1、磁场复习一 教材分析1内容变化（1）将老教材中的第一节更为科学地化为两节，新教材第一节从磁现象、电流的磁效应的客观现象出发，再介绍磁场，最后运用磁性的地球促使学生认识磁场的物质性，将老教材中的磁场的方向安排在第二节，磁感线安排在第三节，这样安排更为符合学生的认知规律。在本节书后的STS中增加指南针与郑和下西洋的阅读内容，一方面体现了三维教学目标，另一方面让学生体会磁的应用。教材的编写体现了历史性与时代性，复习中应关注物理学的历史发展过程，要注重选题时将物理学的新发现创设为新的情景模型。（2）在第二节磁感应强度中，运用类比电场的方法，先介绍磁感应强度的方向，再介绍磁感应强度的大小。将老教材中的安
2、培力安排在第四节，这样安排教学的重点更加突出。新教材的问题与练习中编制了一道FI的图像题，培养了学生运用图像分析问题、解决问题的能力，加深了对磁感应强度的物质性的理解和认识。而在本节书后科学漫步一栏中，介绍了地球磁场与古地质学内容，让学生体会地球磁场的探究在科学研究的作用。（3）新教材第三节几种常见的磁场内容变化大，是一个全新的组合。将老教材中第三节的电流表的工作原理整节编入新教材的第四节，将老教材中第一节的磁感线调整为新教材第三节的主要部分，将老教材中第二节的匀强磁场调整为新教材第三节的一部分，将老教材中第十六章第一节的磁通量调整为新教材第三节的一部分，还将老教材中的阅读材料安培分子电流假说
3、调整为新教材第三节的一部分，这种安排突出磁感线这条主线，复习中对典型磁场的磁感线分布要着重介绍，因为磁感线的形状能够让学生对磁场的认识由抽象变为形象。（4）新教材第四节的内容为磁场对通电导线的作用力，着重介绍安培力的方向、大小及其应用，对磁电式电流表，针对课程标准，还可适当补充力矩的知识及其应用，一定要让学生理解和掌握磁电式电流表的指针偏转角度的大小与流进电流表的电流大小成正比的关系。（5）新教材第五节为磁场对运动电荷的作用力，跟原教材相比更为突出洛伦兹力大小的推导过程,在本节中增加了电视显像管的工作原理,在复习中应让学生了解电子束磁偏转的工作原理。让学生着重理解扫描，利用B-t图象分析扫描的
4、交变磁场。电视显像管的工作原理是与日常生活联系非常紧密的一块内容，是高考容易出题的热门考点，同时也为后面学生学习带电粒子在匀强磁场中的运动打下了基础。在复习中要着重处理好书后问题与练习中的第三小题，让学生自己分析速度选择器的工作原理。掌握运动粒子的带电性质、运动方向、磁场方向、电场方向和两极板的电势高低这几者的关系。第四小题，引导学生自己分析出磁流体发电机的正负极，自主推导磁流体发电机的电动势；自主区别等离子体的运动方向与发电机的电流方向；自主写出发电机的内电阻。（6）新教材中第六节为带电粒子在匀强磁场中的运动着重分析带电粒子在匀强磁场中所受洛伦兹力的大小和方向。引导学生自己分析和推导带电粒子
5、在匀强磁场中的做匀速圆周运动的轨道半径与回旋周期。重点复习好课本例题质谱仪，引导学生自己分析质谱仪中带电粒子的加速过程与偏转过程，推导出半径与质量的关系。处理好课本例题回旋加速器，引导学生分析回旋加速器的各种原理，知道金属扁盒的作用，分析带电粒子的运动频率与交变电压频率之间的关系，挖掘回旋加速器加速粒子的最大速度的隐含条件。在复习中要着重处理好书后问题与练习中的第五小题，引导学生分析影响电视显像管图像质量的因素会运用物理模型分析和处理好实际问题。（7）新教材在本章内容后面新增了课题研究这一栏目，体现了新教材的三维教学目标。在复习中除了引导学生分析霍尔效应中霍尔电压与电流强度，磁感应强度，长方体
6、形导体的厚度的关系，还要注意培养学生做科学研究的科学精神与合作态度。2课后习题的变化（1）增加了文字说明题的题型从近几年高考来看，增加了要求学生用物理语言表述的问题，尤其上海高考中几乎每年都有的题型辨析题。从新课程实施的要求看，文字表述题更能够考查学生是否真正领会物理规律本身所反映的物理意义，而不是死套公式，书本习题正是体现了新课程的这种变化。例如：书P90第3题：在磁场中的同一位置，先后引入长度相等的直导线a和b，a和b导线的方向均与磁场的方向垂直，但两导线中的电流不同，因此所受的力也不一样，图中的几幅图象表现的是导线所受的力F与通过的电流I的关系。a和b各自有一组F-I的数据，在图象中各描
7、出一个点。在甲、乙、丙、丁四幅图中，正确的是那一幅或哪几幅？说明道理。oFIab甲oFIab乙oIFab丙oFIab丁（2）增大了与实际问题相联系的比重电视显像管上的图像是电子束打在荧光屏的荧光点上产生的。为了获得清晰的图像，电子束应该准确的打在相应的荧光点上。电子束在飞行的过程中受到地磁场的作用，会发生我们所不希望的偏转。下面我们来估算地磁场对显像管成像的影响，估算中认为电子束在被加速后飞向荧光屏的过程中速率不再改变，电子束的加速电压为U=2104V，电子枪到荧光屏的距离约为L=0.4m,地磁场的磁感应强度约为B=510-5T.（）估算电子束在地磁场作用下偏转的距离.由于偏转的距离很小,可以
8、认为电子在从电子枪飞向荧光屏的过程中受到的洛伦兹力是一个与速度垂直的恒力,在做匀加速运动.（）用放大镜观察电视荧光屏上的像点之间的距离,根据第(1)问计算的结果讨论，当电视机在房间放置的朝向不同时，地磁场对成像质量的影响有多大？此题既体现了新课程中物理学习要紧密联系生活实际的要求，建议复习中要及时穿插信息题、应用题，初步培养学生独立分析处理新情景新问题的意识和勇气。另外在课外习题中出现一条题目三百多字以往是不多见的，也提醒我们在复习过程中要有意识通过一定的训练，提高学生的文字阅读能力，以及如何在三、四百字的题目中提炼出有用的物理信息，构建物理情景，选择合适的物理模型解决问题的能力。二 复习要求
9、 07年山东考纲。磁场内容要求说明71电流的磁场72磁感应强度、磁感线、地磁场73磁性材料、分子电流假说74磁场对通电直导线的作用、安培力、安培力的方向75磁电式电表原理76磁场对运动电荷的作用、洛伦兹力、带电粒子在匀强磁场中的运动77质谱仪和回旋加速器1.安培力的计算只限于电流与磁感应强度垂直的情形2.洛伦兹力的计算只限于速度与磁场方向垂直的情形从考纲变化来看增加了对磁性材料、磁电式电表原理的要求，其中新教材没有提及磁性材料的问题，需另行补充。从整体要求来看，可分为三部分：磁场的基本概念磁场对通电直导线的作用、安培力带电粒子在匀强磁场中的运动。重点考查磁场对通电导线的安培力（安培力在本章和下
10、一章都有所涉及），安培定则和左手定则，或分析通电线圈所受安培力的合力，高考一般不重于对基本概念（如磁场、磁感应强度、磁感线等）的考查，而是侧重于对知识综合应用方面的考查，如安培力与力学结合考查通电导线在磁场中平衡，要求学生具有较强的空间想象能力。对安培力的考查仍是高考的热点。带电粒子在匀强磁场或复合场中的运动是高考的重点和热点，如考查带电粒子的匀速圆周运动，在复合场中的直线运动以及依次通过电场、磁场的运动，多以计算题形式出现，分值较高、难度偏大，因此仍是高考的热点。预计高考题目更趋于结合新技术或与生产实践相联系的综合题。复习中建议重点是让学生通过对安培力、洛伦兹力的理解，掌握分析通电直导线或带
11、电粒子在磁场中的受力情况及运动情况的分析方法，且多与实际问题相结合，如电磁流量计、电视机的磁偏转技术、回旋加速器等，提高学生分析问题的能力、综合能力和利用数学方法解决问题的能力。三课时安排第课时：磁场的基本概念。着重解决磁场的基本性质，磁感应强度的概念及几种典型的磁感线分布，包括地磁场磁感线分布。注意与电场有关概念的对比，培养学生的知识迁移能力。简要介绍磁性材料有关内容。第课时：磁场对电流的作用。着重解决安培力的计算问题，引导学生注意区分左手定则与右手螺旋定则（安培定则）的区别。第3课时：磁场对运动电荷的作用：着重解决洛伦兹力的有关计算，注意电场直线加速与磁场回旋加速两种模型。第4课时：带电粒
12、子再磁场中运动（1）：能用“九字真经”，即“画轨迹、找圆心、定半径”的方法解决带电粒子在有界磁场中的偏转问题。第5课时：带电粒子再磁场中运动（2）：引导学生画好临界轨迹，解决一群粒子在磁场中的偏转问题。第6课时：带电粒子在复合场中直线运动：着重解决速度选择器模型在日常生活中的应用，比如：霍尔效应、等离子体发电机等。第7课时：带电粒子在复合场中曲线运动：着重引导学生应用动能定理或运动与合成的方法解决带电粒子在复合场中曲线运动问题。基本概 念载流导体（安培定则）永磁体(分子环流假说与磁性材料)地球（地磁场）运动电荷磁感应强度（）磁通量 =BS磁场对通电直导线的作用大小：F安=BILsin方向：左手
13、定则基本规 律磁场对运动电荷的作用探究影响通电导线受力的因素基本实 验奥斯特实验演示左手定则课题研究：霍尔效应通电线框转动M安=NBSIcos（磁电式电表原理）大小：f洛=Bqvsin方向：左手定则观察阴极射线在磁场中的偏转四复习建议：1知识网络： 典型例题分析：例1：有一长为l0.50m、质量10g的通电导线cd，由两根绝缘细线水平悬挂在匀强磁场中的z轴上，如图所示 z轴垂直纸面向外，g10m/s2求：（1）当磁感应强度B11.0T，方向与x 轴负方向相同时，要使悬线中张力为零，cd中的电流I1的大小和方向？（2）当cd中通入方向由c到d的I20.40A的电流，这时磁感应强度B21.0T，方
14、向与x轴正向相同，当cd静止时悬线中的张力是多大？（3）当cd 通入方向由c到d的I30.10A的电流，若磁场方向垂直z轴，且与y轴负方向夹角为30，与x轴正向夹角为60，磁感应强度B32.0T，则导线cd静止时悬线中的张力又是多大？ 解析 （1）要使悬线的张力为零，导线cd受到的磁场力必须与重力平衡，有，所以（A），由左手定则可判定cd中的电流方向由c到d（2）根据题意，由左手定则可判定此时cd受到竖直向下的磁场力当cd静止时，有，所以（N）（3）根据题意，作出导线cd中点的受力如图11.2-所示这时cd受到的安培力大小为，所以（N）=mg，又因F3与B3垂直，因此与mg的夹角为30所以，（
15、N）此时每根悬线中的张力，其方向与y轴负方向的夹角为30，即导线cd受安培力作用后使悬线向x轴负方向偏转30角 本题是有关安培力的计算、左手定则及力的平衡知识的综合应用通过大小不同、方向不同的磁场对通电导线的作用力的计算，有助于彻底弄清公式的物理意义，同时培养学生空间想象能力引导学生注意应用安培力计算时对磁场方向和电流方向的夹角，要认真分析，不要一看题目中出现角度，就误认为磁场与电流间有夹角，如第（3）问中的30或60就不是磁场与电流间有夹角同时注意当问题较复杂时，应用左手定则判定安培力方向时容易出错，例如本题第（3）问中很容易错判F3是指向x轴负方向，因此必须明确，由于F的方向、电流的方向、
16、安培力的方向涉及到三维空间，所以在分析有关安培力问题时，要善于把立体图形改画成平面图形，以便于画受力图，安培力的方向用左手定规则判定，但更要明确：电流与磁场方向不一定垂直，安培力却一定与磁场或电流方向垂直。在遇到立体空间问题时要注意根据题意画好截面图，帮助分析，例如下例：图a例2在倾角=30的斜面上，固定一金属框，宽l=0.25m，接入电动势E=12V、内阻不计的电池垂直框面放有一根质量m=0.2kg的金属棒ab，它与框架的动摩擦因数为，整个装置放在磁感应强度B0.8T的垂直框面向上的匀强磁场中（如图a）当调节滑动变阻器R的阻值在什么范围内时，可使金属棒静止在框架上？（设最大静摩擦力等于滑动摩
17、擦力，框架与棒的电阻不计，g10m/s2）解析 金属棒静止在框架上时，摩擦力f的方向可能沿框面向上，也可能向下，需分两种情况考虑 当变阻器R取值较大时，I较小，安培力F较小，在金属棒重力分力mgsin作用下使棒有沿框架下滑趋势，框架对棒的摩擦力沿框面向上（如图b）金属棒刚好不下滑时满足平衡条件图b得 （）当变阻器R取值较小时，I较大，安培力F较大，会使金属棒产生沿框面上滑趋势因此，框架对棒的摩擦力沿框面向下（如图c）金属棒刚好不上滑时满足平衡条件图c得 所以滑动变阻器R的取值范围应为 1.6R4.8 此题的关键是先画好导体棒截面的受力图，其次注意安培力与力学问题的联系，要分析清楚摩擦力的变化情
18、况，静摩擦力的变化是：随电流的越来越大，静摩擦力的方向由沿斜面向上逐渐减小，减小到零以后，方向变为沿斜面向下逐渐变大，直至最大 AO例3：如图所示，分布在半径为r的圆形区域内的匀强磁场，磁感应强度为B，方向垂直纸面向里。电量为q，质量为m的带正电的粒子从磁场边缘A点沿圆的半径AO方向射入磁场，离开磁场时速度方向偏转了60角。试确定：粒子做圆周运动的半径。粒子的入射速度。若保持粒子的速率不变，从A点入射时速度的方向顺时针转过60角，粒子在磁场中运动的时间将是多少？解析：（1）带正电的粒子从磁场边缘A点沿圆的半径AO方向射入磁场后的运动轨迹的草图如图所示，据题意，由几何关系 R=rctan300=
19、r （2）带正电的粒子在磁场中做匀速圆周运动，所受洛仑兹力提供向心力。AOO2 v =Bqr/m （3）若保持粒子的速率不变，从A点入射时速度的方向顺时针转过60角，粒子在磁场中运动的半径不变，根据图613所示的运动轨迹的草图，当速度与AO的夹角为600时，设粒子做圆周运动的圆心角的一半为，由几何关系得Rsin=rsin(300+) 将R=r 代入上式解之得 tan=r/3 =300 粒子在磁场中运动的时间为 洛伦兹力的方向、磁场方向及电荷运动方向之间存在着较复杂的空间方向关系，要求同学具有较强的空间想象能力及对物理过程和物理规律的综合分析能力，能够看懂有关立体示意图，并借助于几何图形进行物理
20、、数学方面的分析推理，是近几年高考考查的热点。带电粒子在磁场中的匀速圆周运动问题的研究步骤是：一是要会根据运动过程画出粒子运动的草图二是圆心的确定, 三是利用粒子在圆形磁场区域内做圆周运动的有关几何关系确定圆周运动的半径,四是粒子在磁场中运动的周期或运动时间的确定和计算。例4在一次实战训练中，有一炮弹被以初速度为从地面竖直向上射出当炮弹到达最高点h80m处时，突然炸裂为二块，其质量分别为1kg、0.8kg，且在炸裂过程中分别带上了q0.2C等量异种电荷，其中带负电设在炸裂处，有一水平宽度L20m的正交匀强电磁场，如图，匀强磁场方向垂直于纸面向里，大小为B1.0T，匀强电场方向竖直设炸裂时，炮弹
21、正处在正交电磁场中心，炸裂后，在正交电磁场中向左做直线运动，在正交电磁场中向右做直线运动（g10m/）求：（1）炮弹被射出时的初速度；（2）电场强度的大小和方向；（3）爆炸时对、做的功各为多少；（4）二者落地点的距离解析：（1）由竖直上抛运动得炮弹被射出时的初速度（2）当炮弹到达最高点时，炸裂为二块，由动量守恒定律得： 带电弹片在洛仑兹力作用下的直线运动是匀速直线运动，两块弹片、所受的的洛仑兹力的方向都向上，又，所受电场力方向应向上、所受的电场力方向向下，故电场强度方向竖直向下根据受力有：两弹片匀速运动的速度40m/s50m/s 所加电场为（3）由动能定理得：爆炸对两物体做的功（4）由平抛运动
22、规律得落地时间：两物体的水平位移404m160m 504m200m两物体落地点间的距离DsL36020380m 此题是从考查学生综合运用知识的角度来命题的，考查学生对带电微粒在复合场中的运动问题的处理能力，带电物体在复场中的运动问题是电磁学知识和力学知识的综合问题，分析方法与力学问题的分析方法基本相同，不同之处是多了电场力和洛仑兹力，解题的关键是对研究对象进行正确的状态分析、过程分析、受力分析，运用力学的三大观点（即动力学观点、能量观点、动量观点）来分析处理问题P（3l，l）v0xyO450vEB图a例5：如图a所示，在xoy坐标平面的第一象限内有沿y方向的匀强电场，在第四象限内有垂直于平面向
23、外的匀强磁场。现有一质量为m，带电量为q的粒子（重力不计）从坐标为（3l，l）的P点沿x方向以初速度v0射入电场，接着进入磁场后由坐标原点射出，射出时速度方向与y轴方向夹角为45，求：（1）粒子从O点射出时的速度v和电场强度E （2）粒子从P点运动到坐标原点O过程所用的时间解析：根据题意可推知：带电粒子在电场中作类平抛运动，由Q点进入磁场，在磁场中作匀速圆周运动，最终由O点射出运动轨迹如图所示（1）根据对称性可知，粒子在Q点时速度大小为v，方向与x轴方向成45则有： vcos45v0解得： 在P到Q过程中： （2）粒子在Q点时沿y方向速度大小 vyvsin45=v0P到Q的运动时间 P到Q沿x
24、方向的位移为： S=v0t1= 2l 则OQ之间的距离为： OQ3lS=l 粒子在磁场中的运动半径为r，则有： 粒子在磁场中的运动时间 粒子在由P到Q的过程中的总时间 把带电粒子在电场中做类平抛运动和在磁场中做匀速圆周运动有机地结合起来，考查学生对带电粒子运动过程的分析能力和运用数学知识解决物理问题的能力解这类题目关键在于正确分析出带电粒子运动过程，画出运动轨迹的示意草图，其次是正确进行运动的合成与分解，选用合适的规律列方程求解本题由于磁感应强度是未知量，灵活选用规律求解粒子在磁场中的运动时间是本题的一大亮点，它不同于一般的带电粒子在匀强磁场中匀速圆周运动先求运动周期，再通过求粒子运动转过的圆
25、心角，最后求出运动时间的方法absV0例6一个初速度为V0的匀加速直线运动，可以看成是在同一直线上的两个直线运动的合运动：一个是速度为V0的匀速直线运动，另一个是初速度为零的匀加速直线运动。合运动的速度。试用将初速度V0分解成同一直线上的两个分运动V01、V02的方法研究下面的问题。如图所示，在空间有一个与水平面平行且垂直纸面向里的足够大的匀强磁场。在磁场区域有、两点，相距为,连线在水平面上且与磁场方向垂直。一质量为、电量为（）的粒子从点以初速度对着点射出，为使粒子能经过点，试问可取什么值？解析：若不考虑重力，粒子不可能经过点，可见本题要考虑重力的作用带电粒子以初速度从点射出，若满足重力与洛伦
26、兹力平衡，则做匀速直线运动至点，此速度设为，即 若粒子速度不满足上述条件，则可将分解为 这时粒子受到向下的重力mg和向上的洛伦兹力f1、 f2的作用，其中f1是与速度V01相对应的洛伦兹力，f2是与速度V相对应的洛伦兹力，由于f1mg 所以，粒子的运动可看成是以指向的匀速直线运动和以的匀速圆周运动的合运动。为确保粒子能击中点，必须是圆周运动这一分运动恰好是完整的圈，这时匀速直线运动的位移也正好是 磁场中匀速圆周运动周期与无关，大小为 因而有 =1、2、3将、代入得 =1、2、3概括结论是： （ ）若，则粒子必能击中点 （）若，则必须满足，=1、2、3时粒子才能击中点此题是从考查解题方法的角度来
27、命题的，考查学生运用题目所给信息处理问题的能力此类题目构思新颖，体现了分析问题、解决问题的创新思维方法，解题方法独辟蹊径，令人耳目一新解题的关键在于将题中所给的运动的分解方法迁移到新的物理情景中去例7如图所示的竖直平面内有范围足够大、水平向左的匀强电场，在虚线的左侧有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感强度大小为B。一绝缘c形弯杆由两段直杆和一半径为R的半圆环组成， 固定在纸面所在的竖直平面内PQ、MN水平且足够长，半圆环MAP在磁场边界左侧，P,M点在磁场边界线上，NMAP段是光滑的，现有一质量为m、带电+q的小环套在MN杆上，它所受电场力为重力的3/4倍。现在M右侧D点由静止释放小环，小环刚好能到
28、达p点， (1)求DM间距离xo；(2)求上述过程中小环第一次通过与0等高的A点时弯杆对小环作用力的大小； (3)若小环与PQ间动摩擦因数为(设最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等)。现将小环移至M点右侧4R处由静止开始释放，求小环在整个运动过程中克服摩擦力所做的功解析：(1)8R/3（2）N17mg/4+ (3)若大于或等于3/4，则W=。若小于3/4，则WmgR此题是典型带电粒子在复合场中运动问题，解题关键仍是对小环受力分析和运动过程分析，借助此题引导和提高学生审题能力。审题能力一种综合能力，它包括阅读、理解、分析、综合等多种能力，也包括严肃认真耐心细致的态度等非智力因素，因此，提高审题能力不仅是考试的需要，也是素质教育的重要组成部分。提高审题能力要注意以下几个方面：对关键词句的理解；对隐含条件的挖掘；对干扰因素的排除。显然此题中“小环刚好能到达p点”的分析是解题的突破口。10
