线的作用力 安培在这方面的研究做出了杰出的贡献 为了纪念他 人们把通电导线在磁场中所受的作用力叫作安培力 这节课我们对安培力作进一步的讨论 新课导入 4 通电导线在磁场中受到的力 新课导入 4 通电导线在磁场中受到的力 新课导入 4 通电导线在磁场中受到的力 知识必备 知识必备 知识点一安培力1 定义 人们把 在磁场中受到的力称为安培力 2 单位 牛顿 符号为n 3 大小 f 4 左手定则 伸开左手 使拇指与其余四指垂直 并且都与手掌在同一平面内 让磁感线从掌心进入 并使四指指向电流的方向 这时 所指的方向就是通电导线所受安培力的方向 通电导线 bilsin 拇指 4 通电导线在磁场中受到的力 知识必备 知识点二磁电式电流表1 电流表是测定 强弱和方向的电学仪器 2 常用的磁电式仪表的结构在一个磁性很强的蹄形永久磁铁的两极间有一个固定的圆柱形铁芯 在其外面套有一个可以绕轴转动的铝框 上面绕有线圈 它的转轴上装有两个螺旋弹簧和一个指针 线圈的两端分别接在这两个螺旋弹簧上 电流 4 通电导线在磁场中受到的力 学习互动 考点一安培力方向的判定 想一想 静电力与电场强度的方向在同一直线上 安培力和磁感应强度的方向也在同一直线上吗 怎样判定安培力的方向 学习互动 要点总结 电流所受的安培力的方向既跟磁场的方向垂直 又跟电流的方向垂直 所以安培力总是垂直于磁感线和通电导线所确定的平面 f b f l 但l与b不一定垂直 4 通电导线在磁场中受到的力 学习互动 例1如图3 4 1所示 两条导线相互垂直 但相隔一段距离 其中导线ab固定 导线cd能自由运动 当两导线中通入图示方向的电流时 导线cd将 从纸外向纸内看 a 顺时针方向转动同时靠近导线abb 逆时针方向转动同时离开导线abc 顺时针方向转动同时离开导线abd 逆时针方向转动同时靠近导线ab 4 通电导线在磁场中受到的力 学习互动 4 通电导线在磁场中受到的力 学习互动 例2如图3 4 2所示 把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁的n极附近 磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面 当线圈内通入图示方向的电流后 线圈如何运动 4 通电导线在磁场中受到的力 学习互动 4 通电导线在磁场中受到的力 学习互动 考点二安培力的计算 想一想 你想探究电流天平的工作原理吗 你想知道电流表的工作原理吗 电流在磁场里的受力与哪些因素有关 4 通电导线在磁场中受到的力 学习互动 要点总结 在磁感应强度为b的匀强磁场中 长为l的导体通入电流i 1 若磁场和电流垂直 则f bil 2 若磁场和电流平行 则f 0 3 若磁场和电流成 角 如图3 4 3甲所示 可将磁感应强度b正交分解成b bsin 和b bcos 则f bilsin 4 通电导线在磁场中受到的力 学习互动 公式f bil中的l为导线垂直于磁场方向的有效长度 如图乙所示 半径为r的半圆形导线与磁场b垂直放置 当导线中通以电流i时 导线的等效长度为2r 故安培力f bil 2bir 4 通电导线在磁场中受到的力 学习互动 例3如图3 4 4所示 质量为m的导体棒ab静止在水平导轨上 导轨宽度为l 已知电源的电动势为e 内阻为r 导体棒的电阻为r 其余电阻不计 磁场方向垂直导体棒斜向上与水平面的夹角为 磁感应强度为b 求轨道对导体棒的支持力和摩擦力 4 通电导线在磁场中受到的力 学习互动 4 通电导线在磁场中受到的力 学习互动 例4如图3 4 5所示 两平行金属导轨间的距离为l 0 40m 金属导轨所在的平面与水平面夹角为 37 在导轨所在平面内 分布着磁感应强度大小为b 0 50t 方向垂直于导轨所在平面向上的匀强磁场 金属导轨的一端接有电动势为e 4 5v 内阻为r 0 50 的直流电源 现把一个质量为m 0 040kg的导体棒ab放在金属导轨上 导体棒恰好静止 导体棒与金属导轨垂直且接触良好 导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻r0 2 5 金属导轨电阻不计 g取10m s2 已知sin37 0 60 cos37 0 80 求 4 通电导线在磁场中受到的力 学习互动 1 通过导体棒的电流 2 导体棒受到的安培力大小 3 导体棒受到的摩擦力 4 通电导线在磁场中受到的力 学习互动 4 通电导线在磁场中受到的力 学习互动 4 通电导线在磁场中受到的力 备用习题 1 如图所示 均匀绕制的螺线管水平放置 在其正中心的上方附近用绝缘绳水平吊起通电直导线a a与螺线管垂直 a导线中电流的方向垂直于纸面向里 当开关s闭合后 a受到通电螺线管的磁场的作用力的方向是 a 水平向左b 水平向右c 竖直向下d 竖直向上 备用习题 4 通电导线在磁场中受到的力 备用习题 解析 d先用安培定则判断螺线管的磁场方向 在导线a处的磁场方向是水平向左的 再用左手定则判断出导线a受到的安培力的方向是竖直向上的 选项d正确 4 通电导线在磁场中受到的力 备用习题 2 两根互相平行的长直导线位于纸面内 导线中通有大小和方向均相同的电流 如图所示 则导线a b所受的安培力fa fb的方向分别为 a fa向左 fb向右b fa向右 fb向左c fa向纸里 fb向纸外d fa向纸外 fb向纸里 4 通电导线在磁场中受到的力 备用习题 解析 b导线a在导线b处产生的磁场的方向垂直于纸面向里 由左手定则可以判断出导线b所受的安培力方向向左 同理可以判断出导线a所受的安培力方向向右 选项b正确 4 通电导线在磁场中受到的力 备用习题 4 通电导线在磁场中受到的力 备用习题 4 通电导线在磁场中受到的力 备用习题 4 通电导线在磁场中受到的力 备用习题 4 通电导线在磁场中受到的力 备用习题 4 通电导线在磁场中受到的力 备用习题 4 通电导线在磁场中受到的力 自我检测 1 左手定则应用 如图3 4 6所示 把一重力不计可自由运动的通电直导线ab水平放在蹄形磁铁磁极的正上方 当通以图示方向的电流时 导线的运动情况是 从上往下看 a 顺时针方向转动 同时下降b 顺时针方向转动 同时上升c 逆时针方向转动 同时下降d 逆时针方向转动 同时上升 自我检测 c 解析 把电流分为两部分 左半部分受力方向向外 右半部分受力方向向里 从上往下看 通电导线将沿着逆时针方向转动 当导线转过一个小角度时 电流受力向下 导线将向下运动 选项c正确 4 通电导线在磁场中受到的力 自我检测 4 通电导线在磁场中受到的力 自我检测 2 左手定则应用 如图3 4 7所示 表示磁场对直线电流的作用 其中正确的是 a 解析 应用左手定则 a中力的方向竖直向上 a正确 b中导线不受力 c中安培力竖直向上 d中安培力垂直纸面向外 b c d都错误 4 通电导线在磁场中受到的力 自我检测 4 通电导线在磁场中受到的力 自我检测 3 等效长度的理解 如图3 4 8所示 长为2l的直导线折成边长相等 夹角为60 的v形 并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中 磁感应强度为b 当在该导线中通以大小为i的电流时 该v形通电导线受到的安培力大小为 a 0b 0 5bilc bild 2bil 4 通电导线在磁场中受到的力 自我检测 c 解析 v形导线通入电流i时每条边受到的安培力大小均为bil 方向分别垂直于导线斜向上 再由平行四边形定则可得其合力f bil 选项c正确 4 通电导线在磁场中受到的力 自我检测 4 左手定则综合应用 如图3 4 9所示 长为l的金属杆ab被两根竖直的金属丝由静止吊起 金属杆ab处在方向垂直纸面向里的匀强磁场中 当金属杆中通有方向a b的电流i时 每根金属丝的拉力大小为f 当金属杆通有方向b a的电流i时 每根金属丝的拉力大小为2f 求磁场的磁感应强度b的大小 4 通电导线在磁场中受到的力 自我检测 5 运动电荷在磁场中受到的力 5 运动电荷在磁场中受到的力 5 运动电荷在磁场中受到的力 教学目标 教学目标 1 知道什么是洛伦兹力 利用左手定则判断洛伦兹力的方向 2 知道洛伦兹力大小的推导过程 3 掌握垂直进入磁场方向的带电粒子所受洛伦兹力大小的计算 4 了解v和b垂直时的洛伦兹力大小及方向判断 理解洛伦兹力对电荷不做功 5 了解电视显像管的工作原理 5 运动电荷在磁场中受到的力 重点难点 重点 1 利用左手定则会判断洛伦兹力的方向 2 掌握垂直磁场方向进入磁场的带电粒子受到的洛伦兹力大小的计算 难点 1 洛伦兹力对带电粒子不做功 2 洛伦兹力方向的判断 重点难点 本节教材的重点是洛伦兹力的大小 方向和产生条件 其中公式f qvbsin 的推导和应用是个难点 由于洛伦兹力是属于微观的力学范畴 抽象是突出的特点 因此充分借助实验和已有的知识来搭桥铺路是十分重要的一环 本课时采用实验为先导的教学方法 目的是化抽象为具体 使学生对洛伦兹力产生鲜明的间接感性认识 从而激发学生的学习兴趣 在解决重点知识上采用实验 诱导 点拨 思考 讲解 自推等方法充分调动学生思维积极性 提高教学效果 对于难点的处理采取由事实出发进行猜想 推理 推论 实验的过程 实际上是由实验验证推论 推论证明推理进而证实猜想 教学建议 5 运动电荷在磁场中受到的力 教学建议 5 运动电荷在磁场中受到的力 新课导入 导入一 引入新课 复习引入前面我们学习了磁场对电流的作用力 下面思考两个问题 1 如何判定安培力的方向 让学生上黑板做 若已知图中 b 4 0 10 2t 导线长l 10cm i 1a 求导线所受的安培力大小 新课导入 学生解答 解 f bil 4 10 2t 1a 0 1m 4 10 3n答 导线受的安培力大小为4 10 3n 5 运动电荷在磁场中受到的力 新课导入 2 什么是电流 学生答 电荷的定向移动形成电流 教师讲述 磁场对电流有力的作用 电流是由电荷的定向移动形成的 我们会想到 这个力可能是作用在运动电荷上的 而安培力是作用在运动电荷上的力的宏观表现 演示实验 观察磁场阴极射线在磁场中的偏转 95页图3 5 1 实验 课件 5 运动电荷在磁场中受到的力 新课导入 教师 说明电子射线管的原理 说明阴极射线是灯丝加热放出电子 电子在加速电场的作用下高速运动而形成的电子流 轰击到长条形的荧光屏上激发出荧光 可以显示电子束的运动轨迹 磁铁是用来在阴极射线周围产生磁场的 还应明确磁场的方向 实验结果 在没有外磁场时 电子束沿直线运动 蹄形磁铁靠近电子射线管 发现电子束运动轨迹发生了弯曲 学生用左手定则判断电子束的弯曲方向 学生分析得出结论 磁场对运动电荷有作用 引出新课 5 运动电荷在磁场中受到的力 新课导入 导入二 引入新课 如图所示 ab导体杆的两端分别用细线悬挂于o1 o2两点 ab导体杆处于竖直向下的匀强磁场中 提问 当开关闭合时 原本处于静止状态的导体杆状态将如何 通电直导线在垂直于自身的匀强磁场中会受到安培力的作用 依据左手定则 ab导体杆受到一个垂直黑板向里的安培力 因此ab导体杆将向黑板里的方向运动 5 运动电荷在磁场中受到的力 新课导入 5 运动电荷在磁场中受到的力 新课导入 那么 安培力产生的本质原因是什么呢 开关的闭合与断开关系到导体杆是否受到安培力 开关的闭合与断开到底有什么本质上的不同 开关闭合后 ab中有定向移动的电荷 此时ab导体杆受到安培力 开关断开后 ab中没有定向移动的电荷 ab导体杆不受安培力 5 运动电荷在磁场中受到的力 新课导入 5 运动电荷在磁场中受到的力 知识必备 知识必备 知识点一洛伦兹力的方向1 运动电荷在磁场中所受的力 叫作洛伦兹力 2 洛伦兹力的方向 使用左手定则判定 判定方法 伸开左手 使拇指与其余四个手指垂直 并且都与手掌在同一个平面内 让磁感线从掌心进入 并使四指指向 的方向 这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向 负电荷所受洛伦兹力的方向与正电荷所受洛伦兹力的方向相反 正电荷运动 5 运动电荷在磁场中受到的力 知识必备 知识点二洛伦兹力的大小设磁场的方向与电荷运动的方向垂直 则洛伦兹力公式为f qvb 当v 0 即电荷与磁场无相对运动时 f 0 这表明了一个重要结论 磁场只对相对于磁场运动的电荷有作用力 而对相对于磁场静止的电荷没有作用力 5 运动电荷在磁场中受到的力 知识必备 知识点三电视显像管的工作原理1 显像管的工作原理 电视机显像管应用了电子束磁偏转的道理 2 整个屏幕发光的原因 显像管中的电子枪打出的电子撞击到 在偏转区的水平方向和竖直方向都加有偏转磁场 其方向 强弱都周期性变化 使得电子束打在荧光屏上的光点按照一定规律不断 我们感到整个荧光屏都在发光 荧光屏 移动 5 运动电荷在磁场中受到的力 学习互动 考点一洛伦兹力的方向 想一想 磁场对电流有力的作用 而电流是由运动电荷的定向移动产生的 那么 这个力是不是作用在运动电荷上的呢 磁场对运动电荷是否有力的作用呢 若有力的作用 其方向怎么判定呢 学习互动 要点总结 由于电流方向规定为正电荷定向移动的方向 所以用左手定则判断洛伦兹力方向时 四指应该指向正电荷运动的方向 磁场的方向可以和电荷的运动方向不垂直 但洛伦兹力一定既垂直于电荷的运动方向 又垂直于磁感应强度方向 即垂直于速度方向和磁感应强度方向所构成的平面 5 运动电荷在磁场中受到的力 学习互动 例1 多选 如图3 5 1所示 一阴极射线管左侧不断有电子射出 若在管的正下方放一通电直导线ab时 发现射线的运动轨迹向下弯曲 则 a 导线中的电流方向为从a到bb 导线中的电流方向为从b到ac 要使电子束的径迹向上弯曲 可以通过改变ab中的电流方向来实现d 电子束的运动轨迹与ab中的电流方向无关 5 运动电荷在磁场中受到的力 学习互动 bc 解析 电子在通电直导线产生的磁场中运动 无论直导线中的电流方向如何 电子的运动方向都和磁感应强度的方向垂直 根据左手定则 由于是负电荷 四指应指向左方 根据电子的偏转方向可以确定磁感应强度的方向为垂直纸面向里 根据安培定则 导线中的电流方向为从b到a 如果导线中的电流方向相反 则其产生的磁场方向也相反 会影响到电子的偏转方向 故选项b c正确 5 运动电荷在磁场中受到的力 学习互动 例2如图3 5 2所示 电子枪射出的电子束进入示波管 在示波管正下方有竖直放置的通电环形导线 则示波管中的电子束将 a 向上偏转b 向下偏转c 向纸外偏转d 向纸里偏转 5 运动电荷在磁场中受到的力 学习互动 a 解析 环形导线在示波管处产生的磁场方向为垂直纸面向外 由左手定则可判断 电子受到的洛伦兹力向上 故选项a正确 5 运动电荷在磁场中受到的力 学习互动 5 运动电荷在磁场中受到的力 学习互动 考点二洛伦兹力及其特点 想一想 运动电荷所受的洛伦兹力与速度有何关系 它是否能改变电荷的速度呢 要点总结 1 洛伦兹力的方向既垂直于磁场的方向又垂直于速度的方向 即垂直于磁场方向和速度方向构成的平面 2 洛伦兹力对电荷不做功 只改变速度的方向 不改变速度的大小 5 运动电荷在磁场中受到的力 学习互动 例3 多选 如图3 5 3所示 用细线吊一个质量为m的带电绝缘小球 小球处于匀强磁场中 空气阻力不计 小球分别从a点和b点向最低点o运动 当小球两次经过o点时 a 小球的动能相同b 细线所受的拉力相同c 小球所受的洛伦兹力相同d 小球的向心加速度大小相同 5 运动电荷在磁场中受到的力 学习互动 5 运动电荷在磁场中受到的力 学习互动 5 运动电荷在磁场中受到的力 学习互动 考点三洛伦兹力的计算 想一想 安培力是洛伦兹力的宏观体现 能否从安培力入手 推导洛伦兹力的计算公式 5 运动电荷在磁场中受到的力 学习互动 例4如图3 5 5所示 匀强磁场的磁感应强度为b 方向垂直纸面向外 质量为m 带电荷量为q的小球在倾角为 的光滑斜面上由静止开始下滑 若带电小球下滑后某个时刻对斜面的压力恰好为零 问 1 小球的带电性质如何 2 此时小球下滑的速度和位移分别为多大 5 运动电荷在磁场中受到的力 学习互动 5 运动电荷在磁场中受到的力 学习互动 5 运动电荷在磁场中受到的力 备用习题 1 如图所示为电视机显像管偏转线圈的示意图 当线圈通以图示的直流电时 形成的磁场如图所示 一束沿着管颈轴线射向纸内的电子将 a 向上偏转b 向下偏转c 向左偏转d 向右偏转 备用习题 5 运动电荷在磁场中受到的力 备用习题 解析 d电子相对于磁场的运动方向是垂直于纸面向里 根据左手定则可判定选项d正确 5 运动电荷在磁场中受到的力 备用习题 5 运动电荷在磁场中受到的力 备用习题 5 运动电荷在磁场中受到的力 备用习题 5 运动电荷在磁场中受到的力 备用习题 5 运动电荷在磁场中受到的力 备用习题 5 运动电荷在磁场中受到的力 备用习题 5 运动电荷在磁场中受到的力 备用习题 5 在垂直于纸面向里 磁感应强度为b的匀强磁场中 有一个固定在水平地面上的光滑半圆槽 一个带电荷量为 q 质量为m的小球在如图所示位置从静止滚下 小球滚到槽底时对槽底的压力大小等于mg 求圆槽轨道的半径r 5 运动电荷在磁场中受到的力 备用习题 5 运动电荷在磁场中受到的力 自我检测 1 洛伦兹力做功情况 多选 下列有关带电粒子 不计重力 运动的说法中正确的是 a 沿着电场线方向飞入匀强电场 动能一定变化b 沿着磁感线方向飞入匀强磁场 动能一定变化c 垂直于电场线方向飞入匀强电场 动能一定变化d 垂直于磁感线方向飞入匀强磁场 动能一定不变 自我检测 5 运动电荷在磁场中受到的力 自我检测 acd 解析 带电粒子沿电场线运动 静电力做功 粒子动能发生变化 带电粒子垂直于电场线进入匀强电场 做类平抛运动 静电力做功 粒子动能一定变化 带电粒子在磁场中运动 洛伦兹力不做功 动能不变 综上可知 选项a c d正确 5 运动电荷在磁场中受到的力 自我检测 2 左手定则应用 在武汉市某中学操场的上空中停着一个热气球 从它底部脱落一个塑料小部件 下落过程中由于和空气摩擦而带负电 如果没有风 那么它的着地点会落在气球正下方地面位置的 a 东侧b 西侧c 南侧d 北侧 5 运动电荷在磁场中受到的力 自我检测 b 解析 小部件带负电 下落过程受洛伦兹力作用 由左手定则 洛伦兹力向西 它的着地点会落在气球正下方地面位置的西侧