選修3-1第三 磁場 教案
第一節(jié) 磁現(xiàn)象和磁場（1時）
一．目標
（一）知識與技能
1．了解磁現(xiàn)象，知道磁性、磁極的概念。
2．知道電流的磁效應、磁極間的相互作用。
3．知道磁極和磁極之間、磁極和電流之間、電流和電流之間都是通過磁場發(fā)生相互作用的.知道地球具有磁性。
（二）過程與方法
利用類比法、實驗法、比較法使學生通過對磁場的客觀認識去理解磁場的客觀實在性。
（三）情感態(tài)度與價值觀
通過類比的學習方法，培養(yǎng)學生的邏輯思維能力，體現(xiàn)磁現(xiàn)象的廣泛性
二．重點與難點：
重點：電流的磁效應和磁場概念的形成
難點：磁現(xiàn)象的應用
三、教具：多媒體、條形磁鐵、直導線、小磁針若干、投影儀
四、過程：
（一）引入：介紹生活中的有關磁現(xiàn)象及本所要研究的內(nèi)容。在本，我們要學習磁現(xiàn)象、磁場的描述、磁場對電流的作用以及對運動電荷的作用，知識主線十分清晰。本共二個單元。第一、二、三節(jié)為第一單元；第四~第六節(jié)為第二單元。
復習提問，引入新
［問題］初中學過磁體有幾個磁極？［學生答］磁體有兩個磁極：南極、北極.
［問題］磁極間相互作用的規(guī)律是什么？［學生答］同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引.
［問題］兩個不直接接觸的磁極之間是通過什么發(fā)生相互作用的？［學生答］磁場.
［過渡語］磁場我們在初中就有所了解，從今天我們要更加深入地學習它。
（二）新講解-----第一節(jié)、磁現(xiàn)象和磁場
1．磁現(xiàn)象
（1）通過介紹人們對磁現(xiàn)象的認識過程和我國古代對磁現(xiàn)象的研究、指南針的發(fā)明和作用認識磁現(xiàn)象
（2）可以通過演示實驗(磁極之間的相互作用、磁鐵對鐵釘?shù)奈��?和生活生產(chǎn)中涉及的磁體(喇叭、磁盤、磁帶、磁卡、門吸、電動機、電流表)形象生動地認識磁現(xiàn)象。
【板書】磁性、磁體、磁極：能吸引鐵質物體的性質叫磁性。具有磁性的物體叫磁體，磁體中磁性最強的區(qū)域叫磁極。
2．電流的磁效應
（1）介紹人類認識電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象的過程。
（2）演示奧斯特實驗：讓學生直觀認識電流的磁效應。做實驗時可以分為四種情形觀察并記錄現(xiàn)象：水平電流在小磁針的正上方時，讓電流分別由南向北流和由北向南流；水平電流在小磁針的正下方時，讓電流分別由南向北和由北向南流。在認識電流的磁效應的同時，也為地磁場和通電直導線的磁場的教學埋下伏筆，也可以留下問題讓學生思考。
了解電流的磁效應的發(fā)現(xiàn)過程，體現(xiàn)物理思想(電與磁有聯(lián)系)和研究方法(奧斯特實
驗)，認識到奧斯特實驗在電磁學中的重要意義(打開了電磁學的大門)，為后法拉第的研究工作(電能生磁、磁也可以生電)奠定了基礎。
【板書1】磁極間的相互作用規(guī)律：同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引.（與電荷類比）
【板書2】電流的磁效應：電流通過導體時導體周圍存在磁場的現(xiàn)象(奧斯特實驗)。
3．磁場
演示：磁場對電流的作用，電流與電流的作用，類比于庫侖力和電場，形成磁場的概念，應說明磁場雖然看不見、摸不著，但是和電場一樣都是客觀存在的一種物質，我們可以通過磁場對磁體或電流的作用而認識磁場。
【板書1】磁場的概念：磁體周圍存在的一種特殊物質（看不見摸不著，是物質存在的一種特殊形式）。
【板書2】.磁場的基本性質：對處于其中的磁極和電流有力的作用.
【板書3】磁場是媒介物：磁極間、電流間、磁極與電流間的相互作用是通過磁場發(fā)生的。

4．磁性的地球
明白地理的南北極和地磁的南北極的區(qū)別，了解磁偏角，介紹沈括對磁偏角的研究。用一個條形磁鐵模擬地磁場，說明小磁針靜止時為什么會指向地理的南北極。
【板書1】地球是一個巨大的磁體，地球周圍存在磁場---地磁場。地球的地理兩極與地磁兩極不重合（地磁的N極在地理的南極附近，地磁的S極在地理的北極附近），其間存在磁偏角。
地磁體周圍的磁場分布情況和條形磁鐵周圍的磁場分布情況相似。
宇宙中的許多天體都有磁場。月球也有磁場。
（三）對本節(jié)知識做簡要的小結
（四）鞏固新：1。讓學生復習本內(nèi)容。
2。指導學生閱讀STS
3。完成問題與練習（作練習）

第二節(jié) 、 磁感應強度（1時）
一、教學目標
（一）知識與技能
1．理解和掌握磁感應強度的方向和大小、單位。
2．能用磁感應強度的定義式進行有關計算。
（二）過程與方法
通過觀察、類比（與電場強度的定義的類比）使學生理解和掌握磁感應強度的概念，為學生形成物理概念奠定了堅實的基礎。
（三）情感態(tài)度與價值觀
培養(yǎng)學生探究物理現(xiàn)象的興趣，提高綜合學習能力。
二、重點與難點：
磁感應強度概念的建立是本節(jié)的重點（仍至本的重點），也是本節(jié)的難點，通過與電場強度的定義的類比和演示實驗突破難點
三、教具：蹄形磁鐵，低壓電，多媒體等。
四、教學過程：
（一）復習上時知識后引入
要點：磁場的概念。 提問、引入新：
磁場不僅具有方向，而且也具有強弱，為表征磁場的強弱和方向就要引入一個物理量.怎樣的物理量能夠起到這樣的作用呢？ （緊接著教師提問以下問題.）
1．哪個物理量描述電場的強弱和方向？
［學生答］用電場強度描述電場的強弱和方向.
2．電場強度是如何定義的？其定義式是什么？
［學生答］電場強度是通過將一檢驗電荷放在電場中分析電荷所受的電場力與檢驗電荷量的比值定義的，其定義式為E=F/q
過渡語：今天我們用相類似的方法學習描述磁場強弱和方向的物理量——磁感應強度.
（二）新講解-----第二節(jié) 、 磁感應強度
1．磁感應強度的方向
【演示】讓小磁針處于條形磁鐵產(chǎn)生的磁場和豎直方向通電導線產(chǎn)生的磁場中的各個點時，小磁針的N極所指的方向不同，認識磁場具有方向性，明確磁感應強度的方向的規(guī)定。
【板書】小磁針靜止時N極所指的方向規(guī)定為該點的磁感應強度方向
過渡語：能不能用很小一段通電導體檢驗磁場的強弱呢？
2．磁感應強度的大小
【演示1】用不同的條形磁鐵所能吸起的鐵釘?shù)膫�數(shù)是不同的，說明磁場有強弱。
【演示2】探究影響通電導線受力的因素（如圖）
先介紹勻強磁場：如果磁場的某一區(qū)域里，磁感應強度的大小和方向處處相同，這個區(qū)域的磁場叫勻強磁場。
后定性演示（控制變量法）①保持通電導線的長度不變，改變電流的大�、诒３蛛娏鞑蛔�，改變通電導線的長度。讓學生觀察導線受力情況。
【板書1】精確實驗表明，通電導線和磁場方向垂直時，通電導線受力（磁場力）大小
寫成等式為：F = BIL ①
式中B為比例系數(shù)。
注意：①B與導線的長度和電流的大小無關②在不同的磁場中B的值不同（即使同樣的電流導線的受力也不樣）
再用類比電場強度的定義方法，從而得出磁感應強度的定義式
【板書2】磁感應強度的大�。ū碚鞔艌鰪娙醯奈锢砹浚�
（1）定義： 在磁場中垂直于磁場方向的通電導線，所受的力（安培力）F跟電流I和導線長度L的乘積IL的比值叫磁感應強度。符號：B
說明：如果導線很短很短，B就是導線所在處的磁感應強度。其中，I和導線長度L的乘積IL稱電流元。
（2）定義式： ②
（3）單位：在國際單位制中是特斯特，簡稱特，符號T. 1T=N/A•m
（4）物理意義：磁感應強度B是表示磁場強弱的物理量.
對B的定義式的理解：
①要使學生了解比值F/IL是磁場中各點的位置函數(shù)。換句話說，在非勻強磁場中比值F/IL是因點而異的，也就是在磁場中某一確定位置處，無論怎樣改變I和L，F(xiàn)都與IL的乘積大小成比例地變化，比值F/IL跟IL的乘積大小無關。因此，比值F/IL的大小反映了各不同位置處磁場的強弱程度，所以人們用它定義磁場的磁感應強度。還應說明F是指通電導線電流方向跟所在處磁場方向垂直時的磁場力，此時通電導線受到的磁場力最大。
②有的學生往往單純從數(shù)學角度出發(fā)，曲公式B= F/IL得出磁場中某點的B與F成正比，與IL成反比的錯誤結論。
③應強調說明對于確定的磁場中某一位置說，B并不因探測電流和線段長短（電流元）的改變而改變，而是由磁場自身決定的；比值F/IL不變這一事實正反映了所量度位置的磁場強弱程度是一定的。
【例】磁場中放一根與磁場方向垂直的通電導線，它的電流強度是2.5 A，導線長1 cm，它受到的安培力為5×10-2 N，則這個位置的磁感應強度是多大？
解答：
介紹一些磁場的磁感應強度值。（P89表3。2-1）
（三）小結：可繼續(xù)類比磁場與靜電場，小結出以下兩個方面：
一是電場力與磁場力在方向上是有差異的。電場力的方向總是與電場強度E的方向相同或相反；而磁場力的方向恒與磁感應強度B的方向垂直。
二是E和B在引入方法上也是有差異的。在電場強度E的引入中，考慮到的是電場中檢驗電荷所受的力F與檢驗電荷所帶電量q之比；而在磁感應強度B的引入中，考慮的是磁場中檢驗電流元所受的力F與乘積IL之比。
（四）鞏固新：（1）指導學生閱讀“科學漫步”。
（2）指導學生完成P90“問題與練習”1-3題
（3）后復習本節(jié)內(nèi)容。
第三節(jié) 、幾種常見的磁場（1.5時）
一、教學目標
（一）知識與技能
1．知道什么叫磁感線。
2．知道幾種常見的磁場（條形、蹄形，直線電流、環(huán)形電流、通電螺線管）及磁感線分布的情況
3．會用安培定則判斷直線電流、環(huán)形電流和通電螺線管的磁場方向。
4．知道安培分子電流假說，并能解釋有關現(xiàn)象
5．理解勻強磁場的概念，明確兩種情形的勻強磁場
6．理解磁通量的概念并能進行有關計算
（二）過程與方法
通過實驗和學生動手（運用安培定則）、類比的方法加深對本節(jié)基礎知識的認識。
（三）情感態(tài)度與價值觀
1.進一步培養(yǎng)學生的實驗觀察、分析的能力.
2.培養(yǎng)學生的空間想象能力.
二、重點與難點：
1．會用安培定則判定直線電流、環(huán)形電流及通電螺線管的磁場方向.
2．正確理解磁通量的概念并能進行有關計算
三、教具：多媒體、條形磁鐵、直導線、環(huán)形電流、通電螺線管、小磁針若干、投影儀、展示臺、學生電
四、教學過程：
（一）復習引入
要點：磁感應強度B的大小和方向。
［啟發(fā)學生思考］電場可以用電場線形象地描述，磁場可以用什么描述呢？
［學生答］磁場可以用磁感線形象地描述.----- 引入新
（老師）類比電場線可以很好地描述電場強度的大小和方向，同樣，也可以用磁感線描述磁感應強度的大小和方向
（二）新講解
【板書】1．磁感線
（1）磁感線的定義
在磁場中畫出一些曲線，使曲線上每一點的切線方向都跟這點的磁感應強度的方向一致，這樣的曲線叫做磁感線。
（2）特點：
A、磁感線是閉合曲線，磁鐵外部的磁感線是從北極出，回到磁鐵的南極，內(nèi)部是從南極到北極.
B、每條磁感線都是閉合曲線，任意兩條磁感線不相交。
C、磁感線上每一點的切線方向都表示該點的磁場方向。
D、磁感線的疏密程度表示磁感應強度的大小
【演示】用鐵屑模擬磁感線的形狀，加深對磁感線的認識。同時與電場線加以類比。
【注意】①磁場中并沒有磁感線客觀存在，而是人們?yōu)榱搜芯繂栴}的方便而假想的。
②區(qū)別電場線和磁感線的不同之處：電場線是不閉合的，而磁感線則是閉合曲線。
2．幾種常見的磁場
【演示】
①用鐵屑模擬磁感線的演示實驗，使學生直觀地明確條形磁鐵、蹄形磁鐵、通電直導線、通電環(huán)形電流、通電螺線管以及地磁場(簡化為一個大的條形磁鐵)各自的磁感線的分布情況(磁感線的走向及疏密分布)。
②用投影片逐一展示:條形磁鐵（圖1）、蹄形磁鐵（圖2）、通電直導線（圖3）、通電環(huán)形電流（圖4）、通電螺線管以及地磁場(簡化為一個大的條形磁鐵) （圖5）、※輻向磁場（圖6）、還有二同名磁極和二異名磁極的磁場。

（1）條形、蹄形磁鐵，同名、異名磁極的磁場周圍磁感線的分布情況（圖1、圖2）
（2）電流的磁場與安培定則
①直線電流周圍的磁場
在引導學生分析歸納的基礎上得出
○直線電流周圍的磁感線：是一些以導線上各點為圓心的同心圓，這些同心圓都在跟導線垂直的平面上.（圖3）
○直線電流的方向和磁感線方向之間的關系可用安培定則（也叫右手螺旋定則）判定：用右手握住導線，讓伸直的大拇指所指的方向跟電流的方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向.
②環(huán)形電流的磁場
○環(huán)形電流磁場的磁感線：是一些圍繞環(huán)形導線的閉合曲線，在環(huán)形導線的中心軸線上，磁感線和環(huán)形導線的平面垂直（圖4）。
［教師引導學生得］
○環(huán)形電流的方向跟中心軸線上的磁感線方向之間的關系也可以用安培定則判定：讓右手彎曲的四指和和環(huán)形電流的方向一致，伸直的大拇指所指的方向就是環(huán)形導線中心軸線上磁感線的方向.
③通電螺線管的磁場.
○通電螺線管磁場的磁感線：和條形磁鐵外部的磁感線相似，一端相當于南極，一端相當于北極；內(nèi)部的磁感線和螺線管的軸線平行，方向由南極指向北極，并和外部的磁感線連接，形成一些環(huán)繞電流的閉合曲線（圖5）
○通電螺線管的電流方向和它的磁感線方向之間的關系，也可用安培定則判定：用右手握住螺線管，讓彎曲四指所指的方向和電流的方向一致，則大拇指所指的方向就是螺線管的北極（螺線管內(nèi)部磁感線的方向）.
③電流磁場（和天然磁鐵相比）的特點：磁場的有無可由通斷電控制；磁場的極性可以由電流方向變換；磁場的強弱可由電流的大小控制。
【說明】由于后面的安培力、洛倫茲力、電磁感應與磁感應強度密切相關，幾種常見磁場的磁感線的分布是一個非�；�本的內(nèi)容，不掌握好，對后面的學習有很大影響。
3．安培分子電流假說
（1）安培分子電流假說（P92）
對分子電流，結合環(huán)形電流產(chǎn)生的磁場的知識及安培定則，以便學生更容易理解“它的兩側相當于兩個磁極”，這句話；并應強調“這兩個磁極跟分子電流不可分割的聯(lián)系在一起”，以便使他們了解磁極為什么不能以單獨的N極或S極存在的道理。
（2）安培假說能夠解釋的一些問題
可以用回形針、酒精燈、條形磁鐵、充磁機做好磁化和退磁的演示實驗，加深學生的印象。舉生活中的例子說明，比如磁卡不能與磁鐵放在一起等等。
【說明】“假說”，是用說明某種現(xiàn)象但未經(jīng)實踐證實的命題。在物理定律和理論的建立過程中，“假說”，常常起著很重要的作用，它是在一定的觀察、實驗的基礎上概括和抽象出的。安培分子電流的假說就是在奧斯特的實驗的啟發(fā)下，經(jīng)過思維發(fā)展而產(chǎn)生出的。
（3）磁現(xiàn)象的電本質：磁鐵和電流的磁場本質上都是運動電荷產(chǎn)生的．
4．勻強磁場
（1）勻強磁場：如果磁場的某一區(qū)域里，磁感應強度的大小和方向處處相同，這個區(qū)域的磁場叫勻強磁場。勻強磁場的磁感線是一些間隔相同的平行直線。
（2）兩種情形的勻強磁場：即距離很近的兩個異名磁極之間除邊緣部分以外的磁場；相隔一定距離的兩個平行線圈(亥姆霍茲線圈)通電時，其中間區(qū)域的磁場P92圖3.3-7，圖3.3-8。
5.磁通量
（1）定義： 磁感應強度B與線圈面積S的乘積，叫穿過這個面的磁通量（是重要的基本概念）。
（2）表達式：φ=BS
【注意】①對于磁通量的計算要注意條，即B是勻強磁場或可視為勻強磁場的磁感應強度，S是線圈面積在與磁場方向垂直的平面上的投影面積。
②磁通量是標量，但有正、負之分，可舉特例說明。
（3）單位：韋伯，簡稱韋，符號Wb 1Wb = 1T•m2
（4）磁感應強度的另一種定義（磁通密度）:即B =φ/S
上式表示磁感應強度等于穿過單位面積的磁通量，并且用Wb/m2做單位（磁感應強度的另一種單位）。所以：1T = 1 Wb/m2 = 1N/A•m
（三）小結：對本節(jié)各知識點做簡要的小結。并要求學生外按P93【做一做】
鞏固練習
1.如圖所示，放在通電螺線管內(nèi)部中間處的小磁針，靜止時N極指向右.試判定電的正負極.
解析：小磁針N極的指向即為該處的磁場方向，所以在螺線管內(nèi)部磁感線方向由a→b，根據(jù)安培定則可判定電流由c端流出，由d端流入，故c端為電的正極，d端為負極.
注意：不要錯誤地認為螺線管b端吸引小磁針的N極，從而判定b端相當于條形磁鐵的南極，關鍵是要分清螺線管內(nèi)、外部磁感線的分布.
2.如圖所示，當線圈中通以電流時，小磁針的北極指向讀者.試確定電流方向.
電流方向為逆時針方向.
（四）鞏固新（1）復習本節(jié)內(nèi)容 （2）閱讀“科學漫步”
（3）指導學生完成“問題與練習”1--4

第四節(jié) 、磁場對通電導線的作用力（1.5時）
一、教學目標
（一）知識與技能
1、知道什么是安培力。知道通電導線在磁場中所受安培力的方向與電流、磁場方向都垂直時，它的方向的判斷----左手定則。知道左手定則的內(nèi)容，會用左手定則熟練地判定安培力的方向，并會用它解答有關問題.
2、會用安培力公式F=BIL解答有關問題. 知道電流方向與磁場方向平行時，電流受的安培力最小，等于零；電流方向與磁場方向垂直時，電流受的安培力最大，等于BIL.
3、了解磁電式電流表的內(nèi)部構造的原理。
（二）過程與方法
通過演示、分析、歸納、運用使學生理解安培力的方向和大小的計算。培養(yǎng)學生的間想像能力。
（三）情感態(tài)度與價值觀
使學生學會由個別事物的個性認識一般事物的共性的認識事物的一種重要的科學方法.并通過對磁電式電流表的內(nèi)部構造的原理了解，感受物理知識之間的聯(lián)系。
二、重點與難點：
重點：安培力的方向確定和大小的計算。
難點：左手定則的運用（尤其是當電流和磁場不垂直時，左手定則如何變通使用）。
三、教具：磁鐵、電、金屬桿、導線、鐵架臺、滑動變阻器、多媒體。
四、教學過程：
（一）復習引入
讓學生回憶在在第二節(jié)中通電導線在磁場中受力大小與什么因素有關。
過渡：本節(jié)我們將對安培力做進一步的討論。
（二）新講解-----第四節(jié) 、磁場對通電導線的作用力
安培力：磁場對電流的作用力.
安培力是以安培的名字命名的，因為他研究磁場對電流的作用力有突出的貢獻.
1．安培力的方向
【演示】按照P85圖3。1—3所示進行演示。
（1）、改變電流的方向，觀察發(fā)生的現(xiàn)象.
［現(xiàn)象］導體向相反的方向運動.
（2）、調換磁鐵兩極的位置改變磁場方向，觀察發(fā)生的現(xiàn)象.
［現(xiàn)象］導體又向相反的方向運動
［教師引導學生分析得出結論］
（1）、安培力的方向和磁場方向、電流方向有關系.
（2）、安培力的方向既跟磁場方向垂直，又跟電流方向垂直，也就是說，安培力的方向總是垂直于磁感線和通電導線所在的平面.（P96圖3。4-1）
如何判斷安培力的方向呢？
人們通過大量的實驗研究，總結出通電導線受安培力方向和電流方向、磁場方向存在著一個規(guī)律一一左手定則．
左手定則：伸開左手，使大拇指跟其余四個手指垂直，并且跟手掌在同一個平面內(nèi)，把手放人磁場中，讓磁感線垂直穿人手心，并使伸開的四指指向電流方向，那么，拇指所指的方向，就是通電導線在磁場中的受力方向．（如圖）。
【說明】左手定則是一個難點，涉及三個物理量的方向，涉及三維空間，而學生的空間想像力還不強，所以教師應引導學生如何將三維圖形用二維圖形表達(側視圖、俯視圖和剖面圖等等)，還要引導學生如何將二維圖形想像成三維圖形。---可將右圖從側視圖、俯視圖和剖面圖一一引導學生展示。
*一般情形的安培力方向法則介紹…
結論：電流和磁場可以不垂直，但安培力必然和電流方向垂直，也和磁場方向垂直，用左手定則時，磁場不一定垂直穿過手心，只要不從手背傳過就行。
*至于大小法則，如果電流和磁場不垂直，則將磁場進行分解，取垂直分量代入公式即可；從這個角度不難理解——如果電流和磁場平行，那么安培力是多少？[學生]為零。
引導學生分析判斷P99第一題
補充練習：判斷下圖中導線A所受磁場力的方向.
答案：

（垂直于紙面向外）
【演示】平行通電直導線之間的的相互作用（P97圖3。4—3）。
引導學生區(qū)別安培定則和左手定則，并且用這兩個定則去解釋“平行通電導線之間的相互作用”這一演示實驗，解釋時應明白左邊的通電導線受到的安培力是右邊的通電導線所產(chǎn)生的磁場施加的，反之亦然。
2、安培力的大小
通電導線（電流為I、導線長為L）和磁場（B）方向垂直時，通電導線所受的安培力的大�。篎 = BIL（最大）
兩種特例：即F = ILB(I⊥B)和F = 0(I∥B)。
一般情況：當磁感應強度B的方向與導線成θ角時，有F = ILBsinθ
【注意】在推導公式時，要讓學生明確兩點：一是矢量的正交分解體現(xiàn)兩個分量與原的矢量是等效替代的關系，二是從特殊到一般的歸納的思維方法。（具體推導見P97）
還應該注意的是：盡管公式F=ILB是從公式B=F/IL變形而得的，但兩者的物理意義卻
有不同。①公式B=F/IL是根據(jù)放置于給定磁場中的給定點上的檢驗電流(電流元)受力情況，確定這一位置的磁場的性質，它對任何磁場中的任何點都是適用的。②公式F=ILB則是在已知磁場性質的基礎上，確定在給定位置上給定的一小段通電直導線的受力情況，在中學階段，它只適用于勻強磁場。教師應該給學生指出：物理公式在作數(shù)學的等價變形時，其物理意義和適用范圍將會發(fā)生變化。這是應用數(shù)學知識解決物理問題時所要引起注意的問題，但卻往往被人們所忽視。
應該提醒學生注意安培力與庫侖力的區(qū)別。電荷在電場中某一點受到的庫侖力是一定的，方向與該點的電場方向要么相同，要么相反。而電流在磁場中某處受到的磁場力，與電流在磁場中放置的方向有關，電流方向與磁場方向平行時，電流受的安培力最小，等于零；電流方向與磁場方向垂直時，電流受的安培力最大，等于BIL，一般情況下的安培力大于零，小于BIL，方向與磁場方向垂直。
3、磁電式電流表
（1）電流表的組成及磁場分布
請同學們閱讀，讓學生先看清楚磁鐵、鋁框、線圈、螺旋彈簧、極靴、指針、鐵質圓柱等構，了解它們之中哪些是固定的，哪些是可動的。然后回答.：電流表主要由哪幾部分組成的？
數(shù)分鐘后，教師出示實物投影并演示---圖1
［學生答］電流表由永久磁鐵、鐵芯、線圈、螺旋彈簧、指針、刻度盤等六部分組成.
電流表的組成：永久磁鐵、鐵芯、線圈、螺旋彈簧、指針、刻度盤.（最基本的是磁鐵和線圈）
教師提示注意：a、鐵芯、線圈和指針是一個整體；b、蹄形磁鐵內(nèi)置軟鐵是為了（和鐵芯一起）造就輻向磁場；c、觀察——鐵芯轉動時螺旋彈簧會形變。
［實物投影本圖2］
［問題］電流表中磁場分布有何特點呢？
［教師講解］電流表中磁鐵與鐵芯之間是均勻輻向分布的.
［問題］什么是均勻輻向分布呢？
［教師進一步講解］所謂均勻輻向分布，就是說所有磁感線的延長線都通過鐵芯的中心，不管線圈處于什么位置，線圈平面與磁感線之間的夾角都是零度.該磁場并非勻強磁場，但在以鐵芯為中心的圓圈上，各點的磁感應強度B的大小是相等的.
（2）電流表的工作原理-------引導學生弄清楚以下幾點：（并請學生自己歸納P98）
①線圈的轉動是怎樣產(chǎn)生的?
②線圈為什么不一直轉下去？
③為什么指針偏轉角度的大小可以說明被測電流的強弱?
④如何根據(jù)指針偏轉的方向確定電路上電流的方向?
⑤使用時要特別注意什么?
（三）對本節(jié)要點做簡要小結.
（四）鞏固新：1、復習本節(jié)內(nèi)容
2、做一做（P98）
3、完成“問題與練習”2、4練習，3作業(yè)。

第五節(jié)、磁場對運動電荷的作用（1時）
一、教學目標
（一）知識與技能
1、知道什么是洛倫茲力.利用左手定則判斷洛倫茲力的方向.
2、知道洛倫茲力大小的推理過程.
3、掌握垂直進入磁場方向的帶電粒子，受到洛倫茲力大小的計算.
4、了解v和B垂直時的洛倫茲力大小及方向判斷.理解洛倫茲力對電荷不做功.
5、了解電視顯像管的工作原理
（二）過程與方法
通過觀察，形成洛倫茲力的概念，同時明確洛倫茲力與安培力的關系(微觀與宏觀)，洛倫茲力的方向也可以用左手定則判斷。通過思考與討論，推導出洛倫茲力的大小公式F=qvBsinθ。最后了解洛倫茲力的一個應用——電視顯像管中的磁偏轉。
（三）情感態(tài)度與價值觀
引導學生進一步學會觀察、分析、推理，培養(yǎng)學生的科學思維和研究方法。讓學生認真體會科學研究最基本的思維方法:“推理—假設—實驗驗證”。
二、重點與難點：
重點：1.利用左手定則會判斷洛倫茲力的方向.
2.掌握垂直進入磁場方向的帶電粒子，受到洛倫茲力大小的計算.
這一節(jié)承上(安培力)啟下(帶電粒子在磁場中的運動)，是本的重點
難點：1.洛倫茲力對帶電粒子不做功.
2.洛倫茲力方向的判斷.
三、教具：電子射線管、高壓電、磁鐵、多媒體
四、教學過程：
（一）復習引入
前面我們學習了磁場對電流的作用力，下面思考兩個問題：
1.如圖判定安培力的方向（讓學生上黑板做）
若已知上圖中：B=4.0×10-2 T，導線長L=10 cm，I=1 A.求：導線所受的安培力大小？
［學生解答］
解：F=BIL=4×10-2 T×1 A×0.1 m=4×10-3 N
答：導線受的安培力大小為4×10-3 N.
2.什么是電流？
［學生答］電荷的定向移動形成電流.
［教師講述］磁場對電流有力的作用，電流是由電荷的定向移動形成的，我們會想到：這個力可能是作用在運動電荷上的，而安培力是作用在運動電荷上的力的宏觀表現(xiàn).
［演示實驗］觀察磁場陰極射線在磁場中的偏轉（100頁圖3。5--1）
［教師］說明電子射線管的原理：
說明陰極射線是燈絲加熱放出電子，電子在加速電場的作用下高速運動而形成的電子流，轟擊到長條形的熒光屏上激發(fā)出熒光，可以顯示電子束的運動軌跡，磁鐵是用在陰極射線周圍產(chǎn)生磁場的，還應明確磁場的方向。
［實驗結果］在沒有外磁場時，電子束沿直線運動，蹄形磁鐵靠近電子射線管，發(fā)現(xiàn)電子束運動軌跡發(fā)生了彎曲。學生用左手定則判斷電子束彎曲方向。
［學生分析得出結論］磁場對運動電荷有作用.------引出新
（二）新講解
1、洛倫茲力的方向和大小
（1）、洛倫茲力：運動電荷在磁場中受到的作用力.
通電導線在磁場中所受安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn).
【說明】可以根據(jù)磁場對電流有作用力而對未通電的導線沒有作用力，引導學生提出猜想：磁場對電流作用力的實質是磁場對運動電荷的作用力。
［過渡語］運動電荷在磁場中受到洛倫茲力的作用，那么洛倫茲力的方向如何判斷呢？
［問題］如圖
（2）判定安培力方向.（上圖甲中安培力方向為垂直電流方向向上，乙圖安培力方向為垂直電流方向向下）
②.電流方向和電荷運動方向的關系.（電流方向和正電荷運動方向相同，和負電荷運動方向相反）
③.F安的方向和洛倫茲力方向關系.（F安的方向和正電荷所受的洛倫茲力的方向相同，和負電荷所受的洛倫茲力的方向相反.）
④.電荷運動方向、磁場方向、洛倫茲力方向的關系.（學生分析總結）
（2）、洛倫茲力方向的判斷——左手定則
伸開左手，使大拇指和其余四指垂直且處于同一平面內(nèi)，把手放入磁場中，讓磁感線垂直穿入手心，若四指指向正電荷運動的方向，那么拇指所受的方向就是正電荷所受洛倫茲力的方向；若四指指向是電荷運動的反方向，那么拇指所指的正方向就是負電荷所受洛倫茲力的方向.
【要使學生明確】：正電荷運動方向應與左手四指指向一致，負電荷運動方向則應與左手四指指向相反(先確定負電荷形成電流的方向，再用左手定則判定)。
［投影出示練習題］----“問題與練習”1
（2）試判斷下圖中所示的帶電粒子剛進入磁場時所受的洛倫茲力的方向.
［學生解答］
甲中正電荷所受的洛倫茲力方向向上.
乙中正電荷所受的洛倫茲力方向向下.
丙中正電荷所受的洛倫茲力方向垂直于紙面指向讀者.
丁中正電荷所受的洛倫茲力的方向垂直于紙面指向紙里
（3）、洛倫茲力的大小
現(xiàn)在我們研究一下洛倫茲力的大小. 通過“思考與討論”，推導公式F=qvBsinθ時，應先建立物理模型(教材圖3．5—3)，再循序漸進有條理地推導，這一個過程可放手讓學生完成，體現(xiàn)學習的自主性。
也可以通過下面的命題引導學生一一回答。
設有一段長度為L的通電導線，橫截面積為S，導線每單位體積中含有的自由電荷數(shù)為n，每個自由電荷的電量為q，定向移動的平均速率為v，將這段導線垂直于磁場方向放入磁感應強度為B的磁場中.
［問題］這段導線中電流I的微觀表達式是多少？讓學生推導后回答。
［學生答］I的微觀表達式為I=nqSv
［問題］這段導體所受的安培力為多大？［學生答］F安=BIL
［問題］這段導體中含有多少自由電荷數(shù)？
［學生答］這段導體中含有的電荷數(shù)為nLS.
［問題］每個自由電荷所受的洛倫茲力大小為多大？
［學生答］安培力可以看作是作用在每個運動上的洛倫茲力F的合力，這段導體中含有的自由電荷數(shù)為nLS,所以 F= F安/nLS = BIL/nLS = nqvSLB/nLS =qvB
洛倫茲力的計算公式
（1）當粒子運動方向與磁感應強度垂直時（v┴B） F = qvB
（2）當粒子運動方向與磁感應強度方向成θ時（v∥B） F = qvBsinθ
上兩式各量的單位：
F為牛（N），q為庫倫（C）， v為米/秒（m/s）, B為特斯拉（T）
最后，通過“思考與討論”，說明由洛倫茲力所引起的帶電粒子運動的方向總是與洛倫茲力的方向相垂直的，所以它對運動的帶電粒子總是不做功的。
2．像管的工作原理
（1）原理 ：應用電子束磁偏轉的道理
（2）構造 ：由電子槍（陰極）、偏轉線圈、熒光屏等組成（介紹各部分的作用102頁）
在條允許的情況下，可以讓學生觀察顯像管的實物，認清偏轉線圈的位置、形狀，然后運用安培定則和左手定則說明從電子槍射出的電子束是怎樣在洛倫茲力的作用下發(fā)生偏轉的。
再通過“思考與討論”（ 103頁），讓學生弄清相關問題。進而介紹電視技術中的掃描現(xiàn)象。
最后讓學生回憶 “示波管的原理”，通過對比看看二者的差異。
（三）對本節(jié)內(nèi)容做簡要小結
（四）鞏固新 （1）復習本節(jié)內(nèi)容
（2）完成“問題與練習” 4、5練習，3作業(yè)

第六節(jié)、帶電粒子在勻強磁場中的運動（2時+1練習）
一、教學目標
（一）知識與技能
1、理解洛倫茲力對粒子不做功.
2、理解帶電粒子的初速度方向與磁感應強度的方向垂直時，粒子在勻磁場中做勻速圓周運動.
3、會推導帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑、周期公式，并會用它們解答有關問題. 知道質譜儀的工作原理。
4、知道回旋加速器的基本構造、工作原理 、及用途 。
（二）過程與方法
通過綜合運用力學知識、電磁學知識解決帶電粒子在復合場（電場、磁場）中的問題.
培養(yǎng)學生的分析推理能力.
（三）情感態(tài)度與價值觀
通過對本節(jié)的學習，充分了解科技的巨大威力，體會科技的創(chuàng)新歷程。
二、重點與難點：
重點：帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑和周期公式，并能用分析有關問題.
難點：1.粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運動.
2.綜合運用力學知識、電磁學知識解決帶電粒子在復合場中的問題.
三、教具：洛倫茲力演示儀、感應線圈、電、多媒體等
四、教學過程：
（一）復習引入
［問題1］什么是洛倫茲力？［磁場對運動電荷的作用力］
［問題2］帶電粒子在磁場中是否一定受洛倫茲力？［不一定，洛倫茲力的計算公式為F=qvBsinθ，θ為電荷運動方向與磁場方向的夾角，當θ=90°時，F(xiàn)=qvB;當θ=0°時，F(xiàn)=0.］
［問題3］帶電粒子垂直磁場方向進入勻強磁場時會做什么運動呢？今天我們學習——帶電粒子在勻強磁場中的運動、質譜儀.
（二）新講解---第六節(jié)、帶電粒子在勻強磁場中的運動
【演示】先介紹洛倫茲力演示儀的工作原理，由電子槍發(fā)出的電子射線可以使管內(nèi)的低壓水銀蒸氣發(fā)出輝光，顯示出電子的徑跡。后進行實驗.（并說明相關問題104-105頁）
教師進行演示實驗.
［實驗現(xiàn)象］在暗室中可以清楚地看到，在沒有磁場作用時，電子的徑跡是直線；在管外加上勻強磁場（這個磁場是由兩個平行的通電環(huán)形線圈產(chǎn)生的），電子的徑跡變彎曲成圓形.
［教師引導學生分析得出結論］
當帶電粒子的初速度方向與磁場方向垂直時，粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動.
帶電粒子垂直進入勻強磁場中的受力及運動情況分析（動態(tài)）.
一是要明確所研究的物理現(xiàn)象的條----在勻強磁場中垂直于磁場方向運動的帶電粒子。二是分析帶電粒子的受力情況，用左手定則明確帶電粒子初速度與所受到的洛倫茲力在同一平面內(nèi)，所以只可能做平面運動。三是洛倫茲力不對運動的帶電粒子做功，它的速率不變，同時洛倫茲力的大小也不變。四是根據(jù)牛頓第二定律，洛倫茲力使運動的帶電粒子產(chǎn)生加速度(向心加速度)
［出示投影］
①.電子受到怎樣的力的作用？這個力和電子的速度的關系是怎樣的？（電子受到垂直于速度方向的洛倫茲力的作用.）
②.洛倫茲力對電子的運動有什么作用？（.洛倫茲力只改變速度的方向，不改變速度的大小）
③.有沒有其他力作用使電子離開磁場方向垂直的平面？（沒有力作用使電子離開磁場方向垂直的平面）
④.洛倫茲力做功嗎？（洛倫茲力對運動電荷不做功）
1．帶電粒子在勻強磁場中的運動
（1）、運動軌跡：沿著與磁場垂直的方向射入磁場的帶電粒子，粒子在垂直磁場方向的平面內(nèi)做勻速圓周運動，此洛倫茲力不做功.
【注意】帶電粒子做圓周運動的向心力由洛倫茲力提供。
通過“思考與討論”（ 105頁），使學生理解帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動，的軌道半徑r和周期T與粒子所帶電量、質量、粒子的速度、磁感應強度有什么關系。
［出示投影］
一為帶電量q，質量為m ,速度為v的帶電粒子垂直進入磁感應強度為B的勻強磁場中，其半徑r和周期T為多大？
［問題1］什么力給帶電粒子做圓周運動提供向心力？［洛倫茲力給帶電粒子做圓周運動提供向心力］
［問題2］向心力的計算公式是什么？［F=mv2/r］
［教師推導］粒子做勻速圓周運動所需的向心力F=m 是由粒子所受的洛倫茲力提供的，所以 qvB=mv2/ r由此得出r= T= 可得T=
（2）、軌道半徑和周期
帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的軌道半徑及周期公式.
1、軌道半徑r = 2、周期T =2πm/ qB
【說明】：
（1）軌道半徑和粒子的運動速率成正比.
（2）帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動的周期跟軌道半徑和運動速率無關.
【討論】：在勻強磁場中如果帶電粒子的運動方向不和磁感應強度方向垂直，它的運動軌道是什么樣的曲線？
分析：當帶電粒子的速度分別為垂直于B的分量v1和平行于B的分量v2，因為v1和B垂直，受到洛倫茲力qv1B，此力使粒子q在垂直于B的平面內(nèi)做勻速圓周運動，v1和B平行，不受洛倫茲力，故粒子在沿B方向上做勻速曲線運動，可見粒子的運動是一等距螺旋運動.
再用洛倫茲力演示儀演示
［出示投影本例題］
如圖所示，一質量為m，電荷量為q的粒子從容器A下方小孔S1飄入電勢差為U的加速電場，然后讓粒子垂直進入磁感應強度為B的磁場中，最后打到底片D上.
(1)粒子進入磁場時的速率。
(2)求粒子在磁場中運動的軌道半徑。
解：（1）粒子在S1區(qū)做初速度為零的勻加速直線運動.由動能定理知，粒子在電場中得到的動能等于電場對它所做的功，即
由此可得v= .
（2）粒子做勻速圓周運動所需的向心力是由粒子所受的洛倫茲力提供，即qvB=m
所以粒子的軌道半徑為 r=mv/qB=
［教師講解］r和進入磁場的速度無關，進入同一磁場時，r∝ ，而且這些個量中，u、B、r可以直接測量，那么，我們可以用裝置測量比荷或算出質量。
例題在處理上，可以讓學生自己處理，教師引導總結。為了加深對帶電粒子在磁場中的運動規(guī)律的理解，可以補充例題和適量的練習。注意：在解決這類問題時，如何確定圓心、畫出粒子的運動軌跡、半徑及圓心角，找出幾何關系是解題的關鍵。
例題給我們展示的是一種十分精密的儀器------質譜儀
補充例題: 如圖所示，半徑為r的圓形空間內(nèi)，存在著垂直于紙面向里的勻強磁場，一個帶電粒子（不計重力），從A點以速度v0垂直磁場方向射入磁場中，并從B點射出，已知∠AOB=120°，求該帶電粒子在磁場中運動的時間。
分析：首先通過已知條找到 所對應的圓心O′，畫出粒子的運動軌跡并畫出幾何圖形。
解：設粒子在磁場中的軌道半徑為R，粒子的運動軌跡及幾何圖形如圖所示。
粒子在磁場中做勻速圓周運動的向心力由洛倫茲力提供，
有qvB=mv2/R ①
由幾何關系有：R = r tan60º ②
粒子的運動周期T =2πR/v0 ③
由圖可知θ=60°，得電粒子在磁場中運動的時間 t = T/6 ④
聯(lián)立以上各式解得：t= rπ/3v0

（3）、質譜儀
閱讀及例題，回答以下問題：
1.試述質譜儀的結構.
2.試述質譜儀的工作原理.
3.什么是同位素？
4.質譜儀最初是由誰設計的？
5.試述質譜儀的主要用途.
閱讀后學生回答：
1.質譜儀由靜電加速極、速度選擇器、偏轉磁場、顯示屏等組成.
2.電荷量相同而質量有微小差別的粒子，它們進入磁場后將沿著不同的半徑做圓周運動，打到照相底片不同的地方，在底片上形成若干譜線狀的細條，叫質譜線，每一條對應于一定的質量，從譜線的位置可以知道圓周的半徑r，如果再已知帶電粒子的電荷量q，就可算出它的質量.
3.質子數(shù)相同而質量數(shù)不同的原子互稱為同位素.
4.質譜儀最初是由湯姆生的學生阿斯頓設計.
5.質譜儀是一種十分精密的儀器，是測量帶電粒子的質量和分析同位素的重要工具.---
----（1時）
【過渡語】先從研究物質微觀結構的需要出發(fā)提出怎樣大量產(chǎn)生高能帶電粒子的問題，從而引出早期使用的加速器——靜電加速器
2．回旋加速器
（1）直線加速器
①加速原理：利用加速電場對帶電粒子做正功使帶電的粒子動能增加，即qU =ΔEk
②直線加速器的多級加速：教材圖3．6—5所示的是多級加速裝置的原理圖，由動能定理可知，帶電粒子經(jīng)N級的電場加速后增加的動能，ΔEk=q（U1+U2+U3+U4+…Un）
③直線加速器占有的空間范圍大，在有限的空間內(nèi)制造直線加速器受到一定的限制。
（2）回旋加速器
①由美國物理學家勞倫斯于1932年發(fā)明。
②其結構教材圖3．6—6所示。核心部為兩個D形盒（加勻強磁場）和其間的夾縫（加交變電場）
③加速原理：通過“思考與討論”讓學生自己分析出帶電粒子做勻速圓周運動的周期公式T = 2πm/q B，明確帶電粒子的周期在q、m、B不變的情況下與速度和軌道半徑無關，從而理解回旋加速器的原理。
在學生思考之后，可作如下的解釋：如果其他因素(q、m、B)不變，則當速率v加大時，由r=mv/qB得知圓運動半徑將與v成正比例地增大，因而圓運動周長 也將與v成正比例地增大，因此運動一周的時間(周期)仍將保持原值。
最后提到了回旋加速器的效能(可將帶電粒子加速，使其動能達到25 eV～30 eV)，為狹義相對論埋下了伏筆。
老師再進一步歸納各部的作用：（如圖）
磁場的作用：交變電場以某一速度垂直磁場方向進入勻強磁場后，在洛倫茲力的作用下做勻速圓周運動，其周期在q、m、B不變的情況下與速度和軌道半徑無關，帶電粒子每次進入D形盒都運動相等的時間（半個周期）后平行電場方向進入電場加速。
電場的作用：回旋加速器的的兩個D形盒之間的夾縫區(qū)域存在周期性變化的并垂直于兩個D形盒正對截面的勻強電場，帶電粒子經(jīng)過該區(qū)域時被加速。
交變電壓的作用：為保證交變電場每次經(jīng)過夾縫時都被加速，使之能量不斷提高，須在在夾縫兩側加上跟帶電粒子在D形盒中運動周期相同的交變電壓。
帶電粒子經(jīng)加速后的最終能量：（運動半徑最大為D形盒的半徑R）
由R=mv/qB有 v=qBR/m 所以最終能量為 Em=mv2/2 = q2B2R2/2m
討論：要提高帶電粒子的最終能量，應采取什么措施？（可由上式分析）
例：1989年初，我國投入運行的高能粒子回旋加速器可以把電子的能量加速到2.8GeV;若改用直線加速器加速，設每級的加速電壓為U =2.0×105V，則需要幾級加速？
解：設經(jīng)n級加速,由neU=E 有 n=E/eU=1.4×104（級）
（三）對本節(jié)要點做簡要小結.
（四）鞏固新：1、復習本節(jié)內(nèi)容 2、做一做（P98）
3、完成“問題與練習”2、4練習，3作業(yè)。

本文來自：逍遙右腦記憶 http://m.yy-art.cn/gaoer/37082.html

相關閱讀：3.1 我們周圍的磁現(xiàn)象、3.2 認識磁場 學案（粵教版選修3-1）