高二物理人教版磁场教案

1、高二物理教案4 通电导线在磁场中受到的力 运动电荷在磁场中受到的力 带点粒子在匀强磁场中的运动 一、教学目标（一）知识与技能1、知道安培力。知道通电导线在磁场中所受安培力的方向与电流、磁场方向都垂直时，它的方向的判断-左手定则。知道左手定则的内容，会用左手定则熟练地判定安培力的方向，并会用它解答有关问题.2、会用安培力公式F=BIL解答有关问题. 知道电流方向与磁场方向平行时，电流受的安培力最小，等于零；电流方向与磁场方向垂直时，电流受的安培力最大，等于BIL.二、重点：安培力的方向确定和大小的计算；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）（一） 复习引入让学生

2、回忆在在第二节中通电导线在磁场中受力大小与什么因素有关。过渡：本节我们将对安培力做进一步的讨论。（二）新课讲解-第四节 、磁场对通电导线的作用力安培力：磁场对电流的作用力.安培力是以安培的名字命名的，因为他研究磁场对电流的作用力有突出的贡献.【演示】 （1）、改变电流的方向，观察发生的现象. 现象 相反的方向运动.（2）、调换磁铁两极的位置来改变磁场方向，观察发生的现象. 现象导体又向相反的方向运动教师引导学生分析得出结论（1）、安培力的方向和磁场方向、电流方向有关系.（2）、安培力的方向既跟磁场方向垂直，又跟电流方向垂直，也就是说，安培力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所在的平面. 如何判断

3、安培力的方向呢？人们通过大量的实验研究，总结出通电导线受安培力方向和电流方向、磁场方向存在着一个规律一一左手定则 左手定则：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且跟手掌在同一个平面内，把手放人磁场中，让磁感线垂直穿人手心，并使伸开的四指指向电流方向，那么，拇指所指的方向，就是通电导线在磁场中的受力方向（如图）。【说明】左手定则是一个难点，涉及三个物理量的方向，涉及三维空间，而学生的空间想像力还不强，所以教师应引导学生如何将三维图形用二维图形表达(侧视图、俯视图和剖面图等等)，还要引导学生如何将二维图形想像成三维图形。-可将右图从侧视图、俯视图和剖面图一一引导学生展示。*一般情形的安培力方向

4、法则介绍结论：电流和磁场可以不垂直，但安培力必然和电流方向垂直，也和磁场方向垂直，用左手定则时，磁场不一定垂直穿过手心，只要不从手背传过就行。*至于大小法则，如果电流和磁场不垂直，则将磁场进行分解，取垂直分量代入公式即可；从这个角度不难理解如果电流和磁场平行，那么安培力是多少？学生为零。引导学生分析判断P99第一题补充练习：判断下图中导线A所受磁场力的方向. 答案：（垂直于纸面向外）【演示】平行通电直导线之间的的相互作用。引导学生区别安培定则和左手定则，并且用这两个定则去解释“平行通电导线之间的相互作用”这一演示实验，解释时应明白左边的通电导线受到的安培力是右边的通电导线所产生的磁场施加的，反

5、之亦然。2、安培力的大小 通电导线（电流为I、导线长为L）和磁场（B）方向垂直时，通电导线所受的安培力的大小：F = BIL（最大） 两种特例：即F = ILB(IB)和F = 0(IB)。一般情况：当磁感应强度B的方向与导线成角时，有F = ILBsin【注意】在推导公式时，要让学生明确两点：一是矢量的正交分解体现两个分量与原来的矢量是等效替代的关系，二是从特殊到一般的归纳的思维方法。（具体推导见P97） 还应该注意的是：尽管公式F=ILB是从公式B=F/IL变形而得的，但两者的物理意义却有不同。公式B=F/IL是根据放置于给定磁场中的给定点上的检验电流(电流元)受力情况，来确定这一位置的磁

6、场的性质，它对任何磁场中的任何点都是适用的。公式F=ILB则是在已知磁场性质的基础上，确定在给定位置上给定的一小段通电直导线的受力情况，在中学阶段，它只适用于匀强磁场。教师应该给学生指出：物理公式在作数学的等价变形时，其物理意义和适用范围将会发生变化。这是应用数学知识解决物理问题时所要引起注意的问题，但却往往被人们所忽视。 应该提醒学生注意安培力与库仑力的区别。电荷在电场中某一点受到的库仑力是一定的，方向与该点的电场方向要么相同，要么相反。而电流在磁场中某处受到的磁场力，与电流在磁场中放置的方向有关，电流方向与磁场方向平行时，电流受的安培力最小，等于零；电流方向与磁场方向垂直时，电流受的安培力

7、最大，等于BIL，一般情况下的安培力大于零，小于BIL，方向与磁场方向垂直。3、磁电式电流表的特点1）表盘的刻度均匀，I。2）灵敏度高，但过载能力差。3）满偏电流Ig，内阻Rg反映了电流表的最主要特性。 3、磁电式电流表（1）电流表的组成及磁场分布请同学们阅读课文，让学生先看清楚磁铁、铝框、线圈、螺旋弹簧、极靴、指针、铁质圆柱等构件，了解它们之中哪些是固定的，哪些是可动的。然后回答.：电流表主要由哪几部分组成的？数分钟后，教师出示实物投影并课件演示-图1学生答电流表由永久磁铁、铁芯、线圈、螺旋弹簧、指针、刻度盘等六部分组成.电流表的组成：永久磁铁、铁芯、线圈、螺旋弹簧、指针、刻度盘.（最基本的

8、是磁铁和线圈）教师提示注意：a、铁芯、线圈和指针是一个整体；b、蹄形磁铁内置软铁是为了（和铁芯一起）造就辐向磁场；c、观察铁芯转动时螺旋弹簧会形变。实物投影课本图2问题电流表中磁场分布有何特点呢？教师讲解电流表中磁铁与铁芯之间是均匀辐向分布的.问题什么是均匀辐向分布呢？教师进一步讲解所谓均匀辐向分布，就是说所有磁感线的延长线都通过铁芯的中心，不管线圈处于什么位置，线圈平面与磁感线之间的夹角都是零度.该磁场并非匀强磁场，但在以铁芯为中心的圆圈上，各点的磁感应强度B的大小是相等的.（2）电流表的工作原理-引导学生弄清楚以下几点：（并请学生自己归纳P98）线圈的转动是怎样产生的? 线圈为什么不一直转

9、下去？为什么指针偏转角度的大小可以说明被测电流的强弱?如何根据指针偏转的方向来确定电路上电流的方向?使用时要特别注意什么?（三）对本节要点做简要小结.磁场对运动电荷的作用力教案一、教学目标1在物理知识方面的要求：了解什么是洛仑兹力。明确通电导线在磁场中的受力是其中运动电荷在磁场中受到洛仑兹力宏观体现。掌握判断洛仑兹力方向的法则。能够推导计算洛仑兹力大二、重点、难点分析1重点使学生理解安培力产生的根本原因是运动粒子在匀强磁场中受到洛仑兹力的作用，并掌握计算洛仑兹力的大小、判断洛仑兹力方向的方法。2推导洛仑兹力大小的计算公式（f=qvBsin）有些抽象，学生不易认识和理解，是教学的难点。四、主要教

10、学过程（一）复习引入新课如图1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外的安培力，因此AB导体杆将向黑板外的方向运动。（二）教学过程设计1分析那么，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。2猜测运动电荷

11、在磁场中会受到磁场力，安培力是大量运动电荷所受到的磁场力的宏观体现。3实验（观察）实验目的是检验我们的猜测。因此，必须先提供运动电荷和磁场。此外，如何显示带电粒子的运动也是需要认真考虑的问题。解决方案：感应圈产生高压，加在机械效应阴极射线管上可观察到叶轮发光并转动。若高压反向，则叶轮向相反方向转动。这样的方法得到带负电的粒子流阴极射线。用改进的装置，直进阴极射线管进行实验。介绍仪器结构后，外加高压，出现一条亮线。加外部磁场并观察现象：亮线发生偏转。猜测得到验证。亮线表示的是带负电粒子流的运动轨迹，在外部磁场的作用下运动方向发生变化，表明其有加速度，进一步判定带负电粒子受到力的作用。改变磁场的方

12、向，观察磁场力的方向。研究磁场方向与磁场力方向的关系并检验左手定则是否适用。4理论推导洛仑兹力：运动电荷在磁场中所受到的力叫做洛仑兹力。依据安培力是大量运动电荷所受到的磁场力的宏观体现，可利用安培力计算单个运动电荷受到的洛仑兹力的大小f。在恒定电流中，自由电荷的定向运动可视为速度为v的匀速运动，引入分析：截取两横截面A和B，当AB导体杆中流过恒定电流I时，经历时间t0，则有N个带电量为q的粒子通过A截面且必定有相同的N即洛仑兹力的大小等于带电粒于的电量q、电荷的速度大小v、磁感应强度B以及速度与磁感应强度方向间夹角的正弦sin的乘积。在q、v保持不变的前提下，洛仑兹力的大小随着磁感应强度的大小

13、以及速度与磁感应强度方向间夹角的变化而变化。=90°即速度方向与磁感应强度垂直，洛仑兹力最大；=0°或=180°即速度方向与磁感应强度方向在一条直线上，电荷受到的洛仑兹力最小，等于零。5几个关键点公式f=qvBsin中， q、v、 B、的含义。q：带电粒子所带电量的绝对值。v：带电粒子运动的速率。B：磁场磁感应强度的大小。：带电粒子运动方向与磁感应强度方向夹角。应用左手定则判断方向时必须让磁感线穿入手心，四指指向正电荷运动的方向，此时拇指所指的方向才是洛仑兹力的方向。若带电粒子所带电性为正，四指指向就是带电粒子运动方向；若带电粒子电性为负，四指

14、指向粒子运动的相反方向。（三）课堂小结本节课主要研究了一种新型的力洛仑兹力。我们知道一切磁现象都可以归结为运动电荷间通过磁场的作用磁现象的电本质。洛仑兹力恰恰是运动电荷在磁场所受到的作用。它的方向仍然服从左手定则，它的大小用公式f=qvBsin计算。安培力实际上是大量规律运动的带电粒子所受洛仑兹力的宏观体现。例1：如图3所示，某一带电粒子垂直射入一个垂直纸面向外的匀强磁场，并经过P点，试判断带电粒子的电性。（负）例2：有一束粒子，其中有正电性的、负电性的还有不带电的粒子，如何区分开它们？（通过一垂直于粒子运动方向的磁场）五、说明洛仑兹力与重力、弹力及摩擦力相比是比较抽象的，理解上也有一定的难度

15、。直接指出该力的产生原因再进行推导，最后由实验验证也完全可以。然而考虑到该力的抽象性，从已知的安培力产生的本质原因入手，来解决这个问题会使学生更容易接受洛仑兹力大小计算式（f=qvBsin）的推导体现了物理与数学两门学科密切的关系，善于利用数学工具解决物理问题是学好物理必不可少的前提条件之一。整体教学过程安排的设想是为了培养学生用分析、猜想、实验（观察）、理论验证的科学方法探求新知识的能力。教案5 带电粒子在匀强磁场中的运动一、教学目标（一）知识与技能1、理解洛伦兹力对粒子不做功. 2、理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度的方向垂直时，粒子在匀磁场中做匀速圆周运动. 3、会推导带电粒子在匀强磁

16、场中做匀速圆周运动的半径、周期公式，并会用它们解答有关问题. 知道质谱仪的工作原理。4、知道回旋加速器的基本构造、工作原理 、及用途 。（二）过程与方法通过综合运用力学知识、电磁学知识解决带电粒子在复合场（电场、磁场）中的问题.培养学生的分析推理能力二、重点：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径和周期公式，并能用来分析有关问题.难点：1.粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动.2.综合运用力学知识、电磁学知识解决带电粒子在复合场中的问题.三、教具：洛伦兹力演示仪、感应线圈、电源、多媒体等四、教学过程：电子论的创始人、相对论中洛伦兹变换的建立者，并因在原子物理中的重要贡献（塞曼效应）获得第二届（

17、1902年）诺贝尔物理学奖。被爱因斯坦称为“我们时代最伟大，最高尚的人”。练习1：下列说法正确的是：( )A. 运动电荷在磁感应强度不为零的地方，一定受到洛伦兹力的作用；B. 运动电荷在某处不受洛伦兹力的作用，则该处的磁感应强度一定为零；C. 洛伦兹力既不能改变带电子粒子的动能，也不能改变带电粒子的加速度；D. 洛伦兹力对带电粒子不做功。（一）复习引入问题1什么是洛伦兹力？磁场对运动电荷的作用力 问题2带电粒子在磁场中是否一定受洛伦兹力？不一定，洛伦兹力的计算公式为F=qvBsin，为电荷运动方向与磁场方向的夹角，当=90°时，F=qvB;当=0°时，F=0. 问题3带电粒

18、子垂直磁场方向进入匀强磁场时会做什么运动呢？今天我们来学习带电粒子在匀强磁场中的运动、质谱仪.（二）新课讲解-第六节、带电粒子在匀强磁场中的运动 【演示】先介绍洛伦兹力演示仪的工作原理，由电子枪发出的电子射线可以使管内的低压水银蒸气发出辉光，显示出电子的径迹。后进行实验.（并说明相关问题104-105页） 教师进行演示实验. 实验现象在暗室中可以清楚地看到，在没有磁场作用时，电子的径迹是直线；在管外加上匀强磁场（这个磁场是由两个平行的通电环形线圈产生的），电子的径迹变弯曲成圆形. 教师引导学生分析得出结论 当带电粒子的初速度方向与磁场方向垂直时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动. 带电粒子垂直进

19、入匀强磁场中的受力及运动情况分析（动态课件）. 一是要明确所研究的物理现象的条件-在匀强磁场中垂直于磁场方向运动的带电粒子。二是分析带电粒子的受力情况，用左手定则明确带电粒子初速度与所受到的洛伦兹力在同一平面内，所以只可能做平面运动。三是洛伦兹力不对运动的带电粒子做功，它的速率不变，同时洛伦兹力的大小也不变。四是根据牛顿第二定律，洛伦兹力使运动的带电粒子产生加速度(向心加速度)出示投影 .电子受到怎样的力的作用？这个力和电子的速度的关系是怎样的？（电子受到垂直于速度方向的洛伦兹力的作用.） .洛伦兹力对电子的运动有什么作用？（.洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小） .有没有其

20、他力作用使电子离开磁场方向垂直的平面？（没有力作用使电子离开磁场方向垂直的平面） .洛伦兹力做功吗？（洛伦兹力对运动电荷不做功）1带电粒子在匀强磁场中的运动 （1）、运动轨迹：沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，粒子在垂直磁场方向的平面内做匀速圆周运动，此洛伦兹力不做功.【注意】带电粒子做圆周运动的向心力由洛伦兹力提供。 通过“思考与讨论”（ 105页），使学生理解带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，的轨道半径r和周期T与粒子所带电量、质量、粒子的速度、磁感应强度有什么关系。 出示投影 一为带电量q，质量为m ,速度为v的带电粒子垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，其半径r和周期T为多大？

21、 问题1什么力给带电粒子做圆周运动提供向心力？洛伦兹力给带电粒子做圆周运动提供向心力 问题2向心力的计算公式是什么？F=mv2/r 教师推导粒子做匀速圆周运动所需的向心力F=m 是由粒子所受的洛伦兹力提供的，所以   qvB=mv2/ r由此得出r=        T= 可得T= （2）、轨道半径和周期带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨道半径及周期公式. 1、轨道半径r =        2、周期T =

22、2m/ qB【说明】： （1）轨道半径和粒子的运动速率成正比. （2）带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期跟轨道半径和运动速率无关. 【讨论】：在匀强磁场中如果带电粒子的运动方向不和磁感应强度方向垂直，它的运动轨道是什么样的曲线？ 分析：当带电粒子的速度分别为垂直于B的分量v1和平行于B的分量v2，因为v1和B垂直，受到洛伦兹力qv1B，此力使粒子q在垂直于B的平面内做匀速圆周运动，v1和B平行，不受洛伦兹力，故粒子在沿B方向上做匀速曲线运动，可见粒子的运动是一等距螺旋运动. 再用洛伦兹力演示仪演示出示投影课本例题 如图所示，一质量为m，电荷量为q的粒子从容器A下方小孔S1飘入电势差

23、为U的加速电场，然后让粒子垂直进入磁感应强度为B的磁场中，最后打到底片D上. (1)粒子进入磁场时的速率。 (2)求粒子在磁场中运动的轨道半径。 解：（1）粒子在S1区做初速度为零的匀加速直线运动.由动能定理知，粒子在电场中得到的动能等于电场对它所做的功，即     由此可得v= . （2）粒子做匀速圆周运动所需的向心力是由粒子所受的洛伦兹力提供，即qvB=m 所以粒子的轨道半径为    r=mv/qB= 教师讲解r和进入磁场的速度无关，进入同一磁场时，r ，而且这些个量中，

24、u、B、r可以直接测量，那么，我们可以用装置来测量比荷或算出质量。 例题在处理上，可以让学生自己处理，教师引导总结。为了加深对带电粒子在磁场中的运动规律的理解，可以补充例题和适量的练习。注意：在解决这类问题时，如何确定圆心、画出粒子的运动轨迹、半径及圆心角，找出几何关系是解题的关键。 例题给我们展示的是一种十分精密的仪器-质谱仪 补充例题: 如图所示，半径为r的圆形空间内，存在着垂直于纸面向里的匀强磁场，一个带电粒子（不计重力），从A点以速度v0垂直磁场方向射入磁场中，并从B点射出，已知AOB=120°，求该带电粒子在磁场中运动的时间。 分析：首先通过已知条件找到

25、 所对应的圆心O，画出粒子的运动轨迹并画出几何图形。 解：设粒子在磁场中的轨道半径为R，粒子的运动轨迹及几何图形如图所示。 粒子在磁场中做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供， 有qvB=mv2/R         由几何关系有：R = r tan60º   粒子的运动周期T =2R/v0         由图可知=60°，得电粒子在磁场中运动的时间  t = T/6&

26、#160;   联立以上各式解得：t= r/3v0 （3）、质谱仪阅读课文及例题，回答以下问题：1.试述质谱仪的结构.2.试述质谱仪的工作原理.3.什么是同位素？4.质谱仪最初是由谁设计的？5.试述质谱仪的主要用途. 阅读后学生回答： 1.质谱仪由静电加速极、速度选择器、偏转磁场、显示屏等组成. 2.电荷量相同而质量有微小差别的粒子，它们进入磁场后将沿着不同的半径做圆周运动，打到照相底片不同的地方，在底片上形成若干谱线状的细条，叫质谱线，每一条对应于一定的质量，从谱线的位置可以知道圆周的半径r，如果再已知带电粒子的电荷量q，就可算出它的质量.

27、3.质子数相同而质量数不同的原子互称为同位素. 4.质谱仪最初是由汤姆生的学生阿斯顿设计. 5.质谱仪是一种十分精密的仪器，是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具.- -（1课时） 【过渡语】先从研究物质微观结构的需要出发提出怎样大量产生高能带电粒子的问题，从而引出早期使用的加速器静电加速器2回旋加速器（1）直线加速器加速原理：利用加速电场对带电粒子做正功使带电的粒子动能增加，即qU =Ek直线加速器的多级加速：教材图365所示的是多级加速装置的原理图，由动能定理可知，带电粒子经N级的电场加速后增加的动能，Ek=q（U1+U2+U3+U4+Un）直线加速器占有的空间范围大，在有限的空间内制造直线加速器受