磁场复习教案

组内观摩教案3胡小波1图8-2-5磁场复习教学目标：1．知识与技能：通过例题的讲解，使学生对本章的基本概念和基本规律有进一步地理解，并能熟练应用本章知识分析解决物理问题。2．过程与方法：在熟练掌握基本概念、基本规律的基础上，能够分析和解决一些实际问题。3．情感、态度与价值观：通过复习，培养学生归纳知识和进一步运用知识的能力，学习一定的研究问题的科学方法。复习重点：物理概念的深刻含义、对物理概念的综合性运用教学方法：复习提问，讲练结合知识网络::/():::()BFIL永磁体直线电流磁场场源本质运动电荷产生磁场通电螺线管磁场叠加大小定义条件场源电流磁感应强度决定因素方向小磁针北极受力方向空间位置切线方向磁场方向特点封闭曲线磁场描述疏密强弱磁感线形象描述永磁体基本磁场磁感线分布电流产生的磁场方向安培定则对直线电流安培力磁场力的性质:():(),:()/2/:FBILMnBISvBFBqvrmvBqTmBq运用大小最大值方向左手定则对通电线圈产生磁力矩最大值带电粒子在匀强磁场中大小条件洛仑兹力作匀速圆周运动方向左手定则带电粒子在复合场中受多种场力的综合问题一、带电粒子做匀速圆周运动的圆心、半径及运动时间的确定．【例1】如图8-2-5所示，一束电子(电量为e)以速度v垂直射入磁感应强度为B，宽度为d的匀强磁场中，穿过磁场时速度方向与电子原来入射方向的夹角是300，则电子的质量是________，穿过磁场的时间是____________．解析：电子射入磁场后做匀速圆周运动，由于洛仑兹力与速度垂直且指向圆心，过圆弧上A、B两点做法线交于O点，O点即为圆心．由几何知识可知，AB弧所张圆心角为300．则圆半径r=d／sin300=2d，又r=mv/qB,故可求得m=2eBd／v．电子在磁场中运动时间t=0036030T=121×qBm2=vd3说明：解此题的关键是确定带电粒子圆周运动的圆心、根据几何关系计算半径，画好图.1．圆心的确定一般有以下四种情况：①已知粒子运动轨迹上两点的速度方向，作这两速度的垂线，交点即为圆心．②已知粒子入射点、入射方向及运动轨迹上的一条弦，作速度方向的垂线及弦的垂直平分线，组内观摩教案3胡小波2图8-2-6图8-2-9交点即为圆心．③已知粒子运动轨迹上的两条弦，作出两弦垂直平分线，交点即为圆心．④已知粒子在磁场中的入射点、入射方向和出射方向(不一定在磁场中)，延长(或反向延长)两速度方向所在直线使之成一夹角，作出这一夹角的角平分线，角平分线上到两直线距离等于半径的点即为圆心．2．半径的确定和计算．圆心找到以后，自然就有了半径，半径的计算一般是利用几何知识，常用解三角形的方法及圆心角等于圆弧上弦切角的两倍等知识．3．在磁场中运动时间的确定．利用圆心角和与弦切角的关系，或者是四边形内角和等于360０计算出圆心角θ的大小，由公式t=0360×Ｔ可求出运动时间．有时也用弧长与线速度的比t=vs．如图8-2-1所示，在上述问题中经常用到以下关系：①速度的偏向角φ等于AB所对的圆心角θ．②偏向角φ与弦切角α的关系为：φ1800，φ=2α；φ1800，φ=3600一2α③圆周运动中有关对称规律：如从同一直线边界射入的粒子，再从这一边射出时，速度与边界的夹角相等；在圆形磁场区域内，沿径向射入的粒子，必沿径向射出．4．带电粒子在有界磁场中运动问题如何处理？(1)刚好穿出磁场边界的条件是带电粒子在磁场中运动的轨迹与边界相切．(2)当速度v一定时，弧长越长，轨迹对应的圆心角越大，则带电粒子在有界磁场中运动的时间越长．二、电场和磁场对电荷作用的区别【例2】在直径为d的圆形区域内存在匀强磁场，磁场方向垂直于圆面指向纸外，一电荷量为q，质量为m的粒子，从磁场区域的一条直径AC上的A点射入磁场，其速度大小为v0，方向与AC成α角，若此粒子恰能打在磁场区域圆周的D点，AD与AC的夹角为β，如图8-2-6所示。求该磁场的磁感应强度B的大小。解析：设粒子在磁场中做圆周运动的轨道半径为R，则有RvmBqv200①.圆轨道的圆心O在过A点与v0方向垂直的直线上，它到A点的距离为R，如图8-2-9所示，AD是圆轨道的弦，故有∠OAD=∠ODA②，用γ表示此角度，由几何关系知：2Rcosγ=AD③,α+β+γ=2④，解②③④式得)sin(2cosdR⑤，代入①式得cos)sin(20qdmvB1．电荷在电场中一定要受到电场力的作用，而电荷在磁场中不一定受磁场力作用．只有相对于磁场运动且运动方向与磁场不平行的电荷才受磁场力的作用，而相对磁场静止的电荷或虽运动但运动方向与磁场方向平行的电荷则不受磁场力作用．2．电场对电荷作用力的大小仅决定于场强E和电荷量q，即F=qE，而磁场对电荷的作用力大小不仅与磁感应强度B和电荷量q有关，还与电荷运动速度的大小v及速度方向与磁场方向的夹角θ有关，即F=qvBsinθ．3．电荷所受电场力的方向总是沿着电场线的切线(与电场方向相同或相反)，而电荷所受磁场力的方向总是既垂直于磁场方向，又垂直于运动方向(即垂直于磁场方向和运动方向所决定的图8-2-1组内观摩教案3胡小波3图8-2-7平面)．4．电荷在电场中运动时，电场力要对运动电荷做功(电荷在等势面上运动除外)，而电荷在磁场中运动时，磁场力一定不会对电荷做功．三、带电粒子在洛仑兹力作用下做匀速圆周运动的多解问题．由于多种因素的影响，使问题形成多解．多解形成的原因一般包含下述几个方面：1．带电粒子电性不确定形成多解．受洛仑兹力作用的带电粒子，可能带正电荷，也可能带负电荷，在相同的初速度下，正、负粒子在磁场中运动轨迹不同，导致形成双解．2．磁场的方向不确定形成多解．有些题目只告诉了磁感应强度的大小，而未指出磁感应强度的方向，有时必须要考虑因磁感应强度方向不确定而形成的双解．3．临界状态不唯一形成多解．带电粒子在洛仑兹力作用下飞越有界磁场时，由于粒子运动轨迹是圆弧状，因此，它可能穿过去了，也可能转过1800从入射界面这边反向飞出，于是形成多解．4．运动的重复性形成多解．带电粒子在磁场中运动时，由于某些因素的变化，例如磁场方向反向或者速度方向突然反向等，往往运动具有往复性，因而形成多解．四、带电粒子在复合场中运动问题如何处理?1．首先要弄清是一个怎样的复合场，是磁场与电场的复合，还是磁场与重力场的复合，还是磁场、电场、重力场的复合；其次，要正确地对带电粒子进行受力分析和运动过程分析．在进行受力分析时要注意洛伦兹力方向的判定方法——左手定则．在运动过程分析时，要特别注意洛伦兹力特点——始终和运动方向垂直，不做功；最后，选择合适的动力学方程进行求解．2．带电粒子在复合场中的运动问题是电磁学知识和力学知识的结合，分析方法和力学问题的分析方法基本相同，不同之处是多了电场力和洛仑兹力．因此，带电粒子在复合场中的运动问题要注意电场和磁场对带电粒子的作用特点，如电场力做功与路径无关，洛伦兹力方向始终和运动速度方向垂直，永不做功等．3．电子、质子、离子等微观粒子无特殊说明一般不计重力；带电小球、尘埃、油滴、液滴等带电颗粒无特殊说明一般计重力；如果有具体数据，可通过比较确定是否考虑重力．【例3】如图8-2-7所示，足够长的绝缘斜面与水平面间的夹角为α（sinα=0.6），放在水平方向的匀强磁场和匀强电场中，电场强度E=50V/m，方向水平向左，磁场方向垂直于纸面向外。一个带电量q=+4.0×10-2C，质量m=0.40kg的光滑小球，以初速v0=20m/s从斜面底端A冲上斜面，经过3s离开斜面，求磁场的磁感应强度。（取g=10m/s2）。解析：由于小球受到的磁场力必定与它的运动速度方向垂直，由一开始小球在斜面上运动而3秒后离开斜面，则可以判定小球初始时受的磁场力的方向为垂直于斜面向下，当然，也可以由左手定则直接判断，也就是说，题中如果不给出小球带的电荷类型，也可以判断出来。小球沿斜面向下的加速度由电场力F=Eq=2N和重力G=mg=4N唯一决定，为Fsinα+mgcosα=ma所以a=10m/s，所以3秒小球的速度为v=20m/s－10×3m/s=－10m/s，方向为沿斜面向下，这时，小球受的磁场力为沿与斜面垂直方向向上，大小为F1=qvB，小球刚好离开斜面意味着此时小球刚好受斜面的弹力为0。于是由沿斜面垂直方向上的受力平衡，不难得出F1+Fsinα=Gcosα解得B=5T五、小结六、作业《讲义：带电》