高二物理 磁场及其对电流的作用全章讲义课件.ppt

讲义教学案 问题1 磁体之间是通过什么发生相互作用的呢 一 磁场 1 磁场 磁体周围空间存在的一种特殊物质 磁体 磁体 磁场 相关知识 问题2 是否只有磁铁周围才存在磁场 电流的磁效应 电流能在周围空间产生磁场 磁铁不是磁场的唯一来源 演示实验 磁体 电流 磁场 电流 电流 磁场 2 磁场的性质 磁场对放入其中的磁体或通电导体会产生磁力作用 地球的磁场 思考 悬吊着的磁针为什么会指示南北呢 1 地球的周围存在磁场 地球实际上就是一个巨大的磁体 它也有两个磁极 地磁南极和地磁北极 相关知识 2 地磁的北极在地理的南极附近 地磁的南极在地理的北极附近 二者并不重合 把地轴与磁轴之间的夹角叫做地磁偏角 简称磁偏角 在 梦溪笔谈 中指出 方家以磁石磨针锋 则能指南 然常偏东 不全南也 这是世界上关于地磁偏角的最早记载 沈括 1031 1095 二 磁感应强度 相关知识 演示实验 观察小磁针n极的指向 电场方向 正试探电荷的受力方向 磁场方向 研究小磁针的受力方向 物理学中把小磁针静止时n极所指的方向规定为该点的磁感应强度的方向 简称磁场的方向 四种表述方式 1 小磁针静止时n极所指的方向 即n极受力的方向 2 小磁针静止时s极所指的反方向 即s极受力的反方向 3 磁场的方向就是磁感应强度b的方向 4 磁感线的切线方向 放在磁场中的小磁针 定义 在磁场中垂直于磁场方向的通电导线 所受的磁场力f跟电流i和导线长度l的乘积il的比值叫磁感应强度 猜想 通电导线受到的磁场力与哪些因素有关 实验探究 逻辑推理 fil 定义式 单位 在国际单位制中 磁感应强度的单位是特斯拉 简称特 符号是t 1t 1n a m 矢量 磁感应强度是矢量 方向与该点磁场方向相同 运算遵守平行四边形定则 物理意义 描述磁场强弱的物理量 相关知识 对磁感应强度的理解 三 磁感线 1 定义 在磁场中画出的一些曲线 使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁感应强度方向一致 这样的曲线就叫做磁感线 问题 如何形象地描述磁场中各点的磁场方向 实验 模拟磁感线 2 特点1 磁感线是为形象描述磁场而引入的假想曲线 实际并不存在 2 磁感线的疏密表示磁场强弱 3 磁感线上每一点的切线方向即为该点的磁场的方向 4 磁感线闭合而不相交 不相切 也不中断 常见电流的磁场 安培分子环流假说 1 分子电流假说任何物质的分子中都存在环形电流 分子电流 分子电流使每个分子都成为一个微小的磁体 2 安培分子环流假说对一些磁现象的解释 未被磁化的铁棒 磁化后的铁棒 3 磁现象的电本质磁铁的磁场和电流的磁场一样 都是由电荷的运动产生的 课堂练习 安培定则的应用 2011 课标全国卷 为了解释地球的磁性 19世纪安培假设 地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流i引起的 在下列四个图中 正确表示安培假设中环形电流方向的是 解析 试题分析 地球内部磁场方向由北向南 由安培定则可判定电流方向 本题为信息迁移题 关键是抽象出模型 想象赤道为环形电流 则从上往下看 由安培定则可知电流方向为顺时针方向 即自东向西 答案 b 四 通电导线在磁场中受到的力 1 安培力的方向 1 当电流与磁场方向垂直时 f ilb b l 2 安培力的大小 2 当电流与磁场方向夹 角时 f ilbsin 为b与l的夹角 课堂练习 如图所示 导线abc为垂直折线 其中电流为i ab bc l 导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 求导线abc所受安培力的大小和方向 解析 1 弯曲通电导线的有效长度l等于连接曲线两端点直线的长度 相应的电流沿l的始端流向末端 2 任意闭合通电导线的有效长度为零 所受安培力为零 题后反思 讲义教学案 引言 电视机显像管中的电子只是细细的一束 为什么能使整个屏幕发光 从宇宙深处射来的带电粒子 为什么不能直接射地球 为什么只在地球两极形成绚丽多彩的极光 解开这些问题的钥匙就是本节学习的磁场对运动电荷的作用规律 探究一 既然磁场对电流有力的作用 而电流是由电荷的定向移动形成的 那么磁场是否对运动电荷也有作用力呢 1 运动电荷在磁场中受到的力称为洛伦兹力 条件 且和不共线 相关知识 探究二 我们曾经用左手定则判定安培力的方向 能不能用类似的方法判定运动电荷 电子束 的受力方向呢 左手定则 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平面内 让磁感线从掌心进入 并使四指指向正电荷运动的方向 这时拇指所指的方向就是运动正电荷所受洛伦兹力的方向 2 洛伦兹力的方向 说明 安培力和洛伦兹力在本质上属同一种力 安培力是洛伦兹力的宏观表现 洛伦兹力是安培力的微观本质 1 在用左手定则判断运动电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向时 对于正电荷 四指指向电荷的运动方向 但对于负电荷 四指应指向电荷运动的反方向 2 洛伦兹力方向总是与电荷运动方向和磁场方向垂直 即洛伦兹力的方向总是垂直于电荷运动方向和磁场方向所决定的平面 f b v三者的方向关系是f b f v 但b与v不一定垂直 3 由于洛伦兹力始终与速度方向垂直 故洛伦兹力永不做功 探究三 洛伦兹力的大小 推导 设设有一段长为l 横截面积为s的直导线 单位体积内的自由电荷数为n 每个自由电荷的电荷量为q 自由电荷定向移动的速率为v 这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为b的匀强磁场中 求 1 通电导线中的电流 2 通电导线所受的安培力 3 这段导线内的自由电荷数 4 每个电荷所受的洛伦兹力 电荷量为q的粒子以速度v运动时 如果速度方向与磁感应强度方向垂直 那么粒子所受的洛伦兹力为 如果速度方向与磁感应强度方向的夹角为 粒子受到的洛伦兹力又如何呢 b v 3 洛伦兹力的大小 f f安 应用 电视显像管的工作原理 1 构造 电子枪 阴极 偏转线圈 荧光屏等 2 原理 应用电子束磁偏转的原理 电子束在荧光屏上扫描一行之后 迅速返回 虚线 再做下一次扫描 直到荧光屏的下端 速度选择器 速度选择器 如图所示 平行金属板a b之间有一个很强的磁场 将一束等离子体 即高温下电离的气体 含有大量正 负带电粒子 喷入磁场 a b两板间便产生电势差 从而对外供电 这就是磁流体发电机 应用 磁流体发电机 带电粒子在匀强磁场中做圆周运动 理论分析 复位 f 探究四 用洛伦兹力演示仪观察运动电子在磁场中的偏转 1 不加磁场时观察电子束的径迹 2 给励磁线圈通电 在玻璃泡中产生沿两线圈中心连线方向 由纸内指向读者的磁场 观察电子束的径迹 小结 沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子 在匀强磁场中做匀速圆周运动 探究五 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的圆半径 与粒子的速度 磁场的磁感应强度有什么关系 1 保持磁感应强度不变 改变出射电子的速度 观察电子束径迹的变化 2 保持出射电子速度不变 改变