2019-2020學年高中物理上學期第12周 磁感應強度 磁通量教學設計.doc

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2019-2020學年高中物理上學期第12周 磁感應強度 磁通量教學設計 課題 第三節(jié) 磁感應強度 磁通量 課時 2 考點、知識點 1.知道磁感應強度的定義及其意義，理解磁感應強度大小的表達式. 2.知道什么是勻強磁場. 3.掌握安培力的計算方法. 4.知道磁通量的概念，會用Φ＝BS計算磁通量． 學習目標 1.知道磁感應強度的定義及其意義，理解磁感應強度大小的表達式. 2.知道什么是勻強磁場. 3.掌握安培力的計算方法. 4.知道磁通量的概念，會用Φ＝BS計算磁通量． 重、難點 1.磁感應強度的定義及其意義，理解磁感應強度大小的表達式.（重點） 2.安培力的計算方法. （重點） 3.會用Φ＝BS計算磁通量（難點） 學習環(huán)節(jié)和內(nèi)容 學生活動建議 教師活動建議 調(diào)整記錄 一、磁感應強度 [問題設計] 1．在教材第一章關于電場性質(zhì)的學習中我們是如何定義電場強度的？ 答案　檢驗電荷q在電場中某點所受的電場力F與電荷所帶電荷量q的比值定義為電場強度，即E＝.電場強度E由電場本身的性質(zhì)來決定，與檢驗電荷受到的電場力F和電荷量q無關． 2．我們能否將安培力與電場力進行類比，說明安培力公式F＝BIL中比例系數(shù)B的物理意義呢？ 答案　通過大量的實驗發(fā)現(xiàn)，在磁場中某一點，安培力與電流和導線長度乘積的比值是一個定值，與導線的長度、通過導線的電流無關，這個比值與導線所在位置的磁場強弱有關，我們把這個比值定義為磁感應強度，即B＝. [要點提煉] 1．對磁感應強度的理解 (1)磁感應強度的定義式：B＝，磁感應強度是反映磁場性質(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，與是否有通電導線以及通電導線受力大小、是否受力無關． (2)因為通電導線取不同方向時，其受力大小不相同，故在定義磁感應強度時，式中F是指通電直導線垂直磁場放置時受到的磁場力． (3)磁感應強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)安培力大小的計算公式F＝ILBsin_θ，θ為磁感應強度方向與導線方向的夾角． ①當θ＝90，即B與I垂直時，F(xiàn)＝ILB； ②當θ＝0，即B與I平行時，F(xiàn)＝0. (2)當導線與磁場垂直時，彎曲導線的有效長度L，等于連接兩端點直線的長度(如圖1所示)；相應的電流沿L由始端流向末端． 圖1 二、磁通量 [問題設計] 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，磁場強弱不同，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強度，其單位為Wb/m2. [要點提煉] 1．磁通量的定義式：Φ＝BS，適用條件：磁場是勻強磁場，且磁場方向與平面垂直． 2．當平面與磁場方向不垂直時，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行計算，即Φ＝BS⊥＝BScos_θ(如圖2)． 圖2 3．可以用穿過某個平面的磁感線條數(shù)形象地表示穿過這個平面的磁通量大小，穿過的磁感線條數(shù)越多，表示磁通量越大． 三、典例分析 (一)、對磁感應強度概念及公式的理解 例1　關于磁感應強度，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．通電導線放在磁場中某點，該點就有磁感應強度，如果將通電導線拿走，該點的磁感應強度就變?yōu)榱? C．通電導線所受磁場力不為零的地方一定存在磁場，通電導線不受磁場力的地方一定不存在磁場(即B＝0) D．磁場中某一點的磁感應強度由磁場本身決定 解析　磁感應強度B＝ 只是一個定義式，而不是決定式；磁感應強度B是由磁場本身的性質(zhì)決定的，與放不放通電導線無關．故選D. 答案　D (二)、對磁通量認識及計算 例2　如圖3所示，框架面積為S，框架平面與磁感應強度為B的勻強磁場方向垂直，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Φ2＝BS⊥＝BScos 60＝BS；框架轉(zhuǎn)過90角時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角時磁感線從反面穿出，故末態(tài)磁通量為“負”，即Φ4＝－BS，所以ΔΦ＝|Φ4－Φ1|＝|(－BS)－BS|＝2BS. 答案　BS　BS　0　2BS (三)、安培力的大小計算及綜合應用 例3　長度為L、通有電流為I的直導線放入一勻強磁場中，電流方向與磁場方向如圖所示，已知磁感應強度為B，對于下列各圖中，導線所受安培力的大小計算正確的是(　　) A．F＝BILcos θ B．F＝BILcos θ C．F＝BILsin θ D．F＝BILsin θ 解析　A圖中，導線不和磁場垂直，故將導線投影到垂直磁場方向上，故F＝BILcos θ，A正確； B圖中，導線和磁場方向垂直，故F＝BIL，B錯誤； C圖中導線和磁場方向垂直，故F＝BIL，C錯誤；D圖中導線和磁場方向垂直，故F＝BIL，D錯誤． 答案　A 規(guī)律總結　1.當磁場方向與電流方向垂直時安培力F＝ILB，如果磁場方向和電流方向不垂直，公式應變?yōu)镕＝ILB⊥，B⊥是B在垂直于電流方向的分量． 2．如果通電導線是彎曲的，則要用其等效長度代入公式計算． 3．如果是非勻強磁場，原則上把通電導線分為很短的電流元，對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的光滑金屬導軌間有一電源，在相距1 m 的平行導軌上放一質(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，這時金屬棒恰好靜止．求： 圖4 (1)勻強磁場磁感應強度的大??； (2)ab棒對導軌的壓力．(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，從而求出磁感應強度B.再求出ab對導軌的壓力． (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棒對導軌的壓力為： N′＝N＝＝ N＝6 N. 答案　(1) T　(2)6 N 四、板書設計 五、作業(yè)布置 1．第一課時：《全品》P43第1-9題、P44第11、12題 2．第二課時：《5.3》P126基礎過關1-9題。 學生看書，根據(jù)問題討論，總結如何定義電場強度和磁感應強度。理解比值定義法。 學生看書，根據(jù)問題討論，總結如何定義電場強度和磁感應強度。理解比值定義法。 學生先做后評 教師展示PPT，提出問題。 教師展示PPT，提出問題。引導學生看書，引導分析 教師根據(jù)學生出現(xiàn)的問題，針對性點評。 課題 第四節(jié) 磁場對運動電荷的作用---洛倫茲力 課時 3 考點、知識點 1.能從安培力的計算公式推導出洛倫茲力的計算公式. 2.會計算洛倫茲力的大小，會判斷洛倫茲力的方向. 3.會用公式F洛＝qvB推導帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑公式、周期公式，并會應用它們解決有關問題． 學習目標 1.能從安培力的計算公式推導出洛倫茲力的計算公式. 2.會計算洛倫茲力的大小，會判斷洛倫茲力的方向. 3.會用公式F洛＝qvB推導帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑公式、周期公式，并會應用它們解決有關問題． 重、難點 1.會計算洛倫茲力的大小，會判斷洛倫茲力的方向.（重點） 2.會用公式F洛＝qvB推導帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑公式、周期公式，并會應用它們解決有關問題．（重點及難點） 學習環(huán)節(jié)和內(nèi)容 學生活動建議 教師活動建議 調(diào)整記錄 一、洛倫茲力的方向 [問題設計]　如圖2所示，一個陰極射線管的兩個電極之間加上高電壓后，就會在旁邊的熒光屏上看到一條亮線．它顯示出了電子運動的路徑．將陰極射線管置入磁場中，會看到電子束偏轉(zhuǎn)．那么，電子束偏轉(zhuǎn)方向與磁場方向、電子束運動方向的關系滿足怎樣的規(guī)律？ 圖2 答案　左手定則 [要點提煉] 1．洛倫茲力的方向可以根據(jù)左手定則來判斷，四指所指的方向為正電荷的運動方向(或為負電荷運動的反方向)，拇指所指的方向就是運動的正電荷(負電荷)在磁場中所受洛倫茲力的方向．負電荷受力的方向與同方向運動的正電荷受力的方向相反． 2．洛倫茲力的方向與電荷運動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 [問題設計]　如圖3所示，磁場的磁感應強度為B.設磁場中有一段長度為L的通電導線，橫截面積為S，單位體積中含有的自由電荷數(shù)為n，每個自由電荷的電荷量為q且定向運動的速度都是v . 圖3 (1)導線中的電流是多少？導線在磁場中所受安培力多大？ (2)長為L的導線中含有的自由電荷數(shù)為多少？電荷定向運動時所受洛倫茲力的矢量和，在宏觀上表現(xiàn)為導線所受的安培力．則每個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 [要點提煉] 1．安培力是導體中所有定向移動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為電荷運動的方向與磁感應強度方向的夾角． (1)當電荷運動方向與磁場方向垂直時：F＝qvB； (2)當電荷運動方向與磁場方向平行時：F＝0； (3)當電荷在磁場中靜止時：F＝0. 三、帶電粒子在磁場中的運動 [問題設計] 1．一個帶電粒子，在磁感應強度為B的勻強磁場中以速度v垂直磁場方向開始運動，這個粒子將做什么運動？ 答案　由左手定則可以判斷，這個帶電粒子在勻強磁場中所受的洛倫茲力的方向垂直于磁場方向和粒子運動方向所決定的平面，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平面內(nèi)，故這個帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動． 2．一個質(zhì)量為m、帶電荷量為q的粒子，在磁感應強度為B的勻強磁場中，以速度v做勻速圓周運動，你能計算出它做圓周運動的軌道半徑R和周期T嗎？ 答案　因做勻速圓周運動的向心力為洛倫茲力F洛＝qvB 故有qvB＝ 帶電粒子做圓周運動的半徑：R＝ 周期：T＝＝. [要點提煉] 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，對運動電荷不做功． 2．沿著與磁場垂直的方向射入磁場中的帶電粒子，在勻強磁場中做勻速圓周運動．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，在同一勻強磁場中，半徑r會隨著速度的增大而增大，它的周期也會隨著速度的增大而增大嗎？ 答案　不會．由T＝，得出T＝與速度無關． 四、典例分析 一、洛倫茲力的方向和大小 例1　如圖4所示，各圖中的勻強磁場的磁感應強度均為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動 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垂直進入勻強磁場，運行的半圓軌跡如圖5中虛線所示．下列表述正確的是(　　) 圖5 A．M帶負電，N帶正電 B．M的速率小于N的速率 C．洛倫茲力對M、N做正功 D．M的運行時間大于N的運行時間 解析　由左手定則知M帶負電，N帶正電，選項A正確；帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動且向心力F向＝F洛，即＝qvB得r＝，因為M、N的質(zhì)量、電荷量都相等，且rM>rN，所以vM>vN，選項B錯誤；M、N運動過程中，F(xiàn)洛始終與v垂直，F(xiàn)洛不做功，選項C錯誤；由T＝知M、N兩粒子做勻速圓周運動的周期相等且在磁場中的運動時間均為，選項D錯誤． 答案　A 三、有關洛倫茲力的綜合問題分析 例3　一個質(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，要離開斜面(g取10 m/s2)．求： 圖6 (1)小滑塊帶何種電荷？ (2)小滑塊離開斜面時的瞬時速度多大？ (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應垂直斜面向上，根據(jù)左手定則可知，小滑塊應帶負電荷． (2)小滑塊沿斜面下滑的過程中，由平衡條件得F＋N＝mgcos α，當支持力N＝0時，小滑塊脫離斜面．設此時小滑塊速度為vmax，則此時小滑塊所受洛倫茲力F＝qvmaxB， 所以vmax＝＝m/s ≈3.5 m/s (3)設該斜面長度至少為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．因為下滑過程中只有重力做功，由動能定理得mglsin α＝mv－0，所以斜面長至少為l＝＝ m≈1.2 m 答案　(1)負電荷　(2)3.5 m/s　(3)1.2 m 五、板書設計 六、作業(yè)布置 1.第一課時：《全品》導學案P48例1、例2、變式題、例3、4，自我檢測1-4題。 2.第二課時：《全品》導學案第P50例1-例5，自我檢測第1-4題 3.第三課時：《全品》練習冊P45第1-11題。 注意：根據(jù)情況可增加一節(jié)習題課，在《5.3》上選用個別典型題分析。 觀察實驗現(xiàn)象，分析規(guī)律 學生看書，根據(jù)問題討論，總結如何定義電場強度和磁感應強度。理解比值定義法。 學生看書，根據(jù)問題討論，總結如何定義電場強度和磁感應強度。理解比值定義法。 學生先做后評 教師演示實驗 教師展示PPT，提出問題。 教師展示PPT，提出問題。引導學生看書，引導分析 教師根據(jù)學生出現(xiàn)的問題，針對性點評。