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1、磁场章节分析本讲稿第一页，共四十九页磁场教学建议磁场教学建议一、本章概述1.知识地位：在初中有关知识基础上，结合电场一章的知识，对比研究磁场：电场磁场，电场强度磁感应强度，电场力磁场力。在安培力知识基础上，研究洛伦兹力；在高一力学的基础上，研究带电粒子的运动规律。本讲稿第二页，共四十九页2.能力要求：较强的对比分析推理能力和空间思维能力。3.与力学知识的结合：应用力学规律解决综合问题。本讲稿第三页，共四十九页第三章第三章 磁场磁场1 磁现象和磁场磁现象和磁场2 磁场对通电导线的作用磁场对通电导线的作用安培力安培力3 磁感应强度、磁通量磁感应强度、磁通量4 磁场对运动电荷的作用力磁场对运动电荷的
2、作用力5 洛仑兹力的应用洛仑兹力的应用本讲稿第四页，共四十九页磁场新旧教材比较内 容 要求 内 容 要求 71电流的磁场72磁感应强度磁感线地磁场73磁性材料分子电流假说74磁场对通电直导线的作用安培力左手定则75磁电式电表原理76磁场对运动电荷的作用，洛伦兹力带电粒子在匀强磁场中的运动77质谱仪，回旋加速器53电流的磁场54 磁感线地磁场55 磁性材料分子电流假说56 磁感应强度、磁场对通电直导线的作用安培力左手定则57 磁电式电表原理58 磁场对运动电荷的作用，洛伦兹力59 质谱仪，回旋加速器 分析：有一定的变化，一个分析：有一定的变化，一个 II 级知识点调为级知识点调为 I 级知识点。
3、级知识点。“带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中的运动”在要求内容中没有，但在说明中确有。在要求内容中没有，但在说明中确有。本讲稿第五页，共四十九页课标要求课标要求1.列举磁现象在生活、生产中的应用。了解我国古代在磁现象方面的研究成功及其对人类的影响。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。3.会判断通电直导线和通电线圈周围的磁场方向。4.通过实验，认识安培力，会判断安培力的方向，会计算匀强磁场中安培力的大小。5.通过实验，认识洛仑兹力，会判断洛仑兹力的方向，会计算洛仑兹力的大小。了解电子束的磁偏转原理以及在科学技术中的应用。6.认识电磁现象的研究在社会发展中的作用
4、。本讲稿第六页，共四十九页第三章第三章 磁场磁场1 磁现象和磁场磁现象和磁场2 磁感应强度磁感应强度3 几种常见的磁几种常见的磁场场4 磁场对通电导线磁场对通电导线的作用力的作用力 5 磁场对运动电荷磁场对运动电荷的作用力的作用力6 带电粒子在匀强带电粒子在匀强磁场中的运动磁场中的运动09会考要求磁极，磁场，地磁场(A)磁感线，磁通量(A)磁感应强度(B)电流的磁场 安培定则(B)分子电流假说(A)安培力，左手定则，磁电式电表(B)洛仑兹力(B)带电粒子在匀强磁场中的运动(C)质谱仪 回旋加速器(B)本讲稿第七页，共四十九页第三章第三章 磁场磁场1 磁现象和磁场磁现象和磁场2 磁感应强度磁感应
5、强度3 几种常见的磁场几种常见的磁场4 磁场对通电导线磁场对通电导线的作用力的作用力 5 磁场对运动电磁场对运动电荷的作用力荷的作用力6 带电粒子在匀强带电粒子在匀强磁场中的运动磁场中的运动10高考要求高考要求71.电流的磁场 72.磁感应强度，磁感线，地磁场I I73.磁性材料，分子电流假说74.磁场对通电导线的作用，安培力，左手定则 75.磁电式电表原理76.磁场对运动电荷的作用，洛仑兹力，带电粒子在匀强磁场中的运动77.质谱仪 回旋加速器 本讲稿第八页，共四十九页二、课时安排二、课时安排第第1节节 1课时课时第第2节节 2课时课时第第3节节 1课时课时第第4节节 1课时课时第第5节节 2
6、课时课时复习课和测验复习课和测验 1课时课时 本讲稿第九页，共四十九页第1节 磁现象和磁场三、教学建议重点：对磁场的认识过程 1.是以实验和事实为基础的探索和研究过是以实验和事实为基础的探索和研究过程；程；(1)磁极间相互作用的实验。(2)奥斯特实验。(3)磁场对电流作用的实验。本讲稿第十页，共四十九页磁体之间是通过磁场发生作用的。磁体磁体磁体磁体甲甲甲甲磁体磁体磁体磁体乙乙乙乙甲甲甲甲磁磁磁磁场场场场乙乙乙乙磁磁磁磁场场场场2.磁场方向：磁场方向：(1)小磁针在该点静止时，N极的指向。(2)即小磁针N极受磁场力的方向。(3)即小磁针S极受磁场力的反方向。本讲稿第十一页，共四十九页3.磁感线：
7、磁感线：为为了了形形象象直直观观地地描描绘绘磁磁场场中中各各点点场场的的大大小小和和方向，引入了磁感线的概念。磁感线是假想的线。方向，引入了磁感线的概念。磁感线是假想的线。磁感线的方向磁感线的方向磁场的方向磁场的方向磁感线的疏密磁感线的疏密磁场的强弱磁场的强弱磁感线的分布是磁场的画像！磁感线的分布是磁场的画像！磁感线的分布是磁场的画像！磁感线的分布是磁场的画像！本讲稿第十二页，共四十九页2.2.2.2.几种常见磁场的磁感线的空间分布几种常见磁场的磁感线的空间分布几种常见磁场的磁感线的空间分布几种常见磁场的磁感线的空间分布（视图）（视图）（视图）（视图）NS(1)磁体的磁场(2)电流的磁场NNS
8、 S安培定则：几种典型电流磁场的磁感线本讲稿第十三页，共四十九页I直线电流的磁场：直线电流的磁场：磁感线位于与导线垂直的平面内，以导线为圆心的同心圆。*立体图*俯视（横剖）图II*主视（纵剖）图本讲稿第十四页，共四十九页环形电流的磁场：环形电流的磁场：BIIBI本讲稿第十五页，共四十九页ISN通电螺线管通电螺线管的磁场：的磁场：NSBNSB本讲稿第十六页，共四十九页匀强磁场匀强磁场 在某个区域内磁场的强弱在某个区域内磁场的强弱(磁感应强度磁感应强度)和方向处处相同，则这个区域的磁场叫做和方向处处相同，则这个区域的磁场叫做的匀强磁场。在两个异名磁极之间的匀强磁场。在两个异名磁极之间(边缘边缘除外
9、除外)，长直通电螺线管内部，长直通电螺线管内部(两端除外两端除外)可视可视为匀强磁场。为匀强磁场。SN本讲稿第十七页，共四十九页小资料小资料（改变世界的物理学）（改变世界的物理学）1.1.磁现象的电本质磁现象的电本质安培提出分子环流假说安培提出分子环流假说2.地磁场：磁南极是地理北极，磁北极是地理南极，地磁场：磁南极是地理北极，磁北极是地理南极，影响地球磁场的因素很多，形成很复杂。影响地球磁场的因素很多，形成很复杂。本讲稿第十八页，共四十九页第2节 磁场对通电导线的的作用力安培力重点：重点：安培力的大小和方向判断1.以实验探究的方式推导安培力的影响因素。以实验探究的方式推导安培力的影响因素。（
10、实验：教材（实验：教材P85）F=BIL电流与磁场方向夹角为时：电流与磁场方向垂直，=90时，F=BIL=BIlsin F=0电流与磁场方向平行，=0或180 时，本讲稿第十九页，共四十九页（1）左手定则：2.2.安培力的方向安培力的方向左手定则左手定则（2）说明：若若B、I、F三者垂直，知道其中两各量的方向，三者垂直，知道其中两各量的方向，就可以判断第三个量的方向。就可以判断第三个量的方向。若若B于于I 不垂直，可以分解不垂直，可以分解B，应用，应用B的垂直分的垂直分量。量。实质上，实质上，实质上，实质上，F F F F垂直垂直垂直垂直B B B B与与与与I I I I 所决定的平面。所决
11、定的平面。所决定的平面。所决定的平面。对图形的立体结构理解要准确，必要时应把对图形的立体结构理解要准确，必要时应把立体图转化为适当的平面图。立体图转化为适当的平面图。本讲稿第二十页，共四十九页例题分析例题分析左手定则的应用左手定则的应用基本思路：基本思路：1选取研究对象选取研究对象通电导体通电导体 2画出外磁场在取研究对象处画出外磁场在取研究对象处磁感磁感线的方向线的方向（必要时（必要时分解分解B）；3根据根据左手定则确定通电导体受力的确定通电导体受力的方向；方向；4根据通电导体受力判断其运动等。根据通电导体受力判断其运动等。本讲稿第二十一页，共四十九页例题1如图，把一根通电的直导线放在条形磁
12、铁的两个磁极上方。导线可以自由移动和转动，则：(1)导线各部分受力如何？(2)导线将如何的运动？(3)条形磁铁受力如何？INS(4)若将导线垂直放置，又将如何？INS？本讲稿第二十二页，共四十九页通电导线间的相互作用通电导线间的相互作用电流电流甲甲电流电流乙乙磁场甲（在乙处）磁场甲（在乙处）磁场乙（在甲处）磁场乙（在甲处）例题2两根平行的通电导线，其上电流方向如图所示，试求：(1)I1在I2处产生磁场B1方向？(2)I2受到I1磁场的作用力如何？(3)I2将如何运动？I1I2I1I2实验本讲稿第二十三页，共四十九页3.3.磁电式电表利用磁力矩工作原理：磁电式电表利用磁力矩工作原理：(1)讨论通
13、电线框在匀强磁场中，磁力矩大小；(2)展示磁电式电表的实物或实物图；(3)展示磁电式电表的原理图；在线框转动范围内，线框所在的B的大小和方向如何？线框转动过程磁力矩大小变化否？在线框转动时，螺旋弹簧阻力矩如何变化？电流与指针偏角的关系？本讲稿第二十四页，共四十九页NSFFO本讲稿第二十五页，共四十九页4.电动机电动机安培力的重要应用：安培力的重要应用：（1）教材）教材P87给出直流电动机的工作模给出直流电动机的工作模型型（2）线圈通电后，由于受到安培力的作用，）线圈通电后，由于受到安培力的作用，线圈在磁场中旋转起来。线圈在磁场中旋转起来。本讲稿第二十六页，共四十九页第3节 磁感应强度、磁通量重
14、点：重点：磁感应强度概念的建立和磁通量1.1.以实验基础的数据分析在磁场中的某一点，安培力与以实验基础的数据分析在磁场中的某一点，安培力与电流和导线长度的乘积的比值是一个定值，与导线长度、电流和导线长度的乘积的比值是一个定值，与导线长度、通过的电流无关。通过的电流无关。（1.）磁场力与电流的关系（2.）磁场力与导线在磁场中的长度的关系（3.）磁场力与磁场方向跟电流方向夹角的关系注：可类比电场强度的概念。注：可类比电场强度的概念。本讲稿第二十七页，共四十九页（1）电场强度（2）磁感应强度qFIF检验电荷q 受电场力FF q 检验电流元IL 受磁场力FF IL 定义：在磁场中垂直磁场方向的通电直导
15、线，受到的磁场力F 于电流I 和导线长度L 乘积的比值，叫做通电导线所在处的磁感应强度。定义式：定义式：单位：特斯拉(T)本讲稿第二十八页，共四十九页几点说明：B 是矢量，是矢量，B 的方向与的方向与F 的方向不同，两的方向不同，两者是垂直关系。者是垂直关系。定义式中的定义式中的IL为检验电流元，它是一小段为检验电流元，它是一小段通电导体。通电导体。B是由磁场本身的性质决定的，于是由磁场本身的性质决定的，于F、IL 无关。（如长直通电导线周围的磁场为无关。（如长直通电导线周围的磁场为 B=kI/r，其中，其中I为场源电流）。为场源电流）。例题课本课本92页页1。实验课本课本91页：利用安培力页
16、：利用安培力测定磁感应强度。测定磁感应强度。本讲稿第二十九页，共四十九页 在磁场中，穿过某一面积的磁感线条数，称为穿过这一面积的磁通量。单位：Wb。BS S 在匀强磁场中：在匀强磁场中：=BS cos 说明：当所给定的面积与磁场方向不垂直时，必须用所给定的面积在垂直磁场方向上的投影面积来计算磁通量。当磁场区域小于线圈所围面积时，应该有效面积来计算磁通量。2.2.磁通量磁通量本讲稿第三十页，共四十九页当穿过所给定面积的磁场由一个方向变化相反方向时，要把其中一个磁场方向规定为正方向，相应的磁通量为正值；相反方向的磁场则为负方向，相应的磁通量为负值。需要指出的是；磁通量是标量，但有正、负之分。例题课
17、本课本92页页2。本讲稿第三十一页，共四十九页第4节 磁场对运动电荷的作用力重点：洛伦兹力的大小和方向判断1.1.是以实验和事实为基础的探索和研究安培是以实验和事实为基础的探索和研究安培力的微观本质；力的微观本质；(1)电流电荷的定向移动磁场对运动电荷有力的作用(2)实验：观察阴极射线(高速电子流)在磁场中的偏转(3)磁场对运动电荷的作用力，叫做洛伦兹力。(4)安培力是洛伦兹力的宏观表现。本讲稿第三十二页，共四十九页2.2.洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向-左手定则的灵活运用左手定则的灵活运用1.电流方向：正电荷定向移动的方向；负电荷定向移动的反方向。2.关系：由F、B、I的方向关系找出f、B、v
18、的方向关系。例题课本97页1。本讲稿第三十三页，共四十九页3.3.洛伦兹力的大小洛伦兹力的大小vvvvvvvvvvvvvvBfF推导：I=nqSv图中电荷为电子图中电荷为电子f f =q v Bq v B安培力：F=BIL若磁场方向B与电荷速度v的方向夹角为 ，则：f f =qvBqvBsinsin F=nSLf本讲稿第三十四页，共四十九页洛伦兹力的大小f=q v Bsin 与电荷的运动状态有关。v=0 f=0v B f=0v B f 最大最大由于洛仑兹力的方向总是垂直于运动电荷的速度方向，所以洛仑兹力对运动电荷不做功。说明：说明：无论电荷的运动方向与磁场方向是否垂直，所受洛仑兹力的方向总是既
19、垂直于磁场方向又垂直于电荷的运动方向，或者说总是垂直于磁场方向与电荷的运动方向所决定的平面。本讲稿第三十五页，共四十九页例题课本97页24。4.发展空间：霍尔效应发展空间：霍尔效应本讲稿第三十六页，共四十九页第5节 洛仑兹力的应用重点：原理和过程分析几何关系1.若带电粒子的运动方向与磁场方向平行2.2.若带电粒子的运动方向与磁场方向垂直若带电粒子的运动方向与磁场方向垂直v B，f v，f=C，匀速，匀速圆周运动。圆周运动。一、带电粒子在匀强磁场中运动的轨迹v B，f=0，匀速直线匀速直线*3、若带电粒子的运动方向与磁场方向成角本讲稿第三十七页，共四十九页 洛伦兹力对运动的带电粒子不做功，只改变
20、其运动的方向。(1)演示(2)洛伦兹力的作用效果B 由于由于 f f v v，且，且 f f=C=C，f f 充当向心力，使粒充当向心力，使粒子做垂直于磁场方向的子做垂直于磁场方向的圆运动。圆运动。fv+qvfvf(3)轨道的半径和周期二、带电粒子在匀强磁场中的圆周运动本讲稿第三十八页，共四十九页例题1在ACDE方形空腔内有匀强磁场，M是CD的中点，A、D处有孔，ACMDEa一群电子以不同速率，从A孔沿AC垂直于磁场方向射入空腔。不计重力，设打到M点的电子的速率为v1，从D孔射出的电子的速率为v2。则v1:v2=.例例例例 题题题题 分分分分 析析析析本讲稿第三十九页，共四十九页例题2如图所示
21、，一带负电的粒子若以速度v0垂直于x轴的原点o垂直射入x轴上面的匀强磁场中时，粒子从x轴上的点x1处射出。如果粒子速度大小不变，方向与原入射方向向右偏转角射入，则粒子从x轴上的点x2处射出。已知x1x2=d，磁感应强度B，则该粒子的荷质比为 。v0Bx2x1xo本讲稿第四十页，共四十九页v0Bx2xox1本讲稿第四十一页，共四十九页 准确作出图示，几乎能够准确作出图示，几乎能够“一眼看出一眼看出”题解。随手画，画不题解。随手画，画不准，会产生误导。因此备足工具，准，会产生误导。因此备足工具，把图画准确，是非常必要的。把图画准确，是非常必要的。解题的实践经验解题的实践经验解题的实践经验解题的实践
22、经验 告诉我们：告诉我们：告诉我们：告诉我们：本讲稿第四十二页，共四十九页知识扩展：显像管中的电子束在磁场中的知识扩展：显像管中的电子束在磁场中的偏转。（教材偏转。（教材P99）本讲稿第四十三页，共四十九页1.1.质谱仪；质谱仪；(1)原理：原理：带电粒子在带电粒子在S1、S2之间的电场加速后，之间的电场加速后，进入速度选择器（即进入速度选择器（即P1、P2之间的区域）之间的区域），最后通过，最后通过S3进入匀强磁场区域，在进入匀强磁场区域，在洛仑兹力的作用下运动半周后打到底洛仑兹力的作用下运动半周后打到底片上。片上。(2)荷质比S1P1S2P2S3照相底片照相底片E1B1B2本讲稿第四十四页
23、，共四十九页 例题质量为m，电量为q的正离子，在回旋加速器中运动的轨迹如图中虚线所示。加速器的最大半径为R。请回答：（1）加速器的加速电场存在于哪个区域？（两D形盒的窄缝中）（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，其轨迹是由半径不同的半圆组合而成）2.回旋加速器本讲稿第四十五页，共四十九页（3）离子在半径不同的圆周上速率多大？角速度多大？（v=Bqr/m,=Bq/m）(4)离子在半径不同的圆周上运动周期相同吗？周期多大？（相同，周期T=2 m/qB）(5)所加的交变加速电场的频率多大？（f=qB/2 m）(6)离子在D形盒边缘射出时的动能多大？（EK=B2q2R2/
24、2m）本讲稿第四十六页，共四十九页3.磁流体发电机原理：将等离子体（高温下产生的等量的正、负离子的气体）以某一速度v0(约1000m/s)送入发电通道，发电通道处于左右两个磁极所产生的磁场之中,在通道内两侧放入两块金属板极A,B作为电极。气体中正负离子在洛伦兹力作用下分别运动到A,B极板上产生电势差。当两极板间电势差达到某一值时，电荷不再偏转。此电势差即为电源的电动势。本讲稿第四十七页，共四十九页设喷射等离子体的速度为v0，匀强磁场为B，a、b板间距离为d，则该发电机的电动势为：E=Bdv。BF电电f洛洛教材教材P103）例题例题教材教材P102）13本讲稿第四十八页，共四十九页谢谢！谢谢！本讲稿第四十九页，共四十九页