高中物理选修3-1全套教案

高中物理选修3-1全套教案

高中物理选修 3-1 全套教案 目录 认识静电...................................................................................................................................................................................... 2 1.2 库仑定律........................................................................................................................................................................3 1.3.1 电场强度.................................................................................................................................................................... 5 1.3.2 专题：静电平衡........................................................................................................................................................ 9 1.4 电势能 电势..............................................................................................................................................................11 1.5 电势差..........................................................................................................................................................................12 1.6 电势差与电势强度的关系......................................................................................................................................... 14 1.7 电容器与电容..............................................................................................................................................................15 、1.8 带电粒子在电场中的运动..................................................................................................................................... 17 第二章、恒定电流.................................................................................................................................................................... 19 2.1、导体中的电场和电流（1 课时）...........................................................................................................................19 2.2、电动势（1 课时）................................................................................................................................................... 20 2.3、欧姆定律（2 课时）............................................................................................................................................... 21 2.4、串联电路和并联电路（2 课时）...........................................................................................................................22 2.5、焦耳定律（1 课时）............................................................................................................................................... 24 第三章 磁场 教案.................................................................................................................................................................... 25 3.1 磁现象和磁场（1 课时）....................................................................................................................................... 25 3.2 、 磁感应强度（1 课时）....................................................................................................................................... 27 3.3 、几种常见的磁场（1.5 课时）..............................................................................................................................28 3.4 、磁场对通电导线的作用力（1.5 课时）............................................................................................................. 30 3.5、磁场对运动电荷的作用（1 课时）.......................................................................................................................32 3.6、带电粒子在匀强磁场中的运动（2 课时+1 练习）............................................................................................ 34 认识静电 教学目标 1．知道两种电荷及其相互作用．知道电量的概念． 2．知道摩擦起电，知道摩擦起电不是创造了电荷，而是使物体中的正负电荷分开． 3．知道静电感应现象，知道静电感应起电不是创造了电荷，而是使物体中的电荷分开． 4．知道电荷守恒定律． 5．知道什么是元电荷． 重点：电荷守恒定律 难点：利用电荷守恒定律分析解决相关问题摩擦起电和感应起电的相关问题。 教学过程： 一、复习初中知识： 【演示】摩擦过的物体具有了吸引轻小物体的性质，这种现象叫摩擦起电，这样的物体就带了电． 【演示】用丝绸摩擦过的玻璃棒之间相互排斥，用毛皮摩擦过的硬橡胶棒之间也相互排斥，而玻璃棒和硬橡胶棒之间却相互吸引，所以自然界存在两种电荷．同 种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引． 正电荷和负电荷：把用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷称为正电荷，用正数表示．把用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷称为负电荷，用负数表 示． 电荷及其相互作用：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引． 二、进行新课： （1）原子：包括原子核（质子和中子）和核外电子。 （2）摩擦起电的原因：不同物质的原子核束缚电子的能力不同． 实质：电子的转移． 结果：两个相互摩擦的物体带上了等量异种电荷． 【演示】：把带正电荷的球 C 移近彼此接触的异体 A，B(参见课本图 1.1－1)．可以看到 A，B 上的金属箔都张开了，表示 A，B 都带上了电荷．如 果先把 C 移走，A 和 B 上的金属箔就会闭合．如果先把 A 和 B 分开，然后移开 C，可以看到 A 和 B 仍带有电荷；如果再让 A 和 B 接触，他们就不再 带电．这说明 A 和 B 分开后所带的是异种等量的电荷，重新接触后等量异种电荷发生中和． （3）、静电感应：把电荷移近不带电的异体，可以使导体带电的现象。利用静电感应使物体带电，叫做感应起电． 提出问题：静电感应的原因？ 引导生分析物质的微观分子结构，分析起电的本质原因。感应起电也不是创造了电荷，而是使物体中的正负电荷分开，是电荷从物体的一部分转 移到另一部分。 得出电荷守恒定律． 2、电荷守恒定律：电荷既不能创造，也不能消灭，只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分． ○引导学生分析问题与练习 3 3．元电荷 电荷的多少叫做电荷量．符号：Q 或 q 单位：库仑 符号：C 元电荷:电子所带的电荷量，用 e 表示. 注意：所有带电体的电荷量或者等于 e，或者等于 e 的整数倍。就是说，电荷量是不能连续变化的物理量。 电荷量 e 的值：e=1.60×10-19C 比荷：电子的电荷量 e 和电子的质量 me 的比值,为 111076.1  em e C/㎏ 【小结】对本节内容做简要的小结 ●巩固练习 1．关于元电荷的理解，下列说法正确的是：[ ] A．元电荷就是电子 B．元电荷是表示跟电子所带电量数值相等的电量 C．元电荷就是质子 D．物体所带的电量只能是元电荷的整数倍 2．5 个元电荷的电量是________， 16 C 电量等于________元电荷． 3．关于点电荷的说法，正确的是：[ ] A．只有体积很小的带电体才能看成点电荷 B．体积很大的带电体一定不能看成点电荷 C．当两个带电体的大小及形状对它们之间的相互作用力的影响可以忽略时，这两个带电体可看成点电荷 D．一切带电体都可以看成点电荷 ●作业 1．复习本节课文． 2．思考与讨论：引导学生完成课本 P5 问题与练习 1-4 说明： 1、两种电荷及其相互作用、电荷量的概念、摩擦起电的知识，这些在初中都已经讲过，本节重点是讲述静电感应现象．要做好演示实验，使学 生清楚地知道什么是静电感应现象．在此基础上，使学生知道，感应起电也不是创造了电荷，而是使物体中的正负电荷分开，使电荷从物体的一部分 转移到另一部分．本节只说明静电感应现象。 2．在复习摩擦起电现象和讲述静电感应现象的基础上，说明起电的过程是使物体中正负电荷分开的过程，进而说明电荷守恒定律． 3．要求学生知道元电荷的概念，而密立根实验作为专题，有条件的学校可以组织学生选学． 教后记： 1、 学生对三种起电方式展开了激烈的讨论，还例举了生活中的静电现象。 对点电荷、元电荷、质子电量、电子电量之间关系下节课还要复习。 1.2 库仑定律 教学三维目标 （一）知识与技能 1．掌握库仑定律，要求知道点电荷的概念，理解库仑定律的含义及其公式表达，知道静电力常量． 2．会用库仑定律的公式进行有关的计算． 3．知道库仑扭秤的实验原理． （二）过程与方法 通过演示让学生探究影响电荷间相互作用力的因素，再得出库仑定律 （三）情感态度与价值观 培养学生的观察和探索能力 重点：掌握库仑定律 难点：会用库仑定律的公式进行有关的计算 教学过程： （一）复习上课时相关知识 （二）新课教学【板书】----第 2 节、库仑定律 提出问题：电荷之间的相互作用力跟什么因素有关？ 【演示】：带正电的物体和带正电的小球之间的相互作用力的大小和方向．使同学通过观察分析出结论(参见课本图 1.2－1)． 【板书】：1、影响两电荷之间相互作用力的因素：1．距离．2．电量． 2、库仑定律 内容表述：力的大小跟两个点电荷的电荷量的乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比．作用力的方向在两个点电荷的连线上 公式： 2 21 r qqkF  静电力常量 k = 9.0×109N·m2/C2 适用条件：真空中，点电荷——理想化模型 【介绍】：（1）．关于“点电荷”，应让学生理解这是相对而言的，只要带电体本身的大小跟它们之间的距离相比可以忽略，带电体就可以看作 点电荷．严格地说点电荷是一个理想模型，实际上是不存在的．这里可以引导学生回顾力学中的质点的概念．容易出现的错误是：只要体积小就能当 点电荷，这一点在教学中应结合实例予以纠正． （2）．要强调说明课本中表述的库仑定律只适用于真空，也可近似地用于气体介质，对其它介质对电荷间库仑力的影响不便向学生多作解释，只 能简单地指出：为了排除其他介质的影响，将实验和定律约束在真空的条件下． 扩展：任何一个带电体都可以看成是由许多点电荷组成的．任意两点电荷之间的作用力都遵守库仑定律．用矢量求和法求合力． 利用微积分计算得：带电小球可等效看成电量都集中在球心上的点电荷． 静电力同样具有力的共性，遵循牛顿第三定律，遵循力的平行四边形定则． 【板书】：3、库仑扭秤实验（1785 年，法国物理学家．库仑） 【演示】：库仑扭秤(模型或挂图)介绍：物理简史及库仑的实验技巧． 实验技巧：（1）．小量放大．（2）．电量的确定． 【例题 1】：试比较电子和质子间的静电引力和万有引力．已知电子的质量 m1=9.10×10-31kg，质子的质量 m2=1.67×10-27kg．电子和质子 的电荷量都是 1.60×10-19C． 分析：这个问题不用分别计算电子和质子间的静电引力和万有引力，而是列公式，化简之后，再求解． 解：电子和质子间的静电引力和万有引力分别是 F Q r F m r F F Q Gm m F F 1 2 2 2 2 2 1 2 2 1 2 1 2 19 19 11 31 27 160 160 910 167 = k Q = G m = kQ = 9.0 10 10 10 6.67 10 10 10 = 2.3 10 1 1 1 9 39 ， ， · × × × × × × × × × × × . . . .      可以看出，万有引力公式和库仑定律公式在表面上很相似，表述的都是力，这是相同之处；它们的实质区别是：首先万有引力公式计算出的力只 能是相互吸引的力，绝没有相排斥的力．其次，由计算结果看出，电子和质子间的万有引力比它们之间的静电引力小的很多，因此在研究微观带电粒 子间的相互作用时，主要考虑静电力，万有引力虽然存在，但相比之下非常小，所以可忽略不计． 【例题 2】：详见课本 P9 【小结】对本节内容做简要的小结 （三）巩固练习 复习本节课文及阅读科学漫步 引导学生完成问题与练习，练习 1、2、4，作业纸。 参考题 1．真空中有两个相同的带电金属小球 A 和 B，相距为 r，带电量分别为 q 和 2q，它们之间相互作用力的大小为 F．有一个不带电的金属球 C，大 小跟 A、B 相同，当 C 跟 A、B 小球各接触一次后拿开，再将 A、B 间距离变为 2r，那么 A、B 间的作用力的大小可为：[ ] A．3F/64 B．0 C．3F/82 D．3F/16 2．如图 14－1 所示，A、B、C 三点在一条直线上，各点都有一个点电荷，它们所带电量相等．A、B 两处为正电荷，C 处为负电荷，且 BC=2AB．那 么 A、B、C 三个点电荷所受库仑力的大小之比为________． 3．真空中有两个点电荷，分别带电 q1=5×10-3C，q2=－2×10-2C，它们相 距 15cm，现引入第三个点电荷， 它应带电量为________，放在________位置才能使三个点电荷都处于静止状态． 4．把一电荷 Q 分为电量为 q 和(Q－q)的两部分，使它们相距一定距离，若想使它们有最大的斥力，则 q 和 Q 的关系是________． 说明： 1．点电荷是一种理想化的物理模型，这一点应该使学生有明确的认识． 2．通过本书的例题，应该使学生明确地知道，在研究微观带电粒子的相互作用时为什么可以忽略万有引力不计． 3．在用库仑定律进行计算时，要用电荷量的绝对值代入公式进行计算，然后根据是同种电荷，还是异种电荷来判断电荷间的相互作用是引力还是 斥力． 4．库仑扭秤的实验原理是选学内容，但考虑到库仑定律是基本物理定律，库仑扭秤的实验对检验库仑定律具有重要意义，所以希望教师介绍给学 生，可利用模型或挂图来介绍． 教后记： 1、 学生对点电荷的认识不够明确，没有判断意识。 对库仑扭秤的实验很感兴趣，还能在生活中寻找将微小形变放大的例子。 1.3.1 电场强度 教学三维目标 （一）知识与技能 1．知道电荷间的相互作用是通过电场发生的，知道电场是客观存在的一种特殊物质形态． 2．理解电场强度的概念及其定义式，会根据电场强度的定义式进行有关的计算，知道电场强度是矢量，知道电场强度的方向是怎样规定的． 3．能根据库仑定律和电场强度的定义式推导点电荷场强的计算式，并能用此公式进行有关的计算． 4．知道电场的叠加原理，并应用这个原理进行简单的计算． （二）过程与方法 通过分析在电场中的不同点，电场力 F 与电荷电量 q 的比例关系，使学生理解比值 F/q 反映的是电场的强弱，即电场强度的概念；知道电场叠加 的一般方法。 （三）情感态度与价值观 培养学生学会分析和处理电场问题的一般方法。 重点：电场强度的概念及其定义式 难点：对电场概念的理解、应用电场的叠加原理进行简单的计算 教学过程 （一）引入新课 问题引入：电荷间的相互作用力是怎样产生的？ （二）新课教学-----第 3 节 电场 电场强度 1、电场： 启发学生从哲学角度认识电场，理解电场的客观存在性，不以人的意识为转移，但能为人的意识所认识的物质属性．利用课本图 14－5 说明：电 荷 A 和 B 是怎样通过电场与其他电荷发生作用．电荷 A 对电荷 B 的作用，实际上是电荷 A 的电场对电荷 B 的作用；电荷 B 对电荷 A 的作用，实际上 是电荷 B 的电场对电荷 A 的作用． （1）电荷之间的相互作用是通过特殊形式的物质——电场发生的，电荷的周围都存在电场. 特殊性：不同于生活中常见的物质，看不见，摸不着，无法称量，可以叠加. 物质性：是客观存在的，具有物质的基本属性——质量和能量. （2）基本性质：主要表现在以下几方面 ①引入电场中的任何带电体都将受到电场力的作用，且同一点电荷在电场中不同点处受到的电场力的大小或方向都可能不一样. ②电场能使引入其中的导体产生静电感应现象. ③当带电体在电场中移动时，电场力将对带电体做功，这表示电场具有能量. 可见，电场具有力和能的特征 提出问题：同一电荷 q 在电场中不同点受到的电场力的方向和大小一般不同，这是什么因素造成的？引出电场强度的概念：因为电场具有方向性 以及各点强弱不同，所以靠成同一电荷 q 在电场中不同点受到的电场力的方向和大小不同，我们用电场强度来表示电场的强弱和方向． 2、电场强度(E)： 由图 1.2-1 可知带电金属球周围存在电场。且从小球受力情况可知，电场的强弱与小球带电和位置有关。引出试探电荷和场源电荷---- （1）关于试探电荷和场源电荷-（详见 P12） 注意：检验电荷是一种理想化模型，它是电量很小的点电荷，将其放入电场后对原电场强度无影响 指出：虽然可用同一电荷 q 在电场中各点所受电场力 F 的大小来比较各点的电场强弱，但是电场力 F 的大小还和电荷 q 的电量有关，所以不能直 接用电场力的大小表示电场的强弱．实验表明：在电场中的同一点，电场力 F 与电荷电量 q 成正比，比值 F/q 由电荷 q 在电场中的位置所决定，跟电 荷电量无关，是反映电场性质的物理量，所以我们用这个比值 F/q 来表示电场的强弱． （2）电场强度 ①定义：电场中某一点的电荷受到的电场力 F 跟它的电荷量 q 的比值，叫做该点的电场强度，简称场强．用 E 表示。 公式（大小）：E=F/q （适用于所有电场） 单位：N/C 意义 P13 提出问题：电场强度是矢量，怎样表示电场的方向呢？ ②方向性：物理学中规定，电场中某点的场强方向跟正电荷在该点所受的电场力的方向相同． 指出：负电荷在电场中某点所受的电场力的方向跟该点的场强方向相反． 带领学生讨论真空中点电荷周围的电场，说明研究方法：将检验电荷放入点电荷周围的电场中某点，判断其所受的电场力的大小和方向，从而得 出该点场强．． ◎唯一性和固定性 电场中某一点处的电场强度 E 是唯一的，它的大小和方向与放入该点电荷 q 无关，它决定于电场的源电荷及空间位置，电场中每一点对应着的电 场强度与是否放入电荷无关. 带领学生总结出真空中点电荷周围电场的大小和方向．在此过程中注意引导学生总结公式 E=F/q 和 E=kQ/r2 的区别及联系． 3、（真空中）点电荷周围的电场、电场强度的叠加 （1）点电荷周围的电场 ①大小：E=kQ/r2 （只适用于点电荷的电场） ②方向：如果是正电荷，E 的方向就是沿着 PQ 的连线并背离 Q；如果是负电荷：E 的方向就是沿着 PQ 的连线并指向 Q．(参见课本图 14－7) 说明：公式 E=kQ/r2 中的 Q 是场源电荷的电量，r 是场中某点到场源电荷的距离．从而使学生理解：空间某点的场强是由产生电场的场源电荷和 该点距场源电荷的距离决定的，与检验电荷无关． 提出问题：如果空间中有几个点电荷同时存在，此时各点的场强是怎样的呢？带领学生由检验电荷所受电场力具有的叠加性，分析出电场的叠加 原理． （2）电场强度的叠加原理：某点的场强等于该点周围各个电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和． 先分析方法（P13-14）后举例：先在同一直线再不在同一直线。 例如：课本图 1.3-3 中 P 点的场强，等于＋Q1 在该点产生的场强 E1 和 Q2 在该点产生的场强 E2 的矢量和．从而使学生进一步理解到，任何带电体 都可以看做是有许多点电荷组成的．利用点电荷场强的计算公式及叠加原理就可以计算出其周围各点场强． 【例题】（课本 P9 例题演变）在真空中有两个点电荷 Q1=＋3.0×10-8C 和 Q2=－3.0×10-8C，它们相距 0.1m，求电场中 A 点的场强．A 点与两 个点电荷的距离相等，r=0.1m 分析：点电荷 Q1 和 Q2 的电场在 A 点的场强分别为 E1 和 E2，它们大小相等，方向如图所示，合场强 E 在 E1 和 E2 的夹角的平分线上，此平分线跟 Q1 和 Q2 的连线平行． 解：E=E1cos60°＋E2cos60°=2E1cos60°=2kQ1cos60°/r2 代入数值得 E=2.7×104N/C 可以证明：一个半径为 R 的均匀球体（或球壳）在外部产生的电场，与一个位于球心的、电荷量相等的点电荷产生的电场相同，球外各点和电场 强度一样 即：E=kQ/r2 ◎组织学生讨论课本中的【说一说】，由学生讨论后归纳： （1）关于静电平衡 （2）静电平衡后导体内部电场的特点： ①处于静电平衡状态的导体，内部的场强处处为零（注意：这时的场强是合场强，即外电场和感应电场的叠加） ②处于静电平衡状态的导体，电荷只分布在导体的外表面上。 4、电场线 （1）电场线：电场线是画在电场中的一条条有方向的曲线，曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度的方向。 （2）电场线的基本性质 ①电场线上每点的切线方向就是该点电场强度的方向. ②电场线的疏密反映电场强度的大小(疏弱密强). ③静电场中电场线始于正电荷或无穷远，止于负电荷或无穷远.它不封闭，也不在无电荷处中断. ④任意两条电场线不会在无电荷处相交(包括相切) 介绍各种点电荷电场线的分布情况。 【演示】模拟电场线 指出：电场线是为了形象描述电场而引入的，电场线不是实际存在的线。 5、匀强电场 (1)定义：电场中各点场强的大小相等、方向相同的电场就叫匀强电场. (2)匀强电场的电场线：是一组疏密程度相同(等间距)的平行直线.例如，两等大、正对且带等量异种电荷的平行金属板间的电场中，除边缘附近外， 就是匀强电场.如图 14.3-1. 常见电场的电场线 电场 电场线图样 简要描述 正点电荷 发散状 负点电荷 会聚状 等量同号电荷 相斥状 等量异号电荷 相吸状 匀强电场 平行的、等间距的、同向的直线 （三）【小结】对本节内容做简要的小结 ◎巩固练习 1．下列说法中正确的是：[ABC ] A．只要有电荷存在，电荷周围就一定存在着电场 B．电场是一种物质，它与其他物质一样，是不依赖我们的感觉而客观存在的东西 C．电荷间的相互作用是通过电场而产生的，电场最基本的性质是对处在它里面的电荷有力的作用 2．下列说法中正确的是：[BC ] A．电场强度反映了电场的力的性质，因此场中某点的场强与检验电荷在该点所受的电场力成正比 B．电场中某点的场强等于 F/q，但与检验电荷的受力大小及带电量无关 C．电场中某点的场强方向即检验电荷在该点的受力方向 D．公式 E=F/q 和 E=kQ/r2 对于任何静电场都是适用的 3．下列说法中正确的是：[ACD ] A．场强的定义式 E=F/q 中，F 是放入电场中的电荷所受的力，q 是放入电场中的电荷的电量 B．场强的定义式 E=F/q 中，F 是放入电场中的电荷所受的力，q 是产生电场的电荷的电量 C．在库仑定律的表达式 F=kq1q2/r2 中 kq2/r2 是电荷 q2 产生的电场在点电荷 q1 处的场强大小，此场对 q1 作用的电场力 F=q1×kq2/r2，同样 kq1/r2 是电荷 q1 产生的电场在点电荷 q2 处的场强的大小，此场对 q2 作用的电场力 F=q2×kq1/r2 D．无论定义式 E=F/q 中的 q 值(不为零)如何变化，在电场中的同一点，F 与 q 的比值始终不变 4．讨论电场力与电场强度的区别于联系 ●作业 复习本节课文 1、思考课本 P16 问题与练习第(1)、(3)、(4)、(5)、(7)题． 2、作业纸． 参考题 在电场中某一点，当放入正电荷时受到的电场力向右，当放入负电荷时受到电场力向 左，下列说法正确的是：[ ] A．当放入正电荷时，该点的场强向右，当放入负电荷时，该点的场强向左 B．只有在该点放入电荷时，该点才有场强 C．该点的场强方向一定向右 D．以上说法均不正确 物理量 比较内容 电场力 电场强度 物理意义 电荷在电场中所受力 反映电场的力的属性 决定因素 由电场和电荷共同决定 仅由电场自身决定 大小 F=qE E=F/q 方向 正电荷受力与 E同向 负电荷受力与 E反向 规定 E的方向为正电荷在 该点的受力方向 区 别 单位 N N/C(或 V/m) 联系 F=qE(普遍适用) 真空中，两个等量异种点电荷电量数值均为 q，相距 r．两点电荷连线中点处 的电场强度的大小为：[ ] A．B．2kq/r2 C．4k/r2 D．8kq/r2 3．真空中，A，B 两点上分别设置异种点电荷 Q1、Q2，已知两点电荷间引力为 10N，Q1=1.0×10-2C，Q2=2.0×10-2C．则 Q2 在 A 处产生的场 强大小是________N/C，方向是________；若移开 Q2，则 Q1 在 B 处产生的场强的大小是________N/C，方向是________． 说明 1．电场强度是表示电场强弱的物理量，因而在引入电场强度的概念时，应该使学生了解什么是电场的强弱，同一个电荷在电场中的不同点受到的 电场力的大小是不同的，所受电场力大的点，电场强． 2．应当使学生理解为什么可以用比值 F/q 来表示电场强度，知道这个比值与电荷 q 无关，是反映电场性质的物理量． 用比值定义一个新的物理量是物理学中常用的方法，应结合学生前面学过的类似的定义方法，让学生领会电场强度的定义． 3．应当要求学生确切地理解 E=F/q 和 E=kQ/r2 这两个公式的含义，以及它们的区别和联系． 4．应用电场的叠加原理进行计算时不应过于复杂，一般只限于两个电场叠加的情形．通过这种计算，使学生理解场强的矢量性 5．电场线是为了形象描述电场而引入的，电场线不是实际存在的线。 教后记： 1、 对于两个公式的理解以及电场强度的定义还存在问题，要通过题目去强化。 2、 对于几种典型问题，学生死记答案，要让他们养成分析题目的习惯。 学生对于计算题过于依赖计算器，要让他们养成手算习惯。 1.3.2 专题：静电平衡 【教学三维目标】 1．知道静电感应产生的原因，理解什么是静电平衡状态 2．理解静电平衡时，净电荷只分布在导体表面且内部场强处处为零 3．知道静电屏蔽及其应用 【重点难点】 静电平衡状态 电场中导体的特点 【教学方法】 推理归纳法、问题解决法、实验法 【教具准备】 验电器、法拉第圆筒、有绝缘柄的金属球一个、金属网罩、收音机、感应起电机、导线若干 【教学过程】 (一)复习提问 1、什么是静电感应现象？ 2、静电感应现象的实质是什么？ 3、在静电感应时用手摸一下导体，再移走源电荷，则导体带什么电？ 若将导体接地则情况如何？左端接地呢？ (二)新课教学 一、电场中的导体 1、 金属导体的特征： 由做热振动的正离子和做无规则热运动的自由电子组成 2、 静电感应现象 问题：在源电荷的电场中引入金属导体后会对空间各点的场强有影响吗？ 是什么作用使金属内的电子定向移动的？此移动一直进行吗？ 金属导体内部有电场吗？ 答：使空间电场重新分布 源电荷的电场使导体内部自由电子定向移动 静电平衡状态：导体（包括表面）中没有电荷定向 移动时的状态叫静 电平衡状态 4、静电平衡状态下导体的特点： ⑴内部场强处处为零（不为 0 则自由电子将继续移 动 直至 合 场强 为 0） ⑵导体中没有自由电荷定向移动 ⑶净电荷分布在导体表面 实验证明：法拉第圆筒实验 ⑷导体表面附近电场线与表面垂直 理论证明：中性导体带电后，由于同种电荷相互排斥，净电荷只能分布在表面 反证法：若内部有自由电荷，则内部场强不为 0，导体就不是处于静电平衡状态 + － － ＋ ＋ ＋－ + － － ＋ ＋ ＋－ 5、静电平衡时导体周围电场分布： 上图空间实际电场分布，不会出现虚线电场线 二、静电屏蔽 1、 空腔导体的特点： 净电荷只分布在外表面，内表面不带电，空腔内没有电场 2、 静电屏蔽 外部电场对内部仪器没有影响 若将源电荷置于空腔内，则外对内没有影响，但内对外有影响 实验演示：将收音机置于金属网罩内则声音大小减小 若将球壳接地，则内外各不影响 3、 应用 电学仪器和电子设备外面套有金属罩 通信电缆版面包一层铅皮 高压带电作业人员穿金属网衣 通讯工具在钢筋结构房屋中接收信号弱 (三)巩固练习 例 1：如图所示，在一个原来不带电的金属导体壳的球心处放一正电荷，试分析 A、B、C 三点的场强： A．EA≠0 ，EB=0 ，EC=0 B．EA≠0 ，EB≠0 ，EC=0 C．EA≠0 ，EB≠0 ，EC≠0 D．EA=0 ，EB≠0 ，EC=0 例 2：如图所示，A、B 是两个架在绝缘支座上的金属球，都不带电，中间用导线连接，现用一带正电的小球 C 靠近 B，用手摸一下 B 球，再撤去导线， 然后移走 C 球，则 A、B 带电情况： A．A 球带正电，B 球带负电 B．A 球带正电，B 球不带电 C．A 球不带电，B 球带负电 D．以上说法都不正确 + － － ＋ ＋ ＋－ + ＿ ＿ ＿ ＋ ＋ ＋ + + + + A B C A B + C 例 3：长为 L 的金属棒原来不带电，现将一带电荷量为 q 的正电荷放在距棒左端 R 处且与棒在一条线上，则棒上感应电荷在棒内中点 O 处产生的场强 的大小 ，方向 。 (四)小结 1、静电平衡状态下导体有什么特点？ 2、静电屏蔽有哪几种情况？有哪些应用？ 【布置作业】 【教后记】 1、 教材并没有安排这一节的内容，但在历届高考中都有体现，所以对于这块知识原则是讲清基础知识，不追求深难偏。 学生对电场强度大小，方向的判断，导体内部外部的区别存在问题，准备在作业纸上让他们逐步解决问题。 1.4 电势能 电势 教学三维目标 （一）知识与技能 1、理解静电力做功的特点、电势能的概念、电势能与电场力做功的关系。 2、理解电势的概念，知道电势是描述电场的能的性质的物理量。明确电势能、电势、静电力的功、电势能的关系。了解电势与电场线的关系，了 解等势面的意义及与电场线的关系。 （二）过程与方法 通过与前面知识的结合，理解电势能与静电力做的功的关系，从而更好的了解电势能和电势的概念。 （三）情感态度与价值观 尝试运用物理原理和研究方法解决一些与生产和生活相关的实际问题，增强科学探究的价值观。 重点：理解掌握电势能、电势、等势面的概念及意义。 难点：掌握电势能与做功的关系，并能用此解决相关问题。 教学过程： （一）复习前面相关知识 1．静电力、电场强度概念，指出前面我们从力的性质研究电场，从本节起将从能量的角度研究电场。 2．复习功和能量的关系。 从静电力做功使试探电荷获得动能入手，提出问题：是什么能转化为试探电荷的动能？引入新课。 （二）进行新课 1．静电力做功的特点 结合课本图 1。4-1（右图）分析试探电荷 q 在场强为 E 的均强电场中沿不同路径从 A 运动到 B 电场力做功的情况。 q 沿直线从 A 到 B q 沿折线从 A 到 M、再从 M 到 B q 沿任意曲线线 A 到 B 结果都一样即：W=qELAM =qELABcos 【结论】：在任何电场中，静电力移动电荷所做的功，只与始末两点的位置 有关，而与电荷的运动路径无关。 与重力做功类比，引出： 2．电势能 电势能：由于移动电荷时静电力做功与移动的路径无关，电荷在电场中也具有势能，这种势能叫做电势能。 静电力做功与电势能变化的关系： 静电力做的功等于电势能的变化量。写成式子为： PBPA EEW AB  注意： ①．电场力做正功，电荷的电势能减小；电场力做负功，电荷的电势能增加 ②．电场力力做多少功，电势能就变化多少，在只受电场力作用下，电势能与动能相互转化，而它们的总量保持不变。 ③．在正电荷产生的电场中正电荷在任意一点具有的电势能都为正，负电荷在任一点具有的电势能都为负。在负电荷产生的电场中正电荷在任意 一点具有的电势能都为负，负电荷在任意一点具有的电势能都为正。 ④．求电荷在电场中某点具有的电势能 电荷在电场中某一点 A 具有的电势能 EP 等于将该点电荷由 A 点移到电势零点电场力所做的功 W 的。即 EP=W + R L O q ⑤．求电荷在电场中 A、B 两点具有的电势能高低 将电荷由A 点移到B 点根据电场力做功情况判断，电场力做正功，电势能减小，电荷在A 点电势能大于在B 点的电势能，反之电场力做负功，电势能增加，电荷 在B 点的电势能小于在B 点的电势能。 ⑥电势能零点的规定 若要确定电荷在电场中的电势能，应先规定电场中电势能的零位置。 关于电势能零点的规定：P19（大地或无穷远默认为零） 所以：电荷在电场中某点的电势能，等于静电力把它从该点移动到零电势能位置时电场力所有做的功。如上式若取 B 为电势能零点，则 A 点的电 势能为： ABABPA qELWE  举例分析：对图 1。4-1 中的各量附与一定的数值，后让学生计算。（1 课时） 3．电势---表征电场性质的重要物理量度 通过研究电荷在电场中电势能与它的电荷量的比值得出。参阅 P20 图 1。4--3 （1）定义：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值，叫做这一点的电势。用 表示。标量，只有大小，没有方向，但有正负。 （2）公式： q E p （与试探电荷无关） （3）单位：伏特（V） （4）电势与电场线的关系：电势顺线降低。（电场线指向电势降低的方向） （5）零电势位置的规定：电场中某一点的电势的数值与零电势的选择有关，即电势的数值决定于零电势的选择．（大地或无穷远默认为零） ◎让学生思考和讨论 P21 问题。◎引导学生分析问题与练习 3、4 4．等势面 ⑴．定义：电场中电势相等的点构成的面 ⑵．等势面的性质： ①．在同一等势面上各点电势相等，所以在同一等势面上移动电荷，电场力不做功 ②．电场线跟等势面一定垂直，并且由电势高的等势面指向电势低的等势面。 ③．等势面越密，电场强度越大 ④．等势面不相交，不相切 ⑶．等势面的用途：由等势面描绘电场线。 ⑷．几种电场的电场线及等势面 注意：①等量同种电荷连线和中线上 连线上：中点电势最小 中线上：由中点到无穷远电势逐渐减小，无穷远电势为零。 ②等量异种电荷连线上和中线上 连线上：由正电荷到负电荷电势逐渐减小。 中线上：各点电势相等且都等于零。 ◎引导学生分析问题与练习 7。 （三）小结：对本节内容要点进行概括。 （四）巩固新课 1．引导学生完成问题与练习其他题目。 2．阅读教材内容 教后记： 1、电势能、电势、等势面都是非常抽象的概念，上课前就准备用类比法（重力势能、高度、等高线）帮助学生理解，在课上取得了一定效果，但时间安排上 又出了问题，以后需要两节课来解决这些问题。 2、学生对于电势和电势能的相对性的理解有障碍。 1.5 电势差 教学三维目标： （一）知识与技能 理解电势差的概念；会计算点电荷在电场力作用下，从电场中一点移动到另一点时电场力所做的功； （二）过程与方法 知道电势和电势差的关系； （三）情感态度与价值观 培养学生概括、归纳、类比的能力和抽象思维能力。 教学重点和难点： 1、重点：电势差的概念，电势能的改变与电场力做功的关系，电功计算。 2、难点：电势差的定义（比值）及“在电场中电场力对电荷做功引起电荷的电势能的减少”的认识。 教学过程： 一、新课教学： 1、电势差：（又叫电压） （1）定义： 电荷 q 在电场力作用下由 A 点移到另一点 B 的过程中，电场力做的功 WAB 与电荷量 q 的比值，叫 A、B 两点之间的电势差 UAB。 （2）定义式： q WU AB AB  （3）单位：伏特 符号：V 1V=1J/C （4）物理意义： 电势差的值即为电场力作用下两点间移动一库仑的正电荷电场力做的功。 例如：UAB=10V，移动 1 库仑正电荷电场力做功为 10J，移动 1 库仑负电荷电场力做功－10J。 2、电势与电势差的比较： （1）电势差是电场中两点间的电势的差值， BAABU   （2）电场中某一点的电势的大小，与选取的参考点有关；电势差的大小，与选取的参考点无关。 （3）电势和电势差都是标量，单位都是伏特，都有正负值； 电势的正负表示该点比参考点的电势大或小； 电势差的正负表示两点的电势的高低。 3、应用 ABAB qUW  计算时，相关物理量用正、负值代入，其结果： ABW ＞0，电场力做正功； ABW ＜0，电场力做负功； ABU ＞0， A ＞ B ； ABU ＜0， A ＜ B 二、典型例题分析： 【例 1】教材 P24 页 例 1 【例 2】将一个电量为－2×10－9C 的点电荷从电场中的 N 点移到 M 点，需克服电场力做功 1.4×10－8J，N、M 两点间的电势差 UNM 为多少？若 将该电荷从 M 移到 N，电场力做什么功？UMN 为多少？ 【解析】（1）WNM=－1.4×10－8J， V q W U NM NM 7 102 104.1 9 8       （2）WMN=1.4×10－8J， V q W U MN MN 7 102 104.1 9 8       说明：应用 ABAB qUW  计算时，注意各物理量用正负值代入。 【例 3】一个电荷量为 1×10－5C 的电荷，从电场外某点移到电场内的一点 A 时，克服电场力做功 0.006J，则 A 点的电势为 600 V；如果此电 荷从电场外移到电场内的另一点 B 时，电场力做功 0.002J，则 B 点的电势为 200 V， UAB= 400 V；若有另一电荷量为 0.2C 的负电荷从 A 移到 B 点，电场力做正功，大小为 80 J。 三、课堂小结： 1、电势差和电势的概念； 2、电势差和电势的区别； 3、应用 ABAB qUW  计算时的注意事项。 四、随堂精练： 1、若带正电荷的小球只受到电场力作用，则它在电场中（ ） A、一定沿电场线由高电势处向低电势处运动； B、一定沿电场线由低电势处向高电势处运动； C、不一定沿电场线运动，但一定由高电势处向低电势处运动； D、不一定沿电场线运动，也不一定由高电势处向低电势处运动。 2、一个带正电的质点，电量 q=2.0×10－9C，在静电场中由 a 点移到 b 点，在这过程中，除电场力外，其他力作的功为 6.0×10－5J，质点的动能 增加了 8.0×10－5J，则 a、b 两点间的电势差 Ua－Ub 为（ ） A、3×104 V B、1×104V C、4×104 V D、7×104 V 参考答案： 1、D； 2、B 教后记： 1、 在讲解电势差和电势的关系时还应该采用类比法（和高度，高度差相比），因怕学生混淆概念，没有敢讲，结果效果并不理想。 在电场力做功与电势能的变化的关系讲解上给了学生一些有用的结论，学生判断较熟练。 1.6 电势差与电势强度的关系 教学三维目标 （一）知识与技能 1、理解匀强电场中电势差与电场强度的定性、定量关系．对于公式 要知道推导过程． 2、能够熟练应用 解决有关问题． （二）过程与方法 通过对匀强电场中电势差和电场强度的定性、定量关系的学习，培养学生的分析、解决问题的能力． （三）情感态度与价值观 从不同角度认识电场、分析寻找物理量之间的内在联系，培养学生对科学的探究精神，体会自然科学探究中的逻辑美． 教学重点与难点分析 前面几节的内容是研究描述电场的各个物理量，本节内容是研究电势差与电场强度的关系，注意电场强度是描述电场力的性质，电势是描述电场 能的性质、电势差是跟电场力移动电荷做功相互联系（如下图），电场强度与电势差的关系、电场力与电势能的变化之间的关系，这两个关系之间的内 部逻辑．教师在讲解时需要把握其内部联系． 教法建议 本节课是通过分析推理得出匀强电场的电势差与电场强度之间的关系的，教学中重视启发学生联想，分析物理量之间的关系，要使学生不仅知道 结论，并会推导得出结论，在一定的条件下正确应用结论． 教学过程 电势差与电场强度关系 一、课题引入： 教师出示图片： 讲解：场强是跟电场对电荷的作用力相联系的，电势差是跟电场力移动电荷做功相联系的．那么场强与电势差有什么关系呢？我们以匀强电场场 为例来研究． 问题 1：如图所示匀强电场 E 中，正电荷 q 在电场力作用下从 A 点沿电场方向移动到 B 点，已知 A B 两点之间的距离为 d，分析电场强度 E 与电 势差 之间有什么关系？ AB 间距离为 d，电势差为 ，场强为 E．把正电荷 q 从 A 点移到 B 时，电场力 所做的功为 ．利用电势差和功的关系，这个功又可求得为 ，比较 这两个式子，可得 ，即： 这就是说，在匀强电场中，沿场强方向的两点间的电势场等于场强和这两点间距离的乘积．如果不是沿场强方向的呢？（学生可以进行讨论分析） 如图所示（教师出示图片）并讲解 AD 两点间电势差仍为 U，设 AD 间距离 s，与 AB 夹角 ，将正电荷从 A 移动到 D，受电场力方向水平向右， 与位移夹角 ，故电场力做功为 ， ，所以 ．利用电势差和功的关系， ，比较这两个式子可得 ．d 为 AB 两点间距离，也是 AB 所在等势面间距离或者 可以说是 AD 两点间距离 s 在场强方向的投影． 关于公式 ，需要说明的是： 1、U 为两点间电压，E 为场强，d 为两点间距离在场强方向的投影． 2、由 ，得 ，可得场强的另一个单位： ． 所以场强的两个单位伏／米，牛／库是相等的．注：此公式只适用于匀强场． 二、例题讲解（具体内容参考典型例题资料） 三、教师总结： 场强表示单位电量的电荷所受的电场力，而电场中两点间的电势差表示单位电量的电荷在这两点间移动时电场力所做功的大小，由于力和功是互 相联系的，所以场强与电势差之间存在着必然的联系．在非匀强电场中，电势差与场强的关系要复杂的多，但是电场中两点间距离越小时的电势差越 大，则该处场强就越大．只能是定性判断 教后记： 1、 这节课的重点就在公式的理解，特别是在 d 不在场强方向时如何处理。 在讲解时特别要把握好电场强度与电势差的关系、电场力做功与电势能的变化之间的关系，这两个关系之间的内部逻辑，但也不要指望学生在一 节课就解决所有问题。 1.7 电容器与电容 教学三维目标 （一）知识与技能 1、知道什么是电容器及常见的电容器； 2、知道电场能的概念，知道电容器充电和放电时的能量转换； 3、理解电容器电容的概念及定义式，并能用来进行有关的计算； 4、知道平行板电容器的电容与哪些因素有关，有什么关系；掌握平行板电容器的决定式并能运用其讨论有关问题。 （二）过程与方法 结合实物观察与演示，在计算过程中理解掌握电容器的相关概念、性质。 （三）情感态度与价值观 体会电容器在实际生活中的广泛应用，培养学生探究新事物的兴趣。 重点：掌握电容器的概念、定义式及平行板电容器的电容。 难点：电容器的电容的计算与应用 教学过程： （一）复习前面相关知识 要点：场强、电势能、电势、电势差等。 （二）新课教学： 第七节 、电容器与电容 展示各种电容器.并做解释:这是一种能容纳电荷的容器,今天我们来学习它——电容器以及描述它容纳电荷本领的物理量——电容 1、电容器 （1）构造：任何两个彼此绝缘又相隔很近的导体都可以看成一个电容器。 （2）电容器的充电、放电 操作：把电容器的一个极板与电池组的正极相连，另一个极板与负极相连，两个极板上就分别带上了等量的异种电荷。这个过程叫做充电。 现象：从灵敏电流计可以观察到短暂的充电电流。充电后,切断与电源的联系,两个极板间有电场存在,充电过程中由电源获得的电能贮存在电场中, 称为电场能. 操作：把充电后的电容器的两个极板接通,两极板上的电荷互相中和,电容器就不带电了,这个过程叫放电. 现象：从灵敏电流计可以观察到短暂的放电电流.放电后,两极板间不存在电场,电场能转化为其他形式的能量. 提问：电容器在充、放电的过程中的能量转化关系是什么?待学生讨论后总结如下: 【板书】充电——带电量 Q 增加,板间电压 U 增加,板间场强 E 增加, 电能转化为电场能 放电——带电量 Q 减少,板间电压 U 减少,板间场强 E 减少,电场能转化为电能 2、电容 与水容器类比后得出。说明：对于给定电容器，相当于给定柱形水容器，C（类比于横截面积）不变。 这是量度式，不是 关系式。在 C 一定情况下，Q=CU，Q 正比于 U。 定义：电容器所带的电量 Q 与电容器两极板间的电势差 U 的比值，叫做电容器的电容。 公式： U QC  单位：法拉（F）还有微法（ F）和皮法（pF） 1F=10-6  F=10-12pF （4）电容的物理意义:电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量，是由电容器本身的性质（由导体大小、形状、相对位置及电介质）决定的,与电容 器是不是带电无关. 3、平行板电容器的电容 （1）[演示]感应起电机给静电计带电（详参阅 P29 图 1。7-4） 说明:静电计是在验电器的基础上制成的,用来测量电势差.把它的金属球与一个导体相连,把它的金属外壳与另一个导体相连,从指针的偏转角度可以 量出两个导体之间的电势差 U. 现象:可以看到: 保持 Q 和 d 不变， S 越小,静电计的偏转角度越大, U 越大,电容 C 越小； 保持 Q 和 S 不变，d 越大，偏转角度越小，C 越小. 保持 Q、d、S 都不变,在两极板间插入电介质板,静电计的偏转角度并且减小,电势差 U 越小电容 C 增大. （2）结论:平行板电容器的电容 C 与介电常数ε成正比,跟正对面积 S 成正比,跟极板间的距离 d 成反比. 平行板电容器的决定式：真空 kd SC 4  介质 kd SC r   4  4、常用电容器（结合课本介绍 P30） （三）小结：对本节内容要点进行概括 （四）巩固新课：1、引导学生完成问题与练习。 2、阅读教材内容。 3、作业纸 教后记： 1、电容的物理意义的理解在上课前就意识到是个难点，所以采用了类比法，几次使用类比法的效果都是比较理想的。 2、对于电容变化引起的电压带电量电场强度的变化因使用的公式较多，学生掌握还有个过程。 、1.8 带电粒子在电场中的运动 教学三维目标 （一）知识与技能 1．了解带电粒子在电场中的运动——只受电场力，带电粒子做匀变速运动。 2．重点掌握初速度与场强方向垂直的带电粒子在电场中的运动(类平抛运动)。 3．知道示波管的主要构造和工作原理。 （二）过程与方法 培养学生综合运用力学和电学的知识分析解决带电粒子在电场中的运动。 （三）情感态度与价值观 1．渗透物理学方法的教育：运用理想化方法，突出主要因素，忽略次要因素，不计粒子重力。 2．培养学生综合分析问题的能力，体会物理知识的实际应用。 重点：带电粒子在电场中的加速和偏转规律 难点：带电粒子在电场中的偏转问题及应用。 教学过程： （一）复习力学及本章前面相关知识 要点：动能定理、平抛运动规律、牛顿定律、场强等。 （二）新课教学 1．带电粒子在电场中的运动情况（平衡、加速和减速） ⑴．若带电粒子在电场中所受合力为零时，即∑F＝0 时，粒子将保持静止状态或匀速直线运动状态。 例 ：带电粒子在电场中处于静止状态，该粒子带正电还是负电? 分析：带电粒子处于静止状态，∑F＝0， mgqE  ，因为所受重力竖直向下，所以所受电场力必为竖 直向上。又因为场 强方向竖直向下，所以带电体带负电。 ⑵．若∑F≠0（只受电场力）且与初速度方向在同一直线上，带 电 粒 子 将 做 加 速 或减速直线运动。(变速直线运动) ◎打入正电荷（右图），将做匀加速直线运动。 设电荷所带的电量为 q，板间场强为 E 电势差为 U，板距为 d, 电荷到达另一极板的速度为 v,则 电场力所做的功为： qELqUW  粒子到达另一极板的动能为： 2 2 1 mvEk  由动能定理有： 2 2 1 mvqU  （或 2 2 1 mvqEL  对恒力） ※若初速为 v0，则上列各式又应怎么样？让学生讨论并列出。 ◎若打入的是负电荷（初速为 v0），将做匀减速直线运动，其运动情况可能如何，请学生讨论，并得出结论。 请学生思考和讨论课本 P33 问题 分析讲解例题 1。（详见课本 P33） 【思考与讨论】若带电粒子在电场中所受合力∑F≠0，且与初速度方向有夹角(不等于 0°，180°)，则带电粒子将做什么运动？（曲线运动）---引出 2．带电粒子在电场中的偏转（不计重力，且初速度 v0⊥E，则带电粒子将在电场中做类平抛运动） 复习：物体在只受重力的作用下，被水平抛出，在水平方向上不受力，将做匀速直线运动，在竖直方向上只受重力，做初速度为零的自由落体运 动。物体的实际运动为这两种运动的合运动。 详细分析讲解例题 2。 解：粒子 v0 在电场中做类平抛运动 沿电场方向匀速运动所以有： tvL 0 ① 电子射出电场时，在垂直于电场方向偏移的距离为： 2 2 1 aty  ② 粒子在垂直于电场方向的加速度： md eU m eE m Fa  ③ 由①②③得： 2 02 1        v L md eUy ④ 代入数据得： 36.0y m 即电子射出时沿垂直于板面方向偏离 0.36m 电子射出电场时沿电场方向的速度不变仍为 v0，而垂直于电场方向的速度： 0v L md eUatv  ⑤ 故电子离开电场时的偏转角 为： 2 00 tan mdv eUL v v   ⑥ 代入数据得： =6.8° 【讨论】：若这里的粒子不是电子，而是一般的带电粒子，则需考虑重力，上列各式又需怎样列？指导学生列出。 3．示波管的原理 （1）示波器：用来观察电信号随时间变化的电子仪器。其核心部分是示波管 （2）示波管的构造：由电子枪、偏转电极和荧光屏组成（如图）。 （3）原理：利用了电子的惯性小、荧光物质的荧光特性和人的视觉暂留等，灵 敏、直观地显示出电信号随间变化的图线。 ◎让学生对 P35 的【思考与讨论】进行讨论。 （三）小结： 1、研究带电粒子在电场中运动的两条主要线索 带电粒子在电场中的运动，是一个综合电场力、电势能的力学问题，研究的方法与质点动力学相同，它同样遵循运动的合成与分解、力的独立作 用原理、牛顿运动定律、动能定理、功能原理等力学规律．研究时，主要可以按以下两条线索展开． （1）力和运动的关系——牛顿第二定律 根据带电粒子受到的电场力，用牛顿第二定律找出加速度，结合运动学公式确定带电粒子的速度、位移等．这条线索通常适用于恒力作用下做匀 变速运动的情况． （2）功和能的关系——动能定理 根据电场力对带电粒子所做的功，引起带电粒子的能量发生变化，利用动能定理或从全过程中能量的转化，研究带电粒子的速度变化，经历的位 移等．这条线索同样也适用于不均匀的电场． 2、研究带电粒子在电场中运动的两类重要的思维技巧 （1）类比与等效 电场力和重力都是恒力，在电场力作用下的运动可与重力作用下的运动类比．例如，垂直射入平行板电场中的带电粒子的运动可类比于平抛，带 电单摆在竖直方向匀强电场中的运动可等效于重力场强度 g 值的变化等． （2）整体法(全过程法) 电荷间的相互作用是成对出现的，把电荷系统的整体作为研究对象，就可以不必考虑其间的相互作用． 电场力的功与重力的功一样，都只与始末位置有关，与路径无关．它们分别引起电荷电势能的变化和重力势能的变化，从电荷运动的全过程中功 能关系出发(尤其从静止出发末速度为零的问题)往往能迅速找到解题入口或简化计算． （四）巩固新课：1、引导学生完成问题与练习。1、3、4 做练习。作业纸。 2、阅读教材内容，及 P36-37 的【科学足迹】、【科学漫步】 教后记 1、带电粒子在电场中的运动是综合性非常强的知识点，对力和运动的关系以及动量、能量的观点要求较高，是高考的热点之一，所以教学时要有一定 的高度。 2、学生对于带电粒子在电场中的运动的处理局限于记住偏转量和偏转角的公式，不能从力和运动的关系角度高层次的分析，这样的能力可能要到 高三一轮复习结束才能具备。 第二章、恒定电流 2.1、导体中的电场和电流（1 课时） 一、教学目标 （一）知识与技能 1．让学生明确电源在直流电路中的作用，理解导线中的恒定电场的建立 2．知道恒定电流的概念和描述电流强弱程度的物理量---电流 3．从微观意义上看电流的强弱与自由电子平均速率的关系。 （二）过程与方法 通过类比和分析使学生对电源的的概念、导线中的电场和恒定电流等方面的理解。 （三）情感态度与价值观 通过对电源、电流的学习培养学生将物理知识应用于生活的生产实践的意识，勇于探究与日常生活有关的物理学问题。 三、重点与难点： 重点：理解电源的形成过程及电流的产生。 难点：电源作用的道理，区分电子定向移动的速率和在导线中建立电场的速率这两个不同的概念。 四、教学过程 （一）先对本章的知识体系及意图作简要的概述 （二）新课讲述----第一节、导体中的电场和电流 1．电源： 先分析课本图 2。1-1 说明该装置只能产生瞬间电流（从电势差入手） 【问题】如何使电路中有持续电流？（让学生回答—电源） 类比：（把电源的作用与抽水机进行类比）如图 2—1，水池 A、B 的水面有一定的高度差， 若在 A、B 之间用 一细管连起来，则水在重力的作用下定向运动，从水池 A 运动到水池 B。A、B 之间的高度差很 快消失，在这种情 况下，水管中只可能有一个瞬时水流。 教师提问：怎拦才能使水管中有源源不断的电流呢? 让学生回答：可在 A、B 之间连接一台抽水机，将水池 B 中的水抽到水池 A 中，这样可保持 A、B 之间的高度差，从而使水管中有源源不断的水流。 归纳： 电源就是把自由电子从正极搬迁到负极的装置。（从能量的角度看，电源是一种能够不断地把其他形式的能量转变为电能的装置） 2．导线中的电场： 结合课本图 2。1-4 分析导线中的电场的分布情况。 导线中的电场是两部分电荷分布共同作用产生的结果，其一是电源正、负极产生的电场，可将该电场分解为两个方向：沿导线方向的分量使自由 电子沿导线作定向移动，形成电流；垂直于导线方向的分量使自由电子向导线某一侧聚集，从而使导线的两侧出现正、负净电荷分布。其二是这些电 荷分布产生附加电场，该电场将削弱电源两极产生的垂直导线方向的电场，直到使导线中该方向合场强为零，而达到动态平衡状态。此时导线内的电 场线保持与导线平行，自由电子只存在定向移动。因为电荷的分布是稳定的，故称恒定电场。 通过“思考与讨论”让学生区分静电平衡和动态平衡。 恒定电场：由稳定分布的电荷所产生的稳定电场称恒定电场。 3．电流（标量） （1）概念：电荷的定向移动形成电流。 （2）电流的方向：规定为正电荷定向移动的方向。 （3）定义：通过导体横截面的电量跟通过这些电量所用的时间的比值。定义式： t QI  电流的微观表示： 取一段粗细均匀的导体，两端加一定的电压，设导体中的自由电子沿导体定向移动的速率为 v。设想在导体中取两个横截面 B 和 C，横截面积为 S， 导体中每单位体积中的自由电荷数为 n，每个自由电荷带的电量为 q，则 t 时间内通过横截面 C 的电量 Q 是多少？电流 I 为多少？---引导学生推导 老师归纳：Q=nV=nvtSq I=Q/t=nvqS 这就是电流的微观表示式。 （4）单位：安培（A），1 A =103mA = 106µA （5）电流的种类 ① 直流电：方向不随时间而改变的电流。直流电分为恒定电流和脉动直流电两类：其中大小和方向都不随时间而改变的电流叫恒定电流；方向不 随时间改变而大小随时间改变的电流叫脉动直流电。 ② 交流电：方向和大小都随时间做周期变化的电流。 【问题】如何用图象表示直流电和交流电？ 分析课本例题（详见课本，这里略） 通过例题分析让学生把电流与导线内自由电子的定向移动的速率联系起来，同时说明定向移动的速率和在导线中建立电场的速率是两个不同的概 念。 （三）小结：对本节内容做简要小结 （四）巩固新课：1、复习课本内容 2、完成 P43 问题与练习：作业 1、2，练习 3。 2.2、电动势（1 课时） 一、教学目标 （一）知识与技能 1． 理解电动势的的概念及定义式。知道电动势是表征电源特性的物理量。 2．从能量转化的角度理解电动势的物理意义。 （二）过程与方法 通过类比的方法使学生加深对电源及电动势概念的理解。 （三）情感态度与价值观 了解生活中电池，感受现代科技的不断进步 二、重点与难点： 重点：电动势的的概念 难点：对电源内部非静电力做功的理解 三、教学过程： （一）复习上课时内容 要点：电源、恒定电流的概念 （二）新课讲解-----第二节、电动势 〖问题〗1。在金属导体中电流的形成是什么？（自由电子） 2．在外电路中电流的方向？（从电源的正极流向负极） 3．电源是靠什么能力把负极的正电荷不断的搬运到正极以维持外电路中恒定的电流？ 结合课本图 2。2-1，讲述“非静电力”， 利用右图来类比，以帮助学生理解电路中的能量问题。当水由 A 池流入 B 池时，由于重力 做功，水的重力势 能减少，转化为其他式的能。而又由于 A、B 之间存在高度差，故欲使水能流回到 A 池，应克 服重力做功，即需 要提供一个外力来实现该过程。抽水机就是提供该外力的装置，使水克服重力做功，将其他形 式的能转化为水的 重力势能。重力做功、克服重力做功以及重力势能与其他形式的能之间的相互转化，学生易于 理解和接受，在做 此铺垫后，电源中的非静电力的存在及其作用也就易于理解了。 两者相比，重力相当于电场力，重力做功相当于电场力做功，重力势能相当于电势能，抽水机相当于电源。从而引出— 1．电源（更深层的含义） （1）电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置。 （2）非静电力在电源中所起的作用：是把正电荷由负极搬运到正极，同时在该过程中非静电力做功，将其他形式的能转化为电势能。 【注意】在不同的电源中，是不同形式的能量转化为电能。 再与抽水机类比说明：在不同的电源中非静电力做功的本领不同---引出 2．电动势 （1）定义：在电源内部，非静电力所做的功 W 与被移送的电荷 q 的比值叫电源的电动势。 （2）定义式：E=W/q （3）单位：伏（V） （4）物理意义：表示电源把其它形式的能（非静电力做功）转化为电能的本领大小。电动势越大，电路中每通过 1C 电量时，电源将其它形式的能转 化成电能的数值就越多。 【注意】：① 电动势的大小由电源中非静电力的特性（电源本身）决定，跟电源的体积、外电路无关。 ②电动势在数值上等于电源没有接入电路时，电源两极间的电压。 ③电动势在数值上等于非静电力把 1C 电量的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功。 3．电源（池）的几个重要参数 ①电动势：它取决于电池的正负极材料及电解液的化学性质，与电池的大小无关。 ②内阻（r）:电源内部的电阻。 ③容量：电池放电时能输出的总电荷量。其单位是：A·h，mA·h. 【注意】：对同一种电池来说，体积越大，容量越大，内阻越小。 （三）小结：对本节内容做简要小结 （四）巩固新课：1、复习课本内容 2、完成 P46“问题与练习”：练习 1-3 3．调查常用可充电电池： 建议全班分成若干个小组，对可充电电池进行调查，写出调查报告，然后在全班交流和评比。 2.3、欧姆定律（2 课时） 一、教学目标 （一）知识与技能 1、理解电阻的概念，明确导体的电阻是由导体本身的特性所决定 2、要求学生理解欧姆定律，并能用来解决有关电路的问题 3、知道导体的伏安特性曲线，知道什么是线性元件和非线性元件 （二）过程与方法 教学中应适当地向学生渗透一些研究物理的科学方法和分析的正确思路如通过探索性实验去认识物理量之问的制约关系，用图象和图表的 方法来处理数据、总结规律，以及利用比值来定义物理量的方法等。 （三）情感态度与价值观 本节知识在实际中有广泛的应用，通过本节的学习培养学生联系实际的能力 二、重点：正确理解欧姆定律及其适应条件 三、难点：对电阻的定义的理解，对 I-U 图象的理解 四、教具：电流表、电压表 、滑动变阻器、开关、电阻、导线、电池组、小灯泡等 五、教学过程： （一）复习上课时内容 要点：电动势概念，电源的三个重要参数 （二）新课讲解-----第三节、欧姆定律 问题：电流强度与电压究竟有什么关系？这可利用实验来研究。 1、欧姆定律 演示：如图，方法按 P46 演示方案进行 闭合 S 后，移动滑动变阻器触头，记下触头在不同位置时电压表和电流表读数。电压表测 得的是导体 R 两 端电压，电流表测得的是通过导体 R 的电流，记录在下面表格中。 U/V I/A 把所得数据描绘在 U-I 直角坐标系中，确定 U 和 I 之间的函数关系。 分析：这些点所在的图线包不包括原点？包括，因为当 U=0 时，I=0。这些点所在图线是一条 什么图线？过原点 的斜直线。即同一金属导体的 U-I 图象是一条过原点的直线。 把 R 换成与之不同的 R，重复前面步骤，可得另一条不同的但过原点的斜直线。 结论：同一导体，不管电流、电压怎么样变化，电压跟电流的比值是一个常数。这个比值的物理意义就是导体的电阻。 引出------- （1）、导体的电阻 ①定义：导体两端电压与通过导体电流的比值，叫做这段导体的电阻。 ②公式：R=U/I（定义式） 说明：A、对于给定导体，R 一定，不存在 R 与 U 成正比，与 I 成反比的关系，R 只跟导体本身的性质有关 B、这个式子（定义）给出了测量电阻的方法——伏安法。 C、电阻反映导体对电流的阻碍作用 ③单位：欧姆，符号Ω，且 1Ω=1V／A，常用单位：Ω、kΩ 、MΩ 换算关系：1kΩ=103Ω 1MΩ=103KΩ （2）．欧姆定律 ①定律内容：导体中电流强度跟它两端电压成正比，跟它的电阻成反比。 ②公式：I=U/R ③适应范围：一是部分电路，二是金属导体、电解质溶液 2、导体的伏安特性曲线 （1）伏安特性曲线：用纵坐标表示电流 I，横坐标表示电压 U，这样画出的 I-U 图象叫做导体的伏安特性曲线。 （2）线性元件和非线性元件 线性元件：伏安特性曲线是通过原点的直线的电学元件。 非线性元件：伏安特性曲线是曲线，即电流与电压不成正比的电学元件。 3、分组实验：测绘小灯泡的伏安特性曲线（第 2 课时） 按 P48 实验要求进行，电路改为分压电路 分发方格纸，让学生把实验数据列表，并在坐标纸中建立坐标系后做出图象 要求至少测 6 个点以上 【说一说】P48 （三）小结：对本节内容做简要小结 （四）巩固新课：1、复习课本内容 2、完成 P48 问题与练习：作业 1、3，练习 2。 2.4、串联电路和并联电路（2 课时） 一、教学目标 （一）知识与技能 1．进一步学习电路的串联和并联，理解串、并联电路的电压关系、电流关系和电阻关系，并能运用其解决有关关问题。 2．进而利用电路的串、并联规律分析电表改装的原理。 （二）过程与方法 通过复习、归纳、小结把知识系统化。 （三）情感态度与价值观 通过学习，学会在学习中灵活变通和运用。 三、重点与难点： 重点：教学重点是串、并联电路的规律。 难点：难点是电表的改装。 四、教学过程： （一）复习上课时内容 要点：欧姆定律、电阻概念、导体的伏安特性曲线。 （二）新课讲解-----第四节、串联电路和并联电路 1．串联电路和并联电路 先让学生回忆初中有关这方面（串、并联电路的规律）的问题，然后让学生自学，在此基础上，让学生将串联和并联加以对比，学生容易理解和 记忆。 老师点拨：一是要从理论上认识串、并联电路的规律，二是过程分析的不同，引入电势来分析。从而让学生体会到高中和初中的区别，也能让学生 易于理解和接受。 学生自己先推导有关结论，老师最后归纳小结得出结论：（并适当拓展） （1） 串联电路 ①电路中各处的电流强度相等。I=I1=I2=I3=… ②电路两端的总电压等于各部分电路两端电压之和 U=U1+U2+U3+… ③串联电路的总电阻，等于各个电阻之和。R=R1+R2+R3+… ④电压分配：U1/R1=U2/R2 U1/R1=U/R ⑤n 个相同电池（E、r）串联：En = nE rn = nr （2）并联电路 1 并联电路中各支路两端的电压相等。U=U1=U2=U3=… 2 电路中的总电流强度等于各支路电流强度之和。I=I1+I2+I3+… 3 并联电路总电阻的倒数，等于各个电阻的倒数之和。 1/R=1/R1+1/R2+1/R3+ 对两个电阻并联有：R=R1R2/（R1+R2） 4 电流分配：I1/I2=R1/R2 I1/I=R1/R ⑤n 个相同电池（E、r）并联：En = E rn =r/n 再由学生讨论下列问题： ①几个相同的电阻并联，总电阻为一个电阻的几分之一； ②若不同的电阻并联，总电阻小于其中最小的电阻； ③若某一支路的电阻增大，则总电阻也随之增大； ④若并联的支路增多时，总电阻将减小； ⑤当一个大电阻与一个小电阻并联时，总电阻接近小电阻。 另外应让学生明确：串联和并联的总电阻是串联和并联的等效电阻，电阻 R 的作用效果与 R1、R2 串联使用或并联使用时对电路的效果相同，如教 材图 2．4—3 和 2．4—4 所示。分析电路时要学会等效。 引导学生分析问题与练习：1 题 -------第 1 课时 2．电压表和电流表 ----串、并联规律的应用 常用的电压表和电流表都是由小量程的电流表 G（表头）改装而成。 （1）表头 G： 构造（从电路的角度看）：表头就是一个电阻，同样遵从欧姆定律，与其他电阻的不同仅在于通过表头的电流是可以从刻度盘上读出来的。 原理：磁场对通电导线的作用 P98（为后续知识做准备） （2）描述表头的三个特征量（三个重要参数）④ ①内阻 Rg：表头的内阻。 ②满偏电流 Ig：电表指针偏转至最大角度时的电流（另介绍半偏电流） ③满偏电压 Ug：电表指针偏转至最大角度时的电压，与满偏电流 Ig 的关系 Ug=IgRg，因而若已知电表的内阻 Rg，则根据欧姆定律可把相应各点 的电流值改写成电压值，即电流表也是电压表，本质上并无差别，只是刻度盘的刻度不同而已。 通过对 P52 的“思考与讨论”加深这方面的认识。 （3）表头的改装和扩程（综合运用串、并联电路的规律和欧姆定律） 关于电表的改装要抓住问题的症结所在，即表头内线圈容许通过的最大电流(Ig)或允许加的最大电压(Ug)是有限制的。 让学生讨论，推导出有关的公式：要测量较大的电压(或电流)怎么办?通过分析，学生能提出利用电阻来分压(或分流)。然后提出：分压(或分流)电 阻的阻值如何确定? 通过例 1、2 的分析、讲解使学生掌握计算分压电阻和分流电阻的方法---最后引导学生自己归纳总结得出一般公式。 （三）小结：对本节内容做简要小结 （四）巩固新课：1、复习课本内容 2、完成 P48 问题与练习：作业 4、5，练习 2、3。 2.5、焦耳定律（1 课时） 一、教学目标 （一）知识与技能 1．理解电功、电功率的概念，公式的物理意义。了解实际功率和额定功率。 2．了解电功和电热的关系。了解公式 Q=I2Rt（P=I2R）、Q=U2t/R（P=U2/R）的适应条件。 3．知道非纯电阻电路中电能与其他形式能转化关系，电功大于电热。 4．能运用能量转化与守恒的观点解决简单的含电动机的非纯电阻电路问题。 （二）过程与方法 通过有关实例，让学生理解电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程。 （三）情感态度与价值观 通过学习进一步体会能量守恒定律的普遍性。 三、重点与难点： 重点：区别并掌握电功和电热的计算。 难点：主要在学生对电路中的能量转化关系缺乏感性认识，接受起来比较困难。 四、教学过程： （一）复习上课时内容 要点：串、并联电路的规律和欧姆定律及综合运用 。 提出问题，引入新课 1．通过前面的学习，可知导体内自由电荷在电场力作用下发生定向移动，电场力对定向移动的电荷做功吗？（做功，而且做正功） 2．电场力做功将引起能量的转化，电能转化为其他形式能，举出一些大家熟悉的例子：电能→机械能，如电动机。电能→内能，如电热器。电 能→化学能，如电解槽。 本节课将重点研究电路中的能量问题。 （二）新课讲解-----第五节、焦耳定律 1．电功和电功率 （1）．电功 定义：电路中电场力对定向移动的电荷所做的功，简称电功，通常也说成是电流的功。用 W 表示。 实质：是能量守恒定律在电路中的体现。即电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程，在转化过程中，能量守恒，即有多少电能减少， 就有多少其他形式的能增加。 【注意】功是能量转化的量度，电流做了多少功，就有多少电能减少而转化为其他形式的能，即电功等于电路中电能的减少，这是电路中能量转化 与守恒的关键。 在第一章里我们学过电场力对电荷的功，若电荷 q 在电场力作用下从 A 搬至 B，AB 两点间电势差为 UAB，则电场力做功 W=qUAB。 对于一段导体而言，两端电势差为 U，把电荷 q 从一端搬至另一端，电场力的功 W=qU，在导体中形成电流，且 q=It，（在时间间隔 t 内搬运 的电量为 q，则通过导体截面电量为 q，I=q/t），所以 W=qU=IUt。这就是电路中电场力做功即电功的表达式。 表达式：W = Iut ① 【说明】：①表达式的物理意义：电流在一段电路上的功，跟这段电路两端电压、电路中电流强度和通电时间成正比。 ②适用条件：I、U 不随时间变化——恒定电流。 单位：焦耳（J）。1J=1V·A·s （2）电功率 ①定义：单位时间内电流所做的功 ②表达式：P=W/t=UI（对任何电路都适用）② 上式表明：电流在一段电路上做功的功率 P，和等于电流 I 跟这段电路两端电压 U 的乘积。 ③单位：为瓦特（W）。1W=1J/s ④额定功率和实际功率 额定功率：用电器正常工作时所需电压叫额定电压，在这个电压下消耗的功率称额定功率。 实际功率：用电器在实际电压下的功率。实际功率 P 实=IU，U、I 分别为用电器两端实际电压和通过用电器的实际电流。 这里应强调说明：推导过程中没用到任何特殊电路或用电器的性质，电功和电功率的表达式对任何电压、电流不随时间变化的电路都适用。再 者，这里 W=IUt 是电场力做功，是消耗的总电能，也是电能所转化的其他形式能量的总和。 电流在通过导体时，导体要发热，电能转化为内能。这就是电流的热效应，描述它的定量规律是焦耳定律。 学生一般认为，W=IUt，又由欧姆定律，U=IR，所以得出 W=I2Rt，电流做这么多功，放出热量 Q=W=I2Rt。这里有一个错误，可让学生思考 并找出来。 错在 Q=W，何以见得电流做功全部转化为内能增量？有无可能同时转化为其他形式能？ 英国物理学家焦耳，经过长期实验研究后提出焦耳定律。 2．焦耳定律——电流热效应 （1）焦耳定律 内容：电流通过导体产生的热量，跟电流强度的平方、导体电阻和通电时间成正比。 表达式： Q=I2Rt ③ 【说明】：对纯电阻电路（只含白炽灯、电炉等电热器的电路）中电流做功完全用于产生热，电能转化为内能，故电功 W 等于电热 Q；这时 W= Q=UIt=I2Rt （2）热功率：单位时间内的发热量。即 P=Q/t=I2R ④ 【注意】②和④都是电流的功率的表达式，但物理意义不同。②对所有的电路都适用，而④式只适用于纯电阻电路，对非纯电阻电路（含有电动机、 电解槽的电路）不适用。 关于非纯电阻电路中的能量转化，电能除了转化为内能外，还转化为机械能、化学能等。这时 W 》Q。即 W=Q+E 其它 或 P =P 热+ P 其它、UI = I2R + P 其它 引导学生分析 P56 例题（从能量转化和守恒入手）如图 再增补两个问题（1）电动机的效率。（2）若由于某种原因电动机被卡住，这时电动机消耗的 功率为多少？ 最后通过“思考与讨论”以加深认识。注意，在非纯电阻电路中，欧姆定律已不适用。 （三）小结：对本节内容做简要小结。并比较 UIt 和 I2Rt 的区别和联系，从能的转化与守恒的角度解 释纯电阻电路和 非纯电阻电路中电功和电热的关系。在纯电阻电路中，电能全部转化为电热，故电功 W 等于电热 Q； 在非纯电阻电路 中，电能的一部分转化为电热，另一部分转化为其他形式的能(如机械能、化学能)，故电功 W 大于电热 Q。 （四）巩固新课： 1、复习课本内容 2、完成 P57 问题与练习：作业 2、4，练习 1、3、5。建议在对 1 的证明后，把相应的结论归入串、并联电路的规律中。 补充练习：某一用直流电动机提升重物的装置如上图所示，重物质量 m=50kg，电源 提供恒定电压 U=110V，不计各处摩擦，当电动机以 v=0.90m／s 的恒定速度向上提升重物时，电路中电 流强度 I=5A，求 电动机线圈电阻 R（g=10m／s2）。（4Ω） 第三章 磁场 教案 3.1 磁现象和磁场（1 课时） 一．教学目标 （一）知识与技能 1．了解磁现象，知道磁性、磁极的概念。 2．知道电流的磁效应、磁极间的相互作用。 3．知道磁极和磁极之间、磁极和电流之间、电流和电流之间都是通过磁场发生相互作用的.知道地球具有磁性。 （二）过程与方法 利用类比法、实验法、比较法使学生通过对磁场的客观认识去理解磁场的客观实在性。 （三）情感态度与价值观 通过类比的学习方法，培养学生的逻辑思维能力，体现磁现象的广泛性 二．重点与难点： 重点：电流的磁效应和磁场概念的形成 难点：磁现象的应用 三、教具：多媒体、条形磁铁、直导线、小磁针若干、投影仪 四、教学过程： （一）引入：介绍生活中的有关磁现象及本章所要研究的内容。在本章，我们要学习磁现象、磁场的描述、磁场对电流的作用以及对运动电荷的 作用，知识主线十分清晰。本章共二个单元。第一、二、三节为第一单元；第四~第六节为第二单元。 复习提问，引入新课 ［问题］初中学过磁体有几个磁极？［学生答］磁体有两个磁极：南极、北极. ［问题］磁极间相互作用的规律是什么？［学生答］同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引. ［问题］两个不直接接触的磁极之间是通过什么发生相互作用的？［学生答］磁场. ［过渡语］磁场我们在初中就有所了解，从今天我们要更加深入地学习它。 （二）新课讲解-----第一节、磁现象和磁场 1．磁现象 （1）通过介绍人们对磁现象的认识过程和我国古代对磁现象的研究、指南针的发明和作用来认识磁现象 （2）可以通过演示实验(磁极之间的相互作用、磁铁对铁钉的吸引)和生活生产中涉及的磁体(喇叭、磁盘、磁带、磁卡、门吸、电动机、电流表) 来形象生动地认识磁现象。 【板书】磁性、磁体、磁极：能吸引铁质物体的性质叫磁性。具有磁性的物体叫磁体，磁体中磁性最强的区域叫磁极。 2．电流的磁效应 （1）介绍人类认识电现象和磁现象的过程。 （2）演示奥斯特实验：让学生直观认识电流的磁效应。做实验时可以分为四种情形观察并记录现象：水平电流在小磁针的正上方时，让电流分别 由南向北流和由北向南流；水平电流在小磁针的正下方时，让电流分别由南向北和由北向南流。在认识电流的磁效应的同时，也为地磁场和通电直导 线的磁场的教学埋下伏笔，也可以留下问题让学生思考。 了解电流的磁效应的发现过程，体现物理思想(电与磁有联系)和研究方法(奥斯特实 验)，认识到奥斯特实验在电磁学中的重要意义(打开了电磁学的大门)，为后来法拉第的研究工作(电能生磁、磁也可以生电)奠定了基础。 【板书 1】磁极间的相互作用规律：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引.（与电荷类比） 【板书 2】电流的磁效应：电流通过导体时导体周围存在磁场的现象(奥斯特实验)。 3．磁场 演示：磁场对电流的作用，电流与电流的作用，类比于库仑力和电场，形成磁场的概念，应说明磁场虽然看不见、摸不着，但是和电场一样都是 客观存在的一种物质，我们可以通过磁场对磁体或电流的作用而认识磁场。 【板书 1】磁场的概念：磁体周围存在的一种特殊物质（看不见摸不着，是物质存在的一种特殊形式）。 【板书 2】.磁场的基本性质：对处于其中的磁极和电流有力的作用. 【板书 3】磁场是媒介物：磁极间、电流间、磁极与电流间的相互作用是通过磁场发生的。 4．磁性的地球 明白地理的南北极和地磁的南北极的区别，了解磁偏角，介绍沈括对磁偏角的研究。用一个条形磁铁来模拟地磁场，说明小磁针静止时为什么会 指向地理的南北极。 【板书 1】地球是一个巨大的磁体，地球周围存在磁场---地磁场。地球的地理两极与地磁两极不重合（地磁的 N 极在地理的南极附近，地磁的 S 极在 地理的北极附近），其间存在磁偏角。 地磁体周围的磁场分布情况和条形磁铁周围的磁场分布情况相似。 宇宙中的许多天体都有磁场。月球也有磁场。 （三）对本节知识做简要的小结 （四）巩固新课：1。让学生复习课本内容。 2。指导学生阅读 STS 3。完成问题与练习（作练习） 3.2 、 磁感应强度（1 课时） 一、教学目标 （一）知识与技能 1．理解和掌握磁感应强度的方向和大小、单位。 2．能用磁感应强度的定义式进行有关计算。 （二）过程与方法 通过观察、类比（与电场强度的定义的类比）使学生理解和掌握磁感应强度的概念，为学生形成物理概念奠定了坚实的基础。 （三）情感态度与价值观 培养学生探究物理现象的兴趣，提高综合学习能力。 二、重点与难点： 磁感应强度概念的建立是本节的重点（仍至本章的重点），也是本节的难点，通过与电场强度的定义的类比和演示实验来突破难点 三、教具：蹄形磁铁，低压电源，多媒体等。 四、教学过程： （一）复习上课时知识后引入 要点：磁场的概念。 提问、引入新课： 磁场不仅具有方向，而且也具有强弱，为表征磁场的强弱和方向就要引入一个物理量.怎样的物理量能够起到这样的作用呢？ （紧接着教师提问 以下问题.） 1． 哪个物理量来描述电场的强弱和方向？ ［学生答］用电场强度来描述电场的强弱和方向. 2．电场强度是如何定义的？其定义式是什么？ ［学生答］电场强度是通过将一检验电荷放在电场中分析电荷所受的电场力与检验电荷量的比值来定义的，其定义式为 E=F/q 过渡语：今天我们用相类似的方法来学习描述磁场强弱和方向的物理量——磁感应强度. （二）新课讲解-----第二节 、 磁感应强度 1．磁感应强度的方向 【演示】让小磁针处于条形磁铁产生的磁场和竖直方向通电导线产生的磁场中的各个点时，小磁针的 N 极所指的方向不同，来认识磁场具有方向 性，明确磁感应强度的方向的规定。 【板书】小磁针静止时 N 极所指的方向规定为该点的磁感应强度方向 过渡语：能不能用很小一段通电导体来检验磁场的强弱呢？ 2．磁感应强度的大小 【演示 1】用不同的条形磁铁所能吸起的铁钉的个数是不同的，说明磁场有强弱。 【演示 2】探究影响通电导线受力的因素（如图） 先介绍匀强磁场：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，这个区域的磁场叫匀强磁场。 后定性演示（控制变量法）①保持通电导线的长度不变，改变电流的大小②保持电流不变，改变通电导线的长度。让学生观察导线受力情况。 【板书 1】精确实验表明，通电导线和磁场方向垂直时，通电导线受力（磁场力）大小 ILF  写成等式为：F = BIL ① 式中 B 为比例系数。 注意：①B 与导线的长度和电流的大小无关②在不同的磁场中 B 的值不同（即使同样的电流导线的受力也不样） 再用类比电场强度的定义方法，从而得出磁感应强度的定义式 【板书 2】磁感应强度的大小（表征磁场强弱的物理量） （1）定义： 在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的力（安培力）F 跟电流 I 和导线长度 L 的乘积 IL 的比值叫磁感应强度。符号：B 说明：如果导线很短很短，B 就是导线所在处的磁感应强度。其中，I 和导线长度 L 的乘积 IL 称电流元。 （2）定义式： IL FB  ② （3）单位：在国际单位制中是特斯特，简称特，符号 T. 1T=N/A·m （4）物理意义：磁感应强度 B 是表示磁场强弱的物理量. 对 B 的定义式的理解： ①要使学生了解比值 F/IL 是磁场中各点的位置函数。换句话说，在非匀强磁场中比值 F/IL 是因点而异的，也就是在磁场中某一确定位置处，无论 怎样改变 I 和 L，F 都与 IL 的乘积大小成比例地变化，比值 F/IL 跟 IL 的乘积大小无关。因此，比值 F/IL 的大小反映了各不同位置处磁场的强弱程度， 所以人们用它来定义磁场的磁感应强度。还应说明 F 是指通电导线电流方向跟所在处磁场方向垂直时的磁场力，此时通电导线受到的磁场力最大。 ②有的学生往往单纯从数学角度出发，曲公式 B= F/IL 得出磁场中某点的 B 与 F 成正比，与 IL 成反比的错误结论。 ③应强调说明对于确定的磁场中某一位置来说，B 并不因探测电流和线段长短（电流元）的改变而改变，而是由磁场自身决定的；比值 F/IL 不变 这一事实正反映了所量度位置的磁场强弱程度是一定的。 【例】磁场中放一根与磁场方向垂直的通电导线，它的电流强度是 2.5 A，导线长 1 cm，它受到的安培力为 5×10-2 N，则这个位置的磁感应强度 是多大？ 解答： T 2 m 101A5.2 N 105 2 2       IL FB 介绍一些磁场的磁感应强度值。（P89 表 3。2-1） （三）小结：可继续类比磁场与静电场，小结出以下两个方面： 一是电场力与磁场力在方向上是有差异的。电场力的方向总是与电场强度 E 的方向相同或相反；而磁场力的方向恒与磁感应强度 B 的方向垂直。 二是 E 和 B 在引入方法上也是有差异的。在电场强度 E 的引入中，考虑到的是电场中检验电荷所受的力 F 与检验电荷所带电量 q 之比；而在磁感 应强度 B 的引入中，考虑的是磁场中检验电流元所受的力 F 与乘积 IL 之比。 （四）巩固新课：（1）指导学生阅读“科学漫步”。 （2）指导学生完成 P90“问题与练习”1-3 题 （3）课后复习本节内容。 3.3 、几种常见的磁场（1.5 课时） 一、教学目标 （一）知识与技能 1．知道什么叫磁感线。 2．知道几种常见的磁场（条形、蹄形，直线电流、环形电流、通电螺线管）及磁感线分布的情况 3．会用安培定则判断直线电流、环形电流和通电螺线管的磁场方向。 4．知道安培分子电流假说，并能解释有关现象 5．理解匀强磁场的概念，明确两种情形的匀强磁场 6．理解磁通量的概念并能进行有关计算 （二）过程与方法 通过实验和学生动手（运用安培定则）、类比的方法加深对本节基础知识的认识。 （三）情感态度与价值观 1.进一步培养学生的实验观察、分析的能力. 2.培养学生的空间想象能力. 二、重点与难点： 1．会用安培定则判定直线电流、环形电流及通电螺线管的磁场方向. 2．正确理解磁通量的概念并能进行有关计算 三、教具：多媒体、条形磁铁、直导线、环形电流、通电螺线管、小磁针若干、投影仪、展示台、学生电源 四、教学过程： （一）复习引入 要点：磁感应强度 B 的大小和方向。 ［启发学生思考］电场可以用电场线形象地描述，磁场可以用什么来描述呢？ ［学生答］磁场可以用磁感线形象地描述.----- 引入新课 （老师）类比电场线可以很好地描述电场强度的大小和方向，同样，也可以用磁感线来描述磁感应强度的大小和方向 （二）新课讲解 【板书】1．磁感线 （1）磁感线的定义 在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁感应强度的方向一致，这样的曲线叫做磁感线。 （2）特点： A、磁感线是闭合曲线，磁铁外部的磁感线是从北极出来，回到磁铁的南极，内部是从南极到北极. B、每条磁感线都是闭合曲线，任意两条磁感线不相交。 C、磁感线上每一点的切线方向都表示该点的磁场方向。 D、磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小 【演示】用铁屑模拟磁感线的形状，加深对磁感线的认识。同时与电场线加以类比。 【注意】①磁场中并没有磁感线客观存在，而是人们为了研究问题的方便而假想的。 ②区别电场线和磁感线的不同之处：电场线是不闭合的，而磁感线则是闭合曲线。 2．几种常见的磁场 【演示】 ①用铁屑模拟磁感线的演示实验，使学生直观地明确条形磁铁、蹄形磁铁、通电直导线、通电环形电流、通电螺线管以及地磁场(简化为一个大的 条形磁铁)各自的磁感线的分布情况(磁感线的走向及疏密分布)。 ②用投影片逐一展示:条形磁铁（图 1）、蹄形磁铁（图 2）、通电直导线（图 3）、通电环形电流（图 4）、通电螺线管以及地磁场(简化为一个大的 条形磁铁) （图 5）、※辐向磁场（图 6）、还有二同名磁极和二异名磁极的磁场。 （1）条形、蹄形磁铁，同名、异名磁极的磁场周围磁感线的分布情况（图 1、图 2） （2）电流的磁场与安培定则 ①直线电流周围的磁场 在引导学生分析归纳的基础上得出 ○直线电流周围的磁感线：是一些以导线上各点为圆心的同心圆，这些同心圆都在跟导线垂直的平面上.（图 3） ○直线电流的方向和磁感线方向之间的关系可用安培定则（也叫右手螺旋定则）来判定：用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方 向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向. ②环形电流的磁场 ○环形电流磁场的磁感线：是一些围绕环形导线的闭合曲线，在环形导线的中心轴线上，磁感线和环形导线的平面垂直（图 4）。 ［教师引导学生得］ ○环形电流的方向跟中心轴线上的磁感线方向之间的关系也可以用安培定则来判定：让右手弯曲的四指和和环形电流的方向一致，伸直的大拇指所 指的方向就是环形导线中心轴线上磁感线的方向. ③通电螺线管的磁场. ○通电螺线管磁场的磁感线：和条形磁铁外部的磁感线相似，一端相当于南极，一端相当于北极；内部的磁感线和螺线管的轴线平行，方向由南极 指向北极，并和外部的磁感线连接，形成一些环绕电流的闭合曲线（图 5） ○通电螺线管的电流方向和它的磁感线方向之间的关系，也可用安培定则来判定：用右手握住螺线管，让弯曲四指所指的方向和电流的方向一致， 则大拇指所指的方向就是螺线管的北极（螺线管内部磁感线的方向）. ③电流磁场（和天然磁铁相比）的特点：磁场的有无可由通断电来控制；磁场的极性可以由电流方向变换；磁场的强弱可由电流的大小来控制。 【说明】由于后面的安培力、洛伦兹力、电磁感应与磁感应强度密切相关，几种常见磁场的磁感线的分布是一个非常基本的内容，不掌握好，对 后面的学习有很大影响。 3．安培分子电流假说 （1）安培分子电流假说（P92） 对分子电流，结合环形电流产生的磁场的知识及安培定则，以便学生更容易理解“它的两侧相当于两个磁极”，这句话；并应强调“这两个磁极跟 分子电流不可分割的联系在一起”，以便使他们了解磁极为什么不能以单独的 N 极或 S 极存在的道理。 （2）安培假说能够解释的一些问题 可以用回形针、酒精灯、条形磁铁、充磁机做好磁化和退磁的演示实验，加深学生的印象。举生活中的例子说明，比如磁卡不能与磁铁放在一起 等等。 【说明】“假说”，是用来说明某种现象但未经实践证实的命题。在物理定律和理论的建立过程中，“假说”，常常起着很重要的作用，它是在一定 的观察、实验的基础上概括和抽象出来的。安培分子电流的假说就是在奥斯特的实验的启发下，经过思维发展而产生出来的。 （3）磁现象的电本质：磁铁和电流的磁场本质上都是运动电荷产生的． 4．匀强磁场 （1）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，这个区域的磁场叫匀强磁场。匀强磁场的磁感线是一些间隔相同的平 行直线。 （2）两种情形的匀强磁场：即距离很近的两个异名磁极之间除边缘部分以外的磁场；相隔一定距离的两个平行线圈(亥姆霍兹线圈)通电时，其中间区 域的磁场 P92 图 3.3-7，图 3.3-8。 5.磁通量 （1）定义： 磁感应强度 B 与线圈面积 S 的乘积，叫穿过这个面的磁通量（是重要的基本概念）。 （2）表达式：φ=BS 【注意】①对于磁通量的计算要注意条件，即 B 是匀强磁场或可视为匀强磁场的磁感应强度，S 是线圈面积在与磁场方向垂直的平面上的投影面积。 ②磁通量是标量，但有正、负之分，可举特例说明。 （3）单位：韦伯，简称韦，符号 Wb 1Wb = 1T·m2 （4）磁感应强度的另一种定义（磁通密度）:即 B =φ/S 上式表示磁感应强度等于穿过单位面积的磁通量，并且用 Wb/m2 做单位（磁感应强度的另一种单位）。所以：1T = 1 Wb/m2 = 1N/A·m （三）小结：对本节各知识点做简要的小结。并要求学生课外按 P93【做一做】 巩固练习 1.如图所示，放在通电螺线管内部中间处的小磁针，静止时 N 极指向右.试判定电源的正负极. 解析：小磁针 N 极的指向即为该处的磁场方向，所以在螺线管内部磁感线方向由 a→b，根据安 培定则可判定电 流由 c 端流出，由 d 端流入，故 c 端为电源的正极，d 端为负极. 注意：不要错误地认为螺线管 b 端吸引小磁针的 N 极，从而判定 b 端相当于条形磁铁的南极， 关键是要分清螺 线管内、外部磁感线的分布. 2.如图所示，当线圈中通以电流时，小磁针的北极指向读者.试确定电流方向. 电流方向为逆时针方向. （四）巩固新课（1）复习本节内容 （2）阅读“科学漫步” （3）指导学生完成“问题与练习”1--4 3.4 、磁场对通电导线的作用力（1.5 课时） 一、教学目标 （一）知识与技能 1、知道什么是安培力。知道通电导线在磁场中所受安培力的方向与电流、磁场方向都垂直时，它的方向的判断----左手定则。知道左手定则的内 容，会用左手定则熟练地判定安培力的方向，并会用它解答有关问题. 2、会用安培力公式 F=BIL 解答有关问题. 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. 3、了解磁电式电流表的内部构造的原理。 （二）过程与方法 通过演示、分析、归纳、运用使学生理解安培力的方向和大小的计算。培养学生的间想像能力。 （三）情感态度与价值观 使学生学会由个别事物的个性来认识一般事物的共性的认识事物的一种重要的科学方法.并通过对磁电式电流表的内部构造的原理了解，感受 物理知识之间的联系。 二、重点与难点： 重点：安培力的方向确定和大小的计算。 难点：左手定则的运用（尤其是当电流和磁场不垂直时，左手定则如何变通使用）。 三、教具：磁铁、电源、金属杆、导线、铁架台、滑动变阻器、多媒体。 四、教学过程： （一） 复习引入 让学生回忆在在第二节中通电导线在磁场中受力大小与什么因素有关。 过渡：本节我们将对安培力做进一步的讨论。 （二）新课讲解-----第四节 、磁场对通电导线的作用力 安培力：磁场对电流的作用力. 安培力是以安培的名字命名的，因为他研究磁场对电流的作用力有突出的贡献. 1．安培力的方向 【演示】按照 P85 图 3。1—3 所示进行演示。 （1）、改变电流的方向，观察发生的现象. ［现象］导体向相反的方向运动. （2）、调换磁铁两极的位置来改变磁场方向，观察发生的现象. ［现象］导体又向相反的方向运动 ［教师引导学生分析得出结论］ （1）、安培力的方向和磁场方向、电流方向有关系. （2）、安培力的方向既跟磁场方向垂直，又跟电流方向垂直，也就是说，安培力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所在的平面.（P96 图 3。4-1） 如何判断安培力的方向呢？ 人们通过大量的实验研究，总结出通电导线受安培力方向和电流方向、磁场方向存在着一 个规律一一左手定 则． 左手定则：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且跟手掌在同一个平面内，把手 放人磁场中，让磁感 线垂直穿人手心，并使伸开的四指指向电流方向，那么，拇指所指的方向，就是通电导线在磁 场 中 的 受 力 方 向．（如图）。 【说明】左手定则是一个难点，涉及三个物理量的方向，涉及三维空间，而学生的空间想 像力还不强，所以教 师应引导学生如何将三维图形用二维图形表达(侧视图、俯视图和剖面图等等)，还要引导学生 如何将二维图形想 像成三维图形。---可将右图从侧视图、俯视图和剖面图一一引导学生展示。 *一般情形的安培力方向法则介绍… 结论：电流和磁场可以不垂直，但安培力必然和电流方向垂直，也和磁场方向垂直，用左手定则时，磁场不一定垂直穿过手心，只要不从手背传过 就行。 *至于大小法则，如果电流和磁场不垂直，则将磁场进行分解，取垂直分量代入公式即可；从这个角度不难理解——如果电流和磁场平行，那么安 培力是多少？[学生]为零。 引导学生分析判断 P99 第一题 补充练习：判断下图中导线 A 所受磁场力的方向. 答案： （垂直于纸面向外） 【演示】平行通电直导线之间的的相互作用（P97 图 3。4—3）。 引导学生区别安培定则和左手定则，并且用这两个定则去解释“平行通电导线之间的相互作用”这一演示实验，解释时应明白左边的通电导线受 到的安培力是右边的通电导线所产生的磁场施加的，反之亦然。 2、安培力的大小 通电导线（电流为 I、导线长为 L）和磁场（B）方向垂直时，通电导线所受的安培力的大小：F = BIL（最大） 两种特例：即 F = ILB(I⊥B)和 F = 0(I∥B)。 一般情况：当磁感应强度 B 的方向与导线成θ角时，有 F = ILBsinθ 【注意】在推导公式时，要让学生明确两点：一是矢量的正交分解体现两个分量与原来的矢量是等效替代的关系，二是从特殊到一般的归纳的思 维方法。（具体推导见 P97） 还应该注意的是：尽管公式 F=ILB 是从公式 B=F/IL 变形而得的，但两者的物理意义却 有不同。①公式 B=F/IL 是根据放置于给定磁场中的给定点上的检验电流(电流元)受力情况，来确定这一位置的磁场的性质，它对任何磁场中的任何点 都是适用的。②公式 F=ILB 则是在已知磁场性质的基础上，确定在给定位置上给定的一小段通电直导线的受力情况，在中学阶段，它只适用于匀强磁 场。教师应该给学生指出：物理公式在作数学的等价变形时，其物理意义和适用范围将会发生变化。这是应用数学知识解决物理问题时所要引起注意 的问题，但却往往被人们所忽视。 应该提醒学生注意安培力与库仑力的区别。电荷在电场中某一点受到的库仑力是一定的，方向与该点的电场方向要么相同，要么相反。而电流在 磁场中某处受到的磁场力，与电流在磁场中放置的方向有关，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，一般情况下的安培力大于零，小于 BIL，方向与磁场方向垂直。 3、磁电式电流表 （1）电流表的组成及磁场分布 请同学们阅读课文，让学生先看清楚磁铁、铝框、线圈、螺旋弹簧、极靴、指针、铁质圆 柱等构件，了 解它们之中哪些是固定的，哪些是可动的。然后回答.：电流表主要由哪几部分组成的？ 数分钟后，教师出示实物投影并课件演示---图 1 ［学生答］电流表由永久磁铁、铁芯、线圈、螺旋弹簧、指针、刻度盘等六部分组成. 电流表的组成：永久磁铁、铁芯、线圈、螺旋弹簧、指针、刻度盘.（最基本的是磁铁和 线圈） 教师提示注意：a、铁芯、线圈和指针是一个整体；b、蹄形磁铁内置软铁是为了（和铁 芯一起）造就 辐向磁场；c、观察——铁芯转动时螺旋弹簧会形变。 ［实物投影课本图 2］ ［问题］电流表中磁场分布有何特点呢？ ［教师讲解］电流表中磁铁与铁芯之间是均匀辐向分布的. ［问题］什么是均匀辐向分布呢？ ［教师进一步讲解］所谓均匀辐向分布，就是说所有磁感线的延长 线都通过铁芯的中心， 不管线圈处于什么位置，线圈平面与磁感线之间的夹角都是零度.该磁场 并非匀强磁场，但在以 铁芯为中心的圆圈上，各点的磁感应强度 B 的大小是相等的. （2）电流表的工作原理-------引导学生弄清楚以下几点：（并请学生自 己归纳 P98） ①线圈的转动是怎样产生的? ②线圈为什么不一直转下去？ ③为什么指针偏转角度的大小可以说明被测电流的强弱? ④如何根据指针偏转的方向来确定电路上电流的方向? ⑤使用时要特别注意什么? （三）对本节要点做简要小结. （四）巩固新课：1、复习本节内容 2、做一做（P98） 3、完成“问题与练习”2、4 练习，3 作业。 3.5、磁场对运动电荷的作用（1 课时） 一、教学目标 （一）知识与技能 1、知道什么是洛伦兹力.利用左手定则判断洛伦兹力的方向. 2、知道洛伦兹力大小的推理过程. 3、掌握垂直进入磁场方向的带电粒子，受到洛伦兹力大小的计算. 4、了解 v 和 B 垂直时的洛伦兹力大小及方向判断.理解洛伦兹力对电荷不做功. 5、了解电视显像管的工作原理 （二）过程与方法 通过观察，形成洛伦兹力的概念，同时明确洛伦兹力与安培力的关系(微观与宏观)，洛伦兹力的方向也可以用左手定则判断。通过思考与讨论，推 导出洛伦兹力的大小公式 F=qvBsinθ。最后了解洛伦兹力的一个应用——电视显像管中的磁偏转。 （三）情感态度与价值观 引导学生进一步学会观察、分析、推理，培养学生的科学思维和研究方法。让学生认真体会科学研究最基本的思维方法:“推理—假设—实验验证”。 二、重点与难点： 重点：1.利用左手定则会判断洛伦兹力的方向. 2.掌握垂直进入磁场方向的带电粒子，受到洛伦兹力大小的计算. 这一节承上(安培力)启下(带电粒子在磁场中的运动)，是本章的重点 难点：1.洛伦兹力对带电粒子不做功. 2.洛伦兹力方向的判断. 三、教具：电子射线管、高压电源、磁铁、多媒体 四、教学过程： （一） 复习引入 前面我们学习了磁场对电流的作用力，下面思考两个问题： 1.如图判定安培力的方向（让学生上黑板做） 若已知上图中：B=4.0×10-2 T，导线长 L=10 cm，I=1 A.求：导线所受的安培力 大小？ ［学生解答］ 解：F=BIL=4×10-2 T×1 A×0.1 m=4×10-3 N 答：导线受的安培力大小为 4×10-3 N. 2.什么是电流？ ［学生答］电荷的定向移动形成电流. ［教师讲述］磁场对电流有力的作用，电流是由电荷的定向移动形成的，我们会想到：这个力可能是作用在运动电荷上的，而安培力是作用在运 动电荷上的力的宏观表现. ［演示实验］观察磁场阴极射线在磁场中的偏转（100 页图 3。5--1） ［教师］说明电子射线管的原理： 说明阴极射线是灯丝加热放出电子，电子在加速电场的作用下高速运动而形成的电子流，轰击到长条形的荧光屏上激发出荧光，可以显示电子束 的运动轨迹，磁铁是用来在阴极射线周围产生磁场的，还应明确磁场的方向。 ［实验结果］在没有外磁场时，电子束沿直线运动，蹄形磁铁靠近电子射线管，发现电子束运动轨迹发生了弯曲。学生用左手定则判断电子束弯 曲方向。 ［学生分析得出结论］磁场对运动电荷有作用.------引出新课 （二）新课讲解 1、洛伦兹力的方向和大小 （1）、洛伦兹力：运动电荷在磁场中受到的作用力. 通电导线在磁场中所受安培力是洛伦兹力的宏观表现. 【说明】可以根据磁场对电流有作用力而对未通电的导线没有作用力，引导学生提出猜想：磁场对电流作用力的实质是磁场对运动电荷的作用力。 ［过渡语］运动电荷在磁场中受到洛伦兹力的作用，那么洛伦兹力的方向如何判断呢？ ［问题］如图 （2） 判定安培力方向.（上图甲中安培力方向为垂直电流方向向上，乙图安培力 方 向 为垂直电流方向向下） ②.电流方向和电荷运动方向的关系.（电流方向和正电荷运动方向相同，和负电荷运 动方向相反） ③.F 安的方向和洛伦兹力方向关系.（F 安的方向和正电荷所受的洛伦兹力的方向相同， 和负电荷所受的 洛伦兹力的方向相反.） ④.电荷运动方向、磁场方向、洛伦兹力方向的关系.（学生分析总结） （2）、洛伦兹力方向的判断——左手定则 伸开左手，使大拇指和其余四指垂直且处于同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，若四指指向正电荷运动的方向，那么拇指所 受的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向；若四指指向是电荷运动的反方向，那么拇指所指的正方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向. 【要使学生明确】：正电荷运动方向应与左手四指指向一致，负电荷运动方向则应与左手四指指向相反(先确定负电荷形成电流的方向，再用左手定则判 定)。 ［投影出示练习题］----“问题与练习”1 （2） 试判断下图中所示的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向. ［学生解答］ 甲中正电荷所受的洛伦兹力方向向上. 乙中正电荷所受的洛伦兹力方向向下. 丙中正电荷所受的洛伦兹力方向垂直 于纸面指向读者. 丁中正电荷所受的洛伦兹力的方向垂 直于纸面指向纸里 （3）、洛伦兹力的大小 现在我们来研究一下洛伦兹力的大小. 通过“思考与讨论”，来推导公式 F=qvBsinθ时，应先建立物理模型(教材图 3．5—3)，再循序渐进有条理 地推导，这一个过程可放手让学生完成，体现学习的自主性。 也可以通过下面的命题引导学生一一回答。 设有一段长度为 L 的通电导线，横截面积为 S，导线每单位体积中含有的自由电荷数为 n，每个自由电荷的电量为 q，定向移动的平均速率为 v， 将这段导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为 B 的磁场中. ［问题］这段导线中电流 I 的微观表达式是多少？让学生推导后回答。 ［学生答］I 的微观表达式为 I=nqSv ［问题］这段导体所受的安培力为多大？［学生答］F 安=BIL ［问题］这段导体中含有多少自由电荷数？ ［学生答］这段导体中含有的电荷数为 nLS. ［问题］每个自由电荷所受的洛伦兹力大小为多大？ ［学生答］安培力可以看作是作用在每个运动上的洛伦兹力 F 的合力，这段导体中含有的自由电荷数为 nLS,所以 F= F 安/nLS = BIL/nLS = nqvSLB/nLS =qvB 洛伦兹力的计算公式 （1）当粒子运动方向与磁感应强度垂直时（v┴B） F = qvB （2）当粒子运动方向与磁感应强度方向成θ时（v∥B） F = qvBsinθ 上两式各量的单位： F 为牛（N），q 为库伦（C）， v 为米/秒（m/s）, B 为特斯拉（T） 最后，通过“思考与讨论”，说明由洛伦兹力所引起的带电粒子运动的方向总是与洛伦兹力的方向相垂直的，所以它对运动的带电粒子总是不做功 的。 2． 像管的工作原理 （1）原理 ：应用电子束磁偏转的道理 （2）构造 ：由电子枪（阴极）、偏转线圈、荧光屏等组成（介绍各部分的作用 102 页） 在条件允许的情况下，可以让学生观察显像管的实物，认清偏转线圈的位置、形状，然后运用安培定则和左手定则说明从电子枪射出的电 子束是怎样在洛伦兹力的作用下发生偏转的。 再通过“思考与讨论”（ 103 页），让学生弄清相关问题。进而介绍电视技术中的扫描现象。 最后让学生回忆 “示波管的原理”，通过对比看看二者的差异。 （三）对本节内容做简要小结 （四）巩固新课 （1）复习本节内容 （2）完成“问题与练习” 4、5 练习，3 作业 3.6、带电粒子在匀强磁场中的运动（2 课时+1 练习） 一、教学目标 （一）知识与技能 1、理解洛伦兹力对粒子不做功. 2、理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度的方向垂直时，粒子在匀磁场中做匀速圆周运动. 3、会推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径、周期公式，并会用它们解答有关问题. 知道质谱仪的工作原理。 4、知道回旋加速器的基本构造、工作原理 、及用途 。 （二）过程与方法 通过综合运用力学知识、电磁学知识解决带电粒子在复合场（电场、磁场）中的问题. 培养学生的分析推理能力. （三）情感态度与价值观 通过对本节的学习，充分了解科技的巨大威力，体会科技的创新历程。 二、重点与难点： 重点：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径和周期公式，并能用来分析有关问题. 难点：1.粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动. 2.综合运用力学知识、电磁学知识解决带电粒子在复合场中的问题. 三、教具：洛伦兹力演示仪、感应线圈、电源、多媒体等 四、教学过程： （一）复习引入 ［问题 1］什么是洛伦兹力？［磁场对运动电荷的作用力］ ［问题 2］带电粒子在磁场中是否一定受洛伦兹力？［不一定，洛伦兹力的计算公式为 F=qvBsinθ，θ为电荷运动方向与磁场方向的夹角，当θ=90° 时，F=qvB;当θ=0°时，F=0.］ ［问题 3］带电粒子垂直磁场方向进入匀强磁场时会做什么运动呢？今天我们来学习——带电粒子在匀强磁场中的运动、质谱仪. （二）新课讲解---第六节、带电粒子在匀强磁场中的运动 【演示】先介绍洛伦兹力演示仪的工作原理，由电子枪发出的电子射线可以使管内的低压水银蒸气发出辉光，显示出电子的径迹。后进行实验.（并 说明相关问题 104-105 页） 教师进行演示实验. ［实验现象］在暗室中可以清楚地看到，在没有磁场作用时，电子的径迹是直线；在管外加上匀强磁场（这个磁场是由两个平行的通电环形线圈 产生的），电子的径迹变弯曲成圆形. ［教师引导学生分析得出结论］ 当带电粒子的初速度方向与磁场方向垂直时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动. 带电粒子垂直进入匀强磁场中的受力及运动情况分析（动态课件）. 一是要明确所研究的物理现象的条件----在匀强磁场中垂直于磁场方向运动的带电粒子。二是分析带电粒子的受力情况，用左手定则明确带电粒子 初速度与所受到的洛伦兹力在同一平面内，所以只可能做平面运动。三是洛伦兹力不对运动的带电粒子做功，它的速率不变，同时洛伦兹力的大小也 不变。四是根据牛顿第二定律，洛伦兹力使运动的带电粒子产生加速度(向心加速度) ［出示投影］ ①.电子受到怎样的力的作用？这个力和电子的速度的关系是怎样的？（电子受到垂直于速度方向 的洛伦兹力的作 用.） ②.洛伦兹力对电子的运动有什么作用？（.洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小） ③.有没有其他力作用使电子离开磁场方向垂直的平面？（没有力作用使电子离开磁场方向垂直的 平面） ④.洛伦兹力做功吗？（洛伦兹力对运动电荷不做功） 1．带电粒子在匀强磁场中的运动 （1）、运动轨迹：沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，粒子在垂直磁场方向的平面内做匀速圆周运动，此洛伦兹力不做功. 【注意】带电粒子做圆周运动的向心力由洛伦兹力提供。 通过“思考与讨论”（ 105 页），使学生理解带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，的轨道半径 r 和周期 T 与粒子所带电量、质量、粒子的速度、 磁感应强度有什么关系。 ［出示投影］ 一为带电量 q，质量为 m ,速度为 v 的带电粒子垂直进入磁感应强度为 B 的匀强磁场中，其半径 r 和周期 T 为多大？ ［问题 1］什么力给带电粒子做圆周运动提供向心力？［洛伦兹力给带电粒子做圆周运动提供向心力］ ［问题 2］向心力的计算公式是什么？［F=mv2/r］ ［ 教 师 推 导 ］ 粒 子 做 匀 速 圆 周 运 动 所 需 的 向 心 力 F=m r v 2 是 由 粒 子 所 受 的 洛 伦 兹 力 提 供 的 ， 所 以 qvB=mv2/ r 由 此 得 出 r= qB mv T= qB m v r  22  可得 T= qB m2 （2）、轨道半径和周期 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨道半径及周期公式. 1、轨道半径 r = qB mv 2、周期 T =2πm/ qB 【说明】： （1）轨道半径和粒子的运动速率成正比. （2）带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期跟轨道半径和运动速率无关. 【讨论】：在匀强磁场中如果带电粒子的运动方向不和磁感应强度方向垂直，它的运动轨道是什么样的曲线？ 分析：当带电粒子的速度分别为垂直于 B 的分量 v1 和平行于 B 的分量 v2，因为 v1 和 B 垂直，受到洛伦兹力 qv1B，此力使粒子 q 在垂直于 B 的平 面内做匀速圆周运动，v1 和 B 平行，不受洛伦兹力，故粒子在沿 B 方向上做匀速曲线运动，可见粒子的运动是一等距螺旋运动. 再用洛伦兹力演示仪演示 ［出示投影课本例题］ 如图所示，一质量为 m，电荷量为 q 的粒子从容器 A 下方小孔 S1 飘入电势差为 U 的加速电场，然后让粒子垂直进入磁感应强度为 B 的磁场中， 最后打到底片 D 上. (1)粒子进入磁场时的速率。 (2)求粒子在磁场中运动的轨道半径。 解：（1）粒子在 S1 区做初速度为零的匀加速直线运动.由动能定理知，粒子在电场中得到的动能等于电场对它所做的功，即 qumv 2 2 1 由此可得 v= mqu /2 . （2）粒子做匀速圆周运动所需的向心力是由粒子所受的洛伦兹力提供，即 qvB=m r v 2 所以粒子的轨道半径为 r=mv/qB= 2/2 qBmu ［教师讲解］r 和进入磁场的速度无关，进入同一磁场时，r∝ q m ，而且这些个量中，u、B、r 可以直接测 量，那么，我们可以用装置来测量比荷或算出质量。 例题在处理上，可以让学生自己处理，教师引导总结。为了加深对带电粒子在磁场中的运动规律的理解，可以补充例题和适量的练习。注意：在 解决这类问题时，如何确定圆心、画出粒子的运动轨迹、半径及圆心角，找出几何关系是解题的关键。 例题给我们展示的是一种十分精密的仪器------质谱仪 补充例题: 如图所示，半径为 r 的圆形空间内，存在着垂直于纸面向里的匀强磁场，一个带电粒子（不计重力），从 A 点以速度 v0 垂直磁场方向射 入磁场中，并从 B 点射出，已知∠AOB=120°，求该带电粒子在磁场中运动的时间。 分析：首先通过已知条件找到 所对应的圆心 O′，画出粒子的运动轨迹并画出几何图形。 解：设粒子在磁场中的轨道半径为 R，粒子的运动轨迹及几何图形如图所示。 粒子在磁场中做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供， 有 qvB=mv2/R ① 由几何关系有：R = r tan60º ② 粒子的运动周期 T =2πR/v0 ③ 由图可知θ=60°，得电粒子在磁场中运动的时间 t = T/6 ④ 联立以上各式解得：t= 3 rπ/3v0 （3）、质谱仪 阅读课文及例题，回答以下问题： 1.试述质谱仪的结构. 2.试述质谱仪的工作原理. 3.什么是同位素？ 4.质谱仪最初是由谁设计的？ 5.试述质谱仪的主要用途. 阅读后学生回答： 1.质谱仪由静电加速极、速度选择器、偏转磁场、显示屏等组成. 2.电荷量相同而质量有微小差别的粒子，它们进入磁场后将沿着不同的半径做圆周运动，打到照相底片不同的地方，在底片上形成若干谱线状的细 条，叫质谱线，每一条对应于一定的质量，从谱线的位置可以知道圆周的半径 r，如果再已知带电粒子的电荷量 q，就可算出它的质量. 3.质子数相同而质量数不同的原子互称为同位素. 4.质谱仪最初是由汤姆生的学生阿斯顿设计. 5.质谱仪是一种十分精密的仪器，是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具.--- ----（1 课时） 【过渡语】先从研究物质微观结构的需要出发提出怎样大量产生高能带电粒子的问题，从而引出早期使用的加速器——静电加速器 2．回旋加速器 （1）直线加速器 ①加速原理：利用加速电场对带电粒子做正功使带电的粒子动能增加，即 qU =ΔEk ②直线加速器的多级加速：教材图 3．6—5 所示的是多级加速装置的原理图，由动能定理可知，带电粒子经 N 级的电场加速后增加的动能，ΔEk=q （U1+U2+U3+U4+…Un） ③直线加速器占有的空间范围大，在有限的空间内制造直线加速器受到一定的限制。 （2）回旋加速器 ①由美国物理学家劳伦斯于 1932 年发明。 ②其结构教材图 3．6—6 所示。核心部件为两个 D 形盒（加匀强磁场）和其间的夹缝（加交变电场） ③加速原理：通过“思考与讨论”让学生自己分析出带电粒子做匀速圆周运动的周期公式 T = 2πm/q B，明确带电粒子的周期在 q、m、B 不变 的情况下与速度和轨道半径无关，从而理解回旋加速器的原理。 在学生思考之后，可作如下的解释：如果其他因素(q、m、B)不变，则当速率 v 加大时，由 r=mv/qB 得知圆运动半径将与 v 成正比例地增 大，因而圆运动周长 qB mvr  22  也将与 v 成正比例地增大，因此运动一周的时间(周期)仍将保持原值。 最后提到了回旋加速器的效能(可将带电粒子加速，使其动能达到 25 MeV～30 MeV)，为狭义相对论埋下了伏笔。 老师再进一步归纳各部件的作用：（如图） 磁场的作用：交变电场以某一速度垂直磁场方向进入匀强磁场后，在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，其周期在 q、m、B 不变的情况下与速度 和轨道半径无关，带电粒子每次进入 D 形盒都运动相等的时间（半个周期）后平行电场方向进入电场加速。 电场的作用：回旋加速器的的两个 D 形盒之间的夹缝区域存在周期性变化的并垂直于两个 D 形 盒 正 对 截 面的匀强电场，带电粒子经过该区域时被加速。 交变电压的作用：为保证交变电场每次经过夹缝时都被加速，使之能量不断提高，须在在夹 缝 两 侧 加 上 跟带电粒子在 D 形盒中运动周期相同的交变电压。 带电粒子经加速后的最终能量：（运动半径最大为 D 形盒的半径 R） 由 R=mv/qB 有 v=qBR/m 所以最终能量为 Em=mv2/2 = q2B2R2/2m 讨论：要提高带电粒子的最终能量，应采取什么措施？（可由上式分析） 例：1989 年初，我国投入运行的高能粒子回旋加速器可以把电子的能量加速到 2.8GeV;若改用直线加速器加速，设每级的加速电压为 U =2.0×105V， 则需要几级加速？ 解：设经 n 级加速,由 neU=E 有 n=E/eU=1.4×104（级） （三）对本节要点做简要小结. （四）巩固新课：1、复习本节内容 2、做一做（P98） 3、完成“问题与练习”2、4 练习，3 作业。