2019-2020學(xué)年高中物理上學(xué)期第12周 磁感應(yīng)強(qiáng)度 磁通量教學(xué)設(shè)計(jì).doc

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2019-2020學(xué)年高中物理上學(xué)期第12周 磁感應(yīng)強(qiáng)度 磁通量教學(xué)設(shè)計(jì) 課題 第三節(jié) 磁感應(yīng)強(qiáng)度 磁通量 課時(shí) 2 考點(diǎn)、知識(shí)點(diǎn) 1.知道磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義及其意義，理解磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的表達(dá)式. 2.知道什么是勻強(qiáng)磁場. 3.掌握安培力的計(jì)算方法. 4.知道磁通量的概念，會(huì)用Φ＝BS計(jì)算磁通量． 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.知道磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義及其意義，理解磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的表達(dá)式. 2.知道什么是勻強(qiáng)磁場. 3.掌握安培力的計(jì)算方法. 4.知道磁通量的概念，會(huì)用Φ＝BS計(jì)算磁通量． 重、難點(diǎn) 1.磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義及其意義，理解磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的表達(dá)式.（重點(diǎn)） 2.安培力的計(jì)算方法. （重點(diǎn)） 3.會(huì)用Φ＝BS計(jì)算磁通量（難點(diǎn)） 學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)和內(nèi)容 學(xué)生活動(dòng)建議 教師活動(dòng)建議 調(diào)整記錄 一、磁感應(yīng)強(qiáng)度 [問題設(shè)計(jì)] 1．在教材第一章關(guān)于電場性質(zhì)的學(xué)習(xí)中我們是如何定義電場強(qiáng)度的？ 答案　檢驗(yàn)電荷q在電場中某點(diǎn)所受的電場力F與電荷所帶電荷量q的比值定義為電場強(qiáng)度，即E＝.電場強(qiáng)度E由電場本身的性質(zhì)來決定，與檢驗(yàn)電荷受到的電場力F和電荷量q無關(guān)． 2．我們能否將安培力與電場力進(jìn)行類比，說明安培力公式F＝BIL中比例系數(shù)B的物理意義呢？ 答案　通過大量的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在磁場中某一點(diǎn)，安培力與電流和導(dǎo)線長度乘積的比值是一個(gè)定值，與導(dǎo)線的長度、通過導(dǎo)線的電流無關(guān)，這個(gè)比值與導(dǎo)線所在位置的磁場強(qiáng)弱有關(guān)，我們把這個(gè)比值定義為磁感應(yīng)強(qiáng)度，即B＝. [要點(diǎn)提煉] 1．對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度的理解 (1)磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義式：B＝，磁感應(yīng)強(qiáng)度是反映磁場性質(zhì)的物理量．它是比值法定義的物理量，是由磁場自身決定的，與是否有通電導(dǎo)線以及通電導(dǎo)線受力大小、是否受力無關(guān)． (2)因?yàn)橥妼?dǎo)線取不同方向時(shí)，其受力大小不相同，故在定義磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí)，式中F是指通電直導(dǎo)線垂直磁場放置時(shí)受到的磁場力． (3)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向是該處磁場的方向，也是小磁針N極的受力方向，而不是該處電流元受力F的方向． 2．安培力大小 (1)安培力大小的計(jì)算公式F＝ILBsin_θ，θ為磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與導(dǎo)線方向的夾角． ①當(dāng)θ＝90，即B與I垂直時(shí)，F(xiàn)＝ILB； ②當(dāng)θ＝0，即B與I平行時(shí)，F(xiàn)＝0. (2)當(dāng)導(dǎo)線與磁場垂直時(shí)，彎曲導(dǎo)線的有效長度L，等于連接兩端點(diǎn)直線的長度(如圖1所示)；相應(yīng)的電流沿L由始端流向末端． 圖1 二、磁通量 [問題設(shè)計(jì)] 1．在磁場中放一面積為S的線框，怎樣放置才能使穿過線框的磁感線條數(shù)最多？放置方式相同時(shí)，磁場強(qiáng)弱不同，穿過線框的磁感線條數(shù)是否相同？ 答案　垂直磁場方向放置　不相同 2．什么是磁通密度？其單位是什么？ 答案　磁通密度就是磁感應(yīng)強(qiáng)度，其單位為Wb/m2. [要點(diǎn)提煉] 1．磁通量的定義式：Φ＝BS，適用條件：磁場是勻強(qiáng)磁場，且磁場方向與平面垂直． 2．當(dāng)平面與磁場方向不垂直時(shí)，穿過平面的磁通量可用平面在垂直于磁場B的方向的投影面積進(jìn)行計(jì)算，即Φ＝BS⊥＝BScos_θ(如圖2)． 圖2 3．可以用穿過某個(gè)平面的磁感線條數(shù)形象地表示穿過這個(gè)平面的磁通量大小，穿過的磁感線條數(shù)越多，表示磁通量越大． 三、典例分析 (一)、對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度概念及公式的理解 例1　關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度，下列說法正確的是(　　) A．由B＝可知，B與F成正比，與IL成反比 B．通電導(dǎo)線放在磁場中某點(diǎn)，該點(diǎn)就有磁感應(yīng)強(qiáng)度，如果將通電導(dǎo)線拿走，該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度就變?yōu)榱? C．通電導(dǎo)線所受磁場力不為零的地方一定存在磁場，通電導(dǎo)線不受磁場力的地方一定不存在磁場(即B＝0) D．磁場中某一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度由磁場本身決定 解析　磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝ 只是一個(gè)定義式，而不是決定式；磁感應(yīng)強(qiáng)度B是由磁場本身的性質(zhì)決定的，與放不放通電導(dǎo)線無關(guān)．故選D. 答案　D (二)、對(duì)磁通量認(rèn)識(shí)及計(jì)算 例2　如圖3所示，框架面積為S，框架平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場方向垂直，則穿過平面的磁通量為__________．若使框架繞OO′轉(zhuǎn)過60角，則穿過框架平面的磁通量為________；若從初始位置繞OO′轉(zhuǎn)過90角，則穿過框架平面的磁通量為__________；若從初始位置繞OO′轉(zhuǎn)過180角，則穿過框架平面的磁通量的變化是__________． 圖3 解析　初始位置Φ1＝BS；框架轉(zhuǎn)過60角時(shí)Φ2＝BS⊥＝BScos 60＝BS；框架轉(zhuǎn)過90角時(shí)Φ3＝BS⊥＝BScos 90＝0；若規(guī)定初始位置磁通量為“正”，則框架轉(zhuǎn)過180角時(shí)磁感線從反面穿出，故末態(tài)磁通量為“負(fù)”，即Φ4＝－BS，所以ΔΦ＝|Φ4－Φ1|＝|(－BS)－BS|＝2BS. 答案　BS　BS　0　2BS (三)、安培力的大小計(jì)算及綜合應(yīng)用 例3　長度為L、通有電流為I的直導(dǎo)線放入一勻強(qiáng)磁場中，電流方向與磁場方向如圖所示，已知磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，對(duì)于下列各圖中，導(dǎo)線所受安培力的大小計(jì)算正確的是(　　) A．F＝BILcos θ B．F＝BILcos θ C．F＝BILsin θ D．F＝BILsin θ 解析　A圖中，導(dǎo)線不和磁場垂直，故將導(dǎo)線投影到垂直磁場方向上，故F＝BILcos θ，A正確； B圖中，導(dǎo)線和磁場方向垂直，故F＝BIL，B錯(cuò)誤； C圖中導(dǎo)線和磁場方向垂直，故F＝BIL，C錯(cuò)誤；D圖中導(dǎo)線和磁場方向垂直，故F＝BIL，D錯(cuò)誤． 答案　A 規(guī)律總結(jié)　1.當(dāng)磁場方向與電流方向垂直時(shí)安培力F＝ILB，如果磁場方向和電流方向不垂直，公式應(yīng)變?yōu)镕＝ILB⊥，B⊥是B在垂直于電流方向的分量． 2．如果通電導(dǎo)線是彎曲的，則要用其等效長度代入公式計(jì)算． 3．如果是非勻強(qiáng)磁場，原則上把通電導(dǎo)線分為很短的電流元，對(duì)電流元用安培力公式，然后求矢量和． 例4　如圖4所示，在與水平方向夾角為60的光滑金屬導(dǎo)軌間有一電源，在相距1 m 的平行導(dǎo)軌上放一質(zhì)量為m＝0.3 kg的金屬棒ab，通以從b→a，I＝3 A的電流，磁場方向豎直向上，這時(shí)金屬棒恰好靜止．求： 圖4 (1)勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度的大?。? (2)ab棒對(duì)導(dǎo)軌的壓力．(g＝10 m/s2) 解析　金屬棒ab中電流方向由b→a，它所受安培力方向水平向右，它還受豎直向下的重力，垂直斜面向上的支持力，三力合力為零，由此可以求出安培力，從而求出磁感應(yīng)強(qiáng)度B.再求出ab對(duì)導(dǎo)軌的壓力． (1)ab棒靜止，受力情況如圖所示，沿斜面方向受力平衡，則mgsin 60＝BILcos 60. B＝＝ T＝ T. (2)ab棒對(duì)導(dǎo)軌的壓力為： N′＝N＝＝ N＝6 N. 答案　(1) T　(2)6 N 四、板書設(shè)計(jì) 五、作業(yè)布置 1．第一課時(shí)：《全品》P43第1-9題、P44第11、12題 2．第二課時(shí)：《5.3》P126基礎(chǔ)過關(guān)1-9題。 學(xué)生看書，根據(jù)問題討論，總結(jié)如何定義電場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度。理解比值定義法。 學(xué)生看書，根據(jù)問題討論，總結(jié)如何定義電場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度。理解比值定義法。 學(xué)生先做后評(píng) 教師展示PPT，提出問題。 教師展示PPT，提出問題。引導(dǎo)學(xué)生看書，引導(dǎo)分析 教師根據(jù)學(xué)生出現(xiàn)的問題，針對(duì)性點(diǎn)評(píng)。 課題 第四節(jié) 磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用---洛倫茲力 課時(shí) 3 考點(diǎn)、知識(shí)點(diǎn) 1.能從安培力的計(jì)算公式推導(dǎo)出洛倫茲力的計(jì)算公式. 2.會(huì)計(jì)算洛倫茲力的大小，會(huì)判斷洛倫茲力的方向. 3.會(huì)用公式F洛＝qvB推導(dǎo)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑公式、周期公式，并會(huì)應(yīng)用它們解決有關(guān)問題． 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.能從安培力的計(jì)算公式推導(dǎo)出洛倫茲力的計(jì)算公式. 2.會(huì)計(jì)算洛倫茲力的大小，會(huì)判斷洛倫茲力的方向. 3.會(huì)用公式F洛＝qvB推導(dǎo)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑公式、周期公式，并會(huì)應(yīng)用它們解決有關(guān)問題． 重、難點(diǎn) 1.會(huì)計(jì)算洛倫茲力的大小，會(huì)判斷洛倫茲力的方向.（重點(diǎn)） 2.會(huì)用公式F洛＝qvB推導(dǎo)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑公式、周期公式，并會(huì)應(yīng)用它們解決有關(guān)問題．（重點(diǎn)及難點(diǎn)） 學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)和內(nèi)容 學(xué)生活動(dòng)建議 教師活動(dòng)建議 調(diào)整記錄 一、洛倫茲力的方向 [問題設(shè)計(jì)]　如圖2所示，一個(gè)陰極射線管的兩個(gè)電極之間加上高電壓后，就會(huì)在旁邊的熒光屏上看到一條亮線．它顯示出了電子運(yùn)動(dòng)的路徑．將陰極射線管置入磁場中，會(huì)看到電子束偏轉(zhuǎn)．那么，電子束偏轉(zhuǎn)方向與磁場方向、電子束運(yùn)動(dòng)方向的關(guān)系滿足怎樣的規(guī)律？ 圖2 答案　左手定則 [要點(diǎn)提煉] 1．洛倫茲力的方向可以根據(jù)左手定則來判斷，四指所指的方向?yàn)檎姾傻倪\(yùn)動(dòng)方向(或?yàn)樨?fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向)，拇指所指的方向就是運(yùn)動(dòng)的正電荷(負(fù)電荷)在磁場中所受洛倫茲力的方向．負(fù)電荷受力的方向與同方向運(yùn)動(dòng)的正電荷受力的方向相反． 2．洛倫茲力的方向與電荷運(yùn)動(dòng)方向和磁場方向都垂直，即洛倫茲力的方向總是垂直于v和B所決定的平面(但v和B的方向不一定垂直)． 二、洛倫茲力的大小 [問題設(shè)計(jì)]　如圖3所示，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.設(shè)磁場中有一段長度為L的通電導(dǎo)線，橫截面積為S，單位體積中含有的自由電荷數(shù)為n，每個(gè)自由電荷的電荷量為q且定向運(yùn)動(dòng)的速度都是v . 圖3 (1)導(dǎo)線中的電流是多少？導(dǎo)線在磁場中所受安培力多大？ (2)長為L的導(dǎo)線中含有的自由電荷數(shù)為多少？電荷定向運(yùn)動(dòng)時(shí)所受洛倫茲力的矢量和，在宏觀上表現(xiàn)為導(dǎo)線所受的安培力．則每個(gè)自由電荷所受洛倫茲力多大？ 答案　(1)I＝nqvS　F安＝ILB＝nqvSLB (2)N＝nSL　F洛＝＝qvB [要點(diǎn)提煉] 1．安培力是導(dǎo)體中所有定向移動(dòng)的的自由電荷受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)．而洛倫茲力是安培力的微觀本質(zhì)． 2．洛倫茲力的大?。篎＝qvBsin θ，θ為電荷運(yùn)動(dòng)的方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的夾角． (1)當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)方向與磁場方向垂直時(shí)：F＝qvB； (2)當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)方向與磁場方向平行時(shí)：F＝0； (3)當(dāng)電荷在磁場中靜止時(shí)：F＝0. 三、帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng) [問題設(shè)計(jì)] 1．一個(gè)帶電粒子，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中以速度v垂直磁場方向開始運(yùn)動(dòng)，這個(gè)粒子將做什么運(yùn)動(dòng)？ 答案　由左手定則可以判斷，這個(gè)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中所受的洛倫茲力的方向垂直于磁場方向和粒子運(yùn)動(dòng)方向所決定的平面，由此可以看出洛倫茲力F洛總是垂直于速度v的方向，且洛倫茲力總在一個(gè)平面內(nèi)，故這個(gè)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)． 2．一個(gè)質(zhì)量為m、帶電荷量為q的粒子，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，以速度v做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，你能計(jì)算出它做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑R和周期T嗎？ 答案　因做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力為洛倫茲力F洛＝qvB 故有qvB＝ 帶電粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑：R＝ 周期：T＝＝. [要點(diǎn)提煉] 1．帶電粒子所受洛倫茲力與速度方向垂直，只改變速度方向，不改變速度大小，對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不做功． 2．沿著與磁場垂直的方向射入磁場中的帶電粒子，在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．向心力為洛侖茲力F＝qvB，由qvB＝可知半徑r＝，又T＝，所以T＝. [延伸思考]　由r＝知同一帶電粒子，在同一勻強(qiáng)磁場中，半徑r會(huì)隨著速度的增大而增大，它的周期也會(huì)隨著速度的增大而增大嗎？ 答案　不會(huì)．由T＝，得出T＝與速度無關(guān)． 四、典例分析 一、洛倫茲力的方向和大小 例1　如圖4所示，各圖中的勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度均為B，帶電粒子的速率均為v，帶電荷量均為q.試求出圖中帶電粒子所受洛倫茲力的大小，并指出洛倫茲力的方向． 圖4 解析　(1)因v⊥B，所以F＝qvB，方向垂直v指向左上方． (2)v與B的夾角為30，將v分解成垂直磁場的分量和平行磁場的分量，v⊥＝vsin 30，F(xiàn)＝qvBsin 30＝qvB.方向垂直紙面向里． (3)由于v與B平行，所以不受洛倫茲力． (4)v與B垂直，F(xiàn)＝qvB，方向垂直v指向左上方． 答案　(1)qvB　垂直v指向左上方 (2)qvB　垂直紙面向里 (3)不受洛倫茲力 (4)qvB　垂直v指向左上方 二、帶電粒子在磁場中的圓周運(yùn)動(dòng) 例2　(xx廣東15)質(zhì)量和電荷量都相等的帶電粒子M和N，以不同的速率經(jīng)小孔S垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場，運(yùn)行的半圓軌跡如圖5中虛線所示．下列表述正確的是(　　) 圖5 A．M帶負(fù)電，N帶正電 B．M的速率小于N的速率 C．洛倫茲力對(duì)M、N做正功 D．M的運(yùn)行時(shí)間大于N的運(yùn)行時(shí)間 解析　由左手定則知M帶負(fù)電，N帶正電，選項(xiàng)A正確；帶電粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)且向心力F向＝F洛，即＝qvB得r＝，因?yàn)镸、N的質(zhì)量、電荷量都相等，且rM>rN，所以vM>vN，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；M、N運(yùn)動(dòng)過程中，F(xiàn)洛始終與v垂直，F(xiàn)洛不做功，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由T＝知M、N兩粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期相等且在磁場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間均為，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 答案　A 三、有關(guān)洛倫茲力的綜合問題分析 例3　一個(gè)質(zhì)量為m＝0.1 g的小滑塊，帶有q＝510－4C的電荷量，放置在傾角α＝30的光滑斜面上(絕緣)，斜面固定且置于B＝0.5 T的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直紙面向里，如圖6所示，小滑塊由靜止開始沿斜面滑下，斜面足夠長，小滑塊滑至某一位置時(shí)，要離開斜面(g取10 m/s2)．求： 圖6 (1)小滑塊帶何種電荷？ (2)小滑塊離開斜面時(shí)的瞬時(shí)速度多大？ (3)該斜面長度至少多長？ 解析　(1)小滑塊在沿斜面下滑的過程中，受重力mg、斜面支持力N和洛倫茲力F作用，如圖所示，若要使小滑塊離開斜面，則洛倫茲力F應(yīng)垂直斜面向上，根據(jù)左手定則可知，小滑塊應(yīng)帶負(fù)電荷． (2)小滑塊沿斜面下滑的過程中，由平衡條件得F＋N＝mgcos α，當(dāng)支持力N＝0時(shí)，小滑塊脫離斜面．設(shè)此時(shí)小滑塊速度為vmax，則此時(shí)小滑塊所受洛倫茲力F＝qvmaxB， 所以vmax＝＝m/s ≈3.5 m/s (3)設(shè)該斜面長度至少為l，則小滑塊離開斜面的臨界情況為小滑塊剛滑到斜面底端時(shí)．因?yàn)橄禄^程中只有重力做功，由動(dòng)能定理得mglsin α＝mv－0，所以斜面長至少為l＝＝ m≈1.2 m 答案　(1)負(fù)電荷　(2)3.5 m/s　(3)1.2 m 五、板書設(shè)計(jì) 六、作業(yè)布置 1.第一課時(shí)：《全品》導(dǎo)學(xué)案P48例1、例2、變式題、例3、4，自我檢測1-4題。 2.第二課時(shí)：《全品》導(dǎo)學(xué)案第P50例1-例5，自我檢測第1-4題 3.第三課時(shí)：《全品》練習(xí)冊(cè)P45第1-11題。 注意：根據(jù)情況可增加一節(jié)習(xí)題課，在《5.3》上選用個(gè)別典型題分析。 觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析規(guī)律 學(xué)生看書，根據(jù)問題討論，總結(jié)如何定義電場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度。理解比值定義法。 學(xué)生看書，根據(jù)問題討論，總結(jié)如何定義電場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度。理解比值定義法。 學(xué)生先做后評(píng) 教師演示實(shí)驗(yàn) 教師展示PPT，提出問題。 教師展示PPT，提出問題。引導(dǎo)學(xué)生看書，引導(dǎo)分析 教師根據(jù)學(xué)生出現(xiàn)的問題，針對(duì)性點(diǎn)評(píng)。