2018年河北省邢台市高中物理 第三章 磁场 3.6 磁场学案（无答案）新人教版选修3-1.docVIP

3.6 《磁场》 【学习目标】 1.掌握磁感应强度的概念,会用磁感线描述磁场。 2.知道直线电流、环形电流和通电螺线管周围磁场的特征,会用安培定则判断其磁场方向。 3.掌握安培力、洛伦兹力的计算,会用左手定则判断安培力、洛伦兹力的方向。 4.掌握带电粒子在匀强磁场中的运动规律,会分析、计算有关带电粒子在匀强磁场中受力、运动的问题。 【三“点”探究】 主题1:比较电场与磁场 (1)电场的“场源”是什么?磁场本质上是由什么产生的? (2)在研究电场和磁场时采用了哪些类似的方法? (3)比较磁感线与静电场中电场线的相似点与不同点,完成下表。 比较内容 电场线 磁感线 各点切线方向 疏密程度 是否相交 是否存在 所起作用 起、止点 主题2:比较静电力与洛伦兹力 (1)电场和磁场是否对所有电荷都会产生静电力和洛伦兹力?请列举影响静电力与洛伦兹力的大小、方向的因素。 (2)带电微粒在电场中运动时静电力是否对其做功?在磁场中运动时洛伦兹力是否对其做功? 主题3:探究安培力与洛伦兹力做功 教材中认为:“导线中带电粒子的定向运动形成了电流,电荷定向运动所受洛伦兹力的矢量和,在宏观上表现为导线所受的安培力。”并且按照这个思想由安培力的表达式推导出了洛伦兹力的表达式F=qvB。但教材中又认为洛伦兹力不做功,其“宏观表现”——安培力却做功。 为了探究这个“矛盾”,某同学画出了如图所示的分析图,以导体中某个正电荷的运动为对象,他认为电荷参与了沿电流方向的运动和随导线一起的运动,分别研究了两个方向的洛伦兹力做功,再求洛伦兹力所做的功。你能帮他完成分析吗? 主题4:复合场 (1)在磁场和电场同时存在的空间,带电粒子在什么条件下会做直线运动? (2)在磁场和电场同时存在的空间,带电粒子在什么条件下会做匀速圆周运动? (3)在磁场、电场和重力场同时存在的空间,带电粒子在什么条件下做匀速圆周运动? 【拓展提升】 拓展一、安培力作用下的物体的平衡 论述:通电导体往往受到阻力、弹力、安培力以及摩擦力等多个力的作用,一般首先要确定安培力的方向,再研究电流、磁感应强度及通电导体的有效长度等因素对安培力大小的影响,然后分析因安培力变化导致弹力、摩擦力的变化。 1.如图所示,在竖直向下的匀强磁场中,有两根竖直放置的平行导轨AB、CD,导轨上放有质量为m的金属棒MN,棒与导轨间的动摩擦因数为μ。现从t=0时刻起,给棒通以图示方向的电流,且电流大小与时间成正比,即I=kt,其中k为恒量。若金属棒与导轨始终垂直,则下面表示棒所受的摩擦力随时间变化的四幅图中,正确的是( )。 拓展二、洛伦兹力与静电力的比较 论述:电场对任何电荷都会产生作用,其作用力只跟电场与电荷有关,而与电荷的速度无关。磁场则只对运动电荷产生作用,并且作用力的大小和方向都跟电荷的速度有关系。 2.在如图所示的宽度范围内,用电场强度为E的匀强电场可使初速度为v0的某种正粒子偏转θ角。在同样宽度范围内,若改用方向垂直纸面向外的匀强磁场,使该粒子穿过该区域,并使偏转角也为θ,问:(不计粒子的重力) (1)匀强磁场的磁感应强度是多大? (2)粒子穿过电场和磁场的时间之比是多大? 拓展三、 带电粒子在有界磁场中的运动 论述:带电粒子在有界磁场中运动的问题是高考的热点,在研究时可以先把磁场设想为无边界,画出粒子运动的可能径迹,再来补画边界,分析粒子射入和射出磁场边界时的速度、半径等,依据相关物理、数学知识解题。 3.如图所示,在0≤x≤a区域内存在与xy平面垂直的匀强磁场,磁感应强度的大小为B。在t=0时刻,一位于坐标原点的粒子源在xy平面内发射出大量同种带电粒子,所有粒子的初速度大小相同,方向与y轴正方向的夹角分布在0~180° 范围内。已知沿y轴正方向发射的粒子在t=t0时刻刚好从磁场边界上P(a,a)点离开磁场。求: (1)粒子在磁场中做圆周运动的半径R及粒子的比荷。 (2)此时刻仍在磁场中的粒子的初速度方向与y轴正方向夹角的取值范围。 (3)从粒子发射到全部粒子离开磁场所用的时间。 拓展四、带电粒子在复合场中的运动 论述:带电粒子在复合场中的运动情况非常复杂,电场、磁场、重力场可能分布于同一空间,也可能分布在相邻的空间,需要熟练运用动力学知识、功能关系以及数学工具等解决这类问题,这是考试的难点和热点。 甲 4.如图甲所示,两块足够大的平行金属极板水平放置,极板间加有分布均匀、大小随时间周期性变化的电场和磁场,变化规律分别如图乙、丙所示(规定垂直纸面向里为磁感应强度的正方向)。在t=0时刻,由负极板释放一个初速度为零的带负电的粒子(不计重力)。若电场强度E0、磁感应强度B0、粒子的比荷均已知,且t0=,两板间距h=,求: (1)粒子在0~t0时间内的位