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高中物理新课标版人教版选修3-1精品课件:3[1].0《磁场》(PPT课件可编辑)


新课标人教版课件系列

《高中物理》
选修3-1

第三章 《磁场》

3.1《磁现象和磁场》

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(一)知识与技能 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.知道地球具有磁性。 (二)过程与方法 利用类比法、实验法、比较法使学生通过对磁场的客观认识去 理解磁场的客观实在性。 (三)情感态度与价值观 通过类比的学习方法,培养学生的逻辑思维能力,体现磁现象 的广泛性 二.重点与难点: 重点:电流的磁效应和磁场概念的形成 难点:磁现象的应用 三、教具:多媒体、条形磁铁、直导线、小磁针若干、投影仪

教学目标

东汉王充在《论衡》 中写道:“司南之杓, 投之于地,其柢指南”

最初发现的磁体是被 称为“天然磁石”的 矿物,其中含有主要成 分为Fe3O4,能吸引其 他物体,很像磁铁

电磁炉
电磁炉采用磁场感应电流(又称为涡流)的加热原理, 通过电子线路板组成部分产生交变磁场、当用含铁质锅具底 部放置炉面时,锅具即切割交变磁力线而在锅具底部金属部 分产生交变的电流(即涡流),涡流使锅具铁分子高速无规 则运动,分子互相碰撞、摩擦而产生热能使器具本身自行高 速发热,用来加热和烹饪食物。

磁悬浮列车
磁悬浮列车上装有电磁体,铁路底部则安装线圈。通电 后,地面线圈产生的磁场极性与列车上的电磁体极性总保持 相同,两者“同性相斥”,排斥力使列车悬浮起来。铁轨两 侧也装有线圈,交流电使线圈变为电磁体。它与列车上的电 磁体相互作用,使列车前进。列车头的电磁体(N极)被轨道 上靠前一点的电磁体(S极)所吸引,同时被轨道上稍后一点 的电磁体(N极)所排斥。

复习回顾 1.磁性:能够吸引铁质物体的性质 2.磁体:具有磁性的物体叫磁体

3.磁极:磁体上磁性最强的部分叫磁极
小磁针静止时 指南的磁极叫做南极,又叫S极; 指北的磁极叫做北极,又叫N极 4.磁极间的相互作用: 同名磁极相斥,异名磁极相吸 5.变无磁性物体为有磁性物体叫磁化, 变有磁性物体为无磁性物体叫退磁

【问题】 磁体之间是通过什么发生相互作用 的呢?
磁体之间的相互作用是通过磁场发生的

【联想】 电荷之间是通过什么发生相互作用 的呢?
电荷之间的相互作用是通过电场发生的

电场和磁场一样都是一种物质

一、磁场 1.磁体周围空间存在的一种特殊物质。
磁体
磁场

磁体

磁场和电场一样都是一种客观物质,是客 观存在的,看不见摸不着,但是很多磁现象感知 了它的存在.在同一空间区域,可以有几个磁场 共同占有,实物做不到

【问题】 是否只有磁铁周围才存在磁场?

二、电流的磁效应

奥斯特实验

奥斯特实验
1、实验装置如图 2、实验现象 当给导线通电时,与导线 平行放置的小磁针发生转动 3、注意事项:导线应沿南北方向水平放置 4、实验结论:通电导线周围存在磁场,即电流 可以产生磁场

一、磁场 1.磁体周围空间存在的一种特殊物质。
磁体
磁场

磁体

2.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.

3.磁场与电流之间的相互作用 结论: 磁体对通电导体有 力的作用 问题: 磁体和通电导体之间 的相互作用力是通过什么 发生的呢?

问题: 磁体和通电导体之间的相互作用力是通过 什么发生的呢?

电流

磁场

磁体

电流的磁效应: 电流能在周围空间产生磁场. 问题:电流与电流之间是否有力的作用? 结论:同向电流相互吸引。 结论:反向电流相互排斥。 问题: 电流和电流之间的相互作用力是 通过什么发生的呢?

电流

磁场

电流

三、磁场的基本性质
磁场对放入其中的磁体或通电导 体会产生磁力作用。 (磁体之间、磁体与通电导体之 间、通电导体与通电导体之间的相互 作用都是通过磁场发生的)

四、地磁场
1.地球是一个巨大的磁体
2.地球周围空间存在的磁场叫地磁场 3.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,但两者 并不完全重合,它们之间 的夹角称为磁偏角 4.磁偏角的数值在地球上 不同地方是不同的

下列关于磁场的说法中,正确的是 ( BCD ) A.磁场跟电场一样,是人为假设的 B.磁极或电流在自己周围的空间会产生磁场

C.指南针指南说明地球周围有磁场
D.磁极对磁极的作用、电流对电流的作用都 是通过磁场发生的

下列说法中正确的是 (

AD



A.磁体上磁性最强的部分叫磁极,任何磁体都有两个磁极 B.磁体与磁体间的相互作用是通过磁场而发生的,而磁体 与通电导体间以及通电导体与通电导体之间的相互作用不是 通过磁场发生的 C.地球的周围存在着磁场,地球是一个大磁体,地球的地 理两极与地磁两极并重合 D.磁场是客观存在的一种物质

3.2《磁感应强度》

教学目标
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(一)知识与技能 1.理解和掌握磁感应强度的方向和大小、单位。 2.能用磁感应强度的定义式进行有关计算。 (二)过程与方法 通过观察、类比(与电场强度的定义的类比)使学生理解 和掌握磁感应强度的概念,为学生形成物理概念奠定了坚 实的基础。 (三)情感态度与价值观 培养学生探究物理现象的兴趣,提高综合学习能力。 二、重点与难点: 磁感应强度概念的建立是本节的重点(仍至本章的重点), 也是本节的难点,通过与电场强度的定义的类比和演示实 验来突破难点 三、教具:蹄形磁铁,低压电源,多媒体等。

复习类比 电场的基本性质是什么? 对放入其中的电荷有电场力的作用 如何描述电场的强弱和方向? 电场强度:试探电荷所受电场力跟电荷量的比值 正试探电荷的受力方向 磁场的基本性质是什么? 对放入其中的磁体或通电导体有磁力的作用 如何描述磁场的强弱和方向? 是否类似电场的研究方法,分析磁体或电流在磁场 中所受的力,找出表示磁场强弱和方向的物理量?

如何描述磁场的强弱和方向呢?
电场
电荷q

电场力F

F/q表示电场的强弱
电场强度E

磁场

磁体 电流

磁场力F

磁场的强弱 磁感应强度 磁场强度

描述磁场的强弱和方向

一、磁感应强度的方向
电场 正试探电荷的受力方向

磁场

小磁针N极的受力方向 磁体或电流的受力方向

物理学规定: 小磁针N极(北极)的受力方向或小磁针静止 时N极的指向,规定为该点的磁场方向, 即 磁感应强度的方向

观察小磁针北极指向→归纳方向

问题:磁感应强度的大小能否从小磁针受力的 情况来研究?

不能.因为N极不能单独存在。小磁针 静止时所受的合力为零,因而不能用测量N 极受力的大小来确定磁感应强度的大小
问题:磁场不仅能对磁体有作用力,还对通电 导体有作用力.能否用很小一段通电导体来检 验磁场的强弱?

二、磁感应强度的大小 电流元:很短的一段通电导线中的电流I与导线长度L的 乘积IL. 理想模型
方法:用检验电流元来研究磁场强弱 思考:通电导线受到的磁场力与哪 些因素有关? 导线长度、电流大小、磁场的不同、 放置的位置(导线与磁场方向平行、 垂直及任意夹角受力情况不同) 实验方法:控制变量法 (演示方向问题)实验 方案

实验方案设计
1、保持磁场和通电导线的长度不变,改 变电流的大小。
探究实验

现象:电流越大,导线的偏角越大。 结论:在通电导线的长度和磁场不变时,电流越 大,导线所受的安培力就越大。

2、保持磁场和导线中的电流不变,改变 通电导线的长度。
探究实验

结论:在通电导线的电流和磁场不变时,导线越 长,导线所受的安培力就越大。
学生设计实验方案 逻辑推理

逻辑推理
F ?L

F = B· IL

F

? IL

F ?I

精确的实验研究表明:通电导线与磁场方向垂直时, 它受力的大小既与导线的长度L 成正比,又与导线中 的电流I 成正比,即与I和L的乘积 IL 成正比。
(1)同一磁场中 F

? IL ,比值F/IL为恒量;

(2)不同磁场中,比值F/IL一般不同;

磁感应强度 1、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 2、定义式: 3、单位:

在国际单位制中,磁感应强度的单位是特斯拉,简称特, 国际符号是T 1T=1N/A· m 4、方向: 磁感应强度是矢量, 方向与该点磁场的方向一致

F? B ? IL

理解 1.磁感应强度由通电导线的长度、电流及导线受力决定吗? B与L、I、F无关,与场源和该点在场中的位置有关 2.用B=F/IL计算时,要注意什么问题? 导线电流的方向与磁场方向的关系,要注意两者必须垂直。通电 导线与磁场方向垂直时受到磁场力最大,平行时为零 3.你对电流元如何理解? 如果导线很短很短,B就是导线所在处的磁感应强度. 4.反映什么性质? 物理意义:B是表示磁场强弱和方向的物理量,是描述磁场力的 性质的物理量,是矢量。

5.你认为电场力(磁场力)在方向上与电场强度(磁 感应强度)有何关系?

电场强度方向规定为正电荷受力方向; 磁感应强度方向规定为小磁针北极受力方向, 与电流受力方向垂直。
6.若在某一点同时存在几个磁场,则该点的磁感应强 度B如何?

若某一空间同时存在几个磁场,空间的磁场应 由这几个磁场叠加而成,某点的磁感应强度为 B,则有:B=B1+B2+B3……(矢量和) ,用 平行四边形法则运算

思考
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,跟电流强 度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? 答:这种提法不对.因为实验证明,F和 IL的乘积成正比,故比值(F/IL)在磁 场中某处是一个恒量,它反映了磁场本 身的特性,不随F及IL的变化而变化.

例题
1、下列关于磁感应强度大小的说法中正确的是 ( ) D A.通电导线受磁场力大的地方磁感应强度一定大 B.通电导线在磁感应强度大的地方受力一定大

C.放在匀强磁场中各处的通电导线,受力大小和 方向处处相同 D.磁感应强度的大小和方向跟放在磁场中的通电 导线受力的大小和方向无关

2、下列说法中错误的是(

ABCD )

A.磁场中某处的磁感应强度大小,就是通以电 流I、长为L的一小段导线放在该处时所受磁场 力F与I、L的乘积的比值
B.一小段通电导线放在某处不受磁场力作用, 则该处一定没有磁场

C.一小段通电导线放在磁场中A处时受磁场力 比放在B处大,则A处磁感应强度比B处的磁感 应强度大
D.因为B =F/IL,所以某处磁感应强度的大小 与放在该处的通电小段导线IL乘积成反比

3、一根导线长0.2m,通过3A的电流,

垂直放入磁场中某处受到的磁场力是 6×10-2N,则该处的磁感应强度B的大
小是______;如果该导线的长度和电 0.1T

流都减小一半,则该处的磁感应强度
的大小是_____。 0.1T

4.磁场中放一根与磁场方向垂直的通电导线,它的电流强度是2.5 A,导线长1 cm,它受到的安培力为5×10-2 N,则这个位置的磁 感应强度是多大?

解答:

F 5 ? 10?2 N B? ? ? 2T ?2 IL 2.5A? 1 ? 10 m

5.接上题,如果把通电导线中的电流强度增大到5 A时,这一点的 磁感应强度应是多大?该通电导线受到的安培力是多大? 解答:磁感应强度B是由磁场和空间位置(点)决定的,和导 线的长度L、电流I的大小无关,所以该点的磁感应强度是2 T. 根据F=BIL得,F=2 × 5 × 0.01=0.1N 注意:计算时要统一用国际单位制。

3.3《几种常见的磁场》

教学目标
(一)知识与技能 ? 1.知道什么叫磁感线。 ? 2.知道几种常见的磁场(条形、蹄形,直线电流、 环形电流、通电螺线管)及磁感线分布的情况 ? 3.会用安培定则判断直线电流、环形电流和通电 螺线管的磁场方向。 ? 4.知道安培分子电流假说,并能解释有关现象 ? 5.理解匀强磁场的概念,明确两种情形的匀强磁 场 ? 6.理解磁通量的概念并能进行有关计算
?

(二)过程与方法 ? 通过实验和学生动手(运用安培定则)、类比的 方法加深对本节基础知识的认识。 ? (三)情感态度与价值观 ? 1.进一步培养学生的实验观察、分析的能力. ? 2.培养学生的空间想象能力. ? 二、重点与难点: ? 1.会用安培定则判定直线电流、环形电流及通电 螺线管的磁场方向. ? 2.正确理解磁通量的概念并能进行有关计算 ? 三、教具:多媒体、条形磁铁、直导线、环形电 流、通电螺线管、小磁针若干、投影仪、展示台、 学生电源
?

复习:

在学习电场时为了形象的描述电场强度E的大 小和方向,我们引入了什么物理量?
电场线

电场线有那些特点 (1 )电场线的疏密代表场强的强弱 (2)电场线的切线方向代表场强的方向 (3)在电场中电场线不相交 (4)电场线始于正电荷,终止于负电荷,不闭合 曲线 (5)电场线是假想线,实际不存在

【问题】磁场中各点的磁场方向如 何判定呢?
将一个小磁针放在磁场中某一点, 小磁针静止时,北极N所指的方向,就是 该点的磁场方向.

如何形象地描述磁场中各点的磁场方向? 磁感线: 是在磁场中画出一些有方向 的曲线,使曲线上每一点的切线方向 都跟这点的磁感应强度的方向一致。
C

B A

几种常见磁场磁感线分布

直线电流的磁场的磁感线

安培定则: 用右手握住导线,让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一 致,弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。

直线电流的磁场的磁感线

由直到曲

I

俯视图
侧视图

课堂训练 1、如图所示,一束带电粒子沿水平方向飞过小 磁针的上方,并与磁针指向平行,能使小磁针 的N极转向同学们,那么这束带电粒子可能是 ( BC ) A.向右飞行的正离子束 B.向左飞行的正离子束 C.向右飞行的负离子束 D.向左飞行的负离子束

环形电流周围磁感线

安培定则: 让右手弯曲的四指和环形电流的方向一致, 伸直的大拇指所指的方向就是环形导线 轴线上磁感线的方向。

环形电流周围磁感线

由少到多

俯视图

侧视图

课堂训练

2、如图所示,环形导线周围有三只 小磁针a、b、c,闭合开关S后,三 只小磁针N极的偏转方向是( D ) A、全向里 B、全向外 C、a向里,b、c向外 D、a、c向外,b向里

通电螺旋管周围磁感线

等效

安培定则: 用右手握住螺旋管,让弯 曲的四指所指的方向跟电 流方向一致,大拇指所指 的方向就是螺旋管内部磁 感线的方向。(大拇指指 向螺旋管北极)

练习3:如图所示,当开关闭合时:
(1)判断通电螺线管的磁极;

练习3:如图所示,当开关闭合时:
(1)判断通电螺线管的磁极; (2)指出每个小磁针的N、S极。
N 乙 N N N 丙

S


S

N



练习4:根据图中所示,小磁针所指方向,
画出通电螺线管的绕线情况。
N N

练习4:如图所示,根据小磁针所指方向及
电流方向,画出通电螺线管的绕线情况。
N N

练习5:如图所示,甲乙两个通电螺线管并
排靠近放置,a、b和c、d分别是接线端,电 源的接线端为e、f,现将a、e用导线连好。 若接通电源后,甲乙互相吸引,你看应怎样 连接? 甲 乙
a b c d

e

f

练习5:如图所示,甲乙两个通电螺线管并
排靠近放置,a、b和c、d分别是接线端,电 源的接线端为e、f,现将a、e用导线连好。 若接通电源后,甲乙互相吸引,你看应怎样 连接?
甲 乙 a b c d

e

f

练习5:如图所示,甲乙两个通电螺线管并
排靠近放置,a、b和c、d分别是接线端,电 源的接线端为e、f,现将a、e用导线连好。 若接通电源后,甲乙互相吸引,你看应怎样 连接?
甲 乙 a b c d

e

f

磁感线的特点 1磁感线是假想的,不是真实的。 2磁感线上每一点的切线方向即为该点的磁场 的方向。 3磁感线是闭合曲线。 4磁感线的疏密表示磁场的强弱。 5磁感线不能相交或相切。
思考:磁铁和电流都能产生磁场,它们的磁场 是否有什么联系?

安培分子电流假说
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

磁铁和电流的磁场本质上都是运动电荷产生的

匀强磁场
1、磁场强弱、方向处处相同的磁场

2、匀强磁场的磁感线:是一组相互平行、方向相 同、疏密均匀的直线

亥姆霍兹线圈

磁通量

由点到面

1、定义: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 ,我们把 B 与 S 的乘积叫做穿过这个面 积的磁通量,简称磁通。用字母Φ表示 磁通量。 2、在匀强磁场中,公式为 Φ=BS⊥ S⊥表示某一面积在垂直于磁场方 向上的投影面 3、物理意义:磁通量表示穿过这个面的磁感 线条数。

课堂训练
? 1.如图,线圈平面与水平方向成θ角,磁感应

线竖直向下,设匀强磁场的磁感应强度为B, 线圈面积为S, BScosθ a 则φ=______
b B

c
θ d

磁通量 4、单位:在SI制中是韦伯,简称韦,符号Wb

5、磁通量是有正负的,若在某个面积有方向相反的
磁场通过,求磁通量,应考虑相反方向抵消以后所

剩余的磁通量,即应求该面积各磁通量的代数和.-------标量

磁通量的变化

1磁通量变化ΔΦ=Φ2-Φ1是某两个时刻穿 过某个平面S的磁通量之差,即ΔΦ取决于 末状态的磁通量Φ2与初状态磁通量Φ1的代 数差。 2不能用ΔΦ = (ΔB) /(ΔS)

课堂训练
? 2.如图所示,框架面积为S,框架

平面与磁感应强度为B的匀强磁 场方向垂直,则穿过平面的磁通 BS 量为___,若使框架绕OO’转过60 度角则穿过线框平面的磁通量为 0.5BS ________,若从初始位置转过90 度角,则穿过线框平面的磁通量 0 为_____,若从初始位置转过180 度角,则穿过线框平面的磁通量 -2BS 的变化量为_______

O

O’

3.如图所示,两个同心放置的共面金属圆环a 和b,一条形磁铁穿过圆心且与环面垂 直, 则穿过两环的磁通量φa和φb大小关系为 ( )? A A.均向上,φa>φb B. 均向下,φa<φb? C. 均向上,φa=φb D.均向下,无法比较?

课堂训练

课堂训练
4.如图所示,在三维直角坐标系中,若一束电子沿y 轴正向运动,则由此产生的在z轴上A点和x轴上B 点的磁场方向是( A ) A.A点磁场沿x轴正方向,B点磁场沿z轴负方向 B.A点磁场沿x轴负方向,B点磁场沿z轴正方向 C.A点磁场沿z轴正方向,B点磁场沿x轴负方向 D.A点磁场沿x轴正方向,B点磁场沿z轴正方向

3.4《磁场对通电导线 的作用力》

教学目标
? ? ?

?

?
? ? ?

? ? ? ?

(一)知识与技能 1、知道什么是安培力。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. 3、了解磁电式电流表的内部构造的原理。 (二)过程与方法 通过演示、分析、归纳、运用使学生理解安培力的方向和大小的计算。培 养学生的间想像能力。 (三)情感态度与价值观 使学生学会由个别事物的个性来认识一般事物的共性的认识事物的一种重要 的科学方法.并通过对磁电式电流表的内部构造的原理了解,感受物理知识之 间的联系。 二、重点与难点: 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)。 三、教具:磁铁、电源、金属杆、导线、铁架台、滑动变阻器、多媒体。

安培定则(右手螺旋定则)
1.判断直线电流周围的磁场:

大拇指方向-- 电流方向 四指弯曲方向--周围磁感线环绕方向

2.判断环形电流 周围的磁场: 四指弯曲方向— 电流方向 大拇指方向— 环形电流中心磁场方向

3.判断载流螺线 管的磁场: 四指弯曲方向-电流方向 大拇指方向— 载流螺线管中心 磁场方向

检测题1、图16-2中当电流通过线圈时,磁针将发生偏转, 以下的判断正确的是 ( ) C
A.当线圈通以沿顺时针方向的电流时,磁针N极将指向读者 B.当线圈通以沿逆时针方向的电流时,磁针S极将指向读者 C.当磁针N极指向读者,线圈中电流沿逆时针方向 D.不管磁针如何偏转,线圈中的电流总是沿顺时针方向

一、磁通量
我们将磁感应强度B 与面积S 的乘积,叫做穿 过这个面的磁通量,简称磁通。用φ表示。 即: φ=BS

φ=BS

φ=BS cosθ

在SI单位制中,磁通量的单位为:韦伯(Wb)

【例题】下列各种说法中,正确的是: A.磁通量很大,而磁感应强度可能很小; B.磁感应强度越大,磁通量也越大; C.磁通量小,一定是磁感应强度小; D.磁感应强度很大,而磁通量可能为零。 【答案】AD

安培力——磁场对电流的作用力称为安培力。 一.安培力的方向

左手定则: ——伸开左手,使拇指与四指在同一个平面内并跟四指 这时拇指所指的就是通电导体所受安培力的方向。

垂直,让磁感线垂直穿入手心,使四指指向电流的方向,

【例题1】画出图中第三者的方向。

【答案】由左手定则作答。
× F

F

F F

【注意】安培力的方向永远与导线垂直。

【例题2】画出图中通电导线棒所受安培力的方向。

【答案】由左手定则作答。

【注意】安培力的方向永远与导线垂直。

二.安培力的大小

1.当电流与磁场方向垂直时,F = ILB

2.当电流与磁场方向夹θ角时,F = ILBsinθ

B1

B2

F = ILBsinθ

【例题3】如图所示,两平行光滑导轨相距0.2m,

与水平面夹角为450,金属棒MN的质量为0.1kg,处
在竖直向上磁感应强度为1T的匀强磁场中,电源电

动势为6V,内阻为1Ω,为使MN处于静止状态,则
电阻R应为多少?(其他电阻不计)

【答案】R=0.2Ω

三. 磁电式电表

【说明】 由于磁场对电流的作用力跟电流成正比,因而安培力的

力矩也跟电流成正比,而螺旋形弹簧的扭矩与指针转过的角
度成正比,所以磁电式电表的表盘刻度是均匀的。

课堂练习1、图16-3所示的四种情况, 通电导体均置于匀强磁场中,其中 通电导线不受安培力的是( )

安培力方向总是垂直于磁感线和通电导线 所在的平面,即F ? B,F ? I,但B与I不一
定垂直(与电场力和电场强度方向间有区别)

如图所示,条形磁铁放在水平桌面上,在其正中央 的上方固定一根直导线MN,导线与磁场垂直,给 导线通以由N向M的电流,则: A. 磁铁对桌面的压力减小,不受桌面的摩擦力作用 B. 磁铁对桌面的压力减小,受桌面的摩擦力作用 C. 磁铁对桌面的压力增大,受桌面的摩擦力作用 D. 磁铁对桌面的压力增大,不受桌面的摩擦力作用

A

F

若不在正中央?

如图所示,在倾角为30o 的斜面上,放置两条宽L=0.5m 的光滑平行导轨,将电源、滑动变阻器用导线连接在导 轨上,在导轨上横放一根质量为m=0.2kg的金属棒ab, 电源电动势E=12V,内阻r=0.3Ω,磁场方向垂直轨道 所在平面,B=0.8T。欲使棒ab在轨道上保持静止,滑动 变阻器的使用电阻R应为多大?(g取10m/s2 ,其它电阻 不计) B
B a
30° b

FN
F R E r

二. 磁电式电表 第四节 安培力的应用

【说明】 由于磁场对电流的作用力跟电流成正比,因而安培力的

力矩也跟电流成正比,而螺旋形弹簧的扭矩与指针转过的角
度成正比,所以磁电式电表的表盘刻度是均匀的。

课堂练习1、图16-3所示的四种情况, 通电导体均置于匀强磁场中,其中 通电导线不受安培力的是( )

3.5《磁场对运动电荷 的作用力》

教学目标
?

?

?

? ? ?

(一)知识与技能 1、知道什么是安培力。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. 3、了解磁电式电流表的内部构造的原理。 (二)过程与方法 通过演示、分析、归纳、运用使学生理解安培力的方向 和大小的计算。培养学生的间想像能力。

(三)情感态度与价值观 ? 使学生学会由个别事物的个性来认识一般事物的 共性的认识事物的一种重要的科学方法.并通过对 磁电式电流表的内部构造的原理了解,感受物理 知识之间的联系。 ? 二、重点与难点: ? 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)。 ? 三、教具:磁铁、电源、金属杆、导线、铁架台、 滑动变阻器、多媒体。
?

复习回顾 1、磁场对通电导线的作用力
安培力: 大小:

F ? BIL sin ?
θ为B和I 之间的夹角

方向: 左手定则 运用左手定则判断安培力的方向

B
F I

B I 30 F °

为什么磁场对通电导线有作用力?

复习回顾 1、磁场对通电导线的作用力 安培力: 大小:

F ? BIL sin ?

方向: 左手定则
2、通电导线中的电流是怎样形成的呢? 电荷的定向移动形成的

I ? nqvS

【思考】: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?

让事实说话 电子射线管的原理: 从阴极发射出来电子,在阴阳两极间的高压作用 下,使电子加速,形成电子束,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。 实验现象: 在没有外磁场时,电子束沿直线运动,将蹄形磁 铁靠近阴极射线管,发现电子束运动轨迹发生了弯曲。 结论:磁场对运动电荷有作用。

一、洛伦兹力 运动电荷在磁场中受到的作用力叫做洛伦兹力 为什么磁场对通电导线有作用力? 磁场对电流有安培力的作用,而电流是由电荷定向运 动形成的,且磁场对运动电荷有洛伦兹力的作用.所以磁场 对电流的安培力就是磁场对运动电荷的洛伦兹力的宏观表 现 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

二、洛伦兹力的方向

左手定则:伸开左手,使大拇指和其余四指垂直且处于同 一平面内,把手放入磁场中,让磁感线垂直穿过手心,若四 指指向正电荷运动的方向,那么拇指所指的方向就使正电 荷所受洛伦兹力的方向
F q v -q v

F
如果是负电荷,我们应如何判定洛伦兹力的方向?

训练加固:试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受的 洛伦兹力的方向 F
B v B v 乙

F垂直于纸面 F垂直于纸面 向外 向外 B B v v
丙 丁

F


心得体会
1、以相同速度进入同一磁场的正、负电荷 受到的洛伦兹力方向相反 2、洛伦兹力的方向垂直于v和B组成的平面 F


B

v

三、洛伦兹力大小 【思考】: 洛伦兹力大小可能会与哪些因素有关? 当电荷运动方向跟磁场方向垂直时洛伦兹力 的大小跟三个因素相关:

1.磁感应强度B 2.电荷量q
3.电荷运动快慢v

三、洛伦兹力大小 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

I ? nqvS
I

v v

F安 ? BIL ? B(nqvS) L (3)这段导线内的自由电荷数 (4)每个电荷所受的洛伦兹力 N

? nSL

F

v v

F安 B(nqvS) L F洛 ? ? ? qvB N nSL

三、洛伦兹力大小 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 F洛 ? qvB (v垂直B)
问题:若带电粒子不垂直射入磁场,电子 受到的洛伦兹力又如何呢? F洛 ? qvB sin ?
V

B∥
B

θ为B和v 之间的夹角 F洛
B⊥ θ B∥

B

B⊥

v

三、洛伦兹力大小

当运动电荷的速度v方向与磁感应强度B方 向的夹角为θ,电荷所受的洛伦兹力大小为

F洛 ? qvB sin ?
上式中各量的单位: F洛为N,q为C,v为m/s,B为T 特例:

F洛 ? qvB (v⊥B) F洛 ? 0

(v∥B)

课堂练习 电子的速率v=3×106m/s,垂直射入B=0.10T 的匀强磁场中,它受到的洛伦兹力是多大? 解:因为v垂直B,所以所受洛伦兹力大小

F洛=qvB =1.60×10-19×3×106×0.10N =4.8×10-14N

课堂练习 当一带正电q的粒子以速度v沿螺线管中轴 线进入该通电螺线管,若不计重力,则( CD )

A.带电粒子速度大小改变
B.带电粒子速度方向改变
B

C.带电粒子速度大小不变
D.带电粒子速度方向不变

课堂练习
电荷量为+q的粒子在匀强磁场中运动,下列 说法正确的是( )B

A.只要速度大小相同,所受洛伦兹力就相同
B.如果把+q改为-q,且速度反向,大小不变,则 洛伦兹力的大小方向不变 C.洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直,磁场 方向一定与电荷运动方向垂直 D.粒子的速度一定变化

课堂练习 来自宇宙的质子流,以与地球表面垂直 的方向射向赤道上空的某一点,则这些质子 在进入地球周围的空间时,将( B ) A.竖直向下沿直线射向地面 B.相对于预定地面向东偏转 C.相对于预定点稍向西偏转 D.相对于预定点稍向北偏转
V

思考与讨论:
1.带电粒子在磁场中运动时,洛伦兹力 对带电粒子是否做功? 2.带电粒子在磁场中运动时受洛伦兹力. 而带电粒子在电场中受电场力.那么洛伦兹 力与电场力有何区别?

洛伦兹力的特点 :
1.洛伦兹力的方向既垂直于磁场,又垂直于速度, 即垂直于v和B所组成的平面 2.洛伦兹力只改变速度的方向, 不改变速度的大小

3.洛伦兹力对电荷不做功

课堂练习 半球形光滑绝缘槽处于磁感应强度为B的 匀强磁场中,若将一带正电,电量为q,质量为m 的小球从绝缘槽的右侧最高点由静止释放,求 小球释放后将怎样运动?

洛伦兹力和电场力的区别: 1.电荷在电场中一定受到电场力的作用,与其运动状态 无关;而电荷在磁场中不一定受到磁场力作用,只有相 对于磁场运动且运动方向与磁场方向不平行的电荷才受 磁场力作用。 2.大小:F电=Eq,F洛=Bqvsinθ。

3.电荷所受电场力方向总是平行于电场线的切线方向;而 电荷所受磁场力的方向总是既垂直于磁场方向,又垂直于 运动方向。 4.电场力要对运动电荷做功(电荷在等势面上运动除 外);而电荷在磁场中运动时,磁场力一定不会对电荷 做功。

课堂练习

在图所示的平行板之间,电场强度E和磁感应强度B相 互垂直,具有不同水平速度的带电粒子射入后发生偏转的情 况不同.这种装置能把具有某一特定速度的粒子选择出来, A v? E 所以叫做速度选择器.若带正电粒子入射速度 ,则下列 B 说法正确的是( )
A.粒子动能一定增加,电场力做正功 B.粒子所受洛伦兹力一定增大,洛伦兹力做正功 + C.粒子动能一定减少, 洛伦兹力不做功+ + + + + + + + + + + B D.电场力不做功,洛伦兹力做正功 +q E - - - - - - - - - - - -

课堂练习 半导体靠自由电子(带负电)和空穴(相当于带正电)导电,分 为p型半导体靠自由电子(带负电)和空穴(相当于带正电)导电,分 为p型和n型两种.p型中空穴为多数载流子;n型中自由电子为多数 载流子.用以下实验可以判定一块半导体材料是p型还是n型:将材 料放在匀强磁场中.通以图示方向的电流I.用电压表判定上下两 个表面的电势高低.从而判定判定一块半导体材料是p型还是n型. 试分析原因 B 若上极板电势高.就是p型半导体;若下极板 电势高.就是n型半导体. I

课堂练习
绕有绝缘的通电导线的铁环,电流方向如图所示. 若有一电子束以垂直于纸面向里的速度从O点射入.则 电子的运动轨迹?

向右偏转

向左偏转

向下偏转

向上偏转

四、电视显像管的工作原理 主要构造: 电子枪(阴极)、偏转线圈、

荧光屏等
【思考与讨论】 1.若要使电子束在水平方向偏离中心,打在荧光屏上的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的位置由B逐渐向A点移动, 偏转磁场应该怎样变化?

四、电视显像管的工作原理 原理:
应用电子束磁偏转的道理

思考与讨论:
沿着与磁场垂直的方向射入匀强磁场的 带电粒子,在磁场中将做什么运动?

3.6《带电粒子在 匀强磁场中的运动》

? ? ? ? ?

?
? ?

(一)知识与技能 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理过程. 3、掌握垂直进入磁场方向的带电粒子,受到洛伦兹力大 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 (二)过程与方法 通过观察,形成洛伦兹力的概念,同时明确洛伦兹力与安 培力的关系(微观与宏观),洛伦兹力的方向也可以用左手 定则判断。通过思考与讨论,推导出洛伦兹力的大小公式 F=qvBsinθ。最后了解洛伦兹力的一个应用——电视显像 管中的磁偏转。

教学目标

(三)情感态度与价值观 ? 引导学生进一步学会观察、分析、推理,培养学 生的科学思维和研究方法。让学生认真体会科学 研究最基本的思维方法:“推理—假设—实验验证”。 ? 二、重点与难点: ? 重点:1.利用左手定则会判断洛伦兹力的方向. ? 2.掌握垂直进入磁场方向的带电粒子,受到洛伦 兹力大小的计算. ? 这一节承上(安培力)启下(带电粒子在磁场中的运 动),是本章的重点 ? 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. ? 三、教具:电子射线管、高压电源、磁铁、多媒 体
?

复习:
1、洛伦兹力产生的条件?
2、洛伦兹力的大小和方向如何确定? 3、洛伦兹力有什么特点? 思考: 射入匀强磁场中的带电粒 子将做怎样的运动呢?

一、带电粒子在匀强磁场中的运动

1、理论推导
问题1: 带电粒子平行射入匀强磁场的 运动状态,? (重力不计) 匀速直线运动 带电粒子垂直射入匀强磁场的运 问题2: 动状态? (重力不计)

(1)v⊥B 时 ,洛伦兹力的方向与速度方 向的关系 ——垂直
(2)带电粒子仅在洛伦兹力的作用下,粒 子的速率变化么?能量呢? (3)洛伦兹力的如何变化? (4)从上面的分析,你认为垂直于匀强磁 场方向射入的带电粒子,在匀强磁场中的 运动状态如何?

一、带电粒子在匀强磁场中的运动
1、理论推导

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 问题3:
推导粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的圆 半径r和运动周期T,与粒子的速度v和磁场 的磁感应强度B的关系表达式

带电粒子将在垂直于磁场 的平面内做匀速圆周运动 。

1)、圆周运动的半径

v qvB ? m R

2

mv R? qB
2? m T? qB

2)、圆周运动的周期

2? R T? v

2、实验验证
亥姆霍兹线圈

电 加速电压 选择挡





磁场强弱选择挡

(1)洛伦兹力演示仪
①电子枪:射出电子 ②加速电场:作用是改变电子束出射 的速度 ③励磁线圈(亥姆霍兹线圈):作用 是能在两线圈之间产生平行于两线圈 中心的连线的匀强磁场

(2)实验演示
a、不加磁场时观察电子束的径迹 b、给励磁线圈通电,观察电子束的径迹 c、保持初射电子的速度不变,改变磁感应强 度,观察电子束径迹的变化 d、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

(3)实验结论
①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。
②磁场强度不变,粒子射入的速度增加,轨道半径 也增大。 ③粒子射入速度不变,磁场强度增大,轨道半径减 小。

通过格 雷塞尔气 泡室显示 的带电粒 子在匀强 磁场中的 运动径迹

例题:一个质量为m、电荷量为q的粒子,从 容器下方的小孔S1飘入电势差为U的加速电场, 然后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应 强度为B的匀强磁场中,最后打到照相底片D 上(如图) (1)求粒子进入磁场 时的速率。 (2)求粒子在磁场中 运动的轨道半径。

1 2 加速:qU ? mv 2
mv 1 偏转:R ? ? d qB 2

1 1 R? d ? 2 B

2mU q

二、实际应用 (一)、质谱仪
测量带电粒子的质量或比荷 分析同位素 1.直线加速器

(二)、回旋加速器

1、作用:产生高速运动的粒子 2、原理
1)、两D形盒中有匀强磁场无电场, 盒间缝隙有交变电场。 2)、交变电场的周期等于粒子做匀速 圆周运动的周期。

已知回旋加速器中D形盒内匀强磁场的磁感应 强度大小为B,D形盒的半径为r.今将质量为m、 电量为q的质子从间隙中心处由静止释放,求粒 子在加速器内加速后所能达到的最速度表达式.
3)、粒子最后出加速器的速度大小由盒的半径决定。

3、注意

2? m 1、带电粒子在匀强磁场中的运动周期 T ? qB 跟 运动速率和轨道半径无关,对于一定的带电粒子和 一定的磁感应强度来说,这个周期是恒定的。

2、交变电场的往复变化周期和粒子的运动周 期T相同,这样就可以保证粒子在每次经过交 变电场时都被加速。

如果尽量增强回旋加速器的磁场或加大D 形盒半径,我们是不是就可以使带电粒子获 得任意高的能量吗? 3、由于侠义相对论的限制,回旋加速器只能 把粒子加速到一定的能量。

回旋加速器中磁场的磁感应强度为B,D形盒的半径为 R,用该回旋加速器加速质量为m、电量为q的粒子,设粒 子加速前的初速度为零。求: (1) 粒子的回转周期是多大? (2)高频电极的周期为多 大? (3) 粒子的最大动能是 多大? (4) 粒子在同一个D形盒中相邻两条轨道半径之比 (5)设D形盒的电压为U,盒间距离为d,求加速到最 大动能所需时间

1931年,加利福尼亚大学的劳 伦斯提出了一个卓越的思想,通 过磁场的作用迫使带电粒子沿着 磁极之间做螺旋线运动,把长长 的电极像卷尺那样卷起来,发明 了回旋加速器,第一台直径为27cm的回旋 回速器投入运行,它能将质子 加速到1Mev。 1939年劳伦斯获诺贝尔 物理奖。

1、如图所示,一束电子(电量为e)以速度V垂

直射入磁感应强度为B、宽度为d的匀强磁场,
穿透磁场时的速度与电子原来的入射方向的夹

角为300。求 : (1) 电子的质量m=?
子在磁场中的运动时间t=? e

(2) 电
v θ B d

2、如图所示,在半径为 R 的圆的范围内,
有匀强磁场,方向垂直圆所在平面向

里.一带负电的质量为m电量为q粒子,从A
点沿半径AO的方向射入,并从C点射出磁

场.∠AOC=120o.则此粒子在磁场中运行
的时间t=__________.
B A v O R

(不计重力).

C v

3、如图所示,在直线MN的右侧有磁感应强

度为B的匀强磁场,方向垂直向里。电子(电
量e、质量m)以速度v从MN上的孔A,垂直

于MN方向射入匀强磁场,途
经P点,并最终打在MN上的

M A
θ v P

C点、已知AP连线与速度方向
的夹角为θ,不计重力。求

(1)A、C之间的距离
(2)从A运动到P点所用的时间。
N

4、如图所示,一带正电粒子质量为m,带电量
为q,从隔板ab上一个小孔P处与隔板成45°角

垂直于磁感线射入磁感应强度为B的匀强磁场
区,粒子初速度大小为v,则 (1)粒子经过多长时间再次到达隔板? (2)到达点与P点相距多远?

(不计粒子的重力)
v
a
P

b

5、长为L的水平极板间,有垂直纸面向内的 匀强磁场,如图所示,磁场强度为B,板间距 离也为L,板不带电,现有质量为m,电量为q

的带正电粒子(不计重力),从左边极板间
中点处垂直磁场以速度v平行

极板射入磁场,欲使粒
子不打在极板上,则粒
L

+q

m

v
L

子入射速度v应满足什
么条件?

B


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