高中物理 第三章 磁场整合课件 新人教版选修3-1

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第三章 磁场
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第三章 磁场
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结束语
感谢参与本课程，也感激大家对我们工作的支持与积极 的参与。课程后会发放课程满意度评估表，如果对我们
课程或者工作有什么建议和意见，也请写在上边 点
第三章 磁场
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知识导航 本章研究有关磁场的产生、描述及磁场对电流和运动电荷 作用的知识，安培力、洛伦兹力是磁场性质的具体体现，磁电 式电流表、质谱仪和回旋加速器是安培力和洛伦兹力的具体应 用。
本章在知识结构上可以分为三个单元：1～3节是第一单 元，这个单元主要学习磁场基本知识、描述磁场力的性质的物 理量——磁感应强度、用磁感线对几种常见磁场进行描述；第 4节是第二单元，主要学习电流在磁场中受到的安培力大小的 表达，和安培力方向的判断方法——左手定则，同时还有与电 流受力有关的电流表的组成和工作原理。5～6节是第三单元， 主要讨论磁场对运动电荷的作用力——洛伦兹力的大小和方 向，了解电视机显像管的工作原理。
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路漫漫其修远兮 吾将上下而求索
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整体概述
概况一
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概况二
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概况三
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第三章 磁场
磁场 第三章

判一判
(1)磁场看不见，摸不着，因此磁场是人们假想的， ) )
实际并不存在．(
(2)电荷周围既能产生电场，又能产生磁场．(
(3)磁场与磁场之间的作用是通过磁场发生的，通电导线与 通电导线之间的作用是通过电场发生的( )
提示：(1)磁场和电场一样，是客观存在的一种物质，故 (1) 错． (2)静止的电荷产生电场，但不能产生磁场，只有运动的电 荷才能产生磁场，故(2)错． (3)磁场与磁场之间的作用是通过磁场发生的，通电导线与 通电导线之间的作用也是通过磁场发生的，故(3)错.
[完美答案] D
本题中设计了一个陷阱：似乎科学家的实验表明信鸽辨别 方向的能力与磁场无关，否则，缚有小磁铁的一组信鸽怎么会 全部飞散呢？实际上是小磁铁的磁场起到了干扰作用.还有一些 生物，诸如燕子、羚羊、鲸鱼等，也是靠地磁场导航的.
[变式训练]
地球是个大磁场，在地球上，指南针能指示
南北，是因为受到________的作用，人类将在本世纪登上火 星，目前火星上的磁场情况不明，如果现在登上火星，你认为 在火星上的宇航员能依靠指南针来导向吗？________(填 “能”、“不能”或“不知道”)
四、地磁场 1. 地磁场
地球本身是一个磁体，N极位于
地理南极
附近，S极位
于 地理北极 附近．自由转动的小磁针能显示出地磁场的方向， 这就是指南针的原理．
2. 磁偏角
小磁针 的指向与正南正北方向之间的夹角，如图．太阳、
其他行星等许多天体都有磁场．
想一想
指南针是我国古代四大发明之一，现在你知道指
A．信鸽对地形地貌有极强的记忆力 B．信鸽能发射并接收某种超声波 C．信鸽能发射并接收某种次声波 D．信鸽体内有某种磁性物质，它能借助地磁场辨别方向

向左摆动
4。利用平行电流相互作用分析法：同向平
行电流相互吸引，异向平行电流相互排斥。
两个电流总有作用到方向相同且靠 近的趋势。 自由
˙ ˙ ˙ ˙ ˙ ˙
×
F × F 固定
×
×
×
×
如图，质量分别为 mA>mB 的两环套在光 滑绝缘杆上，若同时通上同向电流 IA<IB,它们将如何运动
A
B
方法一：同向吸引、异向排斥 方法二：等效法（把环形电流等效成小磁针）
B a θ b
练习：如图在条形磁铁N极处 悬挂一个线圈，当线圈中通 有逆时针方向的电流时，线 圈将向哪个方向偏转？
N
从上向下看逆时针转动的 同时向左摆动
练习3 ：如图所示，固定螺线管M右侧有一正方形线
框abcd，线框内通有恒定电流，其流向为abcd，当闭 合开关S后，线框运动情况应为…………（ A ） A．ab向外，cd向里转动且向M靠拢 B．ab向里，cd向外转动且远离M C．ad向外，bc向里转动且向M靠拢 D．ad向里，bc向外转动且远离M
F
IB B
F
I
B
F
B
F
I
F
I

B

I
二.安培力的大小
1.当电流和磁场垂直时
F＝ILB
2.当电流和磁场平行时
F＝0
3.当电流和磁场夹角θ时 F=ILB sinθ
B Bsinθ θ
I
Bcosθ
B
二.安培力的大小
设下图中磁感应强度为B，电流强度I，导线长度 L，求安培力大小
I
B B I I B
I
θ
向里
I F N
F

在粒子物理学的研究中，可以 让粒子通过“云室”“气泡室”等 装置，显示它们的径迹。如果在云 室、气泡室中施加匀强磁场，可以 看到带电粒子运动的圆形径迹。粒 子的质量、速度带电多少不一样， 径迹的半径也不一样。
图3.6-3带电粒子在气泡室运动径 迹的照片。有的粒子运动过程中 能量降低，速度减小，径迹就呈 螺旋形
4.55 10 2 m
T 2πm qB
2 9.110 31
1.6 10 19 2 10 4
5.6875
10 7 s
课堂小结
一、带电粒子在匀强磁场中的运动
1、所以洛伦兹力不改变带电粒子速度的大小，
2、洛伦兹力不对带电粒子做功。 垂直无功
3、洛伦兹力对电荷只起向心力的作用，所以沿着磁场方
1 mv2 qU 2
磁场的题目首先列：
v2 qvB m
r
1、不加磁场时观察电子束的径迹。
直线
2、给励磁线圈通电，在玻璃泡 中产生沿两线圏中心连线方向、由 纸内指向读者的磁场，观察电子束 的径迹。
圆周运动
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。
径迹的半径减少
4、保持磁感应强度不变，改变出射电子的速 度，观察电子東径迹的变化。
r mv qB
T 2πr v
T 2πm qB
带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期和运动速 率无关。
回旋加速器加速的带电粒子，能量达到25～ 30MeV后，就很难再加速了。原因是按照狭义相对 论，粒子的质量随着速度的增加而增大，而质量的 变化会导致其回转周期的变化，从而破坏了与电场 变化周期的同步。
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?

人教版高中物理选修3-1课件：第三章 课题研 究霍尔 效应及 两种常 见的电 磁仪器 (共18 张PPT)
磁流体发电机
磁流体发电机 的上极板
V
人教版高中物理选修3-1课件：第三章 课题研 究霍尔 效应及 两种常 见的电 磁仪器 (共18 张PPT)
等离子体束射入磁场
磁流体发电机 的下极板
人教版高中物理选修3-1课件：第三章 课题研 究霍尔 效应及 两种常 见的电 磁仪器 (共18 张PPT)
人教版高中物理选修3-1课件：第三章 课题研 究霍尔 效应及 两种常 见的电 磁仪器 (共18 张PPT)
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分解动作
v
再先用进进下直 以入入向至后磁磁上q保场场下E此解持区区方=时得动的q的向vqv态离离偏B＝U时平子子转/Ud结衡沿在 形/=（束原洛成qBv，来伦附dB的）,兹加方力电向作场流过

ff
负电荷向电流反方 向移动，故受向下 的洛伦兹力
f
长方体导体的 下表面
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微观解释
v
v
v
上、下表面就出现
横向电势差
v
v
v
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磁流体发电机
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等离子体束射入磁场
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第三章 磁场
磁偏角：地球的地理两极与地磁两极并不重合，其间有一个交角，这就是地磁偏角，简称磁偏角。 断开电路,导线中无电流通过,小磁针不偏转. 学习任务三：地球的磁场 C．指南针指南说明地球周围有磁场 “司南之杓，投之于地，其柢指南” 问题2:当时物理学家对电和磁可能有某种联系的猜想持怎样的态度，为什么？ 学习任务一：电流的磁效应 磁偏角：地球的地理两极与地磁两极并不重合，其间有一个交角，这就是地磁偏角，简称磁偏角。 接通电路,导线中有电流通过,小磁针发生偏转; 问题3:随着哪些现象认识的深化，使什么思想在科学和哲学界的逐渐形成，让谁深受启发，坚信电和磁应该也存在着联系？ 这一跳，使有心的奥斯特喜出望外，竟激动得在讲台上摔了一跤。 韩 振 权 高二物理备课组 【联想】电荷间的相互作用是通过什么发生的呢? 奥斯特,丹麦物理学家。 磁场对放入其中的 或 会 地球是一个巨大的磁体， 其周围存在着--地磁场
奥斯特,丹麦物理学家。1819年上半年 到1820年下半年，奥斯特一面担任电、 磁学讲座的主讲，一面继续研究电、磁 关系。1820年4月，在一次讲演快结束的 时候，奥斯特抱着试试看的心情又作了一 次实验。他把一条非常细的铂导线放在一 根用玻璃罩罩着的小磁针上方，接通电源
的瞬间，发现磁针跳动了一下。这一跳，使有心的奥斯 特喜出望外，竟激动得在讲台上摔了一跤。但是因为偏 转角度很小，而且不很规则，这一跳并没有引起听众注 意。以后，奥斯特花了三个月，作了许多次实验，发现 磁针在电流周围都会偏转。1820年7月21日，奥斯特写 成《论磁针的电流撞击实验》的论文，正式向学术界宣 告发现了电流磁效应,从而证明了电和磁能相互转化，这 为电磁学的发展打下基础。
学习任务三：地球的磁场
下列关于磁场的说法中,正确的是 （
奥斯特实验说明了 （

案例式 学习
顺序式 学习
冲刺式 学习
什么是学习力-高效学习必 备习惯
积极 主动
以终 为始
分清 主次
不断 更新
高效学习模型
高效学习模型-学习的完 整过程
方向
资料
筛选
认知
高效学习模型-学习的完 整过程
消化
固化
模式
拓展
小思 考
TIP1：听懂看到≈认知获取；
TIP2：什么叫认知获取：知道一些概念、过程、信息、现象、方法，知道它们 大 概可以用来解决什么问题，而这些东西过去你都不知道；
（图片来自网络）
1 费曼学习法--实操步骤 获取并理解
2 根据参考复述
费
3 仅靠大脑复述
曼
4 循环强化
学
5 反思总结
习
6 实践检验
法
费曼学习法--
实操
第一步 获取并理解你要学习的内容
（一） 理 解 并 获 取
1.知识获取并非多多益善，少而精效果反而可能更好，建议入门时选择一个概念或 知识点尝试就好，熟练使用后，再逐渐增加，但也不建议一次性数量过多（根据自 己实际情况，参考学霸的建议进行筛选）； 2.注意用心体会“理解”的含义。很多同学由于学习内容多，时间紧迫，所以更 加急于求成，匆匆扫一眼书本，就以为理解了，结果一合上书就什么都不记得了。 想要理解，建议至少把书翻三遍。
TIP3：认知获取是学习的开始，而不是结束。
为啥总是听懂了， 但不会做，做不好？
高效学习模型-内外脑 模型
2
内脑- 思考内化
思维导图& 超级记忆法& 费曼学习法
1
外脑- 体系优化
知识体系& 笔记体系
内外脑高效学习模型

例与练
• 2、已知磁场方向，标出下列各图导线 中电流方向
× × ·· ×× · · × × I· ·
I ···· ····
例与练
• 3、如图所示，螺线管圈通电以后，放 在螺线管左侧的小磁针的S极指向螺线 管，则电源的正极在___右___端。
N SN
S
例与练
• 4、如右图所示，一束带电粒子沿着水 平方向平行地飞过磁针上方时磁针的N 极向纸内偏转，这束带电粒子束可能 是 （ AD ）
3.1 磁现象和磁场2
实验1
磁体产生磁场
F2 F1
N
S
N
S
磁体的周围存在磁场
磁场的最基本性质: 对放入其中的磁极有力的作用
实验2
电流产生磁场 ——奥斯特电流磁效应
实验3
磁体对电流的作用
实验4
电流对电流的作用
F2 F1
S
N
S
N
结论： 磁场的基本性质:对放入其中的磁体或电流
有力的作用.
三、磁感线
D．带电粒子速度方向不变
例与练
• 3、如图所示，运动电荷电量为q=2×108C，
电性图中标明，运动速度 v =4×103m／s，
匀强磁场磁感应强度为B=0.5T，求电荷受
到的洛伦兹力的大小和方向。
( 600 )
f qvB sin 900
4 105 N
×××××
B ×f × ×v × ×
Φ=B·S·sin :B与S的夹角
①S与B垂直： Φ=BS
②S与B平行： Φ=0（最小）
三、磁通量
（2）磁通量表示穿过某一 面积的磁感线条数多少。
（3）磁通量的单位： 韦伯 Wb 1Wb=1T·m2

安培定则
立体图
横截面图
纵截面图
以导线上任意点为圆心的多组同心圆，越向外越 稀疏，磁场越 弱
答案
2.环形电流的磁场 环形电流的磁场可用另一种形式的安培定则表示：让 右 手弯曲的四指 与环形电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁
感线的方向.
安培定则
立体图
横截面图
纵截面图
内部磁场比环外 强 ，磁感线越向外越 稀疏
1234
1.(对磁感线的理解)如图5所示的磁场中同一条磁感线(方
向未标出)上有a、b两点，这两点处的磁感应强度( B )
A.大小相等，方向不同 C.大小相等，方向相同
B.大小不等，方向相同
图5
D.大小不等，方向不同
解析 如题图，a点处磁感线比b点处磁感线密，则a点的磁感应强度 大于b点的磁感应强度，而某点的切线方向即为该点的磁感应强度的 方向.因此它们的方向相同.故B正确，A、C、D错误.
答案
3.通电螺线管的磁场 通电螺线管是由许多匝 环形电流 串联而成的.所以环形电流的安培定则
也可以用来判定通电螺线管的磁场，这时拇指所指的方向就是螺线管 内部磁场的方向.
安培定则
立体图
横截面图
纵截面图Βιβλιοθήκη 内部为匀强磁场且比外部强，方向由S极指向N极，外部类似_条__形__
磁铁，由 N 极指向 S 极
答案
图7
解析答案
4.(对磁通量的理解)如图8所示，一个单匝线圈abcd水 平放置，面积为S，有一半面积处在竖直向下的匀强 磁场中，磁感应强度为B，当线圈以ab边为轴转过30° 和60°时，穿过线圈的磁通量分别是多少？
1234
图8
解析 当线圈分别转过30°和60°时，线圈平面在垂直于磁场方向的

A. 2πm B1q
B. 2πm B2q
C. 2πm
q B1 B2
D. πm
q B1 B2
解析:粒子垂直进入磁场,由洛伦兹力提供向心力,则根据牛顿第二定律得 qvB=m v2 ,解得 R
半径公式 R= mv ,周期公式 T= 2πm .可知 R1∶R2=1∶2,画出轨迹如图.粒子在磁场 B1 中运
Bq 即可确定同位素的质 量的差别.
【知识梳理】 1.原理图:如下图
2.加速:带电粒子 进入质谱仪的加速电场,由动能定理得:
1 mv2= qU .
2 3.偏转:带电粒子 进入质谱仪的偏转磁场做匀速圆周运动,洛 伦兹力提供向心力
qvB
= mv2 .
r
1 2mU
4.结论:r= B q
.测出粒子的半径 r,可算出粒子的质量 m 或比荷 q .
2 qB 是不变的.
【知识梳理】 1.构造图:如下图.
2.核心部件:两个半圆金属 D形盒 .
3.原理:高频交流电流的周期与带电粒子在D形盒中的运动周期 一样 .粒 子每经过一次加速,其轨道半径就大一些,粒子做圆周运动的周期 不变 .
4.最大动能:由 qvB= mv2 和 Ek= 1 mv2 得 Ek= q2B2R2 (R 为 D 形盒的半径),即粒子
第6节 带电粒子在匀强磁场中的运动
【学习目标】 1.理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度的方向垂直时, 粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动.2.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,知道它们与哪些因素有关,并能熟练应用. 3.了解质谱仪、盘旋加速器的工作原理,并以此为情景进展有关问题的分 析、计算.
m
5.应用:可以测定带电粒子的质量和分析 同位素 .