《学案导学设计》2014-2015高中物理教科版选修3-1课件第三章磁场学案5
高中物理 选修3-1 第三章、第三节几种常见的磁场 学案 导学案
第三章、第三节几种常见的磁场学习目标：知识目标：1、知道磁感线，知道几种常见磁场磁感线的空间分布情况2、会用安培定则判断通电直导线和通电线圈周围磁场的方向3、了解安培分子电流假说4、知道磁通量能力目标：1、会用安培定则判断通电直导线和通电线圈周围磁场的方向2、知道几种常见磁场磁感线的空间分布情况情感目标：培养学生审美的情感能力学习过程：一、学生自主学习：1、磁感线：（1）磁感线定义：在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一点的方向都跟这点的的方向一致，这样的曲线叫做磁感线。
（2）磁感线的特点：①是为了形象地描述磁场而引入的假想的曲线，实际并不存在②磁感线的疏密程度：描述磁场的③磁感线的方向：磁体外部从极指向极，内部从极指向极，是闭合曲线。
2、电流的磁场和安培定则：电流的磁效应告诉我们，电流的周围空间存在磁场，电流的磁场在周围空间的磁感线用来判断。
（1）安培定则：右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与的方向一致，弯曲的四指所指的方向就环绕的方向。
这个规律也叫右手螺旋定则。
（如图甲）（2）环形电流的磁场：让右手弯曲的四指与的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线的方向。
（如图乙）（3）通电螺线管的磁场：右手握住螺线管，让弯曲的四指跟的方向一致，拇指所指的方向就是螺线管的方向或拇指指向螺线管的北极（如丙图）3、安培分子电流假说：（1）什么是分子电流：在原子、分子等物质微粒的内部存在着一种电流——分子电流。
(2)安培分子电流假说：分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，它的两侧相当于两个。
（3）磁化：一条铁棒在未被磁化时，内部分子电流的取向是的，它们的磁场互相抵消，对外不显示磁性。
当铁棒受到外界磁场作用时，各的取向大致相同，两端显示出较强的磁性来形成两极，这就是磁化。
（4）条形磁铁的磁场跟通电螺线管相似：在条形磁铁的内部，分子电流的取向一致，相当于一个通电螺线管，因此二者的磁场相似。
（5）退磁：磁体受到或者猛烈的都会失去磁性，这是因为激烈的热运动或震动使分子电流的的取向变得杂乱无章。
高中物理教科版选修3-1：第三章磁场学案1
学案1 磁现象磁场[学习目标定位] 1.了解人类对磁现象的熟悉与应用.2.了解磁场是客观存在的物质，知道磁感线及其物理意义.3.会用安培定则判断直线电流、环形电流和通电螺线管周围的磁场方向．一、磁现象1．咱们的先人在春秋战国时期已发现天然磁石具有吸引铁的现象和指示南北方向的特征．我国四大发明之一——司南，在其发明100连年后传入欧洲．2．奥斯特发现的电流的磁效应掀开了研究电与磁彼此关系的新篇章．法拉第发现的电磁感应现象打开了电气化技术时期的大门．3．某些磁性物质能够把磁场对它的作用记录下来，长久保留并在必然条件下复现．4．某些动物对地球磁场超级敏感，人体器官也存在磁性．二、磁场1．可以用磁感线形象地描述磁场的方向和强弱．磁感线是一些假想的有方向的曲线：曲线上每一点的切线方向为该点的磁场方向，曲线的疏密表示磁场的强弱．2．人们规定，在磁场中某一点小磁针N极所受磁力的方向，就是该点磁场的方向．3．磁感线的方向可以由安培定则(右手螺旋定则)判定，若是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；若是右手握住导线，伸直的拇指所指的方向与电流方向一致，则弯曲的四指所指的方向就是磁感线围绕的方向．一、磁场[问题设计]电荷与电荷之间的彼此作用是通过电场发生的．磁体与磁体之间、磁体与电流之间、电流与电流之间在没有接触的情况下能够发生彼此作用，它们之间的彼此作用是如何发生的呢？答案通过磁场发生的．[要点提炼]1．磁场：存在于磁体周围或电流周围的一种客观存在的特殊物质．磁体和磁体间、磁体和电流间、电流和电流间的作用都是通过磁场来传递的．图12．大体性质：对放入其中的磁体或通电导线有力的作用．3．磁场的产生(1)磁体周围有磁场．(2)电流周围有磁场(奥斯特实验，如图1所示)．二、磁感线[问题设计]在玻璃板上撒一层细铁屑，放入磁铁的磁场中，轻敲玻璃板，由细铁屑的散布可以模拟磁感线的形状，由实验取得条形磁铁和蹄形磁铁的磁场的磁感线是如何散布的？磁感线有什么特点？磁感线是磁场中真实存在的吗？答案见[要点提炼]．[要点提炼]1．磁感线可以形象地描述磁场，磁感线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向一致．磁感线的疏密反映磁场的强弱．2．磁感线的特点(1)磁感线不相交、不相切、不中断、是闭合曲线；在磁体外部，从N极指向S极；在磁体内部，从S极指向N极．(2)磁感线是为了形象地描述磁场而假想的物理模型，在磁场中并非真实存在．3．几种常见磁场的磁感线散布4．磁感线和电场线的比较：相同点：都是疏密程度表示场的强弱，切线方向表示场的方向；都不能相交．不同点：电场线起于正电荷，终止于负电荷，不闭合；但磁感线是闭合曲线．三、电流周围的磁场安培定则[要点提炼]电流周围的磁感线方向可按照安培定则判断．(1)直线电流的磁场：以导线上任意点为圆心的同心圆，越向外越疏．(如图2所示)图2(2)环形电流的磁场：内部比外部强，磁感线越向外越疏．(如图3所示)图3(3)通电螺线管的磁场：内部为匀强磁场，且内部比外部强．内部磁感线方向由S极指向N 极，外部由N极指向S极．(如图4所示)图4一、对磁场及磁感线的熟悉例1关于磁场和磁感线的描述，正确的说法是()A．磁感线从磁体的N极动身，终止于S极B．磁感线可以表示磁场的方向和强弱C．沿磁感线方向，磁场逐渐减弱D．因为异名磁极彼此吸引，所以放入通电螺线管内的小磁针的N极必然指向螺线管的S 极解析在磁体外部，磁感线从磁体的N极动身指向S极，在磁体内部，磁感线从磁体S极动身指向N极，故选项A错误；磁感线较密的地方，磁场较强，反之较弱，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，选项B正确，选项C错误；在通电螺线管内，磁场方向从S极指向N极，而小磁针静止时N极指向磁场方向，选项D错误．答案 B二、对安培定则的理解与应用例2如图5所示，图a、图b是直线电流的磁场，图c、图d是环形电流的磁场，图e、图f是通电螺线管电流的磁场．试在各图中补画出电流方向或磁感线的方向．图5解析按照安培定则，可以肯定图a中电流方向垂直纸面向里，b中电流的方向自下而上，c中电流方向是逆时针方向，d中磁感线的方向向上，e中磁感线的方向向左，f中磁感线的方向向右．答案观点析针对训练如图6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．图6答案c端为正极，d端为负极．解析小磁针N极的指向即为该处的磁场方向，所以螺线管内部磁感线方向由a→b.按照安培定则可判断出电流由电源的c端流出，d端流入，故c端为正极，d端为负极．1．(对磁场及磁感线的熟悉)下列说法正确的是()A．小磁针北极受到的磁场力的方向与该处磁场方向一致B．静止和运动的电荷均能产生磁场C．沿磁场线方向，磁感应强度愈来愈小D．磁场是客观存在的，但磁感线并非是客观存在的答案AD解析按照磁场方向的概念，小磁针北极受到的磁场力的方向与该处磁场方向一致，A对．静止的电荷不能产生磁场，B错．磁感应强度的大小要看磁感线的疏密，C错．磁场是客观存在的，但磁感线并非是客观存在的，D对．2. (对安培定则的理解与应用)如图7所示，小磁针正上方的直导线与小磁针平行，当导线中有电流时，小磁针会发生偏转．首先观察到这个实验现象的物理学家和观察到的现象是()图7A．物理学家伽利略，小磁针的N极转向纸内B．天文学家开普勒，小磁针的S极转向纸内C．物理学家牛顿，小磁针静止不动D．物理学家奥斯特，小磁针的N极转向纸内答案 D解析首先发现电流的磁效应的科学家是奥斯特，按照右手螺旋定则和小磁针N极所指的方向为该点磁场方向可知D对；故选D.3. (安培定则的理解与应用)如图8所示，a、b、c三枚小磁针别离在通电螺线管的正上方、管内和右边，当这些小磁针静止时，小磁针N极的指向是()图8A．a、b、c均向左B．a、b、c均向右C．a向左，b向右，c向右D．a向右，b向左，c向右答案 C解析小磁针静止时N极的指向与该点磁感线的方向相同，若是a、b、c三处磁感线的方向肯定，那么三枚小磁针静止时N极的指向也就肯定．所以，只要画出通电螺线管的磁感线(如图所示)，即可知a磁针的N极在左侧，b磁针的N极在右边，c磁针的N极在右边．题组一对磁场及磁感线的熟悉1．关于磁场，下列说法中不正确．．．的是()A．最先发现电流磁效应的科学家是法拉第B．磁场的最大体性质是对放在磁场中的磁体或电流有磁场力的作用C．电流和电流之间的彼此作用也是通过磁场发生的D．磁场的方向和小磁针北极所指的方向相同答案AD解析丹麦物理学家奥斯特在1820年发现电流磁效应，所以A错误；磁场的大体性质是力的性质，对放入其中的磁体或带电体都有力的作用，所以B正确；电流周围也存在磁场，并通过磁场产生力的作用，所以C正确；某点处磁场的方向规定为在该点处小磁针静止时北极所指的方向，所以D错误．2．下列关于磁场和磁感线的描述中正确的是()A．磁感线可以形象地描述各点磁场的方向B．磁感线是磁场中客观存在的线C．磁感线老是从磁铁的N极动身，到S极终止D．实验中观察到的铁屑的散布就是磁感线答案 A解析磁感线可以形象地描述磁场的强弱和方向，但它不是客观存在的线，可以用细铁屑模拟．在磁铁外部磁感线由N极到S极，但内部是由S极到N极．故选A.3．关于磁感线和电场线，下列说法中正确的是()A．磁感线是闭合曲线，而电场线不是闭合曲线B．磁感线和电场线都是一些彼此平行的曲线C．磁感线起始于N极，终止于S极；电场线起始于正电荷，终止于负电荷D．磁感线和电场线都只能别离表示磁场和电场的方向答案 A解析A选项是两种场线的大体特点，A对．只有匀强磁场和匀强电场才知足B选项，B 不对．磁感线既然是闭合的就无起点和终点，C不对．它们的疏密均反映场的强弱程度，D 不对．应选A.4．如图1所示，为某磁场的一条磁感线，其上有A、B两点，则()图9A．A点的磁感应强度必然大B．B点的磁感应强度必然大C．因为磁感线是直线，A、B两点的磁感应强度一样大D．条件不足，无法判断答案 D解析磁感应强度的大小是由磁感线的疏密程度决定的，只给出一条磁感线，无法判断该条磁感线上两点间磁感应强度的大小．5．磁性水雷是用一个可以绕轴转动的小磁针来控制起爆电路的，军舰被地磁场磁化后变成了一个浮动的磁体，当军舰接近磁性水雷时，就会引发水雷的爆炸，其依据是() A．磁体的吸铁性B．磁极间的彼此作用规律C．电荷间的彼此作用规律D．磁场对电流的作用原理答案 B解析军舰被地磁场磁化后变成了磁体，当军舰靠近水雷时，对控制引爆电路的小磁针有力的作用，使小磁针转动引爆水雷．B项正确．6．磁力玻璃擦是目前很时尚的玻璃清洁器，其原理是利用异名磁极的吸引作用可使外面的一片随着里面的一片运动，旧式磁力玻璃擦在使历时由于相对移动会致使前、后两面的同名磁极间距较小，由于同名磁极有彼此排斥的作用，很容易脱落，其内部N、S磁极散布如图2甲所示，通过改良后，新式磁力玻璃擦内部的N、S磁极散布如图乙所示，使历时两片不易脱落，关于两种磁力玻璃擦脱落的主要原因，下列说法中正确的是()图2A．甲图中前、后面的同名磁极间距较小，同名磁极彼此斥力大，容易脱落B．甲图中前、后面的异名磁极间距较小，异名磁极彼此引力大，不容易脱落C．乙图中前、后面的同名磁极间距较大，同名磁极彼此斥力小，不容易脱落D．乙图中前、后面的异名磁极间距较大，异名磁极彼此引力小，容易脱落答案AC解析甲图前、后面的同名磁极间距较小，彼此斥力大，容易脱落，A正确；乙图中前、后面的同名磁极间距较大，彼此斥力小，不容易脱落，C正确．题组二对安培定则的理解与应用7．如图3所示为电流产生磁场的散布图，正确的散布图是()图3A．①③B．②③C．①④D．②④答案 C解析由安培定则可以判断出直线电流产生的磁场方向，①正确，②错误．③和④为环形电流，注意让弯曲的四指指向电流的方向，可判断出③错误，④正确．故正确选项为C. 8．安培分子电流假说的实验基础是()A．软铁被磁化的实验B．奥斯特通电导线周围存在磁场C．直线电流的磁场与环形电流的磁场相似D．通电螺线管外部的磁场与条形磁铁的磁场相似答案 D解析安培分子电流假说的内容是安培以为在原子、分子等物质微粒的内部，存在着一种环形电流——分子电流，使每一个微粒成为微小的磁体，安培是基于通电螺线管外部的磁场与条形磁铁的磁场相似，提出了著名的分子电流假说，所以其假说的实验基础是通电螺线管外部的磁场与条形磁铁的磁场相似，D对，A、B、C错．9．当接通电源后，小磁针A按如图4所示方向运动，则()图4A．小磁针B的N极向纸外转B．小磁针B的N极向纸里转C．小磁针B不转动D．因电流未标出，所以无法判断小磁针B如何转动答案 A解析由小磁针A的N极运动方向知，螺线管的左侧为S极，右边为N极，由右手螺旋定则判断小磁针B处的磁场方向向外，小磁针N极受力方向与该处磁场方向一致．故A正确．10.如图5所示，若一束电子沿y轴正方向移动，则在z轴上某点A的磁场方向应该()图5A．沿x轴的正方向B．沿x轴的负方向C．沿z轴的正方向D．沿z轴的负方向答案 B解析电子沿y轴正方向移动，相当于电流方向沿y轴负方向移动，按照安培定则可判断在z轴上A点的磁场方向应该沿x轴的负方向．故选项B正确．11．为了解释地球的磁性，19世纪安培假设：地球的磁场是由饶过地心的轴的环形电流I 引发的．在下列四个图中，正确表示安培假设中环形电流方向的是()答案 B12．做奥斯特实验时，要观察到小磁针明显的偏转现象，下列方式可行的是()A．将导线沿东西方向放置，磁针放在导线的延长线上B．将导线沿东西方向放置，磁针放在导线的下方C．将导线沿南北方向放置，磁针放在导线的延长线上D．将导线沿南北方向放置，磁针放在导线的下方答案 D解析由于小磁针受到地磁场的作用，要指南北方向，为了观察到明显的偏转现象，应使电流产生的磁场方向为东西方向，故应使把直导线南北放置，当小磁针发生偏转时，说明了磁场的存在，当电流方向改变时，产生的磁场的方向也改变，故小磁针的偏转方向也改变．D 正确，故选D.13．磁铁的磁性变弱，需要充磁．充磁的方式有两种：图6甲是将条形磁铁穿在通电螺线管中；图乙是将条形磁铁夹在电磁铁之间，a、b和c、d接直流电源．下列接线正确的是()图6A．a接电源正极，b接电源负极；c接电源正极，d接电源负极B．a接电源正极，b接电源负极；c接电源负极，d接电源正极C．a接电源负极，b接电源正极；c接电源正极，d接电源负极D．a接电源负极，b接电源正极；c接电源负极，d接电源正极答案 B解析给磁铁充磁则所加磁场方向必需与磁铁的磁场方向一致，甲图中通电螺线管内部磁场与条形磁铁磁场方向相同，由安培定则，电流方向a→b，则a接电源正极，b接电源负极，乙图中条形磁铁与电磁铁的磁场闭合，则由安培定则知电流方向d→c，c接电源负极，d接电源正极．14.南极考察常常就南极特殊的地理位置进行科学测量．“雪龙号”考察队员一次实验如下：在地球南极周围用弹簧测力计竖直悬挂一未通电螺线管，如图7所示．下列说法正确的是()图7A．若将a端接电源正极，b端接电源负极，则弹簧测力计示数将减小B．若将a端接电源正极，b端接电源负极，则弹簧测力计示数将增大C．若将b端接电源正极，a端接电源负极，则弹簧测力计示数将增大D．不论螺线管通电情况如何，弹簧测力计示数均不变答案AC解析在地球南极周围即为地磁N极，螺线管相当于一条形磁铁，按照右手螺旋定则判断出“条形磁铁”的极性．再按照同名磁极彼此排斥，异名磁极彼此吸引，判断知A、C正确．。
2015-2016 新课标人教版 选修3-1 第三章 磁场 教材分析 课件(43张)
总的感觉
本章教材在内容上注重基础性、连贯性和可读性。 重视“过程“目标的落实，重视“情感”目标
的体现，重视联系学生生活、社会实践和现代科
技。 本章的一些内容在初中已有了较全面的了解， 扩展知识面是教学的重点之一。在已经经历了静电 场的教、学过程的基础上，进一步培养和训练学生 的空间想象能力、分析综合能力以及表述能力，无 论是对学生的学习还是教师的教学，磁场部分是很 好的素材。
学探诊习题
①
②
图3－57
图3－60
图3－58
教学思路和建议： 4 、质谱仪和回旋加速器的教学重点应放在引导学生 运用所学过的知识去认识它们的基本原理。
谢谢！
二、活动建议 1.用电磁继电器安装一个自动控制电路。 2.观察电视显象管偏转线圈的结构，讨论控制 电子束偏转的原理。 3.收集电磁铁在生活和生产中应用的资料，撰 写一篇综述性的科普报告。
知识与技能 过程与方法 情感态度与价值观
《学习探究诊断》第三章“学习目标” 的内容供参考
„新‟第三章 磁场
„原‟第十五章 磁场
立体图
横截面图 （左视）
纵截面图
第四节磁场对通电导线的作用力
主要内容： 一、安培力的方向 二、安培力的大小 三、磁电式电流表 教学思路和建议： 1、演示实验过程充分引导学生，培养学生的空间感 受能力――培养表达三维空间关系的能力――进而 训练空间想象能力――达到空间思维能力的提高。
教学思路和建议： 2、左手定则：体现用简单的方法表示几个相关物 理量的关系的思路――表达三维空间关系实用方法。 充分训练。
1 磁现象和磁场 2 磁感应强度 3 几种常见的磁场 4 磁场对通电导线的作用力 5 磁场对运动电荷的作用力 6 带电粒子在匀强磁场中的运动
选修31第三章磁场教案.doc
选修3-1 第三章磁场教案第一节磁现象和磁场（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。
高中物理 选修3-1 学案 导学案 第三章、第二节 磁感应强度
第三章、第二节磁感应强度【学习目标】（1）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。
（2）过程与方法通过观察、类比（与电场强度的定义的类比）以便理解和掌握磁感应强度的概念，为形成物理概念奠定了坚实的基础。
（3）情感态度与价值观培养探究物理现象的兴趣，提高综合学习能力。
【学习重点和难点】对磁感应强度的理解和与电场强度的对比学习过程一、基础知识梳理：1.磁感应强度的方向物理学中把小磁针在磁场中静止时______所指的方向规定为该点的磁感应强度的方向。
2.磁感应强度的大小(1)电流元:在物理学中，把很短一段通电导线中的电流 I与导线长度L的_______叫做电流元。
(2)磁感应强度的定义：将一个电流元垂直放人磁场中的某点，电流元受到的________跟该_________的比值叫做该点的磁感应强度。
(3)定义式：B=F/IL(4)磁感应强度的单位：在国际单位制中的单位是________,简称特，符号为T。
由力F、电流I和长度L的单位决定，1T=1N/A.m,长度为_____的导线通入__________ 的电流，垂直放在磁场中，若受到的力为__________，该磁场的磁感应强度就是1T。
二、重难点突破:1.对磁感应强度的理解(1)在定义B=F/IL式中，通电导线必须垂直于磁场方向放置。
因为在磁场中某点通电导线受力的大小，除和磁场强弱有关以外，还和导线的方向有关。
导线放人磁场中的方向不同，所受磁场力也不相同。
通电导线受力为零的地方，磁感应强度B的大小不一定为零，这可能是电流方向与B的方向在一条直线上造成的。
〔2〕磁感应强度B的大小只决定于磁场本身的性质，与F、I、L无关。
(3）磁感应强度的方向是磁场中小磁针静止时N极所指的方向，其大小根据电流元的受力来计算。
通电导线受力的方向不是磁感应强度的方向。
(4）磁感应强度的定义式也适用于非匀强磁场，这时L应很短很短，IL称为“电流元”，相当于静电场中的“试探电荷”。
高中物理选修3-1导学案第三章 4 通电导线在磁场中受到的力
4通电导线在磁场中受到的力[学习目标] 1.知道安培力的概念，会用左手定则判定安培力的方向.2.掌握安培力的公式F ＝ILB sin θ，并会进行有关计算.3.了解磁电式电流表的构造及其工作原理．一、安培力的方向1．安培力：通电导线在磁场中受的力．2．左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向．3．安培力方向与磁场方向、电流方向的关系：F⊥B，F⊥I，即F垂直于B与I所决定的平面．二、安培力的大小1．垂直于磁场B放置、长为L的通电导线，当通过的电流为I时，所受安培力为F＝ILB. 2．当磁感应强度B的方向与导线方向成θ角时，公式F＝ILB sin_θ.三、磁电式电流表1．原理：安培力与电流的关系．通电线圈在磁场中受到安培力而偏转，线圈偏转的角度越大，被测电流就越大．根据线圈偏转的方向，可以知道被测电流的方向．2．构造：磁铁、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴．3．特点：极靴与圆柱间的磁场沿半径方向，线圈转动时，安培力的大小不受磁场影响，电流所受安培力的方向总与线圈平面垂直．线圈平面与磁场方向平行，如图1所示．图14．优点：灵敏度高，可以测出很弱的电流．缺点：线圈导线很细，允许通过的电流很弱．[即学即用]1．判断下列说法的正误．(1)应用左手定则时，四指指向电流方向，拇指指向安培力方向．(√)(2)一通电导线放在磁场中某处不受安培力，该处的磁感应强度一定是零．(×)(3)在B、I、L大小一定的情况下，导线平行于磁场时，安培力最大，垂直于磁场时，安培力最小．(×)(4)对于磁电式电流表，指针稳定后，线圈受到螺旋弹簧的阻力与线圈受到的安培力方向是相反的．(√)(5)对于磁电式电流表，通电线圈中的电流越大，电流表指针偏转角度也越大．(√)(6)对于磁电式电流表，在线圈转动的范围内，线圈所受安培力与电流有关，而与所处位置无关．(√)2．如图2所示，已知导体棒中通有电流I，导线长度为L，磁场磁感应强度为B，当导体棒按下面几种方式放置时，写出导体棒所受安培力的大小．图2答案ILB ILB ILB0一、安培力的方向[导学探究]按照如图3所示进行实验．图3(1)上下交换磁极的位置以改变磁场方向，导线受力的方向是否改变？(2)改变导线中电流的方向，导线受力的方向是否改变？仔细分析实验结果，结合课本说明安培力的方向与磁场方向、电流方向有怎样的关系？答案(1)受力的方向改变；(2)受力的方向改变；安培力的方向与磁场方向、电流方向的关系满足左手定则．[知识深化]1．安培力方向的特点安培力的方向既垂直于电流方向，也垂直于磁场方向，即安培力的方向垂直于电流I和磁场B所决定的平面．(1)当电流方向与磁场方向垂直时，安培力方向、磁场方向、电流方向两两垂直，应用左手定则时，磁感线垂直穿过掌心．(2)当电流方向与磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直于电流方向，也垂直于磁场方向．应用左手定则时，磁感线斜着穿过掌心．2．平行通电直导线间的相互作用同向电流相互吸引，反向电流相互排斥．例1画出图4中各磁场对通电导线的安培力的方向．图4答案如图所示解析无论B、I是否垂直，安培力总是垂直于B与I所决定的平面，且满足左手定则．二、安培力的大小[导学探究](1)在图5所示的探究安培力大小的有关因素的实验中，把导线垂直放入磁场(磁感应强度为B)中，得出的安培力F与导线长度L、电流大小I有怎样的关系？图5(2)当导线平行磁场方向放入时，它受到的安培力多大？(3)当导线和磁场方向的夹角为θ时，它受到的安培力多大？答案(1)BIL(2)0(3)BIL sin θ解析(3)将磁感应强度B沿导线方向和垂直导线方向进行分解，如图所示，则B⊥＝B sin θ，F＝B⊥IL＝BIL sin θ.[知识深化]1．公式F＝ILB sin θ中B对放入的通电导线来说是外加磁场的磁感应强度，不必考虑导线自身产生的磁场对外加磁场的影响．2．公式F＝ILB sin θ中L指的是导线在磁场中的“有效长度”，弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度(如图6所示)；相应的电流沿L由始端流向末端．图63．公式F＝ILB sin θ中θ是B和I方向的夹角：(1)当θ＝90°时，即B⊥I，sin θ＝1，公式变为F＝ILB.(2)当θ＝0°时，即B∥I，F＝0.例2长度为L、通有电流为I的直导线放入一匀强磁场中，电流方向与磁场方向分别如图所示，已知磁感应强度为B，对于下列各图中，导线所受安培力的大小计算正确的是()答案 A解析A图中，导线不和磁场垂直，将导线投影到垂直磁场方向上，故F＝BIL cos θ，A正确；B图中，导线和磁场方向垂直，故F＝BIL，B错误；C图中，导线和磁场方向垂直，故F＝BIL，C错误；D图中，导线和磁场方向垂直，故F＝BIL，D错误．例3如图7所示，一根导线位于磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，其中AB＝BC＝CD＝DE＝l，且∠C＝120°、∠B＝∠D＝150°.现给这根导线通入由A至E 的恒定电流I，则导线受到磁场作用的合力大小为()图7A．23BIl B．(2＋3 2)BIlC．(2＋3)BIl D．4BIl答案 C解析据题图和几何关系求得A、E两点间的距离为：L等＝(2＋3)l.据安培力公式得F＝BIL等＝(2＋3)BIl，故A、B、D错误，C正确．三、安培力的实际应用例4如图8所示的天平可用来测量磁场的磁感应强度．天平的右臂下面挂一个矩形线圈，宽为L，共N匝，线圈的下部悬在匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面．当线圈中通有电流I(方向如图所示)时，在天平两边加上质量分别为m1、m2的砝码时，天平平衡；当电流反向(大小不变)时，右边再加上质量为m的砝码后，天平又重新平衡．由此可知()图8A ．磁感应强度方向垂直纸面向里，大小为(m 1－m 2)g NILB ．磁感应强度方向垂直纸面向里，大小为mg 2NILC ．磁感应强度方向垂直纸面向外，大小为(m 1－m 2)g NILD ．磁感应强度方向垂直纸面向外，大小为mg 2NIL答案 B解析 因为电流反向时，右边再加砝码才能重新平衡，所以此时安培力竖直向上，由左手定则判断磁场方向垂直于纸面向里．电流反向前，有m 1g ＝m 2g ＋m 3g ＋NBIL ，其中m 3为线圈质量．电流反向后，有m 1g ＝m 2g ＋m 3g ＋mg －NBIL .两式联立可得B ＝mg 2NIL.故选B.天平两臂平衡时，对左、右两盘向下的压力(等于重物或砝码的重力)和拉力的合力相等.1．(安培力的方向)下列图中分别标出了一根放置在匀强磁场中的通电直导线的电流I 、磁场的磁感应强度B 和所受安培力F 的方向，其中图示正确的是( )答案 C解析 A 图中电流与磁场方向平行，没有安培力，故A 错误；B 图中安培力的方向是垂直导线向下的，故B 错误；C 图中安培力的方向是垂直导线向上的，故C 正确；D 图中电流方向与磁场方向平行，不受安培力作用，故D 错误．2．(安培力的大小)如图9所示，在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线，电流为I ，磁感应强度为B ，则各导线所受到的安培力分别为：图9F A ＝______，F B ＝______，F C ＝______，F D ＝______.答案 BIL cos α 2BIL 2BIR 03. (安培力的大小)如图10所示，某区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B .一正方形刚性线圈，边长为L ，匝数为n ，线圈平面与磁场方向垂直，线圈一半在磁场内．某时刻，线圈中通过大小为I 的电流，则此线圈所受安培力的大小为( )图10A.2BILB.12nBIL C ．nBIL D.2nBIL 答案 D4．(磁电式电流表)(多选)实验室经常使用的电流表是磁电式电流表．这种电流表的构造如图11甲所示．蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布的．当线圈通以如图乙所示的稳恒电流(b 端电流流向垂直纸面向内)，下列说法正确的是( )图11A ．当线圈在如图乙所示的位置时，b 端受到的安培力方向向上B．线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，阻碍线圈转动C．线圈通过的电流越大，指针偏转角度越小D．电流表表盘刻度均匀答案BD解析由左手定则可判定：当线圈在如题图乙所示的位置，b端受到的安培力方向向下，故A错误；当通电后，处于磁场中的线圈受到安培力作用，使其转动，螺旋弹簧被扭动，则线圈受到弹簧的阻力，从而阻碍线圈转动，故B正确；线圈中通过的电流越大，线圈受到的安培力越大，指针偏转的角度越大，C错误；在线圈转动的范围内，线圈平面始终与磁感线平行，且磁感应强度大小相等，故各处安培力大小相同，表盘刻度均匀，D正确．一、选择题考点一安培力的方向1．在如图所示的匀强磁场中，已经标出了电流I和磁场B以及磁场对电流作用力F三者的方向，其中错误的是()答案 C解析根据左手定则可知：A、B、D三图中电流、磁场、安培力方向均和左手定则中要求方向一致，故A、B、D正确；C图中电流和磁场方向一致，不受安培力，故C错误．本题选错误的，故选C.2.如图1，在xOy平面中有一通电直导线与Ox、Oy轴相交，导线中电流方向如图所示．该区域有匀强磁场，通电直导线所受磁场力的方向与Oz轴的正方向相同．该磁场的磁感应强度的方向可能是()图1A．沿z轴正方向B．沿z轴负方向C．沿x轴正方向D．沿y轴负方向答案 D解析由电流方向、受力方向，根据左手定则可以判断出，磁感应强度的方向沿y轴的负方向，或者沿x轴的负方向都是可以的，故D正确．3.如图2所示，把一根通电的硬直导线ab用绝缘轻绳悬挂在通电螺线管正上方，直导线中的电流方向由a向b.闭合开关S瞬间，导线a端所受安培力的方向是()图2A．向上B．向下C．垂直纸面向外D．垂直纸面向里答案 D解析根据安培定则可知，开关闭合后，螺线管产生的磁场N极在右侧．根据左手定则可知，a端受力应垂直纸面向里，选项D正确．4.在等边三角形的三个顶点a、b、c处，各有一条长直导线垂直穿过纸面，导线中通有大小相等的恒定电流，方向如图3所示．过c点的导线所受安培力的方向()图3A．与ab边平行，竖直向上B．与ab边垂直，指向左边C．与ab边平行，竖直向下D．与ab边垂直，指向右边答案 B解析等边三角形的三个顶点a、b、c处均有一通电直导线，且导线中通有大小相等的恒定电流．由安培定则可得：导线a、b的电流在c处的合磁场方向竖直向下．再由左手定则可得：安培力的方向是与ab边垂直，指向左边．故选B.5．(多选)(2017·全国卷Ⅰ·19)如图4，三根相互平行的固定长直导线L1、L2和L3两两等距，均通有电流I，L1中电流方向与L2中的相同，与L3中的相反．下列说法正确的是()图4A．L1所受磁场作用力的方向与L2、L3所在平面垂直B．L3所受磁场作用力的方向与L1、L2所在平面垂直C．L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为1∶1∶ 3D．L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为3∶3∶1答案BC考点二安培力的大小6.如图5所示，水平导轨接有电源，导轨上固定有三根导体棒a、b、c，c为直径与b等长的半圆，长度关系为c最长，b最短，将装置置于向下的匀强磁场中，在接通电源后，三导体棒中有等大的电流通过，则三导体棒受到的安培力大小关系为()图5A．F a＞F b＞F c B．F a＝F b＝F cC．F b＜F a＜F c D．F a＞F b＝F c答案 D解析设a、b两棒的长度分别为L a和L b，c的直径为d.由于导体棒都与匀强磁场垂直，则：a、b、c三棒所受的安培力大小分别为：F a＝BIL a；F b＝BIL b＝BId；c棒所受的安培力与长度为d的直导体棒所受的安培力大小相等，则有：F c＝BId；因为L a＞d，则有：F a＞F b＝F c.7．如图6所示，用天平测量匀强磁场的磁感应强度．下列各选项所示的载流线圈匝数相同，边长MN相等，将它们分别挂在天平的右臂下方．线圈中通有大小相同的电流，天平处于平衡状态．若磁场发生微小变化，天平最容易失去平衡的是()图6答案 A解析四个线圈在磁场中的等效长度不同，A线圈等效长度最大，根据F＝NBIl，A所受磁场力最大，当磁场发生微小变化时，A线圈对应的天平最容易失去平衡．8．(多选)如图7所示，纸面内的金属圆环中通有电流I，圆环圆心为O、半径为R，P、Q 为圆环上两点，且OP垂直于OQ，磁感应强度大小为B的匀强磁场垂直于纸面向里，则()图7A．整个圆环受到的安培力大小为2πBIRB．整个圆环受到的安培力大小为0C．圆弧PQ受到的安培力大小为BIRD．圆弧PQ受到的安培力大小为2BIR答案BD解析根据左手定则可知，整个圆环关于圆心对称的两部分受到的安培力等大反向，受到的合力为0，选项A错，B对；圆弧PQ受到的安培力大小等于直线段PQ受到的安培力大小，为2BIR，选项C错，D对．9.如图8，一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直．线段ab、bc和cd的长度均为L，且∠abc＝∠bcd＝135°.流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示．导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力()图8A．方向沿纸面向上，大小为(2＋1)ILBB．方向沿纸面向上，大小为(2－1)ILBC．方向沿纸面向下，大小为(2＋1)ILBD．方向沿纸面向下，大小为(2－1)ILB答案 A解析将导线分为ab、bc、cd三段直导线，根据左手定则分别判断出各段所受安培力的方向，根据F＝ILB计算出安培力的大小，再求合力．导线所受合力F合＝ILB＋2BIL sin 45°＝(2＋1)ILB，方向沿纸面向上．考点三安培力的实际应用10．(多选)如图9甲所示，扬声器中有一线圈处于磁场中，当音频电流信号通过线圈时，线圈带动纸盆振动，发出声音．俯视图乙表示处于辐射状磁场中的线圈(线圈平面即纸面)，磁场方向如图中箭头所示，在图乙中()图9A．当电流沿顺时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里B．当电流沿顺时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向外C．当电流沿逆时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里D．当电流沿逆时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向外答案BC解析将线圈看作由无数小段直导线组成，由左手定则可以判断，当电流沿顺时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向外，选项B正确，A错误；当电流沿逆时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里，选项C正确，D错误．11．如图10甲是磁电式电流表的结构示意图，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布，如图乙所示，边长为L的正方形线圈中通以电流I，线圈中的某一条a导线电流方向垂直纸面向外，b导线电流方向垂直纸面向里，a、b两条导线所在处的磁感应强度大小均为B，则()图10A．该磁场是匀强磁场B．该线圈的磁通量为BL2C．a导线受到的安培力方向向下D．b导线受到的安培力大小为BIL答案 D解析匀强磁场应该是一系列平行的磁感线，方向相同，该磁场明显不是匀强磁场，故A 错误；线圈与磁感线平行，故磁通量为零，故B错误；a导线电流向外，磁场向右，根据左手定则，安培力向上，故C错误；导线b始终与磁感线垂直，故受到的安培力大小一直为ILB ，故D 正确．二、非选择题12．(安培力公式的应用)如图11，一长为10 cm 的金属棒ab 用两个完全相同的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为0.1 T ，方向垂直于纸面向里；弹簧上端固定，下端与金属棒绝缘．金属棒通过开关与一电动势为12 V 的电池相连，电路总电阻为2 Ω.已知开关断开时两弹簧的伸长量均为0.5 cm ；闭合开关，系统重新平衡后，两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变了0.3 cm ，重力加速度大小取10 m/s 2.判断开关闭合后金属棒所受安培力的方向，并求出金属棒的质量．图11答案 竖直向下 0.01 kg解析 金属棒通电后，闭合回路电流I ＝U R ＝12 V 2 Ω＝6 A 金属棒受到的安培力大小为F ＝BIL ＝0.06 N由左手定则判断可知金属棒受到的安培力方向竖直向下由平衡条件知：开关闭合前：2kx ＝mg开关闭合后：2k (x ＋Δx )＝mg ＋F代入数值解得m ＝0.01 kg.13．(安培力作用下的平衡)水平面上有电阻不计的U 形导轨NMPQ ，它们之间的宽度为L ，M 和P 之间接入电动势为E 的电源(不计内阻)．现垂直于导轨搁一根质量为m 、电阻为R 的金属棒ab ，并加一个范围较大的匀强磁场，磁感应强度大小为B ，方向与水平面夹角为θ且指向右上方，如图12所示，问：图12(1)当ab 棒静止时，受到的支持力和摩擦力各为多少？(2)若B 的大小和方向均能改变，则要使ab 棒所受支持力为零，B 的大小至少为多少？此时B 的方向如何？答案 (1)mg －BLE cos θR BLE sin θR(2)mgR EL方向水平向右 解析 从b 向a 看金属棒受力分析如图所示．(1)水平方向：F f ＝F 安sin θ①竖直方向：F N ＋F 安cos θ＝mg ②又F 安＝BIL ＝B E RL ③ 联立①②③得：F N ＝mg －BLE cos θR ，F f ＝BLE sin θR. (2)要使ab 棒所受支持力为零，且让磁感应强度最小，可知安培力竖直向上，则有F 安′＝mg ，B min ＝mgR EL ，根据左手定则判定磁场方向水平向右．。
高中物理选修3-1导学案 3.1磁现象和磁场学案
3.1 磁现象和磁场★学习目标1、列举磁现象在生活、生产中的应用。
了解我国古代在磁现象方面的研究成果及其对人类文明的影响。
关注与磁相关的现代技术发展。
2、知道磁场的基本特性是对处在它里面的磁极或电流有磁场力的作用.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。
4、利用电场和磁场的类比，培养比较推理能力。
渗透物质的客观性原理。
★课前预习（一）磁现象（1）天然磁石的主要成分是（2）物体具有的吸引铁、钴、镍等物质的属性叫做；具有磁性的叫做磁体；磁体上磁性最强的部分叫做；磁体有两个磁极：南极、北极。
同名磁极相互，异名磁极相互。
请同学们判断以下说法是否正确，说明原因。
A. 物体能够吸引轻小物体的性质叫磁性。
B. 磁铁的两端部分就是磁铁的磁极。
（二）电流的磁效应电现象和磁现象之间存在着许多相似，电现象和磁现象间的相似是偶然的吗？如果你是一位物理学家，你会怎样认为呢？（1）人们是通过哪些自然现象的发现，开始形成了相互联系和相互转化的思想的？（2）开始时，奥斯特的实验研究均以“失败”告终，为什么？你从中有何启发？（3）奥斯特是如何发现电流磁效应的？以前的实验为什么会失败？谈谈你的想法。
奥斯特发现电流磁效应的实验有何意义，竟使安培、法拉第对奥斯特有如此高的评价？（三）磁场磁场是存在于或电流周围空间的一种客观存在的；磁极和磁极间、磁极和电流间、电流和电流间的作用都是通过来传递的。
你为什么会想到是通过磁场产生的？磁场的基本性质是什么呢？与电场的基本性质是否相似？（四）磁性的地球地球本身在地面附近空间产生的磁场，叫做。
地磁场的分布大致就像一个磁铁外面的磁场。
地磁场的南北极与地理的南北极并不重合。
地磁场的南北极连线与地理的南北极之间有一个偏角，叫做。
磁偏角的数值在地球上不同的地点是不同的。
而且，地球的磁极在缓慢地移动，磁偏角也在缓慢地变化。
许多天体和地球一样，也存在着。
如太阳、月亮、火星等都存在磁场。
版学案导学高中物理选修31教科版配套课件：第三章 磁场3
2.匀强磁场 (1)定义：强弱、方向处处相同的磁场. (2)磁感线：间隔相同的平行线. (3)实例：距离很近的两个异名磁极间的磁场. 3.安培力大小 安培力大小的计算公式F＝ ILBsin θ ，θ为磁感应强度方向与导线方向的 夹角. 当θ＝90°，即B与I垂直时，F＝ ILB ； 当θ＝0°，即B与I平行时，F＝ 0 .
√A.若某处的磁感应强度为零，则通电导线放在该处所受磁场力一定为零
B.通电导线在磁场中某处受磁场力非常小时，则该处的磁感应强度一定 很小
C.同一条通电导线放在磁场中某处所受的磁场力是一定的 D.磁场中某点的磁感应强度与该点是否放通电导线有关
12345
解析 答案
2.(安培力的大小)如图9所示，在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导 线，电流为I，磁感应强度为B，则各导线所受到的安培力分别为：
C.1∶4
D.4∶1
图10
解析 两个线圈的半径虽然不同，但是线圈内的匀强磁场的半径一样， 则穿过两线圈的磁通量相同，故选项A正确.
12345
解析 答案
4.(磁感应强度矢量的叠加)如图11所示，两根相互平行的长直导线过纸面
上的M、N两点，且与纸面垂直，导线中通有大小相等、方向相反的电
流，a、O、b在M、N的连线上，O为MN的中点，c、d位于MN的中垂线
答案
[知识深化] 对磁感应强度定义式的理解 (1)在定义式 B＝IFL中，通电导线必须垂直于磁场方向放置，因为沿不同方 向放置导线时，同一导线受到的磁场力不相等.
(2)磁感应强度的定义式也适用于非匀强磁场，这时 L 应很短很短，IL 称为
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＝
3 30
T≈0.058 T.
答案 0.058 T
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再见
F洛永不做功
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2．(带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周 运动问题)如图所示，有界匀强磁场边 界线SP∥MN，速率不同的同种带电粒 子从S点沿SP方向同时射入磁场．其中 穿过a点的粒子速度v1与MN垂直；穿过 b点的粒子速度v2与MN成60°角，设粒 子从S到a、b所需时间分别为t1和t2，则
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三、回旋加速器 [问题设计] 1．回旋加速器的核心部分是什么？回旋加速器中磁场和电场分
别起什么作用？ 答案 D 形盒 磁场的作用是使带电粒子回旋，电场的作用是使 带电粒子加速．
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2．对交变电压的周期有什么要求？带电粒子获得的最大动能由 什么决定？ 答案 交变电压的周期应等于带电粒子在磁场中运动的周 期．由 R＝mqBv及 Ek＝12mv2 得最大动能 Ek＝q22Bm2R2，由此知最 大动能由 D 形盒的半径和磁感应强度决定．
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[要点提炼]
1．回旋加速器中交流电源的周期等于带电粒子 ห้องสมุดไป่ตู้磁场中运动 的周期 ，这样就可以保证粒子每次经过电场时都正好赶
上适合电场而被 加速 ． 2．带电粒子获得的最大动能 Ekm＝q22Bm2R2，决定于 D形盒的
半径R 和 磁感应强度B .
解①②得：m＝2dvBe 电子在无界磁场中的运动周期为 T＝e2Bπ·2dvBe＝4πvd
电子在磁场中的轨迹对应的圆心角为 θ＝30°，故电子在磁场中的
运动时间为：t＝112T＝112×4πvd＝π3vd.
答案
2dBe v
πd 3v
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二、对质谱仪原理的理解
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二、质谱仪 [问题设计]
结合右图，思考并回答下列问题． (1)带电粒子在 P1 与 P2 两平行金属板间做什么运动？若已知 P1、P2 间电场强度为 E，磁感应强度为 B1，则从 S3 穿出的 粒子的速度是多大？ (2)设下方磁场的磁感应强度为 B2，粒子打在底片上到 S3 距 离为 L，则粒子的荷质比是多大？
例2 如图是质谱仪的工作原理示意图，带电 粒子被加速电场加速后，进入速度选择器． 速度选择器内相互正交的匀强磁场的磁感应 强度和匀强电场的场强分别为B和E.平板S上 有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的 胶片A1A2.平板S下方有磁感应强度为B0的匀
强磁场．下列表述正确的是 ( ABC )
A．质谱仪是分析同位素的重要工具 B．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外 C．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于E/B D．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P， 粒子的比荷越小
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一、利用磁场控制带电粒子运动 例 1 如图所示，虚线圆所围区域内有方向垂直纸面向里的匀强
磁场，磁感应强度为 B.一束电子沿圆形区域的直径方向以速 度 v 射入磁场，电子束经过磁场区域后，其运动方向与原入 射方向成 θ 角．设电子质量为 m，电荷量为 e，不计电子之 间相互作用力及所受的重力．求： (1)电子在磁场中运动轨迹的半径 R. (2)电子在磁场中运动的时间 t. (3)圆形磁场区域的半径 r.
t1∶t2为(重力不计) ( D )
A．1∶3
B．4∶3
C．1∶1
D．3∶2
π/2 O1
π/3 O2
t
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3．(利用磁场控制粒子的运动)如图所示，带负电的粒子垂直磁 场方向沿半径进入圆形匀强磁场区域，出磁场时速度偏离原 方向 60°角，已知带电粒子质量 m＝3×10－20 kg，电荷量 q ＝10－13 C，速度 v0＝105 m/s，磁场区域的半径 R＝0.3 m， 不计重力，则磁场的磁感应强度为________．
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洛伦兹力 的应用
磁偏转的特点：只改变粒子速度的方向， 不改变粒子速度的大小
应用
质谱仪 回旋加速器
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1．(对回旋加速器原理的理解)在回旋加
速器中 ( AC)
A．电场用来加速带电粒子，磁场则使 带电粒子回旋 B．电场和磁场同时用来加速带电粒子 C．磁场相同的条件下，回旋加速器的 半径越大，则带电粒子获得的动能越大 D．同一带电粒子获得的最大动能只与 交流电压的大小有关，而与交流电压的 频率无关
高中物理·选修3-1·教科版
第三章 磁场
学案5 洛伦兹力的应用
1 进一步理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度方 向垂直时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，会 分析带电粒子在匀强磁场中的圆周运动.
2 了解质谱仪的构造及工作原理.
3 了解回旋加速器的构造及工作原理．
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解析 过 M、N 作入射方向和出射方向的垂线，两垂线交于 O
点，O 点即电子在磁场中做匀速圆周运动的圆心，连接 ON，过
N 做 OM 的垂线，垂足为 P，如图所示．由直角三角形 OPN 知，
电子轨迹半径 r＝sind30°＝2d① 由牛顿第二定律知 evB＝mvr2②
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解析 画进、出磁场速度的垂线得交点 O′，O′点即为粒子做
圆周运动的圆心，据此作出运动轨迹 AB，如图所示．此圆半径
记为 r. 连接 O′A，OO′AA＝tan 60°
r＝ 3R
带电粒子在磁场中做匀速圆周运动
F 洛＝F 向
Bqv0＝ma 向＝mv20/r B＝mqvr0＝31×0－1103×－200×.31035 T
qvB qE
qvB＝Eq,得：v=E/B
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三、对回旋加速器原理的理解
例3 回旋加速器是用来加速一群带电粒 子使它们获得很大动能的仪器，其核心 部分是两个D形金属扁盒，两盒分别和 一高频交流电源两极相接，以便在盒内 的狭缝中形成匀强电场，使粒子每次穿 过狭缝时都得到加速，两盒放在磁感应 强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直 于盒底面，粒子源置于盒的圆心附近， 若粒子源射出的粒子电荷量为q，质量 为m，粒子最大回旋半径为Rmax.求：
(2)meBθ
mv (3) eB tan
θ 2
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针对训练 如图所示，一束电荷量为 e 的电子以垂直于磁场方 向(磁感应强度为 B)并垂直于磁场边界的速度 v 射入宽度为 d 的 磁场中，穿出磁场时速度方向和原来射入方向的夹角为 θ＝30°. 求电子的质量和穿越磁场的时间．
1．圆心的确定方法：两线定一点 (1)圆心一定在垂直于速度的直线上． 如图甲所示，已知入射点 P(或出射点 M)的速度方向，可通过 入射点和出射点作速度的垂线，两条直线的交点就是圆心．
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(2)圆心一定在弦的中垂线上． 如图乙所示，作 P、M 连线的中垂线，与其中一个速度的垂线的交点为圆 心． 2．半径的确定 半径的计算一般利用几何知识解直角三角形．做题时一定要做好辅助线， 由圆的半径和其他几何边构成直角三角形． 3．粒子在磁场中运动时间的确定 (1)粒子在磁场中运动一周的时间为 T，当粒子运动的圆弧所对应的圆心角 为 α 时，其运动时间 36α0°T (或 t＝2απT)． (2)当 v 一定时，粒子在磁场中运动的时间 t＝vl ，l 为带电粒子通过的弧长．
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答案 (1)S2、S3 在同一直线上，所以在 P1、P2 间做直线运动， 因为只有电场力与洛伦兹力平衡即 qE＝qvB1 时才可做直线运 动，故应做匀速直线运动，即从狭缝 S3 穿出的粒子速度均为 v ＝BE1. (2)粒子做圆周运动的半径 R＝L2 根据 R＝qmBv2及 v＝BE1可得：mq ＝B12BE2L.
(3)带电粒子进入偏转磁场(磁感应强度为 B2 的匀强磁场区
域)，偏转半径 R＝qmBv2.
E
(4)带电粒子打到照相底片，可得荷质比mq ＝ B1B2R .
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2．(1)速度选择器适用于 正、负 电荷． (2)速度选择器中的 E、B1 的方向具有确定的关系，仅改变 其中一个方向，就不能对速度做出选择．
一、利用磁场控制带电粒子运动
2．运动方向 速度大小
二、质谱仪
1．电场
半个圆周运动
L 2
mv qB2
v
三、回旋加速器
1．D 形盒 交流电源 交变电场 垂直
匀速圆周 半个圆周
2．速率
圆周运动半径
2πm qB
化学分析
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一、利用磁场控制带电粒子运动 分析带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的几个关键点
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[要点提炼]
1．质谱仪的原理(如图)
(1)带电粒子进入加速电场(狭缝 S1 与 S2 之间)，满足动能定 理： qU＝12mv2 .
(2)带电粒子进入速度选择器(P1 和 P2 两平行金属板之间)，满