高中物理 磁场全章复习课2教案 人教版二册.docx
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高中物理磁场全章复习课2教案人教版二册
2019-2020年高中物理磁场全章复习课2教案人教版二册
一、本章知识要点:
(投影)
1.掌握电流的磁场,会用安培定则判定直线电流、环形电流和通电螺线管产生的磁场方向.
2.理解磁场、磁感应强度、磁感线等概念.
3.知道磁感线的特点并能与电场线进行比较.
4.知道磁场对电流的作用力(安培力)与磁感应强度,电流以及导线的长度有关,且知道它们之间的定量关系,能够进行相关计算;会用左手定则确定导线的受力方向.
5.知道磁场对运动电荷的作用力(洛伦兹力)与磁感应强度,运动速度有关,且知道它们之间的定量关系,能够进行相关计算;会用左手定则确定运动电荷的受力方向.
6.能够运用所学知识解决速度选择器、质谱仪、回旋加速器、磁流体发电机等简单的实际问题.
二、知识归纳:
(课前预习)
1.磁极间的相互作用规律是:
同名磁极相互 ,异名磁极相互 .磁铁能吸引 、 、 等金属.
2.磁极间的相互作用是通过 而发生的.
3.通电导线的周围存在磁场是由丹麦物理学家 发现的.如图,当导线中通有图示的电流时,小磁针N极将向 转动.
4.磁感线与电场线的联系与区别:
电场线
磁感线
1.电场线从 出发,终止于 ,电场线是 的曲线,正、负电荷可单独存在.
1.在磁体内部,磁感线是从 极指向 极,外部是从 出发从 进去,磁感线是 的曲线,N、S极是不可分割的.
2. 电荷在电场中某点受到电场力的方向与该点的 方向一致,也与该点所在电场线的 方向一致.
2.小磁针在磁场中静止时 极的指向或 极的受力方向与该点的 方向一致,也与该点所在磁感线的 方向致.
3.电场中任何两条电场线都 相交.
3.磁场中任何两条磁感线都 相交.
4.电场线的疏密表示电场的 .
4.磁场线的疏密表示磁场的 .
5.安培定则是用来判断 方向与 方向之间的关系.具体做法是:
用右手握住通电直导线,让伸直的大拇指的指向跟 的方向一致,则弯曲的四指所指的方向表示 的环绕方向.而在判断环形电流的磁感线与电流方向的关系时,右手弯曲的四指和 方向一致,伸直的大拇指所指的方向就是环形导线中心轴线上的 方向.
6.磁场的强弱和方向用来描述,它是矢量,它的方向规定为
,它的定义式为
7.磁场对电流的作用力(安培力)大小为F=BIL(注意:
L为有效长度,电流与磁场方向应( ).F的方向可用 定则来判定.当电流与磁场方向平行时,安培力等于.
试判断下列通电导线的受力方向.
× × × × . . . .
× × × × . . . .
× × × × . . . .
× × × × . . . .
试分别判断下列导线的电流方向或磁场方向或受力方向.
8.磁场对运动电荷的作用力(洛伦兹力)大小为f=qvB(注意:
电荷的速度方向与磁场方向应( ).f的方向可用 定则来判定.当电荷的速度方向与磁场方向平行时,洛伦兹力等于.
9.当带电粒子垂直进入匀强磁场,只受洛伦兹力作用时,粒子将做运动,运动半径为,运动周期为
10.地球是一个大的磁体,有人认为地球的磁场是由于地球表面带的电和它的自转而产生的,那么你认为地球应该是带何种电荷?
11.请画出下列几种情况的磁感线分布状况:
A.通电直导线. B.环形电流. C.通电螺线管.D.条形磁铁. E.蹄形磁铁.
三、例题选讲
【例1】如图1所示,两根垂直纸面平行放置的直导线A、C由通有等大电流.在纸面上距A、C等远处有一点P.若P点磁感应强度的方向水平向左,则导线A、C中的电流方向是如下哪种说法?
A.A中向纸里,C中向纸外B.A中向纸外,C中向纸里
C.A、C中均向纸外D.A、C中均向纸里
【例2】在真空中,半径为r=3×10-2m的圆形区域内,有一匀强磁场,磁场的磁感应强度为B=0.2T,方向如图2所示,一带正电粒子,以初速度v0=106m/s的速度从磁场边界上直径ab一端a点处射入磁场,已知该粒子荷质比为q/m=108C/kg,不计粒子重力,则
(1)粒子在磁场中匀速圆周运动的半径是多少?
(2)若要使粒子飞离磁场时有最大的偏转角,其入射时粒子的方向应如何(以v0与Oa的夹角θ表示)?
最大偏转角多大?
问题:
1.第一问由学生自己完成.
2.在图中画出粒子以图示速度方向入射时,在磁场中运动的轨迹图,并找出速度的偏转角.(放实物展示台展示)
3.讨论粒子速度方向发生变化后,粒子运动轨迹及速度偏转角的比.
分析:
(1)圆运动半径可直接代入公式求解.
(2)先在圆中画出任意一速度方向,偏转角为初速度与未速度的夹角,且偏转角等于粒子运动轨迹所对应的圆心角.向入射时,其偏转角为哪个角?
如图3所示.由图分析知:
弦ab是粒子轨迹上的弦,也是圆形磁场的弦.
因此,弦长的变化一定对应速度偏转角的变化,也一定对应粒子圆运动轨迹的圆心角的变化.所以当弦长为圆形磁场直径时,偏转角最大.
解:
(1)设粒子圆运动半径为R,则
R==
=0.05m
(2)由图3知:
弦长最大值为ab=2r=6×10-2m
设速度偏转角最大值为αm,此时初速度方向与ab连线夹角为θ,则
当粒子以与ab夹角为37°斜向右上方入射时,粒子飞离磁场时有最大偏转角,其最大值为74°.
小结:
本题所涉及的问题是一个动态问题,即粒子虽然在磁场中均做同一半径的匀速圆周运动,但因其初速度方向变化,使得粒子运动轨迹的长短和位置均发生变化,要会灵活运用平面几何知识去解决.
四、反馈练习
1.如图4所示,在铁环上用绝缘导线缠绕两个相同的线圈a和b.a、b串联后通入方向如图所示的电流I,一束电子从纸里经铁环中心射向纸外时,电子将()
A.向下偏转B.向上偏转C.向左偏转D.向右偏转
2.如图5所示,在通电直导线下方,有一电子沿平行导线方向以速度v开始运动,则 ()
A.将沿轨迹I运动,半径越来越小B.将沿轨迹I运动,半径越来越大
C.将沿轨迹II运动,半径越来越小D.将沿轨迹II运动,半径越来越大
3.在如下匀强电场和匀强磁场共存的区域内,电子有可能沿x轴正方向做直线运动的是()
4.在方向如图7所示的匀强电场(场强为E)和匀强磁场(磁感应强度为B)共存的场区,一电子沿垂直电场线和磁感线方向以速度v0射入场区,则 ()
A.若v0>E/B,电子沿轨迹Ⅰ运动,射出场区时,速度v>v0
B.若v0>E/B,电子沿轨迹Ⅱ运动,射出场区时,速度v<v0
C.若v0<E/B,电子沿轨迹Ⅰ运动,射出场区时,速度v>v0
D.若v0<E/B,电子沿轨迹Ⅱ运动,射出场区时,速度v<v0
5.如图8所示,一带电粒子由静止开始经电压U加速后从O孔进入垂直纸面向里的匀强磁场中,并打在了P点.测得OP=l,磁场的磁感应强度为B,则带电粒子的荷质比q/m=.(不计重力)
6.如图9所示,在磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中,一质量为m、电量为e的电子,从a点沿垂直磁感线方向以初速度v开始运动,经一段时间t后经过b点,ab连线与初速度的夹角为θ,则t=.
7.如图10所示,相距d平行放置的金属板a、b,两板间有垂直纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场,等离子体的速度v沿水平方向射入两板间.若等离子从两板右边入射,则a、b两板中______板的电势较高.a、b两板间可达到的稳定电势差U=.
8.如图11所示,MN、PQ为平行光滑导轨,其电阻忽略不计,与地面成30°角固定.N、Q间接一电阻R′=1.0Ω,M、P端与电池组和开关组成回路,电动势Ε=6V,内阻r=1.0Ω,导轨区域加有与两导轨所在平面垂直的匀强磁场.现将一条质量m=40g,电阻R=1.0Ω的金属导线置于导轨上,并保持导线ab水平.已知导轨间距L=0.1m,当开关S接通后导线ab恰静止不动.
(1)试计算磁感应强度大小;
(2)若ab静止时距地面的高度为0.5m,断开S,ab沿导轨下滑到底端时的速度大小为2.0m/s.试求该过程中R′上得到的电热.(取g=10m/s2)
答案:
(1)1T,
(2)6×10-2J
2019-2020年高中物理磁场对运动电荷的作用力教案新人教版选修1
【教学设计思路】
普通高中课程标准实验教科书物理选修3—1第三章第五节《磁场对运动电荷的作用力》既是安培力知识的延续,又是下一节《带电粒子在匀强磁场中的运动》的铺垫。
高二的学生已具有一定的观察能力和逻辑推理能力,对现象──猜想──理论推导──实验验证等科学研究方法有一定的基础,本节课通过实验创设各种问题情景、引导,激发学生学习的兴趣,促进学生思维。
学生通过讨论,体验科学探究的方法和过程,对物理知识能有进一步的理解,从而把传授知识与能力的培养有机的结合在一起,让学生掌握分析研究物理的基本方法与技能,为日后的学习及进行其它问题探究奠定基础。
【教学目标】
1.知识与技能:
①知道什么是洛伦兹力,会判断洛伦兹力的方向;
②知道洛伦兹力大小的推导过程;
③会利用本节课学的知识简单解释电视显像管的工作原理。
2.过程与方法:
①通过对安培力微观本质的猜测,培养学生的联想和猜测能力;
②通过推导洛伦兹力的公式,培养学生的逻辑推理能力;
③通过演示实验,培养学生的观察能力。
3.情感态度与价值观:
培养学生的科学思维和研究方法,引导学生观察、分析、推理能力。
【教学重点、难点】
重点:
洛伦兹力方向的判断方法和洛伦兹力大小计算。
难点:
洛伦兹力计算公式的推导过程。
【实验器材及教学媒体的选择与使用】
阴极射线管、电子感应圈、多媒体投影系统
【教学方法】
讲授法、实验法、讨论法。
【教学过程】
引入:
展示美丽的极光图片,观看神奇的极光短片。
请问这些美丽的极光一般出现在什么区域?
(地球的南、北极地区)
极光是来自大气外的宇宙射线(即一束束高速带电粒子流)撞击大气中的粒子(氧、氮原子),使之电离发光。
从四面八方射向地球的带电粒子,只有南北两极附近的粒子可以到达地球,其余的粒子则由于受到地球磁场的作用运动方向发生了改变,无法到达地球。
带电粒子在地球磁场的作用下运动方向为什么会发生了改变?
一、引导学生猜想:
磁场对运动电荷有力的作用
设计思想:
学生对宇宙的秘密比较向往,通过极光的图片、短片,吸引学生的注意力,激起疑问,引发思考,从而创设良好的教学情景导入课题。
能否用学过的知识支持我们的猜想?
引导学生复习:
安培力──磁场对通电导线(电流)的作用力
电流──由电荷的定向移动形成的
磁场对通电导线的安培力可能是作用在大量运动电荷上的作用力的宏观表现
设计思想:
使学生对安培力和洛伦兹力的关系有一定的心理预期,为洛伦兹力的方向和大小的探究打下伏笔。
用实验验证猜想:
演示实验并介绍实验原理
(1)阴极射线管介绍:
灯丝加热放出电子,电子在加速电场的作用下高速运动形成的电子流。
电子轰击到“7”字型长条的荧光屏上,激发荧光,显示电子束的运动轨迹。
(2)演示:
①在没有外磁场时,电子束沿直线运动
提问:
电子束的直线运动说明了什么?
电子不受力的作用。
②将蹄形磁铁靠近电子射线管,发现电子束运动轨迹发生了偏转。
提问:
电子束的偏转说明了什么?
电子受到力的作用。
(3)结论:
磁场对运动电荷有力的作用,猜想成立。
磁场对运动电荷有力的作用叫洛伦兹力。
之所以叫洛伦兹力是为了纪念荷兰物理学家洛伦兹。
洛伦兹力既然是一个力,那我们应该研究它的什么呢?
方向、大小。
二、洛伦兹力的方向研究
1.再次观看演示实验,改变磁场方向,分析实验现象,引导学生猜想洛伦兹力的方向跟什么因素有关?
2.引导学生思考安培力与洛伦兹力之间的关系:
电流是由定向运动的电荷所形成的,安培力是作用在运动电荷上的力(洛伦兹力)的宏观表现。
提出猜想:
洛伦兹力的方向可能可以用左手定则判定
实验验证:
进一步观察电子束垂直进入磁场时的偏转,并改变磁场方向。
在黑板上作图表示,验证洛伦兹力的方向是否可以用左手定则判定。
设计思想:
体现物理是以实验为基础的学科,科学实验是揭示自然规律的重要方法和手段。
培养学生科学研究最基本的思维方法:
分析推理──猜想──实验验证──得出结论。
引导学生总结洛伦兹力的方向的判断──左手定则的具体内容:
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,让磁感线穿入手心,若四指指向正电荷运动的方向,那么拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向,若四指指向是负电荷运动的反方向,那么拇指所指的方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向。
(强调:
四指指向是负电荷运动的反方向)
三、洛伦兹力大小的探究
安培力是洛伦兹力的宏观表现,两者方向判断方法相同,大小是否也存在某种联系?
能否通过电流受到的安培力导出运动电荷受到的洛伦兹力的大小呢?
点拨学生:
建立物理模型,注意分析问题情景的关键点。
问题情景:
设有一段横截面积为S的通电导线,单位体积中含有的自由电荷数为n,每个自由电荷的电荷量为q,定向移动的平均速率为v,取时间t内电荷经过的长度对应的导体为研究对象(应先建立物理模型(教材图3.5—3),再循序渐进有条理地推导,这一个过程可放手让学生完成,体现学习的自主性。
)
1.在时间t内的通过截面的粒子数为多少?
(N=nvSt)
2.算出q与电流I的关系?
(I=nqvS)
3.导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中,导线受到的安培力有多大?
(F安=BIL)
4.安培力F安可以看做是作用在每个运动电荷上的洛伦兹力F的合力,则每个电荷所受的洛伦兹力多大?
(F洛=qvB)
设计思想:
这是本课的难点,结合教材中的思考与讨论、根据学生的认识规律将复杂问题简单化,设置四个小问题让学生依次去探究,这样就为生学生提供解决问题的逻辑线索,降低解决问题的难度,锻炼学生的逻辑推理能力。
在推理过程中,渗透宏观世界与微观世界的联系,以及解决物理问题的一种思想(通过设置一些中间量,最后将其消掉得出我们所需要的结论)。
(巡视学生推导情况并进行根据实际情况,进行个别指导点评学生的成果,并进一步引导学生分析结论)
提问:
该公式F洛=qvB的适用条件是什么?
(电荷的运动方向与磁场方向垂直)
当v∥B时,F洛=0(类比安培力,B∥L时F安=0)
学生思维发散:
当v与B既不垂直,又不平行时,洛伦兹力的大小又如何求?
(处理方法类比安培力:
将磁感强度或速度分解,设当粒子运动方向与磁感应强度方向成θ时,F洛=qvBsinθ。
此问题教学大纲不做要求,有兴趣的同学课下再探讨。
)
设计思想:
将安培力和洛伦兹力的大小关系作比,既能自然地推倒出洛伦兹力的大小问题,又能将洛伦兹力和安培力的处理方法有效统一,提高教学效率。
四、洛伦兹力的实际应用
理论来自于实践,更要服务于实践。
1.既然我们已经知道的洛伦兹力大小和方向的判断方法,请学生试着分析地磁场对宇宙射线的阻挡作用和极光为什么总是出现在两极?
(地磁场对直射地球的宇宙射线的阻挡作用在赤道附近最强,两极地区最弱)。
同时可请两位学生分别扮演地球和从宇宙射来的带电粒子,模拟带电粒子在地磁场作用下的偏转情况。
设计思想:
联系实际,照应开头。
学生的角色扮演一方面可活跃课堂气氛,另一方面有利于学生的空间判断能力的培养。
2.电视显像管的工作原理
(1)原理:
应用电子束磁偏转的道理。
(2)构造:
由电子枪(阴极)、偏转线圈、荧光屏等组成,介绍各部分的作用。
按照课本“思考与讨论”,学生分组讨论,得出结论。
设计思想:
学生分组讨论电视显像管的工作情况,即是对磁场对运动电荷的作用的一种具体应用,也能让学生与课本、学生与学生间充分对话,培养学生运用知识和总结规律的能力。
【课堂小结】
(让学生去总结本节课的主要内容)
安培力是洛伦兹力的宏观表现,洛伦兹力是安培力微观表现。
洛伦兹力的方向:
左手定则
洛伦兹力大小:
电荷的运动方向与磁场方向垂直,F洛=qvB
电荷的运动方向与磁场方向平行,F洛=0
当v与B既不垂直,又不平行时,F洛=qvBsinθ
【课外探究,发散思维】
让学生根据所本节所学的知识去探究生活和科技中还有哪些应用洛伦兹力的例子,课后进行交流。
这样设计可以增强学生学习的兴趣,开阔学生的视野,使学生的思维得到发散。
【教学反思】
1.教学各项目标基本完成。
2.分析推理──猜想──实验验证──得出结论是科学研究最基本的思维方法,要给学生更多的思维空间,探究层次还可深入些。
3.课堂处理过程要注意关键位置的引导,还应更关注学生的个体差异。
4.在今后教学中多设置探究题目,让学生探究得出结论,培养学生自主学习的能力,提高教学效率。
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