高中物理人教版选修3-1第三章 磁场

高中物理人教版选修3-1第三章 磁场

第三章 磁场 第 1 节 磁现象和磁场 P86 的 STS：指南针与郑和下西洋 中国古代磁现象的研究 ↓ 指南针（《顺风相送》等，16 世纪末） ↓ 郑和航海壮举 ↓ 开拓海外市场，扩展视野，中国社会资本主义因素 ……（重点在与“社会”的关系） 图 3.1-6 针路图 第 2 节 磁感应强度 P87，班额大也可以有探究性因素： ……怎样认识和描述磁场的强弱呢？ 在研究电场的时候，我们研究电场中的检验电荷的受力情况，确定了一个叫做电场 强度的物理量，用来描述电场的强弱。与此类似，我们是否可以分析磁体或电流在 磁场中所受的力，由此入手，找出表示磁场强弱的物理量呢？ …… N 极不能单独存在……不可能测量 N 极受力的大小……怎么办？ 磁场对通电导线也有作用力。能不能用很小一段通电导线来检验磁场的强弱呢？看 来解决问题的办法还是有的！ 在物理学中，把很小一段通电导线中的电流 I 与导线长度 L 的乘积 I L 叫做“电流 元”。但要使导线中有电流，就要把它连到电源上，所以孤立的电流元是不存在的。 实际上仍要使用相当长的通电导线。不过如果做实验的那部分磁场的强弱、方向都 是一样的，也就是说磁场是匀强磁场，我们也以由实验结果推知一小段电流元的受 力情况。 教师要展示自己的思维过程（科学方法、科学过程） 图 3.2-1 厂制品 P88： 电流元受的力 F 与 I、L 的乘积成正比： F＝I L B （B 以比例系数的形式出现） （1）没有出现“安培力”这个名词 （2）通电导线与磁场是垂直的 安培力，包括导线不与磁场垂直时的安培力，到第 4 节再说 不宜同时出现太多、太复杂的新东西 第 3 节 几种常见的磁场 P92“安培分子电流假说”代替了“磁现象的电本质” P93“磁通量”为下章服务 图 3.3-12 一种磁传感器 P94“用磁传感器研究磁场”（做一做） 有了传感器和计算机，可以做原来不能做的实验。 P94 科学漫步“有趣的右螺旋”――雅俗共赏 甲 右 旋的螺壳 乙 右旋的茎（牵牛花） 丙 左旋的茎（啤酒花） 丁 右旋的螺丝钉 图 3.3-15 有趣的右螺旋 第 4 节 磁场对通电导线的作用力 P96 演示 按照图 3.1-3 所示进行实验。 图 3.1-3 1. 上下交换磁极的位置以改变磁场的方向，观察受力方向是否改变。 2. 改变导线中电流的方向，观察受力方向是否改变。 通过这两种情况的分析，我们实际上已经了解了导线受力的方向与磁场方向、电流 方向的关系。你能用简洁的方法表达这个关系吗？ 体现探究性（表达能力） P97 安培力的大小（一般情况下）：F = ILB sin θ 一般情况下的 安培力 为什么讨论这个公式？着眼点在方法――利用矢量的分解与合成研究安培力，书中 所有练习题都只需要 F = ILB 第 5 节 磁场对运动电荷的作用力 P101 思考与讨论 图 3.5-3 运动电荷所受洛伦兹力的合力在宏观上表 现为安培力 导体中带电粒子的定向运动形成了电流；电荷定向运动时所受洛伦兹力的合力，表 现为导体所受的安培力。按照这个思路，请大家尝试由安培力的表达式 F＝BILsin θ 导出洛伦兹力的表达式。 建议大家沿以下逻辑线索前进。 1. 设导线中每个带电粒子定向移动的速度都是 v，单位体积的粒子数为 n，算出图 3.5-3 的一段导线中的粒子数。这就是在时间 t 内通过截面 a 的粒子数。如果每个 粒子的电荷量为 q，由此可以算出电流 I 与 q 的关系。 2. 写出这段长为 vt 的导线所受的安培力 F 安。 3. 求出每个粒子所受的力，它等于洛伦兹力 F 洛。这时，许多中间量，如 n、v、 S、t 等都应该消去。 推导时可以从 θ＝0 的情况入手，即从磁场方向与导线方向垂直的情况入手，得到 结果后再把 sin θ 这个因子添上。此外，仍然可以认为做定向运动的电荷是正电荷， 所得结果具有普遍性。 改变学习方式：独立思考、探究精神，与“电子定向运动速度”教学的对比。 第 6 节 带电粒子在匀强磁场中的运动 P104 演示 用洛伦兹力演示仪观察运动电子在磁场中的偏转。在做以下每项观察之前，先进行 讨论，根据洛伦兹力的知识预测电子束的径迹，然后观察，检验大家的预测。 1. 不加磁场时观察电子束的径迹。 2. 给励磁线圈通电，在玻璃泡中产生沿两线圈中心连线方向、由纸内指向读者的磁 场，观察电子束的径迹。 3. 保持出射电子的速度不变，改变磁感应强度，观察电子束径迹的变化。 4. 保持磁感应强度不变，改变出射电子的速度，观察电子束径迹的变化。 典型的科学探究！ P105 思考与讨论 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的圆半径，与粒子的速度、磁场的磁感应强 度有什么关系？ 考虑到粒子所受的洛伦兹力就是它做匀速圆周运动的向心力，列出方程来不难解出 几个物理量的关系式。然后就可以分别判断粒子速度、磁场的强弱对圆半径的影响。 提出了问题，指出了解决问题的方向，又是科学探究！ P106 质谱仪的原理以例题的形式给出，带电粒子在磁场中运动的轨道半径公式 不用背！探究精神！（原来教材就是这样） P107 回旋加速器，先简单介绍原理，然后： 思考与讨论 图 3.6-6 回旋加速器的原理 假如粒子每两次经过盒缝的时间间隔 1相同，控制两盒间电势差的正负变换是比较 容易的。但是粒子的运动越来越快，也许粒子走过半圆的时间间隔越来越短，这样 两盒间电势差的正负变换就要越来越快，这在技术上将是一个难题。实际情况是怎 样的？ 此外，图 3.6-6 中，粒子每经过一次加速，它的轨道半径就大一些，这样画对吗？ 利用带电粒子在匀强磁场中运动的知识，分别计算粒子运动的周期（绕圆运动一周 的时间）与速度的关系和半径与速度的关系，就能回答这两个问题。 q mU Br 21= 这种写法是对“周期与速度关系”、“半径与速度关系”教学的导向。两个结论都不 用背。反复练习的是什么？是洛伦兹力的知识、匀速圆周运动的知识！ 课题研究 P109 霍尔效应。不是增加新的知识点，是复习洛伦兹力的知识、静电力的知识。 不厌其烦地在各种场景中灵活应用这些基本规律，而不是记忆繁多的“二级规律”、 “三级规律”，更不是记忆无数的“题型”。