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2019-2020年高二物理(人教大纲版)第二册第十五章磁场
二、安培力、磁感应强度第一课时●本节教材分析磁感应强度是学习安培力和洛伦兹力的基础.磁感应强度矢量定量地描述了磁场的性质跟定量描述电场性质的电场强度矢量一样也是电磁学中一个重要的基本概念.但是磁感应强度矢量比电场强度矢量要复杂些因为它的定义式中包含的物理量比电场强度的多;它的方向也不跟磁场力的方向一致.这种复杂性是由磁场本身的性质决定的.为此我们可以说明:1实验表明电流在磁场中某处受力大小与电流的方向有关其中存在电流不受力的方向和受力最大的方向.研究磁场对电流作用力时要使电流方向与磁场方向垂直.2实验证明同一电流放置到磁场中不同地方一般说受力大小不同反映了不同地方的磁场强弱不同.3实验证明在磁场中同一地方电流受的磁场力F与电流I成正比与导线长度L成正比F与IL的比值为一常量.4实验证明在磁场中不同地方F与IL的比值一般不同.5可用来描述某处磁场的强弱我们定义磁感应强度B=.教学中应该突出强调磁场力与电场力不同的特点:磁场力的大小与电流的方向有关.B=中F的含义是电流在该处所受的最大磁场力.安培力是学习磁电式仪表的工作原理和推导洛伦兹力公式的基础.安培力是实际应用中很重要的一种力广泛用于电动机、发电机、继电器等多种设备中.因此学好本节内容很重要.课本从磁感应强度B的物理意义引出载流导线与磁场垂直时所受安培力公式F=BIL.应该强调F=BIL的适用条件是:匀强磁场、直线电流方向与磁场方向垂直当磁场是非匀强磁场时通电导线要取得足够短.安培力的方向可以用左手定则来判断.应用左手定则的条件是:电流方向垂直磁场方向.应使学生明确:安培力方向总垂直磁场方向和电流方向是普遍规律.●教学目标
一、知识目标
1.理解磁感应强度B的定义,知道B的单位是特斯拉.
2.会用磁感应强度的定义式进行有关计算.
3.知道用磁感线的疏密程度可以形象地表示磁感应强度的大小.
4.知道什么叫匀强磁场,知道匀强磁场的磁感线是分布均匀的平行线.
5.知道什么是安培力.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.
6.会用公式F=BIL解答有关问题.
7.知道左手定则的内容,并会用它解答有关问题.
二、能力目标
1.通过实验现象的分析掌握新概念培养学生观察、思考、归纳的逻辑思维能力.
2.使学生学会类比法、用比值定义物理量的方法是常见的物理方法.
三、德育目标培养学生辩证唯物主义观点和实践第一的观点.●教学重点
1.磁感应强度概念的建立.
2.安培力的计算.●教学难点磁感应强度概念的建立.●教学方法对比法、实验法、分析法.●教学用具蹄形磁铁、电源、金属杆、导线、铁架台、投影仪、投影片.●课时安排1课时●教学过程
一、引入新课[师]通过上节课的学习,我们明确了磁场的起源,规定了磁场方向,引入磁感线,形象地描述了磁场,掌握了运用安培定则确定直线电流、环形电流及通电螺线管的磁场方向等知识.磁场和电场一样都是物质.我们在电场一章研究了电场最基本的特性及描述这一基本特性的物理量.这一节我们将按照研究电场特性类似的思路来研究磁场的特性.为此请同学们先回答两个问题.[问题1]电场最基本的特性是什么在物理学中用哪个物理量描述这一特性说出它的定义写出它的定义式.[生]电场最基本的特性是它对放入其中的电荷发生力的作用.物理学中用电场强度这个物理量描述这一特性.它的定义是放入电场中某点的电荷受到的电场力跟它的电荷量的比值叫做这一点的电场强度.它的定义式是E=.[问题2]比值F/q描述了电场的强弱你是怎样理解的[生]对电场中某点F/q是一个恒量它等于单位电荷在该点受到的电场力;对电场中不同点比值F/q一般不同.因此知道了电场强度就可以知道任意电荷在电场中各点受到的电场力.比值F/q越大单位电荷在该点受到的电场力越大这一点的电场强度越大电场就越强.[师]磁场的基本特性是对放入其中的电流有力的作用这个力叫安培力.研究磁场和研究电场相类似如果我们能知道放在磁场任何一处的任何电流的受力情况这个磁场就研究清楚了研究方法先从实验入手.
二、新课教学
1.安培力的大小磁感应强度[演示]在磁场中通电导体受到安培力的作用.如图所示,三块相同的蹄形磁铁并列放置,可以认为磁极间的磁场是均匀的,将一根直导线悬挂在磁铁的两极间,有电流通过时导线将摆动一个角度,通过这个角度我们可以比较安培力的大小.[步骤1]先接通“
2、3”,保持导线通电部分的长度不变改变电流的大小.[生]通电导线长度一定时电流越大导线所受安培力就越大.[步骤2]保持电流不变改变导线通电部分的长度.分别接通“
2、3”和“
1、4”.[生]电流一定时通电导线越长安培力越大.[师]精确的实验表明当通电导线跟磁场的方向垂直时通电导线在磁场中受到的安培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成正比用公式表示为F=BIL或者B=[师]进一步实验表明在给定的磁场某处当通电导线跟磁场方向垂直时都有比值=恒量.那么这个恒量也就可以用来描述磁场的强弱了.在研究电场时电场各点的比值F/q均为恒量表明比值F/q是由电场决定的.那么在磁场各处比值F/IL均为恒量这个比值是由谁决定的呢[生]比值F/IL是由磁场决定的.[师]比值F/q的物理意义是单位电荷在电场中某点受到的电场力.那么的物理意义是什么呢[生]某处垂直于磁场方向、长1m的导线通过1A电流时受到的力.[师]对电场中不同点比值F/q一般不同比值的大小可以表示电场的强弱对于磁场的不同地方比值F/IL一般也不同应该怎样理解呢[生]比值F/IL可以表示磁场的强弱.比值大表明磁场强;比值小表明磁场弱.[师]1介绍磁感应强度的定义.在磁场中垂直于磁场方向的通电导线所受的安培力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值叫做磁感应强度.2磁感应强度的定义式:B=3磁感应强度的单位:在国际单位制中F的单位是NI的单位是AL的单位是mB的单位是T.1T=1[师]请说出1T的物理意义.[生]在磁场中某处垂直于磁场方向、长1m的导线中通以1A的电流如果磁场对它施以1N的力通电导线所在处的磁感应强度是1T.[师]1介绍几种磁场的磁感应强度.地面附近地磁场的磁感应强度大约是
0.3×10-4T~
0.7×10-4T;永磁铁的磁极附近的磁感应强度大约是10-3T~1T;在电机和变压器的铁芯中磁感应强度可达
0.8T~
1.4T.2介绍磁感应强度的方向.磁感应强度是矢量.磁感应强度方向是这样规定的:磁场中某点的磁感应强度的方向就是该点的磁场方向即通过该点的磁感线的切线方向.3电场强度的方向跟正电荷在该点的受力方向相同;磁感应强度的方向是通电导线在磁场中受力的方向吗[生]不是.两者是垂直的.[师]介绍磁感线形象地描述磁场中各点磁感应强度的方向和大小.在研究电场时引入电场线形象地描述电场中各点场强的大小和方向.同样我们可以从磁感线了解磁感应强度的大小和方向.在同一电场中如何用电场线表示电场的强弱[生]可以用电场线的疏密程度表示电场的强弱.电场线密场强强;电场线疏场强弱.[师]在同一磁场中如何用磁感线表示磁感应强度的大小[生]在同一磁场的磁感线分布图上磁感线越密的地方表示那里的磁感应强度大.[师]1介绍匀强磁场.如果磁场的某一区域里磁感应强度的大小和方向处处相同这个区域的磁场叫做匀强磁场.2介绍匀强磁场的产生方法.距离很近的两个异名磁极之间的磁场;通电螺线管内部的磁场.3匀强磁场的磁感线特点.匀强磁场的磁感线是间距相等的平行线.[师]介绍安培力的大小.在匀强磁场中在通电直导线与磁场方向垂直的情况下电流所受的安培力F等于磁感应强度B、电流I和导线长度L三者的乘积.写成公式为F=BIL请同学们思考:该公式的适用条件是什么[生]通电导线与磁场方向垂直磁场为匀强磁场.[师]该公式对非匀强磁场也适用在这种情况下通电导线要取得足够短.
2.安培力的方向[师]安培力的方向与什么因素有关呢[演示]在刚才的实验中改变电流的方向观察发生了什么现象[生]导线向相反的方向运动表明安培力的方向跟电流的方向有关.[师]调换磁铁两极的位置来改变磁场方向观察发生了什么现象[生]导线向相反的方向运动表明安培力的方向跟磁场的方向有关.[师]实验表明安培力的方向既跟磁场方向垂直又跟电流方向垂直即安培力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所在的平面.安培力的方向可以用左手定则来判断.[投影]左手定则.伸开左手使大拇指跟其余四个手指垂直并且都跟手掌在一个平面内把手放入磁场中让磁感线垂直穿入手心并使伸开的四指指向电流的方向.那么大拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向.
三、小结通过本节课的学习,主要学习了以下几个问题
1.磁感应强度的概念、定义式、单位、方向.
2.匀强磁场的定义、产生方法及磁感线特点.
3.安培力的定义、定义式、方向.
四、作业1练习
四、45672阅读本节教材
五、板书设计
六、本节优化训练设计
1.一根长为
0.2m的电流为2A的通电导线,放在磁感应强度为
0.5T的匀强磁场中,受到的安培力大小可能是A.
0.4NB.
0.2NC.
0.1ND.
02.两条导线互相垂直,但相隔一小段距离,其中AB固定,CD可自由活动,当通以如图所示的电流后,CD导线将A.顺时针方向转动,同时靠近ABB.逆时针方向转动,同时离开ABC.顺时针方向转动,同时离开ABD.逆时针方向转动,同时靠近AB
3.质量为m的通电细杆ab置于倾角为θ的导轨上,导轨宽度为d,杆ab与导轨间的动摩擦因数为k有电流时,ab恰好在导轨上静止,如左下图所示.它的四个侧视图中标出四种可能的匀强磁场方向,其中杆ab与导轨之间的摩擦力可能为零的图是_______.
4.下列说法正确的是A.电荷处在电场强度为零的地方,受到的电场力一定为零B.一小段通电导线放在磁感应强度为零的地方,受到的磁场力一定为零C.一小段通电导线在某处不受磁场力的作用,则该处磁感应强度为零D.电荷在某处不受电场力的作用,则该处电场为零
5.要使置于匀强磁场中通电导线所受的安培力增大,可采用以下方法A.增强磁场的磁感应强度B.在垂直于磁感线的平面内旋转导线C.增大电流强度D.在平行磁力线的平面内旋转导线参考答案
1.解析安培力的大小与I和B的夹角有关,当θ=90°时,F=BIL=
0.2N;θ=0°时,F=0,故F大小的范围是0≤F≤2N,故正确选项应为B、C、D.答案BCD
2.解析在CD上取两点P、Q关于AB对称,分析P、Q两点所受安培力方向,即可作出判定.答案D
3.解析在A图中杆除受重力mg与支持力N外,安培力F方向水平向右,若Fcosθ=mgsinθ则摩擦力f可以为
0.在B图中,杆重力mg竖直向下,安培力F方向竖直向上,若F=mg则N=0,f也必定为零.在C图中,安培力F与重力G同向,则f=F+Gsinθ≠0在D图中,安培力F水平向左f=Gsinθ+Fcosθ≠0答案AB
4.解析由F=qE若E=0,则F=0,所以A正确.由F=BIL,B=0可得F=0,所以B正确.一小段通电导线在某处不受磁场力的作用,则可能是磁感应强度为零或导线中电流方向和磁感应强度方向平行,所以C错.电荷在某处不受电场力作用,则该处电场强度一定为零,D正确.答案ABD
5.解析据安培力大小计算式及下面图示分析得解其他条件不变,只在垂直于磁力线的平面内旋转导线,安培力大小不变,如图甲分析.其他条件不变,只在平行磁力线的平面内旋转导线,安培力大小发生变化,如图乙分析.答案ACD。