磁场教材分析

第三章磁场教材分析物理选修3-1北京市和平街第一中学高二物理备课组郭胜利磁场教材分析第1页分析内容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磁场教材分析第2页（1）列举磁现象在生活、生产中应用。了解我国古代在磁现象方面研究结果及其对人类文明影响。关注与磁相关当代技术发展。例1观察计算机磁盘驱动器结构，大致了解其工作原理。《课标要求》磁场教材分析第3页（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了解地磁场分布、改变，以及对人类生活影响。（3）会判断通电直导线和通电线圈周围磁场方向。《课标要求》磁场教材分析第4页（4）【宏观上】经过试验，认识安培力。会判断安培力方向。会计算匀强磁场中安培力大小。例3利用电流天平或其它简易装置，测量或比较磁场力。例4了解磁电式电表结构和工作原理。《课标要求》磁场教材分析第5页（5）【微观上】经过试验，认识洛伦兹力。会判断洛伦兹力方向，会计算洛伦兹力大小。了解电子束磁偏转原理以及在科学技术中应用。例5观察阴极射线在磁场中偏转。例6了解质谱仪和盘旋加速器工作原理。（6）认识电磁现象研究在社会发展中作用。《课标要求》磁场教材分析第6页53电流磁场Ⅰ1.安培力计算只限于电流与磁感应强度垂直情形2.洛伦兹力计算只限于速度与磁场方向垂直情形54磁感线、地磁场Ⅰ55磁性材料、分子电流假说Ⅰ56磁感应强度、磁场对通电直导线作用Ⅱ57磁电式电表原理安培力、安培力方向Ⅰ58洛伦兹力、磁场对运动电荷作用Ⅱ59质谱仪和盘旋加速器Ⅰ《高考要求》发展空间磁场教材分析第7页《会考“理科生”要求》会考会考磁极，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运动（C）质谱仪，盘旋加速器（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运动（C）质谱仪，盘旋加速器（B）磁场教材分析第8页新教科版1.磁现象磁场2.磁感应强度磁通量3.磁场对电流作用——安培力4.磁场对运动电荷作用——洛伦兹力5.洛伦兹力应用新人教版1磁现象和磁场2磁感应强度3几个常见磁场*(Φ)4磁场对通电导线作用力5磁场对运动电荷作用力6带电粒子在匀强磁场中运动“章节编排及划分”磁场教材分析第9页《改变》第三章磁场1磁现象和磁场2磁场对电流作用----安培力3磁感应强度磁通量4磁场对运动电荷作用---洛仑兹力5洛仑兹力应用第三章磁场1磁现象和磁场2磁感应强度磁通量3磁场对电流作用----安培力4磁场对运动电荷作用---洛仑兹力5洛仑兹力应用今年教材3年前教材磁场教材分析第10页第三章磁场1磁现象和磁场2课时2磁场对电流作用----安培力3磁感应强度磁通量4磁场对运动电荷作用---洛仑兹力5洛仑兹力应用课时安排3课时2课时2课时复习课和测验2课时磁场教材分析第11页“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磁场教材分析第12页第一部分简单磁现象现象描述解释本部分重点：1、对磁场认识过程2、安培定则和电流磁场磁场教材分析第13页一、磁现象现象磁场教材分析第14页现象磁场教材分析第15页二、描述1描述条蹄直电流螺线管磁场教材分析第16页6种磁场磁场教材分析第17页匀强磁场描述磁场教材分析第18页同名磁极间、异名磁极间磁感线磁场教材分析第19页

试验表明：磁场不但存在于磁体周围，还存在于电流周围。1．磁场：磁场是存在于磁体或电流周围一个客观存在物质。2．磁场基本性质：对处于它里面磁极或电流有磁场力作用（这种性质叫做磁场含有力性质）。磁场教材分析第20页磁场教材分析第21页磁体磁场磁体电流磁场电流磁体磁场电流三、磁场力产生磁场教材分析第22页FF`磁场教材分析第23页FF`磁场教材分析第24页磁场教材分析第25页（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、电流和电流之间相互作用都是经过磁场来传递。大量试验表明：磁场教材分析第26页四、磁场方向与电流方向关系

从图乙能够看出，直线电流磁场磁感线，是围绕导线一些同心圆。假如用小磁针来判定磁场方向，能够得到下述安培定则。磁场教材分析第27页

1、安培定则（一）用右手握住导线，让伸直大拇指所指方向跟电流方向一致，弯曲四指所指方向就是磁感线围绕方向(图乙)．图甲表示直线电流磁场磁感线分布情况．磁场教材分析第28页

直线电流磁场几个图磁场教材分析第29页环形电流磁场方向演示试验二：观察环形电流磁感线形状。

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，能够看到铁屑所显示模拟磁感线。

假如把小磁针放在环形导线中央，由N极所指方向能够知道环形电流中心附近磁场方向。磁场教材分析第30页

2、安培定则（也叫右手螺旋定则）（二）

让右手弯曲四指和环形电流方向一致，伸直大拇指所指方向就是环形导线中心轴线上磁感线方向。磁场教材分析第31页环形电流磁场几个图磁场教材分析第32页通电螺线管磁感线通电螺线管磁感线方向也可用安培定则来判定

通电螺线管外部磁感线和条形磁铁外部磁感线相同.N磁场教材分析第33页五、对磁场描述11描述磁通量磁通密度物理学史——韦伯（德）要求：穿过垂直于磁感线单位面积磁感线条数等于该处磁感应强度磁场教材分析第34页磁通量是表征磁场分布情况物理量,为电工学中主要物理量.磁通量定义是:穿过某一面积磁感线条数,叫做穿过这个面积磁通量,用符号φ表示磁场高斯定理指出，经过任意闭合曲面磁通量为零。

它表明磁场是无源，不存在发出或会聚磁力线源头或尾闾，亦即不存在孤立磁单极。

磁通密度是经过垂直于磁场方向单位面积磁通量，它等于该处磁场磁感应强度大小B。磁通密度准确地描述了磁感线疏密。

通量概念是描述矢量场性质必要伎俩，通量密度则描述矢量场强弱。磁通量和磁通密度，电通量和电通密度都是如此。

在国际单位制(SI)中，磁通量单位是韦伯(Wb)。磁场教材分析第35页其实，磁通还能够经过下面解释来做定量描述：磁通，是穿过某一截面总磁感应强度总通量，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数值之和，用Ф表示。它反应是在某一截面与该截面垂直方向上磁力作用总量。因为各点数值可能不一样，要求和就得采取积分方法进行，但只要截面形状能够用方程表示，各点磁感应强度改变规律也可用方程表示时，这个磁通详细数值就能够准确计算。磁场教材分析第36页定义中“某个面积”并不是“随意勾画出”，而是所需求解某个面积，是从工程实际需要和实际进行定义。在工程上，经常碰到是磁路，假如从“磁路角度”（即认为磁路中磁场是均匀磁场），上面所说这个面积就是磁路截面积。在工程实际中，我们用到磁通地方都是希望所产生磁通按照我们意愿在某个我们设定路径中经过。所以，我们采取磁导率高称为“铁磁材料”物质组成磁路。使磁通大部分经过磁路，另外不从磁路经过磁通极少，工程上又往往将其忽略不计。所以，这个面积有其实际意义。因为我们所研究磁路能够假设为磁场是均匀，从这个角度说，磁感应强度对面积积分计算就可变成是平均磁感强度与面积乘积计算。即：φ=B×S或B=φ/S。所以，人们在磁路中又将磁感应强度称为磁通密度（注意：这是两个不一样概念，磁感应强度通常在不均匀磁场计算中使用，而磁通密度则在均匀磁场计算中使用）。磁场教材分析第37页练习：将一平面放在不一样处，判断磁通量在各个位置大小关系ab磁场教材分析第38页同一圆环放在不一样位置磁通量大小关系？ab磁场教材分析第39页不一样圆环在通电螺线管中间附近磁通量大小磁场教材分析第40页例、如图所表示，两个同心圆线圈a、b在同一平面内，半径Ra<Rb，一条形磁铁穿过圆心垂直于圆面，穿过两个线圈磁通量分别为Φa和Φb，则…………（）A、Φa>ΦbB、Φa=ΦbC、Φa<Φb

D、无法确定NSab注意（1）磁通量等于穿过平面磁感线净条数；（2）注意区分S是磁场面积还是回路面积。A磁场教材分析第41页ab练习：比较两个圆环平面经过磁通量大小关系平面面积与磁通量大小无关这里平面是指穿过磁感线有效面积磁场教材分析第42页六、磁现象补充解释“磁现象电本质”这个说法轻易给人一个不准确印象，好像物质电属性比磁属性更本质一些。实际上，从微观角度看物质，粒子电荷与磁矩都是它们基本属性，不能笼统地说哪个更本质。所以，似乎用“安培分子电流假说”更为适当。“磁现象电本质”为何放到了“发展空间”？磁场教材分析第43页补充解释磁现象电本质磁场教材分析第44页磁性材料分类硬磁性材料软磁性材料按去磁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磁场教材分析第45页第二部分磁场对通电导线作用力——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：安培力大小计算和方向判断磁场教材分析第46页+-稍稍回顾奥斯特试验安培试验磁场基本性质是对其中磁体或电流有力作用磁场教材分析第47页一、安培力方向磁场教材分析第48页发觉规律1一、安培力方向磁场教材分析第49页得出“左手定则”一、安培力方向磁场教材分析第50页演示试验1二、安培力大小与磁感应强度磁场教材分析第51页猜测：安培力大小与哪些原因相关？磁场强弱程度电流大小通电导线长度

控制变量法通电导线长度：

F∝L电流大小：F∝Ι

F∝ΙL磁场教材分析第52页电场基本特征是什么？怎样来描述电场性质？思索一磁场基本特征是什么？思索二深化分析，升华主题类比联想二、安培力大小与磁感应强度磁场教材分析第53页利用通电电流元测定磁场强弱磁感强度B二、安培力大小与磁感应强度磁场教材分析第54页电场强度E描述电场力学特征：静电场中磁感强度B描述磁场力学特征：磁场中深化分析，升华主题类比联想磁场教材分析第55页观察：通电导线在磁场中受到力BIBI磁场教材分析第56页BIθBI正交分解B磁场教材分析第57页总结:匀强磁场中放置试探直导线时：磁场教材分析第58页？考试说明中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）所受力关于安培力和洛仑兹力，为何要讲F=ILBsin

θ和F=qvBsin

θ这两个公式？

目标在于介绍一个方法：把B沿导线方向和垂直于导线方向分解，分别研究这两个分量作用。这里实际上承袭了力学中已经应用屡次方法（正交分解法）。这也是教科书重视科学方法教育一个表达。磁场教材分析第59页物理学史——特斯拉磁场教材分析第60页及时巩固练习安培力方向判定提议：安培定则与左手定则一起练习磁场教材分析第61页1.电磁炮主要原理如图所表示.1982年澳大利亚国立大学制成能把m=2.2g弹体(包含金属杆CD质量)加速到v=10km／s电磁炮.若轨道宽l=2m，长s=100m，经过电流为I=10A，(轨道摩擦不计).求（1）电磁炮加速度（2）轨道间所加匀强磁场磁感应强度B（3）磁场力最大功率P磁场教材分析第62页αα2.如图所表示，光滑导轨与水平面成α角，导轨宽L。垂直斜面向上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，金属杆恰好能静止。若B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准确方向）。FBFB磁场教材分析第63页B.FF=BILB磁场教材分析第64页Bθ.F=BIL

BF磁场教材分析第65页BθF=BILBF磁场教材分析第66页θBBFF=BIL磁场教材分析第67页安培力及有效长度NS磁场教材分析第68页3：如图所表示，垂直折线abc中通入电流I，，折线所在平面与匀强磁场垂直．匀强磁场磁感应强度为B，求abc折线受到安培力大小和方向．abc方向由左手定则判断，得垂直于ac向上等效长度磁场教材分析第69页电流间相互作用磁场教材分析第70页水银槽内跳舞弹簧磁场教材分析第71页磁场教材分析第72页等效法NS磁场教材分析第73页NSNSF4.条形磁铁放在粗糙水平面上，正中正上方有一导线，通有图示方向电流后，磁铁对水平面压力将会

(增大、减小还是不变？)。水平面对磁铁摩擦力大小为

。F/FFNSF/F磁场教材分析第74页演示试验三、安培力应用磁场教材分析第75页ab三、安培力应用磁场教材分析第76页【说明】

因为磁场对电流作用力跟电流成正比，因而安培力力矩也跟电流成正比，而螺旋形弹簧扭矩与指针转过角度成正比，所以磁电式电表表盘刻度是均匀。三、安培力应用磁场教材分析第77页三、安培力应用磁场教材分析第78页常见直流电动机：【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。磁场教材分析第79页四、安培力微观本质课件磁场教材分析第80页f洛仑兹力大小I

BF安运动电荷在磁场中受到磁场力叫洛仑兹力，安培力是它宏观表现。磁场教材分析第81页第三部分磁场对运动电荷作用力——洛伦兹力现象规律解释巩固提升应用拓展掌握：洛伦兹力大小计算和方向判断磁场教材分析第82页磁场对运动电荷作用力洛伦兹力：演示：阴极射线在磁场中偏转磁场教材分析第83页第三部分磁场对运动电荷作用力——洛伦兹力演示试验洛伦兹力演示仪磁场教材分析第84页第三部分磁场对运动电荷作用力——洛伦兹力总结体会“左手定则”发觉规律磁场教材分析第85页BvfBBvfBB××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××vfvf磁场教材分析第86页讨论：运动电荷在匀强磁场中运动运动电荷在匀强磁场中只受洛仑兹力（或其它力均被平衡）时，其运动有三种形式：当υ⊥B时，所受洛仑力充当向心力，做匀速圆周运动

磁场教材分析第87页洛伦兹（1853—1928）洛伦兹是荷兰物理学家、数学家，1853年7月18日生于阿纳姆。洛伦兹创建了经典电子论，提出了洛伦兹变换公式，19与其学生塞曼共同取得诺贝尔物理学奖。为纪念洛伦兹卓著功勋，荷兰政府决定从1945年起，把他生日定为“洛伦兹节”。物理学史——洛伦兹磁场教材分析第88页发展空间（旧）第三部分磁场对运动电荷作用力——洛伦兹力磁场教材分析第89页课堂练习:判断以下粒子刚进入磁场时所受洛伦兹力方向.FF-qv甲-qv丙+qv乙+qv丁F垂直纸面向里F垂直纸面向外磁场教材分析第90页例、来自宇宙质子流（宇宙射线中一个），以与地球表面垂直方向射向赤道上空某一点，则这些质子在进入地球周围空间时，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磁场教材分析第91页

从太阳或其它星体上放射出宇宙射线中含有高能带电粒子，若抵达地球，对地球上生命将带来危害。

地磁场对直射地球宇宙射线阻挡作用在赤道附近最强，两极地域最弱。地磁场对宇宙射线阻挡作用：思索：你能解释为何极光只在两极出现吗？拓展应用磁场教材分析第92页地磁场作用：（极光）磁场教材分析第93页

洛伦兹力对运动带电粒子不做功，只改变其运动方向。(1)洛伦兹力作用效果B××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××fv+qvfvf(2)轨道半径和周期带电粒子在匀强磁场中圆周运动因为f⊥v，f充当向心力，使粒子做垂直与磁场方向圆周运动巩固提升磁场教材分析第94页问题1：质量为m，电量为q带正电粒子以v0速度射入垂直磁感强度为B匀强磁场中，若不计粒子重力，问带电粒子将作什么运动？为何？

v0带电粒子运动半径和周期是多少？磁场教材分析第95页问题2：速度为零、质量为m

、电量为q正离子经过电压U加速，进入磁感应强度为B匀强磁场，抵达统计它摄影底片上P点。若测得P点到入口处S1距离为x，试求离子质量。S1SUPx磁场教材分析第96页θ问题3：质量为m、带电荷量为q粒子（重力不计），以初速度v垂直于磁场方向，沿与边界成

30°角方向射入磁感应强度为B匀强磁场中。⑴画出粒子运动轨迹。⑵求正负粒子在磁场中运动时间之比。磁场教材分析第97页问题4：若此带电粒子质量m=1.7×10-27kg，电荷量q=1.6×10-19C，以速度v=3.2×106m/s，沿垂直于磁场同时又垂直于磁场边界方向进入匀强磁场中，磁感应强度B=0.17T，磁场宽度L=10cm，求:(1)偏转角θ。(2)出磁场时偏离入射方向距离d。Ldvθ磁场教材分析第98页问题5：在半径为R圆内有匀强磁场，一个电子从A点沿AO方向垂直射入磁场。离开磁场时电子取得60º偏角，试求电子速度和在磁场中运动时间。OvvAUθOPM磁场教材分析第99页学生总结：带电粒子在磁场中

匀速圆周运动处理方法（1）找圆心：①因f⊥v

，f一定指向圆心；②任意一弦中垂线一定过圆心；③两速度方向夹角角平分线一定过圆心。（2）求半径(两个方面)：①物理规律；②由轨迹图得出几何关系方程。磁场教材分析第100页第三部分磁场对运动电荷作用力——洛伦兹力巩固提升带电粒子在匀强磁场中匀速圆周运动找圆心定半径画轨迹添辅助定直角列方程磁场教材分析第101页第三部分磁场对运动电荷作用力——洛伦兹力巩固提升带电粒子在匀强磁场中匀速圆周运动“动态圆”课件强化印象磁场教材分析第102页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盘旋加速器第三部分磁场对运动电荷作用力——洛伦兹力应用拓展磁场教材分析第103页(1)．若要使电子束在水平方向偏离中心，打在荧光屏上Ａ点，偏转磁场应该沿什么方向？(2)．若要使电子束打在Ｂ点，磁场应该沿什么方向？(3)．若要使电子束打在荧光屏上位置由Ｂ逐步向Ａ点移动，偏转磁场应该怎样改变？主要结构:电子枪（阴极）、偏转线圈、荧光屏等应用拓展1、磁偏转与显像管磁场教材分析第104页1、磁偏转与显像管电视机显像管中，电子束偏转是用磁偏转技术实现。电子束经过电压为U加速电场后，进入一圆形匀强磁场区，如图所表示。磁场方向垂直于圆面。磁场区中心为O，半径为r。当不加磁场时，电子束将经过O点而打到屏幕中心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θ，此时磁场磁感应强度B应为多少？磁场教材分析第105页

如图所表示，粒子经加速电场后得到一定速度v0，进入正交电场和磁场，受到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qv0B＝qE，从而选择速度

v0=E/B。2、速度选择器磁场教材分析第106页速度选择器、磁流体发电机3、等离子体发电机磁场教材分析第107页4、磁流体发电机如图所表示，由燃烧室O燃烧电离成正、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电场．两板间形成一定电势差．当qvB=qU/d时电势差稳定U＝Bvd，这就相当于一个能够对外供电电源．电动势？回路电流？稳定流速，外力？磁场教材分析第108页如图所表示，厚度为h、宽为d导体板放在垂直于它磁感应强度为B均匀磁场中，当电流经过导体板时，在导体板上侧面A和下侧面A′之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应。试验表明，当磁场不太强时，电势差U、电流I和B关系为式中百分比系数k称为霍尔系数。设电流I是由电子定向流动形成，电子平均定向速度为v，电量为e，回答以下问题：（1）到达稳定状态时，导体板上侧面A电势

下侧面A′电势（填高于、低于或等于）；（2）电子所受洛伦兹力大小为

；

（3）当导体板上下两侧之间电势差为U时，电子所受静电力大小为

；（4）由静电力和洛伦兹力平衡条件，证实霍尔系数。5、霍耳效应低于磁场教材分析第109页6、质谱仪

v=E/B1

qvB2＝mv2/r

AA磁场教材分析第110页7、盘旋加速器①盘旋加速器中D形盒，它作用是静电屏蔽，使带电粒子在做匀速圆周运动过程中不受电场干扰；②盘旋加速器中所加交变电压频率f，与带电粒子做匀速圆周运动频率相等:③盘旋加速器最终使粒子得到能量，在粒子电量q、质量m和磁感应强度B一定情况下，盘旋加速器半径R越大，粒子能量就越大．磁场教材分析第111页[例题]质量为m，电量为q正离子，在盘旋加速器中运动轨迹如图中虚线所表示。加速器最大半径为R。请回答：（1）加速器加速电场存在于哪个区域？（两D形盒窄缝中）（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，其轨迹是由半径不一样半圆组合而成）~磁场教材分析第112页（3）离子在半径不一样圆周上速率多大？角速度多大？（v=Bqr/m,

=Bq/m）

(4)离子在半径不一样圆周上运动周期相同吗？周期多大？（相同，周期T=2m/q