高中物理选修3-1教案 151页

高中物理选修3—1磁场磁场·磁现象的电本质·教案一、教学目标1．在物理知识方面要求：（1）了解磁现象的电本质；（2）了解磁性材料及其应用。2．通过对安培分子电流假说的讲述，一方面要使学生了解科学假设的提出要有实验基础和指导思想，另一方面也要使学生了解假说是科学发展的形式，假说是否正确要看能否解释实验现象，导出的结论是否符合实验结果。安培假说已经得到实验的证实，假说上升为理论——安培分子电流理论。教学中要向学生渗透科学的研究方法。二、教学重点磁铁的磁场也是由运动电荷产生的。三、教具1．演示软磁铁被磁化的实验：铁架台，条形磁铁，软铁棒，大头针。2．演示磁性材料的实验：电源，通电螺线管，可被轻绳吊起的小磁针，塑料棒，铜棒，铅棒，软铁棒，硅钢棒，扬声器，磁电式仪表，继电器，变压器。四、主要教学过程（一）复习提问1．从上节课的学习我们知道了用几种方法可以产生磁场？回答：磁铁能产生磁场，电流也能产生磁场。2．请学生在黑板上画出条形磁铁和通电螺线管周围的磁场。（二）引入新课及讲授新课磁极和电流能够同样产生磁场，通电螺线管和条形磁铁周围的磁场又是那么相似，这些现象使我们想到，磁极的磁场和电流的磁场是不是有相同的起源？151\n导体中的电流是由运动电荷产生的，因而不难理解，通电导线的磁场是由运动电荷产生的。介绍美国科学家罗兰的实验：罗兰把大量的电荷加在一个橡胶圆盘上，然后使圆盘绕中心高速转动，在盘的附近用小磁针来检验运动电荷产生的磁场，结果发现小磁针果然发生了偏转，而且改变盘的转动方向或改变电荷的正负时，小磁针的偏转方向也改变，磁针偏转方向跟运动电荷所形成的电流方向间的关系同样符合安培定则。这个实验证明了运动电荷确实产生磁场。磁铁的磁场是否也是由运动电荷产生的呢？法国科学家安培根据环形电流的磁场和磁铁相似提出了著名的分子电流假说。让学生看书（必修本）p．71～p．72。板书：1．安培分子电流假说指出：安培分子电流假说是说明科学假说在人们认识自然奥秘中重要作用的范例。安培提出分子假说的时代，人们并不知道物质的微观结构，但安培的指导思想是电与磁的同一性，安培抓住了通电螺线管与条形磁铁相似的事实大胆提出分子电流假说。他的假说不仅有实验基础和指导思想，而且能够解释实验现象，被证实是正确的。让学生用安培分子电流假说解释以下几种现象：（1）软铁棒被磁化。演示：夹在铁架台上的软铁棒被条形磁铁磁化后可以吸起大头针。（2）磁铁受到高温或猛烈的敲击为什么会失去磁性？让学生自己归纳出磁现象的电本质。（板书）2．磁现象的电本质：运动的电荷（电流）产生磁场，磁场对运动的电荷（电流）产生磁场力的作用，所有的磁现象都可以归结为运动电荷（电流）之间通过磁场而发生的相互作用。151\n关于磁性材料的教学：演示实验。通电螺线管的上方吊起小磁针，在螺线管中分别插入塑料棒、铜棒、铅棒等材料时，观察小磁针偏转。可见，它们的插入对磁场影响较小。当插入软铁棒、硅钢棒时，观察小磁针的偏转情况，可见磁场增加很多。而后向学生指出：大多数物质对磁场的影响都很小，只有少数几种材料如铁、镍、钴及一些合金材料等才能对磁场影响较大，它们能使磁场增加几千倍，甚至上百万倍，这种材料叫铁磁性材料。向学生同时展示扬声器、电磁式仪表中的永磁铁、继电器、变压器中的硅钢片。提出问题：（1）什么时候用硬磁性材料？（2）什么时候用软磁性材料？启发学生自己归纳。提出问题：非铁磁性材料是否有用？启发学生想到，手表式指南针的表壳要用非铁磁性材料来做。（三）习题课部分例1．如图所示，放在通电螺线内部中间处的小磁针，静止时N极指向右，试判断电源的正负极。分析和解答：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由a→b，根据安培定则可判断电流由电源的c端流出，由d端流入。故c端为正极，d端为负极。注意：不要错误认为螺线管b端吸引小磁针的N极就相当于条形磁铁的南极，关键要分清螺线管内部磁感线分布。151\n例2．如图所示，若一束电子沿y轴正方向移动，则在z轴上某点A的磁场方应该是   [   ]A．沿x轴的正向B．沿x轴的负向C．沿z轴的正向D．沿z轴的负向分析和解答：电子沿y轴正方向移动，相当于电流方向沿y轴负方向，根据安培定则可判断在z轴上的A点的磁场方向应该沿x轴负方向。故选B。（四）小结本节要点1．安培分子假说：物质微粒内部存在着环形分子电流。2．安培分子假说对各种磁现象的解释：分子电流取向杂乱无章时无磁性；分子电流取向大致相同时有磁性。3．磁现象的电本质：磁铁和电流的磁场都是由电荷的运动产生的。（五）布置作业1．完成书后p.73～p.74（1）（2）（3）（4）。2．自制一个指南针，并完成p.74小实验。五、说明1．安培分子假说是说明科学假说在人们认识自然奥秘中重要作用的范例。安培提出分子假设时人们还不知道物质的微观结构，但安培的指导思想是电与磁的统一性。电与磁的统一是一个非常重要的思想，这个思想引导奥斯特发现了电流的磁效应，引导法拉第发现了电磁感应现象，最后引导麦克斯韦建立了统一的电磁场理论。安培抓住了通电螺线管与条形磁铁磁场相似的事实大胆提出分子电流假说。安培的思路对人们有极大的启发。我们在教学中应有意向学生渗透这种科学的研究方法，这对培养学生思维能力很有好处。151\n2．教材中对磁现象的电本质表述要注意不要说成一切磁场都是由运动电荷产生的，在后边我们介绍麦克斯韦电磁理论时，还要指出“变化的电场产生磁场”。 磁场·磁感应强度·教案 一、教学目标1．掌握磁感应强度的定义和磁通量的定义。2．掌握利用磁感应强度的定义式进行计算。3．掌握在匀强电场中通过面积S的磁通量的计算。4．搞清楚磁感应强度与磁场力，磁感应强度与磁通量的区别和联系。二、重点、难点分析1．该节课的重点是磁感应强度和磁通量的概念。2．磁感应强度的定义是有条件的，它必须是当通电直导线L与磁3．磁通量概念的建立也是一个难点，讲解时，要引入磁感线来帮助学生理解和掌握。三、教具1．通电导体在磁场中受力演示。2．电流天平。（选用）3．挂图（磁感线、磁通量用）。四、主要教学过程（一）引入新课提问：什么是磁现象的电本质？151\n应答：运动电荷（电流）在自己周围空间产生磁场，磁场对运动电荷或电流有力的作用，磁极与磁极、磁极与电流、电流与电流之间发生相互作用都可以看成是运动电荷之间通过磁场而发生相互作用。这就是磁现象的电本质。为了表征磁场的强弱和方向，我们引入一个新的物理量：磁感应强度。我们都知道电场强度是描述电场力的特性的，那么磁感应强度就是描述磁场力特性的物理量，因此我们可以用类比的方法得出磁感应强度的定义来。提问：电场强度是如何定义的？应答：电场中某点的电场强度等于检验电荷在该点所受电场力与检验电荷在该点的受力方向。（二）教学过程设计1．磁感应强度（板书）通过实验，得出结论，当通电直导线在匀强磁场中与磁场方向垂直时，受到磁场对它的力的作用。对于同一磁场，当电流加倍时，通电导线受到的磁场力也加倍，这说明通电导线受到的磁场力与通过它的电流强度成正比。而当通电导线长度加倍时，它受到的磁场力也加倍，这说明通电导线受到的磁场力与导线长也成正比。对于磁场中某处来说，通电导线在该处受的磁场力F与通电电流强度I与导线长度L乘积的比值是一个恒量，它与电流强度和导线长度的大小均无关。在磁场中不同位置，这个比值可能各不相同，因此，这个比值反映了磁场的强弱。提问：类比电场强度的定义，谁能根据以上实验事实用一句话来定义磁感应强度，用B来表示，并写出它的定义式。回答：磁场中某处的磁感应强度等于通电直导线在该处所受磁场力F与通电电流和导线长度乘积IL的比。定义式为再问：通电直导线应怎样放入磁场？应答：通电直导线应当垂直于磁场方向。151\n指出前面的回答对磁感应强度的论述是不严密的。（不管学生回答的严密不严密）应强调通电直导线必须在垂直磁场方向的条件下，该定义才成立。在测量精度要求允许的条件下，在非匀强磁场中，当通电导线足够短，可以近似地看成一个点，在该点附近的磁场也可近似地看成小结：（板书）（1）磁感应强度的定义在磁场中某处垂直于磁场方向的通电直导线，受到的磁场力F，跟通电电流强度和导线长度的乘积IL的比值叫做该处的磁感应强度B。（2）磁感应强度的公式（定义式）：（3）磁感应强度的单位（板书）在国际单位制中，B的单位是特斯拉（T），由B的定义式可知：（4）磁感应强度的方向（板书）磁感应强度是矢量，不但有大小，而且有方向，其方向即为该处磁场方向。顺便说明，一般的永磁体磁极附近的磁感应强度是0.5T左右，地球表面的地磁场的磁感应强度大约为5.0×10-5T。练习1．匀强磁场中长2cm的通电导线垂直磁场方向，当通过导线的电流为2A时，它受到的磁场力大小为4×10-3N，问：该处的磁感应强度B是多大？（让学生回答）应答：根据磁感应强度的定义在这里应提醒学生在计算中要统一单位，计算中必须运用国际单位。151\n再问：若上题中，电流不变，导线长度减小到1cm，则它受磁场力F和该处的磁感应强度B各是多少？若导线长不变，电流增大为5A，则它受磁场力F和该处的磁感应强度B各是多少？引导学生讨论，得出正确的答案：2×10-3N，0.1T；1×10-2N，0.1T，并指出，某处的磁感应强度由建立该磁场的场电流情况和该点的空间位置来决定，与检验通电直导线的电流强度大小、导线长短无关。练习2．检验某处有无电场存在，可以用什么方法？检验某处有无磁场存在，可以用什么方法？回答：检验有无电场存在，可用检验电荷，把检验电荷放在被检验处，若该检验电荷受到电场力作用，则该处有电场存在，场强不为零；若该检验电荷没有受到电场力作用，该处没有电场存在或该处场强为零。检验某处有无磁场存在，可用“检验电流”，把通电导线放在被检验处，若该通电导线受磁场力作用，则该处有磁场存在，磁感应强度不为零；若该通电导线不受磁场力作用，则该处无磁场存在，该处磁感应强度为零。追问：如果通电导线不受磁场力，该处是一定不存在磁场，磁感应强度一定为零吗？引导学生讨论，得出“不一定”的正确结果。因为当通电导线平行磁场方向放在磁场中，它是不受磁场力作用的（这是实验证明的结论）。再次强调磁感应强度定义的条件：通电直导线必须垂直磁场方向放置。再问：如何利用通电导线检验某处磁场的存在与否呢？应答：可以改变通电导线的方向，若在各个方向均不受磁场力作用，则该处没有磁场。再问：在通电导线在不同方法检测，至少检测几次就可确定该处没有磁场存在？应答：至少在相互垂直的两个方向上检测两次。先将其放在任意方向检测，若此时其不受磁场力作用，则再将通电导线沿垂直刚才的方向放置，若此时其仍不受磁场力作用，则说明该处无磁场存在。2．磁感线（板书）磁感线和电场线一样也是一种形象描述磁场强度大小和方向分布的假想的线，磁感线上各点的切线方向即该点的磁感应强度方向，磁感线的密疏，反映磁感应强度的大小。通过挂图应让学生熟悉条形磁铁、蹄形磁铁、直线电流、环形电流、通电螺线管的磁感线的分布，并正确地用“右手”安培定则判断直线电流、环形电流和通电螺线管的磁感线方向与电流方向的关系。3．磁通量（板书）151\n磁感线和磁感应强度的关系。为了定量地确定磁感线的条数跟磁感应强度大小的关系，规定：在垂直磁场方向每平方米面积的磁感线的条数与该处的磁感应强度大小（单位是特）数值相同。这里应注意的是一般画磁感线可以按上述规定的任意倍来画图，这种画法只能帮助我们了解磁感应强度大小，方向的分布，不能通过每平方米的磁感线数来得出磁感应强度的数值。提问：各点电场强度方向、大小均相同的电场叫什么电场？这种电场电场线的分布有什么特点？应答：这种电场叫做匀强电场，匀强电场电场线的分布是间距相同方向一致的平行直线。提问：什么叫做匀强磁场，怎样用磁感线描述匀强磁场？应答：对于某范围内的磁场，其磁感应强度的大小和方向均相同，则该范围内的磁场叫做匀强磁场。可以用间距相同、方向一致的平行直线描述匀强磁场。距离很近，相对面积相同且互相平行的异名磁极之间的磁场都可看做是匀强磁场。密绕螺线管中的磁场也可看做是匀强磁场。（1）磁通量的定义（板书）穿过某一面积的磁感线的条数，叫做穿过这个面积的磁通量，用符号Ф表示。（2）磁通量与磁感应强度的关系（板书）因为按前面的规定，穿过垂直磁场方向单位面积的磁感线条数，等于磁感应强度B，所以在匀强磁场中，垂直于磁场方向的面积S上的磁通量Ф为Ф=BS若平面S不跟磁场方向垂直，则应把S平面投影到垂直磁场方向的面上，若这两个面间夹角为θ，则：Ф=BS⊥=BScosθ当平面S与磁场方向平行时，θ=90°，Ф=0。（3）磁通量的单位（板书）在国际单位中，磁通量的单位是韦伯（Wb），简称韦。1韦（Wb）=1特（T）×1米2（m2）由Ф=BS，可得B=Ф／S，所以磁感应强度B等于垂直于磁场单位面积上的磁通量，也叫做磁通密度，用韦（Wb）／米2（m2）作单位。（4）磁通量是标量（板书）151\n磁通量是标量，只有大小，无方向。课堂练习练习3．如图所示，平面S=0.6m2，它与匀强磁场方向的夹角α=30°，若该磁场磁感应强度B=0.4T，求通过S的磁通量Ф是多少？（可让几个同学同时到黑板上演算。）学生演算时，常有些同学会套公式：为此再一次强调，Ф=BScosθ中的θ是平面S与垂直磁场方向平面间的夹角，在此题中它应是α的余角，所以此题的正确解法应是Ф=BScos（90°-α）=BSsinα=0.4×0.6×sin30°=0.12Wb五、说明1．用通电直导线检验磁场的存在或磁感应强度的大小，若不管怎样变化导线方向，某处通电直导线都不受电场力作用，严格地讲这只能说明该处的磁感应强度为零，而不能断定该处无磁场。就像检验电荷在某点不受电场力作用，只能说明该点电场强度为零或是合场强为零，而不能断定该点没有电场一样。2．磁通量是标量，它只有大小，而没有方向。虽然从一个平面正面穿过一条磁感线与从反面穿过一条磁力线是不相等的（或说是相反的），可用正负号表示，但这个正负只是表示磁感线是从哪边穿过该平面的，而不是表示磁通量的方向。课外作业：物理第三册（选修）p．224练习一。磁场·磁感应强度磁通量·教案 一、教学目标1．理解磁感应强度和磁通量概念。151\n2．掌握用磁感线描述磁场的方法。3．了解匀强磁场的特点，知道磁通密度即磁感应强度。4．采用类比法，从电场强度概念引入分析，据比值法定义，建立磁感应强度概念。培养学生分析问题的能力和研究问题的方法。二、重点、难点分析磁感应强度是描述磁场性质的物理量，其概念的建立是本章的重点和难点。1．在磁场中某处，垂直磁场方向放置的通电直导线，所受的磁场力与其导线长度和电流强度乘积的比值是不变的恒量，即只要在磁场中的位置不变，若是改变垂直磁场方向放置的导线长度，或改变其中的电流强度，则所受的磁场力改变，但磁场力与导线长度和电流强度乘积的比值是不变的，为一特定恒量，说明该恒量反映了磁场在该处的性质。如果改变磁场中的位置，再垂直磁场方向放置通电直导线，其所受磁场力与导线长度和电流强度乘积的比值又是一个不同的恒量，该恒量即反映磁场在这一位置场的性质。磁场的这种性质命名为磁感应强度。这正可与电场类比：放在电场中某点的检验电荷所受到的电场力与其电量的比值是不变的恒量。它反映电场性质，命名为电场强度。同是比值法定义。2．磁通量是指穿过某个“面”的磁感线条数。因此一说磁通量必须指明是穿过哪个面的磁通量，“面”定了则面积大小定了，放在确定的磁场中，如果磁场方向与面的夹角不同，则穿过该面的磁感线条数不同。同样的面积，确定的磁场，垂直磁场方向放置，则穿过的磁感线条数最多，因此定义：垂直磁场方向放置的面积为S的面，其磁通量Ф=B·S。3．磁感线的条数不是随意画的，它是由磁感应强度的大小决定的。垂直磁场方向单位面积上的磁通量——即单位面积上的磁感线条数，叫磁通密度，B=Ф／S，即磁感应强度。三、教具干电池组，U形磁铁，水平平行裸铜线导轨，直铜棒，带夹导线三根，开关。四、教学过程1．引入新课：复习电场，为用类比法建立磁感应强度概念作准备。提问：电场的基本特性是什么？（对其中的电荷有电场力的作用。）空间有点电场Q建立的电场，如在其中的A点放一个检验电荷q1，151\n什么？（比值为恒量，反映场的性质，叫电场强度。）磁场的基本特征是什么？（对其中的电流，即通电导线有磁场力的作用。）对磁场的这种特性如何描述呢？2．观察实验磁场对通电直导线有力的作用，引导学生作定性分析，得出：确定的磁场，对通电直导线的作用力大小与直导线的长度L、通入电流强度I，以及导线上电流方向与磁场方向夹角有关。（1）通电导线在磁场中受到力的作用——磁场力F。F的方向与何有关？（磁场方向，电流方向，左手定则。）（2）如果磁场确定，则F的大小与何有关？如使导线与磁场平行放置，F=？垂直放置又如何？如改变导线长度，F如何变化？如果改变导线上的电流强度，F如何变化？总结：精确的实验表明通电直导线垂直放置在确定的磁场中受到的磁场力F跟通过的电流强度I和导线长度L成正比，或者说跟I·L的乘积成正比。这就是说无论怎样改变电流强度I和导线长度L，乘积IL增大多少倍，则F也增大多少倍。比值F／IL是恒量。如果改变在磁场中的位置，垂直磁场放置的通电导线F／IL比值又会是新的恒量，均反映磁场的性质。正如电场特性用电场强度来描述一样，磁场特性用一个新的物理量——磁感应强度来描述。3．板书：磁感应强度（B）151\n（1）定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受到的磁场力F跟电流强度I和导线长度L的乘积IL的比值，叫做通电导线所在处的磁感应强度，用B表示。（2）公式：B=F／（I·L）（3）矢量：B的方向与磁场方向，即小磁针N极受力方向相同。（4）单位：特斯拉（T）1T=1N／（A·m），即垂直磁场方向放置的长1m的导线，通入电流为1A，如果受的磁场力为1N，则该处的磁感应强度B为1T。一般永久磁铁磁极附近的磁感应强度约为0.4T～0.7T；电机和变压器铁心中，磁感应强度为0.8T～1.4T，地面附近地磁场的磁感应强度约为0.5×10-4T。4．板书：匀强磁场磁感应强度的大小和方向处处相同的区域，叫匀强磁场。其磁感线平行且等距。长的通电螺线管内部的磁场、两个靠得很近的异名磁极间的磁场都是匀强磁场。如用B=F／（I·L）测定非匀强磁场的磁感应强度时，所取导线应足够短，以能反映该位置的磁场为匀强。5．板书：磁通量（Ф）在后面的电学学习中，我们要讨论穿过某一个面的磁场情况。我们知道，磁场的强弱（即磁感应强度）可以用磁感线的疏密来表示。如果一个面积为S的面垂直一个磁感应强度为B的匀强磁场放置，则穿过这个面的磁感线的条数就是确定的。我们把B与S的乘积叫做穿过这个面的磁通量。（1）定义：面积为S，垂直匀强磁场B放置，则B与S的乘积，叫做穿过这个面的磁通量，用Ф表示。（2）公式：Ф=B·S（3）单位：韦伯（Wb） 1Wb=1T·m2磁通量就是表示穿过这个面的磁感线条数。6．板书：磁通密度磁通密度大，即穿过单位面积的磁感线条数多，一定是磁感线很密，151\n7．课堂小结（1）磁感应强度既反映了磁场的强弱又反映了磁场的方向，它和磁通量都是描述磁场性质的物理量，应注意定义中所规定的条件，对其单位也应加强记忆。（2）磁通量的计算很简单，只要知道匀强磁场的磁感应强度B和所讨论面的面积S，在面与磁场方向垂直的条件下Ф=B·S。（不垂直可将面积做垂直磁场方向上的投影。）磁通量是表示穿过所讨论面的磁感线条数的多少。在今后的应用中往往根据穿过面的净磁感线条数的多少定性判断穿过该面的磁通量的大小。例：如图所示，在条形磁铁中部垂直套有A、B两个圆环，试分析穿过A环、B环的磁通量谁大。解：此题所给条件是非匀强磁场，不能用Ф=B·S计算，只能比较穿过两环的磁感线净条数多少，来判断磁通量的大小。条形磁铁的磁感线是从N极出发，经外空间磁场由S极进入，在磁铁内部的磁感线是从S极向N极，又因磁感线是闭合的平滑曲线，所以条形磁铁内外磁感线条数一样多。从下向上穿过A、B环的磁感线条数一样多，而从上向下穿过A环的磁感线多于B环，则A环从下向上穿过的净磁感线少于B环，所以B环的磁通量大于A环磁通量。另外一个面积是S的面，垂直匀强磁场B放置，则穿过该面的磁通量Ф=B·S。如果该面转动180°则穿过该面的磁通量改变了2BS。（3）磁感应强度概念的建立是通过类比法和用比值法定义的方法。同学们可总结一下，我们还在什么问题上使用过这两种方法，从而提高自己分析问题和研究问题的能力磁场·磁场对电流的作用·教案 一、教学目标1．掌握磁场对电流作用的计算方法。2．掌握左手定则。二、重点、难点分析151\n1．重点是在掌握磁感应强度定义的基础上，掌握磁场对电流作用的计算方法，并能熟练地运用左手定则判断通电导线受到的磁场力的方向。2．计算磁场力时，对通电导线在磁场中的不同空间位置，正确地运用不同的三角函数和题目提供的方位角来计算是难点。三、主要教学过程（一）引入新课复习提问：1．磁感应强度是由什么决定的？答：磁感应强度是由产生磁场的场电流的大小、分布和空间位置确定的。2．磁感应强度的定义式是什么？3．磁感应强度的定义式在什么条件下才成立？成立。4．垂直磁场方向放入匀强磁场的通电导线长L=1cm，通电电流强度I=10A，若它所受的磁场力F=5N，求（1）该磁场的磁感应强度B是多少？（2）若导线平行磁场方向。答：因通电导线垂直磁场方向放入匀强磁场，所以根据磁感应强度的定义式5．若上题中通电导线平行磁场方向放入该磁场中，那么磁场的磁感应强度是多大？通电导线受到的磁场力是多少？答：当电流仍为I=10A，L‖B时，该处磁感应强度不变，仍为B=0.5T，而通电导线所受磁场力F为零。（二）教学过程设计1．磁场对电流的作用（板书）151\n我们已经了解到通电直导线垂直磁场方向放入磁场，它将受到磁场力的作用，根据磁感应强度的定义式可以得出：F=BIL当通电导线平行磁场方向放入磁场中，它所受的磁场力为零。看来运用F=BIL来计算磁场对电流的作用力的大小是有条件的，必须满足L⊥B。磁场力方向的确定，由左手定则来判断。提问：如果通电导线与磁感应强度的夹角为θ时，如图1所示磁场力的大小是多少？怎样计算？让学生讨论得出正确的结果。我们已知，当L⊥B时，通电导线受磁场力最大，F=BIL，而当L∥B时F=0，启发学生将B分解成垂直L的B⊥和平行L的B∥，因平行L的B∥对导线作用力为零，所以实际上磁场B对导线L的作用力就是它的垂直分量B⊥对导线的作用力，如图2所示。即F＝ILB⊥=ILBsinθ磁场对电流的作用力——安培力（板书）大小：F=ILBsinθ（θ是L、B间夹角）方向：由左手定则确定。黑板上演算题：下列图3中的通电导线长均为L=20cm，通电电流强度均为I=5A，它们放入磁感应强度均为B=0.8T的匀强磁场中，求它们所受磁场力（安培力）。151\n让五个同学上黑板上做，其他同学在课堂练习本上做，若有做错的，讲明错在哪儿，正确解应是多少，并把判断和描述磁场力方向的方法再给学生讲解一下（如图4示）。例1．两根平行输电线，其上的电流反向，试画出它们之间的相互作用力。分析：如图5所示，A、B两根输电线，电流方向相反。通电导线B处在通电导线A产生的磁场中，受到A产生的磁场的磁场力作用；通电导线A处在通电导线B产生的磁场中，受到B产生的磁场的磁场力作用。我们可以先用安培定则确定通电导线B在导线A处的磁场方向BB，再用左手定则确定通电导线A受到的磁场力FA的方向；同理，再用安培定则先确定通电导线A在导线B处的磁场方向BA，再用左手定则确定通电导线B受到的磁场力FB的方向。经分析得出反向电流的两根平行导线间存在的相互作用力是斥力。完成上述分析，可以让同学在课堂作业本上画出电流方向相同的平行导线间的相互作用力，自己得出同向电流的两根平行导线间存在的相互作用是引力。151\n例2．斜角为θ=30°的光滑导体滑轨A和B，上端接入一电动势E=3V、内阻不计的电源，滑轨间距为L=10厘米，将一个质量为m=30g，电阻R=0.5Ω的金属棒水平放置在滑轨上，若滑轨周围存在着垂直于滑轨平面的匀强磁场，当闭合开关S后，金属棒刚好静止在滑轨上，如图6，求滑轨周围空间的磁场方向和磁感应强度的大小是多少？解：合上开关S后金属棒上有电流流过，且金属棒保持静止，由闭合电路欧姆定律金属棒静止在滑轨上，它受到重力mg1和滑轮支持力N的作用，因轨道光滑，仅此二力金属棒不可能平衡，它必然还受到垂直于滑轨平面的磁场的安培力作用才能平衡，根据题意和左手定则判断出，磁场方向垂直滑轨面斜向下，金属棒受到磁场的安培力沿斜面向上，如图7所示，由进一步受力分析得出，若金属棒平衡，则它受到的安培力F应与重力沿斜面向下的分量mgsinθ大小相等，方向相反：F-mgsinθ=0……①又 F=BIL代入①得BIL=mgsinθ（三）课堂小结1．当通电直导线垂直磁场方向放入磁场中时受到磁场的安培力最大，F=BIL；当通电直导线平行磁场方向放入磁场中时受到磁场的安培力为零。2．当通电直导线在磁场中，导线与磁场方向间的夹角为θ时，通电导线受到磁场的安培力F=ILBsinθ。151\n3．磁场对通电直导线的安培力的方向，用左手定则来判断。（其内容在书中p．226）课外作业：物理第三册（选修）p．227练习二。 磁场·磁场对电流的作用力·教案 一、教学目标1．在物理学知识方面的要求：（1）掌握磁场对电流作用力的计算方法。（2）掌握判断安培力方向的左手定则。2．通过观察演示实验，总结出安培力的方向总是既和磁场方向垂直又和电流方向垂直。培养学生的观察、分析能力。3．渗透物理学方法的教育：通过磁场方向与电流方向垂直的情况，结合实验，引导学生抓住主要因素，推导出当磁场与电流方向斜交时，安培力的大小和方向。二、重点、难点分析1．重点是使学生掌握电流在匀强磁场中所受安培力大小的决定因素、计算公式以及安培力方向的判定。2．难点是磁场方向、电流方向、安培力方向之间的关系。磁场方向不一定总与电流方向垂直，但安培力一定垂直于磁感线与电流决定的平面。三、教具铁架台，线圈，导线，磁铁，电池。四、主要教学过程（一）复习旧课，引入新课提问：磁感应强度由什么决定？磁感应强度的大小如何量度？答：磁感应强度由磁场本身决定，其大小可用来描述磁场的强弱。磁感应强度的定义式是：B=F／（IL151\n）（通电导线垂直放置磁场中），所以磁场中某一点的磁感应强度大小可用垂直放置于该点的电流元所受磁场力的大小与该电流元的长度L、电流强度I的乘积IL的比值来量度。提问：一根长为0.1m，电流强度为2.0A的通电导线放置于水平方向的、磁感应强度为1T的匀强磁场中。求该导线水平放置以及竖直放置时（如图所示），所受磁场力各为多大？答：水平放置时，磁场力为零。竖直放置时，磁场力最大，大小可由B=（F／IL）变形得到：F=BIL=0.2N。（二）新课教学电流所受到的磁场力通常叫做安培力。这节课我们主要研究安培力的大小和方向。1．通电直导线垂直放入匀强磁场中我们知道一个电流强度为I的电流元垂直放人磁场中某一点，若电流元所受安培力为F，则该处磁感应强度大小B=F／（IL）。显然，电流元在磁场中会受到F=BIL的安培力。如果磁场为匀强磁场，即磁场中各点的磁感应强度的大小和方向全相同，则上述公式也适用于长通电导线。（1）电流强度为I，长为L的通电导线，垂直放入磁感应强度大小为B的匀强磁场中，则该导线所受安培力的大小F=BIL。应注意的是：F=BIL公式成立的适用条件是通电导线要垂直放置于匀强磁场中。（2）通电导线垂直放在匀强磁场中，所受安培力方向的判定方法——左手定则。演示实验如图所示：151\n分别改变磁场方向和电流方向，观察安培力F方向的变化情况。分析与概括：通过实验，我们发现导线所受安培力的方向既与磁场方向有关，又与电流方向有关。而且安培力的方向总是既垂直于磁场方向又垂直于电流方向。安培力的方向的判定方法——左手定则：①伸开左手，大拇指跟四指垂直，且在同一个平面内。②让磁感线垂直穿过手心。③使四指指向电流方向，则拇指指向安培力的方向。例1．已知匀强磁场方向垂直黑板向里，且磁感应强度B=0.5T，导线中通入电流强度I=0.2A的电流，其方向如图所示。若导线长L=0.2m，求：该导线所受安培力的大小及方向。解：因导线是垂直放入匀强磁场中，所以安培力大小F=BIL=0.02N。安培力的方向满足左手定则：在黑板平面内且垂直于导线斜向上，如图3所示。2．通电导线斜放入匀强磁场中（1）当电流方向与磁场方向不垂直时，求导线所受安培力的大小（如图4所示）。第一种方法：我们已经知道当电流方向垂直磁场方向时，F=BIL；当电流方向平行于磁场方向时，F=0。所以我们可把磁感应强度B进行分解，分解为垂直电流方向的磁感应强度分量B垂直和平行于电流方向的分量B平行，而求出B垂直对导线的作用力即可（如图5所示）。151\n由学生自己推导：因为B垂直=Bsinθ，B平行=Bcosθ而F垂直=ILB垂直F平行=0所以F=F垂直=ILBsinθ=BILsinθ其中θ角为磁场方向与电流方向的夹角。第二种方法：既然磁场对平行放入其中的通电导线作用力为零，那么我们也可把电流I分解为I平行、I垂直两个分量。求出磁场对I垂直的作用力的大小，即是磁场对整个通电导线的作用力大小，如图6所示。由学生自己推导：因为I垂直=Isinθ；I平行=Icosθ而F垂直=BLI垂直；F平行=0所以F=F垂直=BLIsinθ=BILsinθ其中θ角是电流强度与磁场方向的夹角。151\n综上所述，当电流方向与磁场方向不垂直而是成θ角时，导线所受安培力的大小F=BILsinθ。该公式普遍适用于任何方向放置在匀强磁场中的通电导线的受力情况。讨论：①当电流方向与磁场方向的夹角θ=0°时，F=0②当θ=90°时，F=BIL③当0°＜θ＜90°时，0＜F＜BIL（2）斜放于匀强磁场中的通电导线所受安培力的方向。再次演示前面的实验：将导线在竖直平面内转一个角度，使磁场方向不再和电流方向垂直。如图7所示。观察发现：虽然电流方向转了一个角度，但安培力方向并未改变，仍然垂直于B与I所决定的竖直平面。概括总结：任意方向放于匀强磁场中的通电导线所受安培力的方向总是垂直于磁场方向与电流方向所决定的平面，但电流方向与磁场方向不一定垂直。例2．电流强度为I的通电导线放置于磁感应强度为B的匀强磁场中，导线所受安培力为F，则下列说法正确的是                                                                                                  [   ]A．匀强磁场中通电导线所受安培力F，磁感应强度B及电流I，三者在方向上一定互相垂直。B．若I、B方向确定，则F方向唯一确定。C．若F与B方向确定，则I方向唯一确定。151\nD．若F与B方向确定，则I方向不唯一确定，但I一定在与F垂直的平面内。E．若F与I方向确定，则B方向唯一确定。F．若F与I方向确定，则B方向不唯一确定，但B一定在与F垂直的平面内。答案：B、D、F正确。（三）课堂小结通过这节课的学习，我们知道放入匀强磁场中的通电导线所受安培力的大小由磁感应强度大小B、电流强度大小I以及磁场方向与电流方向的夹角θ三方面因素决定。而导线所受安培力的方向一定同时垂直于磁场方向和电流方向，即安培力垂直于磁场方向与电流方向所决定的平面，但磁场方向与电流方向不一定互相垂直。五、说明1．在本课教学中还应向学生说明，磁感应强度B只由磁场本身决定，而导线所受安培力F由B、I、L、θ共同决定。2．在教学中可简要说明F=BIL公式除了适用于匀强磁场中的通电导线外，也适用于非匀强磁场中的电流元。 磁场·磁场对运动电荷的作用力·教案 一、教学目标1．在物理知识方面的要求：①了解什么是洛仑兹力。②明确通电导线在磁场中的受力是其中运动电荷在磁场中受到洛仑兹力的宏观体现。③掌握判断洛仑兹力方向的法则。④能够推导计算洛仑兹力大小的公式（f=qvBsinθ）。2．通过观察演示实验认识并验证带电粒子在匀强磁场中的受力情况，借此培养学生观察能力、分析问题的能力。3．引导学生用分析、猜想、实验（观察）、理论验证的科学方法探求新知识，增强他们的能力。二、重点、难点分析151\n1．重点使学生理解安培力产生的根本原因是运动粒子在匀强磁场中受到洛仑兹力的作用，并掌握计算洛仑兹力的大小、判断洛仑兹力方向的方法。2．推导洛仑兹力大小的计算公式（f=qvBsinθ）有些抽象，学生不易认识和理解，是教学的难点，应加以注意。三、教具感应圈、机械效应阴极射线管、直进阴极射线管、马蹄形磁铁。四、主要教学过程（一）复习引入新课如图1所示，AB导体杆的两端分别用细线悬挂于O1、O2两点，AB导体杆处于竖直向下的匀强磁场中。提问：当开关闭合时，原本处于静止状态的导体杆状态将如何？通电直导线在垂直于自身的匀强磁场中会受到安培力的作用。依据左手定则，AB导体杆受到一个垂直黑板向外的安培力，因此AB导体杆将向黑板外的方向运动。（二）教学过程设计1．分析那么，安培力产生的本质原因是什么呢？开关的闭合与断开关系到导体杆是否受到安培力。开关的闭合与断开到底有什么本质上的不同？开关闭合后，AB中有定向移动的电荷，此时AB导体杆受到安培力。开关断开后，AB中没有定向移动的电荷，AB导体杆不受安培力。2．猜测运动电荷在磁场中会受到磁场力，安培力是大量运动电荷所受到的磁场力的宏观体现。3．实验（观察）实验目的是检验我们的猜测。因此，必须先提供运动电荷和磁场。此外，如何显示带电粒子的运动也是需要认真考虑的问题。151\n解决方案：感应圈产生高压，加在机械效应阴极射线管上可观察到叶轮发光并转动。若高压反向，则叶轮向相反方向转动。这样的方法得到带负电的粒子流——阴极射线。用改进的装置，直进阴极射线管进行实验。介绍仪器结构后，外加高压，出现一条亮线。加外部磁场并观察现象：亮线发生偏转。猜测得到验证。亮线表示的是带负电粒子流的运动轨迹，在外部磁场的作用下运动方向发生变化，表明其有加速度，进一步判定带负电粒子受到力的作用。改变磁场的方向，观察磁场力的方向。研究磁场方向与磁场力方向的关系并检验左手定则是否适用。4．理论推导洛仑兹力：运动电荷在磁场中所受到的力叫做洛仑兹力。依据安培力是大量运动电荷所受到的磁场力的宏观体现，可利用安培力计算单个运动电荷受到的洛仑兹力的大小f。在恒定电流中，自由电荷的定向运动可视为速度为v的匀速运动，引入分析：截取两横截面A和B，当AB导体杆中流过恒定电流I时，经历时间t0，则有N个带电量为q的粒子通过A截面且必定有相同的N即洛仑兹力的大小等于带电粒于的电量q、电荷的速度大小v、磁感应强度B以及速度与磁感应强度方向间夹角θ的正弦sinθ的乘积。在q、v保持不变的前提下，洛仑兹力的大小随着磁感应强度的大小以及速度与磁感应强度方向间夹角θ的变化而变化。θ=90°即速度方向与磁感应强度垂直，洛仑兹力最大；θ=0°或θ=180°即速度方向与磁感应强度方向在一条直线上，电荷受到的洛仑兹力最小，等于零。151\n5．几个关键点①公式f=qvBsinθ中，q、v、B、θ的含义。q：带电粒子所带电量的绝对值。v：带电粒子运动的速率。B：磁场磁感应强度的大小。θ：带电粒子运动方向与磁感应强度方向夹角。②应用左手定则判断方向时必须让磁感线穿入手心，四指指向正电荷运动的方向，此时拇指所指的方向才是洛仑兹力的方向。若带电粒子所带电性为正，四指指向就是带电粒子运动方向；若带电粒子电性为负，四指指向粒子运动的相反方向。（三）课堂小结本节课主要研究了一种新型的力——洛仑兹力。我们知道一切磁现象都可以归结为运动电荷间通过磁场的作用——磁现象的电本质。洛仑兹力恰恰是运动电荷在磁场所受到的作用。它的方向仍然服从左手定则，它的大小用公式f=qvBsinθ计算。安培力实际上是大量规律运动的带电粒子所受洛仑兹力的宏观体现。例1：如图3所示，某一带电粒子垂直射入一个垂直纸面向外的匀强磁场，并经过P点，试判断带电粒子的电性。（负）例2：有一束粒子，其中有正电性的、负电性的还有不带电的粒子，如何区分开它们？（通过一垂直于粒子运动方向的磁场）五、说明洛仑兹力与重力、弹力及摩擦力相比是比较抽象的，理解上也有一定的难度。直接指出该力的产生原因再进行推导，最后由实验验证也完全可以。然而考虑到该力的抽象性，从已知的安培力产生的本质原因入手，来解决这个问题会使学生更容易接受洛仑兹力大小计算式（f=qvBsinθ）的推导体现了物理与数学两门学科密切的关系，善于利用数学工具解决物理问题是学好物理必不可少的前提条件之一。整体教学过程安排的设想是为了培养学生用分析、猜想、实验（观察）、理论验证的科学方法探求新知识的能力。151\n磁场·磁场对运动电荷的作用·教案 一、教学目标1．通过实验掌握左手定则，并能熟练地用左手定则判断磁场对运动电荷的作用力——洛仑兹力的方向。2．理解安培力是洛仑兹力的宏观表现。3．根据磁场对电流的作用和电流强度的知识推导洛仑兹力的公式f=Bqv，并掌握该公式的适用条件。4．熟练地应用公式f=Bqv进行洛仑兹力大小的计算。二、重点、难点分析1．重点是洛仑兹力方向的判断方法左手定则和洛仑兹力大小计算公式的推导和应用。2．因电荷有正、负两种，在用左手定则判断不同的电荷受到的洛仑兹力方向时，要强调四指所指方向应是正电荷的运动方向或负电荷运动的反方向。3．洛仑兹力计算公式的推导是难点之一，这要从概念上讲解清楚。三、教具感应圈、低压直流电荷（学生电源或蓄电池）、阴极射线管，蹄形永久磁铁、导线若干。四、主要教学过程（一）引入新课1．设问：我们已经掌握了磁场对电流存在力的作用、安培力的产生条件和计算方法，那么磁场对运动电荷是否也有力的作用呢？回答：有。2．实验：演示电子束在磁场中的偏转，让同学注意当改变磁场方向时，电子束的偏转方向也随之改变。（二）教学过程设计151\n1．洛仑兹力（板书）通过上述实验，让学生思考：电子束在磁场中偏转的实验现象揭示了什么？定义：磁场对运动电荷存在着力的作用，我们把它称做洛仑兹力。2．洛仑兹力产生的条件（板书）通过实验，师生共同得出。结论：电荷电量q≠0，电荷运动速度v≠0，磁场相对运动电荷速度的垂直分量B⊥≠0，三个条件必须同时具备。在这里教师进一步强调，当运动电荷垂直进入磁场时受到磁场力的作用最大，教材只要求学生掌握这种情况。3．洛仑兹力方向的判断：（板书）进一步观察电子束垂直进入磁场时的偏转，并改变磁场方向。在黑板上作图表示，让同学找出一种判断方法。也可联系安培力方向的判断推理确定洛仑兹力方向的判断方法——左手定则。结论：洛仑兹力的方向判断也遵循左手定则。4．洛仑兹力的大小（板书）师生共同讨论得出。提问：（1）如何用（单位体积内含的运动电荷数n，每个电荷电量为q，电荷的平均定向移动速率是v，导线的横截面积是S）n、q、v、S来表示通电导线中的电流强度I？教师画图点拨，学生自己讨论得出（2）如何从合力的观点出发用洛仑兹力f来表达安培力F的值？（当通电导线垂直于磁场时）教师点拨，学生自己讨论得出F=LIB=Mf……②（N为导线中电荷总数）（3）让学生自己根据上面二个式子推出一个运动电荷垂直于磁场方向运动时受到的洛仑兹力的大小。①代入②式：L·nvSq·B=NfN=nLSf=Bqv151\n（4）提问：f=Bqv的适用条件是什么？答：当电荷q以速度v垂直进入磁感应强度为B的磁场中，它所受的洛仑兹力f=Bqv。（三）小结安培力是洛仑兹力的宏观表现。当运动电荷q以速度v垂直进入磁感应强度为B的磁场中，它受到的洛仑兹力f=Bqv。洛仑兹力的方向由左手定则来判断。当电荷运动速度平行于磁场方向进入磁场中，电荷不受洛仑兹力作用。（四）课堂练习1．如图所示，运动电荷电量为q=2×10-8C，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，求电荷受到的洛仑兹力的大小和方向。可以让六位同学上黑板上每人演算一小题，写出公式计算洛仑兹力的大小，并标明电荷受力方向。2．当一带正电q的粒子以速度v沿螺线管中轴线进入该通电螺线管，若不计重力，则[   ]A．带电粒子速度大小改变；B．带电粒子速度方向改变；C．带电粒子速度大小不变；D．带电粒子速度方向不变。五、说明151\n1．本节教材的重点是洛仑兹力产生的条件，洛仑兹力的大小和方向，难点是公式f=Bqv的推导，为突出重点和难点，该节内容不涉及带电粒子在磁场中的运动轨迹等问题。2．严格说，洛仑兹力的大小等于电荷电量q、电荷速率v、磁感应强度B以及v和B间夹角θ的正弦sinθ的乘积。当电荷运动速率方向与磁场方向垂直时，电荷受洛仑兹力最大，f=Bqv；当电荷运动方向与磁场方向一致时，电荷受洛仑兹力最小，等于零。因教材只要求学生掌握后两种情况的判断和计算，所以教案中只推导出θ=90°时的洛仑兹力f=Bqv。3．洛仑兹力属于微观力学范畴，充分利用实验让学生从感性知识入手，激发学生的兴趣，在讲解重点知识时，分步运用观察实验、提问、思考、讲解、推导等手段，让同学在积极参与的过程中理解和掌握本节知识内容。 磁场·带电粒子的圆周运动·教案 一、教学目标1．在物理知识方面：（1）理解带电粒子在匀强磁场中垂直于磁场方向运动时，为什么会做匀速圆周运动。（2）掌握带电粒子做圆周运动的半径公式与周期公式及其推导过程。（3）了解回旋加速器的工作原理，加深对半径公式与周期公式的理解。2．在培养学生能力方面，通过引导学生由洛仑兹力对运动电荷的作用力的分析，逐步得出带电粒子在磁场中的运动规律，以及通过让学生推导半径公式、周期公式等教学过程，培养学生的迁移能力，体会如何用已学知识来探讨研究新问题。3．通过对回旋加速器的介绍，开阔学生眼界，了解物理学知识在高新科技领域的应用，激发学生学习物理知识的兴趣。二、重点、难点分析1．通过对运动电荷所受洛仑兹力的分析及观察演示实验，使学生得出带电粒子垂直于磁场方向运动时，一定做匀速圆周运动的结论是本节重点之一。r径与周期T与哪些因素有关是本节又一重点。151\n3．“回旋加速器”是选修内容，电场、磁场在回旋加速器中的作用，电场变化周期与粒子在磁场中做圆运动的周期之间的关系是这部分教学的难点。三、教具1．ZJ82－B型洛仑兹力演示仪。2．挂图：回旋加速器工作原理图。四、主要教学过程1．提出问题，引入新课提问（1）：如图1所示，匀强磁场方向垂直纸面向里，一带负电的粒子以速度v垂直于磁场方向运动，磁场对电荷有什么作用？作用力的方向及大小如何？总结学生的回答：运动电荷受到洛仑兹力f的作用，作用力的方向与速度方向垂直，力的方向与速度方向在同一平面内，作用力的大小f=Bqv。提问（2）：根据牛顿第二定律，洛仑兹力对电荷的运动将产生什么样的作用？总结学生的回答：根据牛顿第二定律，洛仑兹力使电荷沿力的方向产生与速度方向垂直的加速度，这个加速度将使电荷运动方向发生改变。提问（3）：洛仑兹力会不会使电荷速度大小发生改变？为什么？总结学生的回答：不会，因为洛仑兹力方向总是与速度方向垂直，所以洛仑兹力对电荷不做功，电荷的动能不变，所以速度大小不变。这里还应强调由于洛仑兹力f=Bqv，当v的大小不变，f的大小也不会变。提问（4）：电荷在以后的运动过程中所受的洛仑兹力有什么特点，在这样的力的作用下电荷会做什么样的运动？总结学生的回答：电荷在运动过程中洛仑兹力的大小恒定，方向时刻与电荷运动方向垂直，这个力与物体做匀速圆周运动的向心力所起的效果完全相同，因此带电粒子将在垂直磁场方向的某平面内做匀速圆周运动，如图2所示。151\n以上是通过理论分析得出的结论，下面用实验来验证一下。2．演示带电粒子在磁场中的圆周运动（1）介绍实验装置及实验原理，告诉学生实验中的匀强磁场是由两个平行的通电环形线圈产生的，改变环形电流的强度可以改变磁场的强弱。（2）演示带电粒子在电场中被加速后的直线运动轨迹。（3）演示当建立与速度方向垂直的磁场后，带电粒子做圆周运动的轨迹，引导学生注意观察带电粒子圆周运动所在的平面与磁场方向的关系。（4）改变加速电场的电压，观察粒子圆周运动的半径发生什么样的变化；改变磁场的强弱，观察圆周运动的半径发生什么样的变化。通过以上教学过程可以使学生得出结论：当带电粒子垂直于磁场方向运动时，在洛仑兹力的作用下，带电粒子将做匀速圆周运动。下面根据演示中观察到圆半径会因某些因素变化而改变的现象，进一步讨论圆周运动的半径与周期。3．圆周运动的半径与周期公式（这部分教学以学生自己推导为主）（1）圆周运动的半径公式首先让学生回忆当物体做匀速圆周运动时，向心力与物体速度、圆半径之间有关系式然后引导学生思考：带电粒子在磁场中做圆周运动的向心力是谁提供的？其大小与什么有关？让学生自己推导得出：151\n老师总结：带电粒子做圆周运动的半径与磁感应强度B、粒子质量m、电量q及运动速率的大小有关；并对演示实验中半径变化原因做出解释。（2）周期公式让学生思考：如果知道了圆周运动的半径及粒子的速率，如何求出粒子转一圈所用的时间，即圆周运动的周期？使学生自己推导得出老师可提醒学生注意，虽然推导T时涉及了半径r与速率v，但最后结果中T的大小与r、v都无关。例：已知氢核与氦核的质量之比m1∶m2=1∶4，电量之比q1∶q1=1∶2，当氢核与氦核以相同的动量，垂直于磁场方向射入磁场后，分别做匀速圆周运动，则氢核与氦核半径之比r1∶r2=______，周期之比T1∶T2=______。若它们以相同的动能射入磁场后，其半径之比r′1∶r′2=______，周期之比T′1∶T′2=______151\n由于周期只与B、m、q有关，与v、r无关，所以4．介绍回旋加速器的工作原理在现代物理学中，人们为探索原子核内部的构造，需要用能量很高的带电粒子去轰击原子核，如何才能使带电粒子获得巨大能量呢？如果用高压电源形成的电场对电荷加速，由于受到电源电压的限制，粒子获得的能量并不太高。美国物理学家劳伦斯于1932年发明了回旋加速器，巧妙地利用较低的高频电源对粒子多次加速使之获得巨大能量，为此在1939年劳伦斯获诺贝尔物理奖。那么回旋加速器的工作原理是什么呢？学生自己阅读教材。展示挂图（图3）。可根据情况先由学生讲解后老师再总结。在讲解回旋加速器工作原理时应使学生明白下面两个问题：（1）在狭缝A′A′与AA之间，有方向不断做周期变化的电场，其作用是当粒子经过狭缝时，电源恰好提供正向电压，使粒子在电场中加速。狭缝的两侧是匀强磁场，其作用是当被加速后的粒子射入磁场后，做圆运动，经半个圆周又回到狭缝处，使之射入电场再次加速。（2）粒子在磁场中做圆周运动的半径与速率成正比，随着每次加速，半径不断增大，而粒子运动的周期与半径、速率无关，所以每隔相151\n就可使粒子每到狭缝处刚好得到正向电压而加速。老师还可向学生介绍回旋加速器的局限性以及当前各类加速器的性能及北京郊区正负电子对撞机的有关情况。 磁场·带电粒子在磁场中的运动·教案 一、教学目标1．根据洛仑兹力的特点，理解带电粒子垂直进入磁场做匀速圆周运动。2．以洛仑兹力为向心力推导出带电粒子在磁场中做圆运动的半径r=3．掌握速度选择器和质谱仪的工作原理和计算方法。二、重点、难点分析1．洛仑兹力f=Bqv的应用是该节重点。2．洛仑兹力作为向心力，是使运动电荷在磁场中做匀速圆周运动的本节的难点。3．对速度选择器和质谱仪的工作原理的理解和掌握也是本节的重点和难点。三、教具洛仑兹力演示仪。四、主要教学过程151\n（一）引入新课1．提问：如图所示，当带电粒子q以速度v分别垂直进入匀强电场和匀强磁场中，它们将做什么运动？（如图1所示）回答：平抛和匀速圆周运动。在此学生很有可能根据带电粒子进入匀强电场做平抛运动的经验，误认为带电粒子垂直进入匀强磁场也做平抛运动。在这里不管学生回答正确与错误，都应马上追问：为什么？引导学生思考，自己得出正确答案。2．观察演示实验：带电粒子在磁场中的运动——洛仑兹力演示仪。3．看挂图，比较带电粒子垂直进入匀强电场和磁场这两种情况下轨迹的差别。（二）教学过程设计1．带电粒子垂直进入匀强磁场的轨迹（板书）提问：①f洛 在什么平面内？它与v的方位关系怎样？②f洛 对运动电荷是否做功？③f洛 对运动电荷的运动起何作用？④带电粒子在磁场中的运动具有什么特点？通过学生的回答，展开讨论，让同学自己得出正确的答案，强化上节所学知识——洛仑兹力产生条件，洛仑兹力大小、方向的计算和判断方法。结论：（板书）①带电粒子垂直进入匀强磁场，其初速度v与磁场垂直，根据左手定则，其受洛仑兹力的方向也跟磁场方向垂直，并与初速度方向都在同一垂直磁场的平面内，所以粒子只能在该平面内运动。151\n②洛仑兹力总是跟带电粒子的运动方向垂直，它只改变粒子运动的方向，不改变粒子速度的大小，所以粒子在磁场中运动的速率是恒定的，这时洛仑兹力的大小f=Bqv也是恒定的。③洛仑兹力对运动粒子不做功。④洛仑兹力对运动粒子起着向心力的作用，因此粒子的运动一定是匀速圆周运动。2．带电粒子在磁场中运动的轨道半径提问：①带电粒子做匀速圆周运动时，什么力作为向心力？F心=f洛=Bqv                                    （1）②做匀速圆周运动的物体所受的向心力F心与物体质量m、速度v和半径r的关系如何？F心=mv2／r                                     （2）进而由学生自己推出讨论：①粒子运动轨道半径与哪些因素有关，关系如何？②质量不同电量相同的带电粒子，若以大小相等的动量垂直进入同一匀强磁场，它们的轨道半径关系如何？③速度相同，荷质比不同的带电粒子垂直进入同一匀强磁场，它们的轨道半径关系如何？④在同一磁场中做半径相等的圆周运动的氢、氦原子核，哪个运动速度大？3．带电粒子在磁场中的运动周期提问：151\n①圆周长与圆半径有何关系？周长=2πr②圆周运动的周期与周长和速率的关系如何？③推出带电粒子在磁场中的周期讨论：①带电粒子在磁场中做圆周运动的周期大小与哪些因素有关？关系如何？②同一带电粒子，在磁场中做圆周运动，当它的速率增大时，其周期怎样改变？③速率不同、质量也不同的两带电粒子进入同一磁场做圆周运动，若它们的周期相同，则它们相同的物理量还有哪个？4．速度选择器的工作原理提问：①带电粒子（带正电）q以速度v垂直进入匀强电场，受电场力作用，运动方向将发生偏转，如图2所示。若在匀强电场范围内再加一个匀强磁场，使该带电粒子的运动不偏转，求所加匀强磁场的方向和磁感应强度的大小。引导学生利用所学知识自己分析得出结论。分析：电荷进入电场，受垂直向下的电场力作用而偏转，若使它不发生偏转，电荷受所加磁场的洛仑兹力方向一定与电场力方向相反，根据左手定则和洛仑兹力方向确定磁场方向：垂直纸面、背向读者，如图3所示。151\n因为 f洛=F安若我们在该装置前后各加一块挡板，让电量相同的不同速度的带电粒子从前边挡板中小孔射入，经过匀强电场和磁场，只有其运动速度刚好满足f洛=F安的粒子运动轨迹不发生偏转，从第二块挡板上小孔中射出。改变匀强电场或匀强磁场的大小，就可以得到不同速度的带电粒子。这个装置就叫做速度选择器。由上面的关系很容易推导出通过速度选择器②若将一个能通过某速度选择器的正电荷换成一个电量相等速度不变的负电荷，它还能通过该速度选择器吗？为什么？回答：能。因为虽然它所受电场力和洛仑兹力方向都与正电荷方向相反，但大小仍然相等，其合力仍然为零，所以能通过。5．质谱仪同的速度垂直进入同一匀强磁场，如图4，求它们运动的轨道半径之比是多少？151\n别有：以上装置就是质谱仪，它可以很方便地帮助我们发现一些元素的同位素，或计算一些带电粒子的质量或荷质比。（三）课堂小结带电粒子垂直进入匀强磁场时，受到一个大小不变而且始终与其速度方向垂直的洛仑兹力作用，此力对带电粒子不做功，只改变粒子的速度方向，不改变其速度大小，粒子将做匀速圆周运动，其轨道半径为r=粒子（质量、电荷不相同），其r与mv成正比，五、说明1．本节在研究带电粒子在磁场中做圆周运动的规律时，首先要强调“在匀强磁场中”和“v垂直于B”这两个条件。2．轨道半径和周期的推导应强调推导的过程和涉及的旧知识，对于对其结果的讨论上，使学生理解该结论的内涵和外延。151\n3．在上述问题都很好地掌握的基础上，再讲速度选择器和质谱仪，这两部分内容其实就是新旧知识的实际应用。4．关于带电粒子在磁场中的偏转量计算问题，因用到不少平面几何知识，可放在以后的习题课中解决。 电磁感应·电磁感应现象·教案 一、教学目标 1．在物理知识方面．(1)理解什么是电磁感应现象；(2)掌握产生感应电流的条件．2．在能力培养方面．通过观察演示实验，归纳、概括出利用磁场产生电流的条件，培养学生的观察、概括能力． 二、重点、难点分析 1．重点：使学生掌握只要闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生感应电流．2．难点：闭合电路磁通量的变化． 三、教具 蹄形磁铁，条形磁铁，电流计，原副线圈，滑动变阻器，开关，导线若干，电池，计算机，演示切割磁感线及磁通量变化软件．151\n 四、主要教学过程 (一)发现电磁感应现象的背景1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流能够产生磁场——电流的磁效应，揭示了电和磁之间存在着联系，受到这一发现的启发，人们开始考虑这样一个问题：既然电流能够产生磁场，反过来，利用磁场是不是能够产生电流呢？不少科学家进行了这方面的探索，英国科学家法拉第，坚信电与磁有密切的联系．经过10年坚持不懈的努力，于1831年终于取得了重大的突破，发现了利用磁场产生电流的条件．(二)用实验方法研究产生感应电流的条件实验1：导体不动；导体向上、向下运动；导体向左或向右运动．引导学生观察实验并进行概括．归纳：闭合电路的一部分导体做切割磁感线的运动时，电路中就有电流产生．用计算机模拟“切割磁感线”的运动．理解“导体做切割磁感线运动”的含义：切割磁感线的运动，就是导体运动速度的方向和磁感线方向不平行．151\n问：导体不动，磁场动，会不会在电路中产生电流呢？实验2：用计算机模拟“条形磁铁插入、拔出螺线管．注意：条形磁铁插入、拔出时，弯曲的磁感线被切割，电路中有感应电流．引导学生观察实验并进行概括：无论是导体运动，还是磁场运动，只要导体和磁场之间发生切割磁感线的相对运动，闭合电路中就有电流产生．过渡：闭合电路的一部分导体切割磁感线时，穿过电路的磁感线条数发生变化．如果导体和磁场不发生相对运动，而让穿过闭合电路的磁场发生变化，会不会在电路中产生电流呢？实验3：线圈电路接通、断开；滑动变阻器滑动片左、右滑动．在观察实验现象的基础上，引导学生分析上述现象的物理过程：因为电流所激发的磁场的磁感应强度B总是正比于电流强度I，即B∝I．电路的闭合或断开控制了电流从无到有或从有到无的变化；变阻器是通过改变电阻来改变电流的大小的，电流的变化必将引起闭合电路磁场的变化，穿过闭合电路的磁感线条数的变化——磁通量发生变化，闭合电路中产生电流．用计算机模拟电路中S断开、闭合，滑动变阻器滑动时，穿过闭合电路磁场变化情况：151\n不论是导体做切割磁感线的运动，还是磁场发生变化，实质上都是引起穿过闭合电路的磁通量发生变化．综上所述，总结出：1．不论用什么方法，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有电流产生．这种利用磁场产生电流的现象叫电磁感应，产生的电流叫感应电流．2．产生感应电流的条件．(1)电路必须闭合；(2)磁通量发生变化．引导学生分析磁通量发生变化的因素：由Ф=B·Ssinθ可知：当①磁感应强度B发生变化；②线圈的面积S发生变化；③磁感应强度B与面积S之间的夹角θ发生变化．这三种情况都可以引起磁通量发生变化．3．举例．(1)闭合电路的一部分导体切割磁感线：(2)磁场不变，闭合电路的面积变化：151\n(3)线圈面积不变，线圈在不均匀磁场中运动；(4)线圈面积不变，磁场不断变化：(三)课堂小结产生感应电流的条件是穿过闭合电路的磁通量发生变化．这里关键要注意“闭合”与“变化”两词．就是说在闭合电路中有磁通量穿过但不变化，即使磁场很强，磁通量很大，也不会产生感应电流．当然电路不闭合，电流也不可能产生． 电磁感应·感应电流的方向 楞次定律·教案 一、教学目标 1．通过观察演示实验，探索和总结出感应电流方向的一般规律．2．掌握楞次定律和右手定则，并会应用它们判断感应电流的方向． 二、重点、难点分析 使学生清楚地知道，引起感应电流的磁通量的变化和感应电流所激发的磁场之间的关系是这一节课的重点，也是难点． 三、教具 演示电流计，线圈(外面有明显的绕线标志)，导线两根，条形磁铁，马蹄形磁铁，线圈． 四、主要教学过程151\n (一)复习提问、引入新课1．产生感应电流的条件是什么？2．在课本插图中，将磁铁插入线圈时，线圈中是否产生感应电流？为什么？穿过线圈的磁通量，是怎样变化的？将磁铁拔出线圈时，线圈中是否产生感应电流？为什么？穿过线圈中的磁通量是怎样发生变化的？3．在做上述实验时，线圈中产生的感应电流有何不同呢？电流表指针有时向右偏转，有时向左偏转，感应电流的方向不同．怎样确定感应电流的方向呢？这就是我们这节课要解决的问题．(二)新课教学1．实验．(1)选旧干电池用试触的方法确定电流方向与电流表指针偏转方向的关系．明确：对电流表而言，电流从哪个接线柱流入，指针向哪边偏转．(2)闭合电路的一部分导体做切割磁感线的情况．a．磁场方向不变，两次改变导体运动方向，如导体向右和向左运动．b．导体切割磁感线的运动方向不变，改变磁场方向．根据电流表指针偏转情况，分别确定出闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，产生的感应电流方向．感应电流的方向跟导体运动方向和磁场方向都有关系．感应电流的方向可以用右手定则加以判定．右手定则：伸开右手，让拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，让磁感线垂直从手心进入，拇指指向导体运动方向，其余四指指的就是感应电流的方向．151\n(3)闭合电路的磁通量发生变化的情况：实线箭头表示原磁场方向，虚线箭头表示感应电流磁场方向．分析：(甲)图：当把条形磁铁N极插入线圈中时，穿过线圈的磁通量增加，由实验可知，这时感应电流的磁场方向跟磁铁的磁场方向相反．(乙)图：当把条形磁铁N极拔出线圈中时，穿过线圈的磁通量减少，由实验可知，这时感应电流的磁场方向跟磁铁的磁场方向相同．(丙)图：当把条形磁铁S极插入线圈中时，穿过线圈的磁通量增加，由实验可知，这时感应电流的磁场方向跟磁铁的磁场方向相反．(丁)图：当条形磁铁S极拔出线圈中时，穿过线圈的磁通量减少，由实验可知，这时感应电流的磁场方向跟磁铁的磁场方向相同．通过上述实验，引导学生认识到：凡是由磁通量的增加引起的感应电流，它所激发的磁场一定阻碍原来磁通量的增加；凡是由磁通量的减少引起的感应电流，它所激发的磁场一定阻碍原来磁通量的减少．在两种情况中，感应电流的磁场都阻碍了原磁通量的变化．楞次定律：感应电流具有这样的方向，就是感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化．说明：对“阻碍”二字应正确理解．“阻碍”不是“阻止”，而只是延缓了原磁通的变化，电路中的磁通量还是在变化的．例如：当原磁通量增加时，虽有感应电流的磁场的阻碍，磁通量还是在增加，只是增加的慢一点而已．实质上，楞次定律中的“阻碍”二字，指的是“反抗着产生感应电流的那个原因．”2．判定步骤(四步走)．(1)明确原磁场的方向；(2)明确穿过闭合回路的磁通量是增加还是减少；151\n(3)根据楞次定律，判定感应电流的磁场方向；(4)利用安培定则判定感应电流的方向．3．练习：(1)如图所示，导体杆ab向右运动对，电路中产生的感应电流方向．用两种方法判断．用楞次定律判定感应电流的方向跟用右手定则判断的结果是一致的．右手定则可看作是楞次定律的特殊情况．对于闭合电路的一部分导体切割磁感线而产生感应电流的情况，用右手定则来判断感应电流的方向往往比用楞次定律简便．(2)如图所示，试判断发生如下变化时，在线框abcd中是否有感应电流？若有，指出感应电流的方向？①b向外拉；②b向里压；③线框abcd向上运动；④线框abcd向下运动；⑤线框abcd向左运动；⑥P向上滑动；⑦P向下滑动；⑧以MN为轴，线框向里转；⑨以ab为轴，cd向外转；151\n⑩以ad为轴，bc向里转．(三)课堂小结1．右手定则是楞次定律的特例．楞次定律和右手定则都是用来判定感应电流方向的．但右手定则只局限于判定导体切割磁感线的情况；而楞次定律则适用于一切电磁感应过程，因此，可以把右手定则看作是楞次定律的特殊情况．2．楞次定律符合能的转化和守恒定律．楞次定律实质上是能的转化和守恒定律在电磁感应现象中的体现．举例：(1)导体ab向右运动，闭合回路磁通量增加．“感应电流的磁通量阻碍原磁通量的增加”，因此，回路中感应电流为逆时针方向．在这一过程中完成了机械能→电能→内能的转化．(2)条形磁铁自上向下运动时，通过闭合回路的磁通量增加，感应电流“阻碍原磁通增加”，尽管不知条形磁铁下端是什么极，但可以肯定，导体ab、cd互相靠拢以阻碍内部磁通量增加．在这一过程中，完成了机械能→电能→机械能+内能的转化．上述的“阻碍”过程，事实上就是一个其它形式能向电能转化的过磁感应·法拉第电磁感应定律·教案 一、教学目标 1．在物理知识方面的要求．(1)掌握导体切割磁感线的情况下产生的感应电动势．151\n(2)掌握穿过闭合电路的磁通量变化时产生的感应电动势．(3)了解平均感应电动势和感应电动势的即时值．2．通过推理论证的过程培养学生的推理能力和分析问题的能力．3．运用能的转化和守恒定律来研究问题，渗透物理思想的教育． 二、重点、难点分析 1．重点是使学生掌握动生电动势和感生电动势与哪些因素有关．2．在论证过程中怎样运用能的转化和守恒思想是本节的难点． 三、主要教学过程 (一)引入新课复习提问：在发生电磁感应的情况下，用什么方法可以判定感应电流的方向？要求学生回答出：切割磁感线时用右手定则；磁通量变化时用楞次定律．(二)教学过程设计1．设问．既然会判定感应电流的方向，那么，怎样确定感应电流的强弱呢？既然有感应电流，那么就一定存在感应电动势．只要能确定感应电动势的大小，根据欧姆定律就可以确定感应电流了．2．导线切割磁感线的情况．151\n(1)如图所示，矩形闭合金属线框abcd置于有界的匀强磁场B中，现以速度v匀速拉出磁场，我们来看感应电动势的大小．在水平方向ab边受到安培力Fm=BIl的作用．因为金属线框是做匀速运动，所以拉线框的外力F的大小等于这个安培力，即F=BIl．在匀速向外拉金属线框的过程中，拉力做功的功率P=F·v=BIlv．拉力的功并没有增加线框的动能，而是使线框中产生了感应电流I．根据能的转化和守恒定律可知，拉力F的功率等于线框中的电功率P′．闭合电路中的电功率等于电源电动势ε(在这里就是感应电动势)与电流I的乘积．显然 Fv=εI，即 BIv=εI．得出感应电动势 ε=Blv．                                                         (1)式中的l是垂直切割磁感线的有效长度(ab)，v是垂直切割磁感线的有效速度．(2)当ab边与磁感线成θ角(如图2)做切割磁感线运动时，可以把速度v分解，其有效切割速度v⊥＝v·sinθ．那么，公式(1)可改写为：ε＝Blvsinθ．                                        (2)这就是导体切割磁感线时感应电动势的公式．在国际单位制中，它们的单位满足：V=Tm2/s．3．穿过闭合电路的磁通量变化时．(1)参看前图，若导体ab在Δt时间内移动的位移是Δl，那么151\n式中lΔl是ab边在Δt时间内扫过的面积．lΔlsinθ是ab边在Δt时间内垂直于磁场方向扫过的有效面积．BlΔlsinθ是ab边在Δt时间内扫过的磁通量(磁感线的条数)，对于金属线框abcd来说这个值也就是穿过线框磁通量在Δt时间内的变化量ΔФ．这样(3)式可简化为(2)在一般情况下，线圈多是由很多匝(n匝)线框构成，每匝产生的感应电动势均为(4)式的值，串联起来n匝，则线圈产生的感应电动势可用表示．这个公式可以用精密的实验验证．这就是法拉第电磁感应定律的表达式．(3)电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比．这就是法拉第电磁感应定律．4．几个应该说明的问题．(1)在法拉第电磁感应定律中感应电动势ε的大小不是跟磁通量Ф成正比，也不是跟磁通量的变化量ΔФ成正比，而是跟磁通量的变化率成正比．(2)法拉第电磁感应定律反映的是在Δt一段时间内平均感应电动势．只有当Δt趋近于零时，才是即时值．(3)公式ε=Blvsinθ中，当v取即时速度则ε是即时值，当v取平均速度时，ε是平均感应电动势．(4)当磁通量变化时，对于闭合电路一定有感应电流．若电路不闭合，则无感应电流，但仍然有感应电动势．(5)感应电动势就是电源电动势，是非静电力使电荷移动增加电势能的结果．电路中感应电流的强弱由感应电动势的大小ε和电路总电阻决定，符合欧姆定律．(三)课堂小结1．导体做切割磁感线运动时，感应电动势可由ε=Blvsinθ确定．151\n2．穿过电路的磁通量发生变化时，感应电动势由法拉第电磁感应定3．感应电动势就是电源电动势．有关闭合电路相关量的计算在这里都适用．4．同学们应该会证明单位关系：V=Wb/s． 五、教学说明 1．这一节课是从能的转化和守恒定律入手展开的，其目的在于渗透一点物理思想．2．这一节课先讲动生电动势再过渡到感生电动势，其目的是隐含地告诉学生在某些情况下两者是一致的、统一的．3．建电磁感应·法拉第电磁感应定律复习课·教案 一、教学目标 1．在物理知识方面要求．(1)通过复习，进一步理解感生电动势的概念，明确感生电动势的作用；(2)在复习巩固的基础上，熟练掌握法拉第电磁感应定律．2．通过本节复习，培养学生运用物理知识，分析和解决一些实际问题的能力． 二、重点、难点分析 1．重点是对法拉第电磁感应定律的进一步理解和运用；2．难点是法拉第电磁感应定律的综合运用．151\n 三、教具 投影片(或小黑板)． 四、主要教学过程 (一)复习引入新课1．叙述法拉第电磁感应定律的内容．2．写出其表达式．ε=BLv的区别和联系．由图1所示，讲清图中各示意，引导学生共同推导．设在Δt时间内，导体MN以速度v切割磁感线，移动距离为d=vΔt，设MN长为L，这一过程中，回路磁通量变化为ΔФ=Ф2-Ф1=B(s+d)L-BsL151\n=BLd．根据法拉第电磁感应定律，说明：上述推导需条件：磁感应强度B、导线切割速度v与长度L三者互相垂直，若上述三垂直中只有二垂直，而v与B不垂直，设夹角为θ，再请全体学生推导ε的计算式．教师指点方法：将v分解，其中与磁感线平行的速度分量没有作用，有效切割速度为vsinθ(图2)，因此得：ε=BLvsinθ．指出上式中当θ=90°时，ε=BLvsin90°=BLv．5．关于ε=BLvsinθ的意义．(1)sinθ的意义是把公式中的B、L、v转化为两两垂直：①vsinθ=v⊥，是将切割磁感线的速度v分解为垂直于B和L的有效分量；②Bsinθ=B⊥，是将磁感应强度B分解为垂直于v和L的有效分量；③Lsinθ=L⊥，是将导体长L等价成垂直于B和v的有效长度．在上述分解和转化的方法是等价的，所得结果完全相同．(2)在上式中，若速度v是即时速度，则电动势ε即为即时电动势；若速度v是平均速度，则电动势ε即为平均电动势．(二)主要教学过程设计例1 投影片．如图3所示，宽L=0.5m的平行长金属导轨与水平面夹角θ=37°．与导轨平面垂直的匀强磁场磁感应强度B=1.0T．质量m=100g的金属棒ab垂直两导轨放置，其电阻r=1Ω，与导轨间滑动摩擦因数μ=0.25．两导轨由R=9Ω的电阻在下端相连．导轨及导轨与ab棒接触电阻不计(取sin37°=0.6，cos37°=0.8，g=10m/s2)．求：151\n(1)当ab沿轨道向下运动，速度v=10m/s时，ab棒运动的加速度．(2)ab棒沿轨道下滑的最大速度．(3)ab棒以最大速度运动时，重力对ab棒做功的功率，ab棒产生的电功率以及输出电功率．首先留出点时间，让学生认真审题、分析和思考，并能写出初步的解答方案．对较困难的学生，教师可适当引导，然后找两个典型解答，请同学在黑板上板演．①ab棒在导轨上下滑时受力情况如图4所示，其中磁场力F=BIL=当v=10m/s时，ab棒运动的加速度大小是②当ab棒在导轨上运动加速度变为零时，开始做匀速运动，这时ab运动速度有最大值．由上述方程可知：mgsinθ-μmcosθ-B2L2v/(R＋r)=0，151\n=16(m/s)．③重力做功的功率．P1=mgvsinθ=0.1×10×16×0.6=9.6(W)．金属棒ab产生的电功率输出电功率适当归纳解答本题的思路，然后提出作为导体转动的情况其感生电动势应如何求．例2 如图5所示，长L=10cm的金属棒ab在磁感应强度B=2T的匀强磁场中以a端为轴，在垂直磁场方向的平面内以角速度ω=10rad/s做顺时针方向的匀速转动．ab两端的电势差是____V，a、b两端________端电势高，____端电势低．若ab以中点为轴转动，其它条件不变，ab两端电势差为____V．组织同学审题后，学生会发现，本题中金属棒ab转动时，棒上各点速率不同．因此欲求其感生电动势ε，需要找出一个等效点，采用求平另外有的同学也可能提出运用表达式ε=ΔФ/Δt的方法．这时，教师应按同学的思路，找在Δt时间内，棒ab转过的角度Δθ=ωΔt，扫过的面积ΔS．相应的磁通量变化ΔФ=BΔS．然后利用151\n方法一：(1)ab导体以a端为轴做切割磁感线运动时，导体上各点速度大小不同．b端速度vb=ωL，a端速度为零．其它各点的速度与该点到a点的距离成正比．计算ab切割磁感线产生感生电动势时的速度可采用a、b两点速度的平均值，即若在a、b两端接上外电路，由右手定则可知感生电流由b端流出，ab作为电源，b端电势高．若没有构成闭合电路时，ab两端电势差就是电动势ε．(2)以ab中点为轴转动时，a端、b端电势都比中点电势高．而且a、b与中点的电动势相等，a、b两点电势相等，电势差为零．四个空依次填：0.1，b，a，0．方法二：(略)归纳本题解答思路，提出将本题改造如下．例3 投影片．一导体圆环的电阻为4Ω，半径为0.05m，圆环平面垂直匀强磁场，如图6所示放置．磁感应强度为4T，两根电阻均为2Ω的导线Oa和Ob，Oa固定，a端b端均与环接触，Ob以4rad/s的角速度逆时针沿圆环转动．求：当Ob的b端从a端滑过180°时，通过导线Oa中的电流是多少？组织学生审题后，学生会发现，本题是金属导线Oa、Ob绕O轴转动．欲求感生电动势ε，应该选用哪个表达式会感到困惑．这时可引导学生，由于棒上各点速率不同．到底选哪个点合适，可提出等效取平均的方法．可仿效例2解法一．当然还可以用其它方法．但因有两根又如何？方法一：151\n导线Ob在磁场中绕着O点旋转，切割磁感线产生感应电动势ε不变方法二：由法拉第电磁感应定律来看，导线Ob在单位时间内扫过的面积是：Ob导线b端在圆环上的位置变化，只改变了图7中R1与R2的阻值．由闭合电路欧姆定律，Oa中的电流：当Ob从Oa转180°，有R1=R2=2Ω，代入上式路结构变化时的方法和步骤，使学生在学习这部分内容时，也对电路问题作了一定的复习与巩固工作．最后提出线圈在磁场中转动时，如何求其感生电动势．151\n例4 如图8所示，边长为a，总电阻为R的闭合正方形单匝线框，放在磁应强度为B的匀强磁场中，磁感线与线框平面垂直．当线框由图示位置转过180°角过程中，流过线框导线横截面的电量是多少？学生审题后会发现，本题与前三例均不同，这情况感生电动势的求法一时难以想象出，不过这时可做些提示，具体如下：线框在磁场中转动过程中，转到不同位置时，线框中产生的感应电动势的即时值不同，因而线框中的感应电流也不同．解答本题的关键是如何理解和计算转180°角过程中穿过线框的磁通量的变化量．可以这样理解：一个平面有正、反两面，从正面穿入的磁通量设为正值，则从另一面穿入的磁通量就是负值、线框处于如图8所示位置时，磁感线从线框一面穿入，磁通量是Ф1=BS=Ba2，转过180°后磁感线从线框的另一面穿入，这时的磁通量就是Ф2=-BS=-Ba2，先后两次穿过线框磁通量的值相等，但正负不同，那么线框转180°过程中磁通量的变化量为ΔФ=Ф2-Ф1=-Ba2-Ba2=-2Ba2．取绝对值就是2Ba2．由此，可应用法拉第电磁感应定律求转180°过程中的平均感应电动势，最后应用欧姆定律和电流强度的定义式就可以求通过线框截面的电量．设线框转180°所用时间为Δt，在这段时间内穿过线框的磁通量的变化量为ΔФ=2Ba2，根据法拉第电磁感应定律可得这一过程中平均感应电动势的大小为根据欧姆定律，Δt时间内线框中平均电流强度为在Δt内流过线框某横截面积的电量151\n组织学生归纳本类问题的解答思路与方法．同时提出前述四例均是磁场恒定，即磁感应强度B为恒矢量．在有的例题中求感生电动势应用化时又该如何解答呢？请看投影片．例5 如图9所示，在一个匀强磁场中，有两个用粗细相同的同种金属导线制成的闭合圆环a和b，它们半径之比为2∶1，线圈平面与磁场方向垂直．如果匀强磁场的磁感应强度随时间均匀增大，则a、b环中感应电流之比为____，感应电流电功率之比为________．给出一定时间，让学生思考．磁感应强度B随时间均匀变化，在面积S不变的情况下，则穿过该面积S的磁通量Ф也同样均匀变化．将学生引导到这一步，问题也就真相大白了．具体分析解答如下：(1)设金属导线单位长电阻为R0，b环的半径为rb，a环半径为ra，其中ra=2rb．则a、b环导线电阻Ra=4πraR0，Rb=2πrbR0．磁感应强度随时间均匀变化，即磁感应强度变化率不变．磁感应强度随时间均感应电流分别为151\n(2)感应电流电功率Pa、Pb分别为a、b的电功率之比两个空依次填2∶1，8∶1．组织同学归纳总结本题的解答思路．提出解答这类问题时应注意的问题．然后提出，在本题中改造一下．例如，把线圈(或圆环)的方位调整一下，可使线圈平面与磁场方向成θ角．在这种情况下，有哪些量发生变化？请看投影片．例6 如图10所示，一闭合圆形线圈放在匀强磁场中，线圈的平面与磁场方向成θ角，磁感应强度随时间均匀变化，变化率为一定值．在下述办法中用哪一种可以使线圈中感应电流的强度增加一倍   [   ]A．线圈的匝数增加一倍B．把线圈的半径增加一倍C．把线圈的面积增加一倍151\nD．改变线圈轴线对磁场的方向E．把线圈的匝数减少到原来的一半分析本题有一定困难．教师可先给学生一定时间，思考和讨论一下．这样学生之间互相启发，可使他们的思路宽广些．这时教师及时做出评价，归纳解答的基本思路．首先要考虑影响线圈中电流强度的因素，由欧姆定律可得：I=ε/R．由法拉第电磁感应定律可知其中线圈垂直于磁感线的有效面积S⊥为S⊥=πr2cosθ．再由电阻定律上式中的S0是线圈导线的横截面积，ρ是导线的电阻率．联立上述公式可得：上式表明：当磁感应强度均匀变化(即变化率一定)时，在闭合线圈导线的截面积S0和电阻率ρ不变的条件下，线圈中的电流强度I仅与线圈的半径r和线圈轴线与磁感线方向夹角的余弦有关．要使I增加一倍，只有使r增加一倍．因为cosθ的最大值不能超过1，改变θ的值不能使cosθ增加一倍．所以本题的正确选项只能是B．(三)课堂小结151\n组织学生归纳总结法拉第电磁感应定律应用的基本思路与方法． 五、教学说明 由于是复习课，故设计安排了较多的内容．而且，前后知识的联系有一段距离，学生可能会感到有些吃力，特别是基础较差的学生会困难更多．也正因为是这样，教师可在课前作些知识准备．这样可降低难度，学生会接受好些．从时间上讲，由于内容量和难度关系，可安排两课时完成．教师在讲述问题时，切不可就题论题，应把重点放在充分发挥学生学习的主动性和能动性上．每个问题都应留给学生一定思考、分析、讨论的时间，教师应允许课上争论，并及时做出评价．这样师生共同总结归纳运用法拉第电磁感应定律解答问题的基本思路与方法．顺便指出，复习课上的例题由于综合性比较强，教师可在其中穿插些过渡性知识，以此来进行有效的衔接．对于较差的学校，教师可灵活掌握．议本节课后安排一节习题课来加以巩固．电磁感应·磁场、电磁感应阶段复习课·教案 教学目标 1．在物理知识方面要求．(1)通过复习掌握本单元中的电磁现象．①电流周围存在磁场；②磁场对电流(运动电荷)的作用；③电磁感应．(2)通过复习理解以上电磁规律的物理含义．2．结合本单元的复习，教给学生归纳、总结知识的能力．151\n3．在复习巩固的基础上，进一步培养学生综合运用知识的能力；提高学生高度概括、灵活运用的能力． 二、重点、难点分析 1．重点是对基本概念(如磁通量Ф、磁通量变化量ΔФ、磁通量变化率ΔФ/Δt)的加深理解；磁场对电流(运动电荷)的作用和对法拉第电磁感应定律的理解和运用．2．难点是法拉第电磁感应定律的综合运用和楞次定律的运用． 三、教具 投影片． 四、主要教学过程 (一)电磁现象基本设计思想：师生讨论、归纳总结出电磁现象．提问：在磁场、电磁感应中，我们学习了哪些电磁现象？学生回忆：联想后可能回答：1．电流(运动电荷)周围存在磁场；2．磁场对电流(运动电荷)存在力的作用；3．电磁感应．根据学生回答，列成表格形式，进一步提问这些现象的规律以及应用等内容．然后，逐项填入相应位置，从而整理成系统化知识内容．151\n打出投影片．电磁现象规 律方 向运 用 1．电流(运动电荷)周围存在磁场某点的磁感应强度与场电流的大小成正比B∝I．电流方向与磁感应强度方向遵从安培定则电磁铁电磁继电器2．磁场对电流(运动电荷)存在作用力通电导体在磁场中受到安培力F=ILBsinθ(θ是导体与磁感应强度的夹角)运动电荷在磁场中受到洛仑兹力f=qvBsinθ(θ是v与B的夹角)电流方向与磁感应强度方向、磁场力的方向之间遵从左手定则电动机3．电磁感应①导体切割磁场②回路中磁通量变化③电路中自身电流变化ε=LvB(要求：L、v、B彼此垂直，有两个量平行时ε=0)速度方向、磁感应强度方向、感生电流方向遵从右手定则遵从楞次定律发电机 变压器高频感应炉镇流器 (二)应注意的几个问题1．磁通量、磁通量的变化量及磁通量的变化率．(1)磁通量Ф=BS⊥(S⊥是S在垂直于B的平面上的投影)，可以用穿过面的磁感线数表示。(2)磁通量的变化量ΔФ=Ф2-Ф1．磁通量变化包括：磁感应强度B变化，面积S变化，S与B的夹角变化．(3)磁通量的变化率ΔФ/Δt，表示磁通量变化的快慢．注意：在闭合电路中是否产生感生电动势，不是取决于有无磁通量，而是取决于有无磁通量的变化．感生电动势的大小不是取决于磁通量的变化量而是取决于磁通量的变化率．ε=ΔФ/Δt．Ф、ΔФ、ΔФ/Δt的物理意义不同．2．导体在磁场中运动产生电动势的情况．151\n(1)平动．在图1A．、B．中，两个导体产生感生电动势的数学表达式相同即ε=BLv．(2)转动．①直导体绕固定轴．如图2所示，导线OMN在与磁场方向垂直的平面内，以角速度ω在匀强磁场中沿逆时针方向绕O点匀速转动，磁感应强度为B，方向垂直指向纸里，MN的电动势多大？由于MN上各点的切割速度不等，应当用MN上各点的平均速度也就是MN中点的速度进行计算．设OM=r1，ON=r2，则②矩形线圈绕固定轴．151\n如图3所示，边长分别为L1、L2的矩形线围绕OO′轴在匀强磁场中以角速度ω匀速转动，磁感应强度为B，方向与纸面平行向左，求感生电动势．如果从图中所示位置开始计时，感生电动势为当t=0时，线圈平面与磁场平行，磁通量Ф最小，Фmin=0，感生电动势ε最大．εmax=BSω．Фmax=BL1L2=BS．感生电动势ε最小．εmin＝0．(三)解决磁场和电磁感应问题的基本思路与方法1．基本思路．(1)研究磁场中的力学问题，仍按力学中的方法分析，在分析力时要考虑到磁场力．这对于研究导体受力、运动电荷受力问题特别重要．要记住洛仑兹力的性质：洛仑兹力永远与v垂直，永远不做功．(2)研究电磁现象，应根据电流周围产生磁场，电流在磁场中受力的规律，闭合电路中磁通量变化产生感生电流，对问题全面加以分析解决．在这当中，还要重视物理状态的确定与过程的分析．这一点对于存在着几种能量互相转化的物理问题非常重要．2．典型问题分析．151\n例1 投影片．甲、乙两个完全相同的带电粒子，以相同的动能在匀强磁场中运动．甲从B1区域运动到B2区域，且B2＞B1；乙在匀强磁场中做匀速圆周运动，且在Δt时间内，该磁场的磁感应强度从B1增大为B2，如图4所示．则当磁场为B2时，甲、乙二粒子动能的变化情况为                      [   ]．A．都保持不变B．甲不变，乙增大C．甲不变，乙减小D．甲增大，乙不变E．甲减小，乙不变首先组织学生分析讨论，同学可能提出各种各样解答，这时教师应及时归纳、引导．由于本题所提供的两种情境，都是B2＞B1，研究的也是同一种粒子的运动．对此，可能有人根据“洛仑兹力”不做功，而断定答案“A”正确．其实，正确答案应该是“B”．这是因为：甲粒子从B1区域进入B2区域，唯一变化的是，根据f=qvB，粒子受到的洛仑兹力发生了变化．由于洛仑兹力不做功，故v大小不变，因而由R=mv/Bq，知其回转半径发生了变化，其动能不会发生变化．乙粒子则不然，由于磁场从B1变化到B2，根据麦克斯韦电磁场理论，变化的磁场将产生电场，结合楞次定律可知，电场力方向与粒子运动方向一致，电场力对运动电荷做正功，因而乙粒子的动能将增大．例2 如图5，在匀强电场和匀强磁场共存的区域内，电场的场强为E，方向竖直向下，磁场的磁感应强度为B，方向垂直纸面向里．一质量为m的带电质点，沿场区内的一竖直圆周匀速运动，则可判知该带电质点[   ]．151\nB．沿圆周顺时针运动带电质点在电场力F、重力G和洛仑兹力f作用下沿竖直圆周匀速运动，由产生匀速圆周运动的条件分析判知，只有电场力F与重力G相平衡；仅由洛仑兹力f提供向心力，f的方向始终与质点速度v的方向垂直，f的大小Bqv保持不变，才能实现带电质点沿竖直圆周做匀速圆周运动．根据这一分析：从电场力应与重力相平衡可判知，带电质点受到电场力的方向应竖直向上，与重力方向相反，为此质点应带负电．再由电场力的大小应与从应由洛仑兹力提供向心力可判知，带电质点受到的洛仑兹力应沿半径指向圆心，为此由左手定则可知，带电质点沿圆周顺时针运动，再由洛仑兹力公式和向心力公式有BqRω=mRω2，从中可求出带电质点电质点的运动速率．综上可知，选项A、B、C正确．例3 投影片．如图6所示，在真空中同时存在着匀强电场(方向竖直向上)和匀强磁场(方向垂直指向纸外)，有甲、乙两个带电颗粒，甲带正电，电量大小为q1，恰好平衡静止于A点；乙也带正电，电量大小为q2，正在过A点的竖直平面内做半径为r1的匀速圆周运动．运动中乙和甲发生碰撞并粘在一起，试分析它们以后的运动．151\n先给出一定时间，让同学分析思考．提出各种可能方案．有同学会提出：条件不够，无法讨论．可以指出，没有给出的条件可以假定．如假定甲的质量为m1，乙的质量为m2，电场强度为E，磁感应强度为B．碰撞前乙的速度为v1，碰撞后共同的速度为v2．提问：碰撞前甲、乙各受几个力．它们之间有什么关系？引导回答：甲不动，它受到重力m1g，电场力q1E，这两个力平衡．乙受到三个力，重力m2g，电场力q2E，洛仑兹力q2v1B．因为乙做匀速圆周运动，它所受的重力和电场力也必须平衡．使乙做匀速圆周运动的力是洛仑兹力．进一步提问：碰撞后，甲和乙粘在一起，它们受几个力，这些力之间有什么关系．引导回答：受到三个力．总重力(m1+m2)g，总电场力(q1+q2)E和洛仑兹力(q1＋q2)v2B．总重力与总电场力仍旧平衡，所以甲和乙仍在洛仑兹力的作用下做匀速圆周运动．甲、乙碰撞时满足动量守恒定律．然后让同学列出方程求解．碰撞前，乙应满足：碰撞时，根据动量守恒．m2v1＝(m1＋m2)v2，                      ②碰撞后，甲乙应满足由①式、②式、③式解得151\n通过这题的分析，使学生感到在条件不够时，可以自己先做一些假定，按物理过程的先后顺序加以分析求解．与区别．通过实例来进一步说明两者意义上的异同．例4 将边长为l、总匝数为N的正方形闭合导线框，以速度v匀速地推入匀强磁场B中，并以v继续在磁场中匀速运动，如图7所示．试回答：(1)导线框在匀速进入磁场的过程中，感生电动势为多大？(2)导线框在匀强磁场中继续以速度v运动时，感生电动势多大？分析与解；(1)线框进入“磁场过程中的感生电动势，可应用两个公式计算，结果一样：(2)但当线框在磁场中匀速运动时，根据导体做切割磁感线运动而产生感生电动势的规律，应有ε=Blv；得                                         ε=0．这两种结果究竟哪一个正确呢？判断的依据只有一个，就是任何电动势都应当是151\n即任何电动势都等于非静力移动单位电荷所做的功．只要W非≠0，就有ε≠0．当导线框进入磁场过程中，机械能通过洛仑兹力作用(导体做切割磁感线运动时，其内部自由电子即受洛仑兹力作用而向导体的一端移动，形成电势差)而转换为电荷的电势能．这一电势能在导线框进入磁场后，只要线框继续运动，它就一直存在，因此，导线框在磁场中运动时的感生电动势应为ε=Blv．零．这是由于导线框在磁场中做切割磁感线运动时，其左右两边都产生相等的感生电动势．这样，从电路中任一点出发，绕行电路一周重新返回那一点时，其感生电动势之和为零．归纳本题，然后提出电磁感应过程常常伴随其它形式能量的转化．投影片．如图8所示，两金属杆ab和cd长均为l，电阻均为R，质量分别为M和m，M＞m．用两根质量和电阻均可忽略的不可伸长的柔软导线将它们连成闭合回路，并悬挂在水平、光滑、不导电的圆棒两侧．两金属杆都处在水平位置．整个装置处在一与回路平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为Ba．若金属杆ab正好匀速向下运动，求运动的速度．首先让同学认真看一下本题．然后让三个同学到黑板上做此题，其余在原位做题．教师巡回检查，启发指导．最后，可将有代表性的方法归纳．151\n解法(一)：设磁场方向垂直纸面向里．分别选取ab、cd为研究对象．设ab向下、ca向上匀速运动速度大小为v，它们均切割磁感线，将都产生感应电动势，据电磁感应定律，应有：ab产生感应电动势，ε1=Blv．cd产生感应电动势，ε2=Blv．据右手定则，回路中电流方向由a→b→d→c，电流大小据闭合电路欧姆定律应为：据左手定则，ab受安培力向上，cd受安培力向下，大小均为：ab匀速向下时平衡条件为：T＋F安=Mg．                                          ③cd匀速向上时平衡条件为：T=F安+mg．                                        ④式中T代表导线对金属杆的拉力．由③④得：2F安=(M-m)g．解法(二)：把ab、cd柔软导线视为一个整体作为研究对象，因为M＞m，所以整体动力为(M-m)g．151\nab向下、cd向上运动时，穿过闭合回路的磁通量减小，据电磁感应定律产生感应电流．据楞次定律知，I感的磁场要阻碍原磁场的磁通量变化，即阻碍ab向下，cd向上运动，即F安为阻力．整体受的动力与安培解法(三)：把整个回路视为一整体作研究对象．因其速度大小不变，故动能不变．ab向下、cd向上运动过程中，因Mg＞mg，系统的重力势能减少，将转化为回路的电能．据能量转化守恒定律，重力的机械功率(单位时间系统减少的重力势能)要等于电功率(单位时间转化回路的电说明：由以上三种思路解法可看出，由于这道力电磁综合题，属多对象问题，可取用“隔离法”研究解决，如解法(一)；也可如解法(二)、(三)那样取用“整体法”研究解决．特别是由能量观点出发的解法(三)，明显简便．对于有灵活解题思路问题，能选用简捷思路，必然要求对所学知识有全面、深刻、融会贯通的认识掌握，并须较高的思维能力．由于本题未明确磁场方向，前面解题设为进纸面，若设为出纸面，据右手定则，判定I感，方向将是相反方向，但用左手定则判定F安方向仍对ab、cd的运动属阻力．故两种磁场方向，解题结果一样．投影片．如图9所示，金属棒a从高h处以速度v0沿光滑弧形平行金属轨道下滑，进入轨道的水平部分以后，在自上而下的强磁场中运动，磁感应强度为B，在轨道的水平部分原来静止地放着另一根金属棒b，已知ma∶mb=5∶4，试问：(1)当a棒进入磁场后做什么运动？b棒做什么运动？(2)如果两棒始终没有相碰，求a和b的最大速度．(3)在整个过程中，回路中消耗的电能是多少？由于本题涉及知识面较宽，运动过程相对来讲，也较复杂．因此，应采取逐步分析法．给学生一定的思考问题的时间，必要时做启发．151\n引导学生分析：(1)a棒进入磁场后切割磁感线产生感生电动势和感生电流．提问：这一感生电动势和电流是不是稳定的．答：当a棒上有电流通过时，将受到阻碍运动的安培力，a棒将做减速运动，所以感生电动势和感生电流都不是稳定的．讨论a、b运动特点，启发提问，然后总结．a棒做加速度减小的减速运动．b棒上有电流通过时，将受到向右的安培力，b棒将向右加速运动．由于感生电流不断减小，所以安培力也减小，所以b棒做加速度减小的加速运动．进一步提问：最后a、b做什么运动？启发回答：当a、b速度相同时，感生电流为零．安培力为零，a、b将做匀速运动．最后总结出，a、b各做什么运动以及如何求a、b的最大速度？师生共同完成：a进入水平轨道时是做减速运动，所以进入时的速度最大，根据机械能守恒：由①解得b棒是做加速运动，所以当它达到匀速时速度最大．因为受力不断改变，所以不好用牛顿第二定律，但作为a、b这个整体，合外力始终为零，符合动量守恒定律，所以(ma+mb)v′=mava．最后提问：能否用I2Rt计算回路中消耗的电能？应当如何求？师生合作，解答：因为感生电流I不断改变，时间t也不好求，所以无法用I2Rt计算．根据总的能量守恒，消耗的电能应等于机械能的减少，所以151\n(四)课堂小结并布置作业把解决磁场和电磁感应问题的基本方法，自己整理一下．将例题的条件变一变，再进行分析．争取做到举一反三，触类旁通． 五、教学说明 由于本节内容较多，建议两课时完成．教师可结合实际灵活安电磁感应·自 感·教案 一、教学目标 1．在物理知识方面的要求．(1)在掌握电磁感应现象的基础上，进一步了解自感现象．(3)了解自感系数及影响自感系数大小的因素．2．通过观察演示实验及对实验的分析，培养学生观察的敏锐性品质和推理能力，从而理解自感电动势在电流变化时所起的作用．3．渗透研究物理学的方法，使学生逐渐体会怎样从旧知识的土壤中生成出新知识的幼苗． 二、重点、难点分析 151\n1．重点是使学生在掌握了自感现象与电磁感应现象统一性的基础上，把握住自感现象的特点．2．断电自感现象中，灯泡突然闪亮一下学生很难理解，是教学中的难点． 三、教具 1．自感现象的演示．通电自感现象的演示装置，断电自感现象的演示装置，电源，开关及导线若干．2．投影器及自制投影片．3．关于日光灯工作原理的示教板． 四、主要教学过程 (一)复习提问引入新课1．提问：产生感应电流的条件是什么？2．如图1所示，有两个线圈L1、L2共轴放置，当滑动变阻器的滑片向左滑动时，试推理判定通过电阻R感应电流的方向．(二)教学过程设计1．提出问题：因为穿过线圈L2的向上的磁通量增加了，所以在通过电阻R闭合的线圈中产生了a→R→b方向的感应电流．那么，对于线圈L1来说它通过电池、滑动变阻器也组成了闭合电路，而且穿过这个闭合回路的磁通量也发生了变化，会不会在这个闭合回路中也发生电磁感应现象呢？是否有感应电动势呢？151\n2．由演示实验引入课题．演示两个有关自感现象的演示实验．要求学生注意演示过程和瞬间发生的现象．(1)通电时的自感现象(如图2)．操作过程：①展示电路结构．②接通电路缓慢调整滑动变阻器的阻值，使两个灯泡A1、A2发光亮度相同．③断开电路后，再接通电路．这里应重复几次．叙述现象：让学生能看到每次接通时，灯A1总比灯A2滞后一小段时间才亮．提出问题：两个灯泡稳定发光时亮度是一样的．为什么电路接通时，A2立即点亮而A1要滞后一小段时间？在学生回答的基础上分析得出：接通电路时，通过线圈L的电流增大，该电流产生的磁场增强，穿过线圈的磁通量要增加，根据法拉第电磁感应定律可知这个线圈中要产生感应电动势．用楞次定律还可以判定出感应电动势的方向与电流增加的方向相反．故通过灯A1的电流不是立即变强而是逐渐增强，使A1滞后一点时间点亮．(2)断电时的自感现象(如图3)．操作过程：①连接好电路，展示电器结构．②接通电路调整滑动变阻器的滑动头，使灯A发出微弱的光．151\n③断开开关，应看到灯A闪亮一下．这里应重复几次．叙述现象并简单推理：学生应看到电路断开时灯A闪亮一下，说明通过灯泡有一个强电流．提出问题：为什么在断开电路时，通过灯泡A的电流突然增大？教师讲解分析：通过投影器用投影片讲述断电自感过程．如图4(1)电路接通时因为线圈L的电阻很小，所以两支路的电流强弱是不同的．当电路断开时，通过线圈的电流要减小，由法拉第电磁感应定律和楞次定律可知线圈中要产生一个感应电动势，且电动势的方向与减小的电流方向相同．由于电源支路已处于断路状态，所以这个逐渐减小的强电流要反向通过灯A(此时展示投影片图4(2))，故灯泡要闪亮一下．启发学生画出断电时通过灯泡电流随时间变化的函数图线(展示投影片图4(3))．3．通过总结实验得出结论．当导体中的电流变化时，导体本身就产生感应电动势．这个电动势阻碍导体中原来电流的变化，这种由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象叫自感现象，自感现象中产生的感应电动势叫自感电动势．出现课题及板书．4．推理得到影响自感电动势的因素．提出问题：自感电动势是感应电动势，它是由自身电流变化产生的，它和电流变化有什么关系呢？师生共同分析研究：151\n圈中的磁通量Ф与线圈中的磁感应强度B成正比．又因为在电流磁场中任意一点的磁感应强度都与电流强度成正比．所以穿过线圈的磁通量Ф与通电线圈中的电流强度I成正比，磁通量的变化ΔФ与电流的变化ΔI成正比，即：ΔФ∝ΔI．的变化率成正比．(3)根据楞次定律和两个演示实验，可以总结出：自感电动势的方向总是阻碍电流的变化．数”，简称“自感”或称“电感”．自感系数的大小由线圈本身特点(如：匝数、长度、截面积、是否有1H=1×103mH=1×106μH．5．自感现象的实际意义．(1)说明自感现象广泛存在．凡是有导线、线圈的设备中，只要有电流变化都有自感现象存在，因此要充分考虑自感和利用自感．(2)自感现象应用一例——日光灯．①结合日光灯工作原理的示教板(图5)，说明日光灯电路结构．接通电路让学生观察日光灯的启辉过程．②提出问题，安排学生阅读课本并整理笔记．A．灯管、起动器、镇流器的构造及它们的连接特点．151\nB．起动器中双金属片工作原理．C．激发灯管中的水银蒸气导电的高电压是怎么获得的？D．日光灯的“白光”是哪里发出的？E．日光灯正常发光时，镇流器起什么作用．(3)安排学生看书，了解自感现象的危害及防止措施．(三)课堂小结1．自感现象是电磁感应现象．自感电动势的大小和方向仍可以用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定．2．自感电动势的大小，不是跟电流强度(I)成正比，也不是跟电流的变化(ΔI)成正比，而是跟电流的变化率成正比．3．完成课本后边的作业． 五、教学说明 1．充分利用旧知识来研究新问题，是科学研究问题的重要方法．这节课恰是研究电磁感应现象的特例．课堂设计中要突出从旧知识生长出新知识的研究过程．2．对中学生观察能力的培养，是物理教学的重要任务之一．中学生在观察的敏锐性方面普遍显得薄弱．这节课的两个演示实验恰恰是培养学生观察敏锐性的好素材，因此演示时教师不要加任何的实验导语，创造条件给学生以锻炼的机会．3．本课时内容较多，若课时紧张可安排成两课时，并加一些例题． 电磁感应·交流电·教案 一、教学目标 1．了解交流电是怎样产生的．2．理解交流电的变化规律．151\n3．认识交流电的最大值、有效值、周期、频率． 二、重点、难点分析 1．重点分析交流电产生的物理过程．使同学了解线圈在磁场中旋转一周的时间内，电流的大小及方向是怎样变化的．2．交流电有效值的概念，既是重点又是难点，要使同学理解它的物理意义及在实际中的应用．3．分析交流电的大小及方向时，线圈运动方向(v)与磁感强度B．之间的角度关系，是得出交流电变化规律的关键，应注意． 三、教具 1．示波器，看交流电图像．2．手摇式交流发电机模型．该发电机可使2.5V小灯泡发光，可使电流表指针摆动．3．可拆式发电机模型．转子可取出、放入，不能真发电，为讲电流方向用．4．挂图，交流发电机． 四、主要教学过程 (一)引入新课1831年法拉第发现了电磁感应现象，为人类进入电气化时代打开了大门．今天我们使用的电灯、微波炉等家用电器中的交流电是怎样产生并且怎样送到我们的家庭中来的呢？这就是这一章要学习的主要内容，先看“交流电的产生”．(二)主要教学过程设计151\n1．首先演示手摇发电机，操作时由快转到慢转，使同学看出一闪一闪的亮，快转时则不易看出闪亮．告诉同学：“这就是交流电”．同时指出；我们点的电灯也是一闪一闪，只不过每秒闪50次看不出来．再将发电机模型中的灯泡取下，连接上电流表，慢慢旋转手摇发电机，使同学看出电流表指针忽大忽小、忽左忽右的摆动．演示目的：使同学对交变电流有一感性认识，即电流的强弱与方向都在随时间做周期性的变化．2．再用示波器看正弦交流波形、锯齿波形及方波波形．指出：这些都属交流电．对比提问：这是不是交流电？告诉同学这是脉动直流．电流的强弱虽然变化，但方向没变．板书：“强度和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交流电”．提出问题：这种交变电流是怎样产生的呢？3．挂图或板图．(1)首先对原理图1做一些说明．①线圈所在磁场为匀强磁场．②设线圈为矩形线圈，如图2．③图1中线圈abcd为图2中线圈abcd水平放置时的图景，线圈平面与磁感线垂直．图1中abcd所在位置为中性面．(2)规定t=0的时刻为图1中线圈所在的位置为起始时刻，即由中性面开始，逆时针方向转动．角速度为ω．4．分析交流电产生的过程．151\n(1)先看感应电流方向．根据右手定则引导同学判定线圈在磁场中由中性面开始逆时针方向转动一周的过程中，感应电流的方向改变两次．(2)再看感应电流的大小．全过程可将线圈在磁场中的位置分为如图3所示的0、1、2、3、4、5、6、7八个位置，引导同学讨论在各个位置时，感应电动势的大小．①位置0、4：由于B∥v所以e0=e4=0；线框abcd中无感应电动势．②位置2、6：此时B⊥v所以e2=2Blv，线框中感应电动势e2=e6=2Blv=εm，为感应电动势最大值．③位置1、5：见图4．e1=Blv⊥=Blvsinθ=Blvsinωt．e5=Blv⊥=Blvsin(180°+θ)=-Blvsinωt，负号只表示电动势的方向，即线框中感应电动势由cd边流入，ab边流出，abca中感应电动势的大小e1=e5＝2Blvsinωt＝εmsinωt．④位置3、7∶e3=Blv⊥=Blvsinωt．e7=Blv⊥=Blvsin(360°-θ)=-Blvsinωt．线框abcd中感应电动势大小e3=e7＝2Blvsinωt=εmsinωt．后半周的讨论，同学会熟练一些．教师应引导同学注意后半周内电动势方向的变化．最后，总结出交流电的变化规律：151\n在线框旋转一周的时间内，感应电动势的方向变化两次，即每经过中性面变化一次．感应电动势的大小随时间按正弦规律变化，故称为正弦交流电．5．画出交流电图像，同时指出若电路闭合，则交流电流、电压的表达式都可写出．上述教学过程暂告一段落，同学可放松一下，教师则可简单介绍一下发电机的实际知识(转子、定子、电枢……)．然后，开始本节课的第二个高潮．6．介绍表征交流电的几个物理量．由交流电图像，指出最大值εm、周期T．板书：                                εm=2Blv．介绍民用及工业用电的频率为50Hz．周期为0.02s，民用交流电的最大值为311V．提出问题：我们平时常说的220V又是什么值呢？引入有效值概念．7．有效值．板图：甲、乙图中电炉烧水，设壶材料同、水质量相等、水的初温相同．同时加热，若在相同时间内使两壶水烧开．即直流电在电阻上产生的焦耳热与交流电在相同电阻相同时间内产生的焦耳热相等时，称直流电的电压(或电流强度)为交流电电压(或电流强度)的有效值．板书：                                        Q直＝Q交．151\n提问：交流电压的最大值Um=311V时，它的有效值U=？指出：通常所说交流电压的大小均指有效值，交流电压表或交流电流表的示数也均指有效值．8．巩固．试电笔上的氖管，起辉电压为86.6V．若将其接在电压为70.7V，频率为50Hz的交流电源上，氖管能发光吗？提问式启发：70.7V指的是电压的什么值？答：有效值．又问：频率为50Hz，氖管每秒闪光多少次？答：f=50Hz，则每秒有100次达峰值电压，所以每秒闪光100次．又问：这个交流电压的表达式怎样写？答：f=50Hz，ω=2πf=100rad/s．Um=100V，所以                                     U=100sin100πt(V)．(三)课堂小结1．线圈在磁场中旋转，线圈所围面积中磁通量发生变化，产生感应电动势，外电路闭合时，有交变电流．线圈每旋转一周，两次经过中性面，电流方向改变两次；线圈两次与中性面垂直时达峰值．交流电按正弦规律变化．2．正弦交流电的瞬时值表达式为：e=εmsinωt．u=Umsinωt．i=Imsinωt．151\n式中                                   εm=2Blv，ω=2πn=2πf．3．交流电有效值的概念必须清楚，即交流电与直流电在热效应相等的条件下，直流电的电压(电流强度)值为交流电压(电流强度)的有效值． 五、教学说明 1．本教案密度较大，对基础好的学生可一气呵成，将有关交流电的基础知识一并托出，下节课可安排一定时间复习，如给出交流电图像，要求能识别出周期、最大值，计算出频率、角频率、有效值等等，使知识落实．对基础差的学生则可将本节内容分成两节进行，将知识点落实的工作一步步完成．2．有条件的学校，可将εm=BSω及εm=NBSω的知识在习题课中补充给学生． 电磁感应·电磁振荡·教案 一、教学目标 1．理解LC回路中产生振荡电流的过程．了解电容器的充电、放电作用及电感阻碍电流变化的作用．2．会分析振荡电流变化过程中，电场能和磁场能的相互转化的规律，并会分析振荡电流在一个周期变化过程中，电容器上电荷的变化情况及电感线圈中电流的大小和方向的变化情况．3．知道阻尼振荡和无阻尼振荡的区别，以及振幅减小的原因．4．通过观察演示实验，概括出电磁振荡等概念，培养学生的观察能力、类比推理能力，以及理解和概括能力． 二、重点、难点分析 151\n1．先通过观察演示实验，总结得到几个基本概念：振荡电路，振荡电流，电磁振荡现象等．这部分知识，基本概念很抽象，研究对象多是看不见摸不着的电磁场及其运动，理解起来也较为困难，所以做好演示实验是关键，再辅以类比推理和生动的比喻、描述，能增强可接受性．2．LC回路产生电磁振荡是本章本单元的重点，也是难点．电磁振荡产生的物理过程较为抽象，所以重点应放在电路中电场能和磁场能的相互转化上；分析指出何时电场能转化为磁场能，何时磁场能转化为电场能；何时电场能最大，何时磁场能最大．与之对应的也要指出电路里电流何时最大，何时为零．其次还要明确电场能和磁场能相互转化的条件是电感线圈的自感电动势的作用和电容器的充放电作用．为了增强可理解性，此处可借助于单摆或弹簧振子的简谐振动，来类比、形容电磁振荡过程中能量的转化情况． 三、教具 1．LC振荡电路演示仪(含晶体管振荡器)等．2．大屏幕示波器(用于观察振荡电流的波形)．3．如有条件，可用计算机和彩显，使用三维动画软件，模拟LC电路中的振荡过程． 四、主要教学过程 (一)引入新课无线电广播、电视、人造卫星、导弹、宇宙飞船等，传递信息和跟地面的联系都要利用电磁波．现代社会的各个部门，几乎都离不开“电磁波”，可以说“电”作为现代文明的标志，“电磁波”就是现代文明的神经中枢，或者叫现代化的代名词．那么，电磁波是什么？它是怎样产生的？就要从电磁振荡开始学习．(二)主要教学过程设计1．电磁振荡．151\n(1)观察演示实验．简介仪器：电磁振荡示教板，电感L、电容C；另附晶体管振荡器，市售40V干电池(可延长电流表指针往复摆动时间，达十几次以上)．连接成如图1所示电路．演示操作：先用40V电源(用6V电源也可)给电容C充电，若将开关S拨到a端．提出问题：将会发生什么现象？它说明了什么？引导启发同学边看边想，电流表G指针为什么摆动？往复摆动说明通过G的电流有什么特点？在同学回答的基础上，总结得出几个概念：像这样产生的大小和方向交替变化的电流叫做振荡电流，能产生振荡电流的电路叫振荡电路，上面的LC回路叫LC振荡电路．上述实验中，为什么电流表G指针往复摆动的幅度越来越小？如果LC回路中无电阻，也没有其它形式的能量损失，则电流表的指针将一直摆动下去，可是实际中总有能量损失，要维持LC回路中一直有振荡电流，可借助于一种晶体管振荡器，不断地补充能量．然后接上振荡器，再观察现象：最后，再将振荡电流信号取出，接在示波器上观察波形后，指出振荡电流是一种什么性质的电流？有何特点？它是怎样产生的？总结指出，振荡电流实质上就是前边学过的交流电，它也按正弦规律变化．下面研究它的产生过程．(2)电磁振荡的产生过程(可结合画图或投影幻灯，启发思考进行分析讲解)．①给电容C充电——如图2所示，电容器中储存一定的电场能(E电)．②电容C放电——如图3所示，电场能转化为磁场能：C上带电量、电场能(电压)逐渐减小(降低)，电路中的电流、磁场能则逐渐增大，请同学们想一下这样转化的条件是什么？为什么是“逐渐”的？随后指出这是由于电容器C的放电作用(两极板上正、负电荷的吸引作用)和电感L中电流变化时产生的自感电动势的“阻碍”作用所至．当C151\n放电完了时，如图4所示(电场能为零，Qc=0，Uc=0)，磁场能达到最大(与之对应的振荡电流也达到最大(Im)．③反向充电过程，如图5所示，是磁场能转化为电场能的过程，C放电完了时，由于L的自感作用，电路中移动的电荷不能立即停止运动，仍保持原方向流动，经C反向充电，同理则有i减小，E磁减小，而E电增大(Qc，Uc也随之增大)．直到E磁(i)减为零，E电(Qc，Uc)增为最大，如图6所示．④电容C再次反向放电过程，——如图7所示，同理可知E电(Qc，Uc)减小，直到为零，E磁(i)增大，直到最大(Im)如图8所示．如此下去，回路中就产生了振荡电流．归纳总结指出：像上述情况，电路中的电场能和磁场能(与之对应的电荷Q和电流i)做周期性交替变化的现象叫做电磁振荡现象，微观实质是导线中的电子在其平衡位置附近做简谐振动．2．无阻尼振荡和阻尼振荡．(1)振荡电路中，若没有能量损耗，则振荡电流的振幅(Im)将不变，如图9所示，叫做无阻尼振荡(或等幅振荡)．2．无阻尼振荡和阻尼振荡．(1)振荡电路中，若没有能量损耗，则振荡电流的振幅(Im)将不变，如图9所示，叫做无阻尼振荡(或等幅振荡)．(2)阻尼振荡．任何振荡电路中，总存在能量损耗，使振荡电流i的振幅逐渐减小，如图10所示，这叫做阻尼振荡(或叫减幅振荡)．请同学们想一下：电路损耗的能量哪里去了？151\n如果用振荡器周期性地给振荡电路补充能量，就可以保持等幅振荡，这类似于受迫振动．3．复习巩固(视实际情况，可选一种或二种)用示波器观察上述两种电磁振荡中振荡电流的波形；用计算机和三维动画软件模拟电磁振荡的产生过程．(三)课堂小结(视实际情况可适当删减)1．电磁振荡抽象，过程复杂，难以理解，要抓住问题的本质、关键，即电场能和磁场能交替转化．为便于接受，可借助于以前学过的简谐振动和电磁感应的相关知识，类比分析加深对新知识的准确理解，LC振荡电路中的电磁振荡的过程等，可以形象地用弹簧振子或单摆做简谐振动的相似性类比．它们的对应关系和相应的意义简述如下，如图11所示：LC回路中简谐振动 ①给电容器充电②电容C③电感L(相当于惯性)④电荷Q⑤电流i⑥电场能E电⑦磁场能E磁①外力把m拉离平衡位置做功②劲度系数k(或单摆的l)③振动质量m(惯性)④位移x⑤速度v⑥势能Ep⑦动能Ek 151\n2．同学容易产生误解的地方是：电容C两极板带等量异种电荷，当它放电时正、负电荷正好中和，就没有电荷在电路里往复运动了，哪里还有振荡电流！对于这类问题除强调能量的转化和C、L的作用外，还应从电磁感应的知识，采用图12略加分析：当电容C中储存电场能最大时(带电量、场强值最大、电压最高)，电路中电流为零，磁场能为零；随着电容C逐渐放电，电场能E电(带量Q，电压U)逐渐减小，而磁场能E磁(电流i)将逐渐增大…… 五、教学说明 1．电磁振荡及相关的物理过程和物理状态抽象、复杂难以理解，教学中一定要做好演示实验．电感L、电容C尽可能选择数值较大的．充电电源有条件的可用市场售45V的乙电电池，这样可使电流表指针往复摆动十几次以上．2．利用示波器观察振荡电流的波形，可极大地提高学生对振荡电流实质的认识——看到了“事实”！若能用计算机模拟振荡过程中电场能(C中电场线或电荷)与磁场能(L中的磁感线或电流i)的相互转化过程，不但能激发学习的兴趣，同时对于同学加深对电磁振荡的理解，形成正确的物理概念，建立正确的物理图景是大有益处的．3．此外，充分使用简练而重点突出的板图，可起到将难点分散，便于理解和接受的教学效果．电磁感应·电磁振荡的周期和频率·教案 一、教学目标 1．理解LC振荡电路的固有周期(或固有频率)的决定因素．题，并能正确应用公式进行相关的计算．151\n3．通过演示实验(改变LC回路的电感L或电容C)，观察振荡电流的周期、频率的变化情况，分析、归纳得到L大、C大周期长的结论，培养学生分析综合能力及理解能力． 二、重点、难点分析 1．LC振荡电路的周期公式、频率公式是教材的重点内容．通过实验现象的观察得到：电路中振荡电流的周期、频率随着LC回路中的电感L或电容C的改变而改变，并定性地得到电感L大(小)、电容C大(小)周期长(短)的结论．如有条件可用秒表测量周期，进行简单测量、计算，用比例法进行估算T与L、C值的关系，将会更有说服力．2．分别从电容器的充放电作用和电感线圈的自感作用，对公式T=2加深对公式的理解，并有利于培养和提高学生的理解能力和分析能力．中各个物理量的单位；各单位都要使用它们的国际单位制中的主单位． 三、教具 1．LC振荡回路示教板，准备两个以上电感不同的线圈(可拆变压器的220V线圈)和电容器，如有条件可备用电压较高的直流电源(例如45V的干电池等)，演示时阻尼振荡现象更明显．2．大屏幕示波器(观察振荡电流周期变化情况)等． 四、主要教学过程 (一)引入新课151\n在以前研究弹簧振子、单摆在做简谐振动的过程中，已经知道振动的周期(或频率)只与其本身的条件有关，例如弹簧振子的周期只取决于轻弹簧的劲度系数k和振子的质量；单摆的周期只取于摆长l和当地的重力加速度g的大小，而与其它因素无关，那么LC回路中的振荡电流的周期(或频率)又是由什么因素决定的？电感L、电容C的大小对振荡的快慢有怎样的影响？与电容器带电量的多少(或电压的高低)有没有关系？下面就来研究这个问题．(二)主要教学过程设计1．提出问题．(1)机械振动中，周期和频率的概念、意义是什么？单摆做简谐振动中，它的周期和频率由什么决定？(2)电磁振荡或振荡电流变化的快慢如何来描述？那么，电磁振荡的周期和频率的意义是什么？在同学回答的基础上，归纳指出：振荡电路里发生无阻尼自由振荡时的周期和频率叫做振荡电路的固有周期和固有频率．对比，联系单摆的振动，初步猜测一下电磁振荡的周期和频率与什么因素有关系？与LC回路中的电感L、电容C有何种关系(定性)？2．演示实验．简介图1所示电路：多抽头带铁心的线圈，L值较大(可用可拆变压器的220V或二个110V线圈串联而成)；2～3个电解电容器(100μF，500μF，1000μF)．演示电流表(指针在表盘中央)，二个电源(6V、45V)等．操作和观察：观察什么？(电流表指针摆动的快慢)选用不同的L或C值，发生电磁振荡时，电流表指针摆动的快慢程度(周期和频率)与L、C值的初步关系是什么？启发同学根据实验现象，推理、分析得到：①电容C不变时，电感L越大，振荡周期T就越长，频率变低；②当电感L不变时，电容C越大，振荡周期就越长，频率变低．151\n换用不同电压的电源，当L、C值不变时，表针摆动的快慢程度相同(仅摆动次数不同)．在同学回答的基础上．小结指出：LC振荡电路的固有周期(T)和固有频率(f)，决定于电路中线圈的电感L和电容器的电容C．提出问题：上述现象如何解释？归纳指出：电容越大，容纳电荷就越多，充放电需要的时间就越长，因而周期就长，频率就低；线圈的电感L越大，阻碍电流变化的延时作用就越强，使放电、充电的时间就越长，因而周期就越长，频率就越低．总而言之，LC电路的周期和频率由电路本身的性质(L、C的值)决定，与电容器的带电量的多少、电流大小无关．3．固有周期和固有频率公式．大量精确的实验和电磁学理论都证明：电磁振荡的固有周期T，跟都用国际单位制单位，比例系数为2π则有公式式中T、f、L、C的单位分别是秒、赫兹、亨利和法拉(单位符号是s、Hz、H、F)．上式表明：适当地选择电容C和电感L，就可以使电路的固有周期和频率符合我们的各种需要．通常应用中是用可变电容器和电感线圈组成LC电路．要得到不同周期和频率的振荡电流，可通过简便地改变可变电容器的电容C来实现，如图2所示；亦可通过改变电感L来实现，如图3所示．4．巩固练习(含机动内容)．例1 如图4所示的LC振荡电路中，可变电容器C的取值范围为10pF～360pF．线圈的电感L=0.10H．求此电路能获得的振荡电流的最高频率多大？最低频率又为多少？151\n当电容C为最大值时(即C2=360pF)振荡电流的频率最低．所以由题给条件，即可求得最高和最低频率．计算时注意各量要用相应的国际单位制的主单位；电容C1=10pF=10×10-12F=1×10-11F，C2=360pF=360×10-12F=3.6×10-10F，则有最高频率f1和最低频率f2分别为例2 有一LC振荡电路，当电容调节为C1=200pF时，能产生频率为f1=500kHz的振荡电流，要获得频率为f2=1.0×103kHz的振荡电流，则可变容器应调至多大？(设电感L保持不变)可求出线圈电感L．再应用频率公式，即可求得f2=1×103kHz时对应的电容C2值：方法对，但较繁，有否更简便些的求法？应用比例法求解较为简捷，151\n例3 在图5(甲)中，LC振荡电路中规定图示电流方向为电流i的正方向，则振荡电流随时间变化的图像如图5(乙)所示．那么，电路中各物理量在一个周期内的情况是：________时刻，电容器上带电量为零；________时刻，线圈中的磁场最强；________时刻，电容器两板间的电场强度值最大；________时刻，电路中电流达到反向最大值；在________时间内是对电容器的充电过程．解析：分析这类问题的关键是要搞清电场能和磁场能相互转化的过程，以及它所对应的物理状态和物理量间的关系．由题图可知电容器C正在放电，当t=0时，C带电量最多，两板间电压最大，电场能也最大．而此时磁场能最小(为零)．对应的电流i最小(为零)；随着C放电的持续，带电量、电压、电场能将逐渐减小，而磁场能、电流i将逐渐变大．当C放电完毕时，电场能减为零，C带电量、电压也减为零，而磁场能、电流达到最大，之后由于电感L和电容C的作用，将对电容反向充电，直至最大．依此类推，故可得知，A、C时刻电流最大，磁场最强，电场为零，C带电量为零．当电流为零时(对应图中的O、B、D)，电容器上带电量最多，相应的电场强度值为最大．同理可知C时刻电流达到最大，电容经过T/4放电完毕后，紧接着又对电容反向充电，又经T/4，充电到最大值，即带电量、电压、电场能达最大，磁场能、电流变为零，这个过程对应着图中的A→B，类似的道理可知C→D也是对电容的充电过程．(三)课堂小结1．LC振荡电路的周期公式、频率公式要理解其物理含义，它只由电路本身的特性(L、C值)决定，所以叫做固有周期和固有频率，应用中，通过改变LC回路中的电感L或电容C，周期和频率也随之改变，满足各种需要．2．应用周期公式、频率公式进行计算时，要特别注意各物理量的单位，常用电容器的单位有微法(μF)和皮法(pF)，代入公式时一定要换为法(F)，电感L151\n的单位有时是毫亨或微亨(mH或μH)，代入公式时要换为亨(H)，这样得到的周期和频率的单位才是正确的(秒和赫兹)．(四)布置作业本节书后练习外加一个补充题(计算题或论述题)． 五、教学说明 1．LC振荡电路的周期公式、频率公式，现阶段不能从其它知识推导出来，所以做好演示实验就显得尤为重要．改变电感L或电容C时，观察指针摆动的快慢，定性得到T、f随L、C值变化的关系．如果实验条件较好，能找到几个有准确值的电容器和电感线圈，再配合以秒表计时，就能得到粗略的函数关系(测4次，用比例法，可归纳得出)．2．演示实验后，直接给出周期公式、频率公式后，可由电感和电容器的作用引导同学理解公式的含义：“只由本身的L、C值决定”．3．应用公式计算时，一定要注意各量的单位(此处容易出错)，在用比例法解题时，同一物理量的单位相同即可，不一定要换成国际单位制中的主单光学·平面镜成像规律 平面镜成像作图法·教案 一、教学目标 1．在物理知识方面的要求．(1)掌握平面镜成像规律，理解“虚像”的物理含义，并能正确运用“虚像”的概念解决问题；(2)掌握平面镜成像作图法．2．光路可逆原理在解决几何光学问题时是一条很重要的规律，在本节课中是贯穿始终的一条思路． 二、重点、难点分析151\n 1．重点：平面镜成像规律和成像作图法．2．难点：观像原理和观像范围的确定． 三、主要教学过程 (一)引入新课上节课复习了反射定律，如果点光源S发出的一束发散光入射到镜面MN上，反射光束性质如何？答：仍为发散光束．那么，如果这束反射光射入眼E中(图1)，能觉得光是从S点处射出的吗？答：不会．那么，我们觉得反射光束是从哪里射出的？(作反射光的反向延长线O1S′和O2S′交于S′点)答：S′点．为什么？因为我们认为光是直线传播的，认为反射光是从其反向延长线交点S′处发出的，S′点就是S在镜中的“虚像”．(二)教学过程设计1．平面镜成像规律．用反射定律和几何知识可以证明，平面镜成像规律是：等大，正立，虚像，镜对称．说明什么叫“镜对称”．2．平面镜成像作图法．151\n作SO⊥MN延长至S′，使SO=OS′，得到虚像S′．从点光源S向镜面MN作入射光线SO1，连接S′O1做反射光线O1A，用同样方法可作入射光线SO2和它的的射光线O2B．(图2)例1 如图3所示，两平面镜互成直角，入射光线AB经两次反射后，出射光线为CD．今以两平面镜交线O为轴，将两镜转动θ角而它们的夹角保持直角．在入射光线AB保持不变的情况下，经两次反射后的出射光线为C′D′．那么，C′D′将                                                                   [   ]．A．与CD重合，同向平行B．与CD不重合，同向平行C．与CD交角为2θD．与CD交角为4θ分析：如图4所示，根据反射定律，光线在两个镜面上的入射角和反射角相等：i1=i′1，i2=i′2．入射光线AB在平面镜M上反射后，反射光线BC偏转角α=π-2i1；反射光线BC在平面镜N上反射后，出射光线CD偏转角β=π-2i2．那么，出射光线CD相对入射光线AB的偏转151\n以CD光线与AB光线反向平行．但以上证明不能说明C′D′光线与CD光线是否重合，利用平面镜成像规律和作图法便可解决这个问题．如图5所示，在入射光线AB上找一点S1，将S1看作点光源，由平面镜成像作图法可作出S1在平面镜M中的虚像S2，将S2看作点光源，S2在平面镜N中的虚像为S3．由平面镜成像规律和几何知识可得：S1O=S2O，S2O=S3O，则S1O=S3O，那么，平面镜转过θ角后，由于S1O不变，则S3O也不会改变，即出射光路C′D′位置不会改变，仍沿原光路CD射出．演示：几何画板：《直交平面镜的反射光路》．①旋转双平面镜，演示CD光路不变；②打开几何证明界面，演示CD光路不变的原因．例2 如图6所示，一人站在水坑MN旁边，设E点为人眼所在位置，试画出他从水面反光中看到树的范围．解法1：根据平面镜成像作图法，作树AB在水中的像A′B′，从水面反射到眼E中的光束范围决定了人从水面反光中看到树的范围．作图过程：(1)根据平面镜物像对称，作树AB在水中的像A′B′；(2)连接M、E和N、E，作反射光线ME、NE；(3)将ME、NE反向延长，交树的像A′B′于C′、D′两点；(4)根据平面镜物像对称，作C、D两点，得到人从水面反光中看到树的范围CD；(5)连接C、M和D、N，作入射光线CM和DN，完成光路图．151\n解法2：根据平面镜成像规律和光路可逆原理，作人眼E的像E′，直接找出从水面反光中看到树的范围．作图过程：(1)根据平面镜物像对称，作E点的像E′；(2)连接M、E′和N、E′，作入射光线C、D，CD之间即为人从水面反光中看到的范围；(3)连接M、E和N、E，作反射光线，完成光路图(图8)．简评：显然，从此例可知，运用光路可逆原理，有时解决问题更为简便．例3 一人站在一堵墙后，通过在墙的正上方水平放置的一面镜子MN看墙外情景，设人眼位于E点(图9)．试画出人从镜中看到墙外范围的光路图．提示：1．用光路可逆原理和平面镜成像作图法解题；2．注意墙对光路的阻挡作用；3．注意镜面大小对观察范围的限制．作图过程：(1)根据平面镜物像对称，作E点的像E′；(2)连接E、N两点，作反射光线NE；(3)连接E′、N两点，作入射光线AN；(4)连接E′、Q，交镜面于C点，作入射光线BC；(5)连接C、E两点，作反射光线CE．这样AN、BC包括的入射光束范围就是可见墙外的范围(图10)．例4 如图11所示，ABCD为三面连接在一起的平面镜，S为点光源，M为不透光的挡板．试画出从S点发出的光依次经AB、BC、CD三镜反射后通过点P的光路．提示：依次做出光点S在三面镜中的像，各镜的反射光线好像是从这些像中射出的一样．151\n作图过程：(1)根据物像对称规律，依次作出S点在镜AB中的像S1、S1在镜BC中的像S2和S2在镜CD中的像S3；(2)连接S3、P两点交CD镜面于c，作通过P点的反射光线cP；(3)连接S2、c两点交BC镜面于b，连接b、c两点作BC镜的反射光线bc；(4)连接S1、b两点交AB镜于a，连接a、b两点作AB镜的反射光线ab；(5)连接S、a两点，做入射光线Sa．注：1．以上三个例题都让学生上台画光路，并说明各自的思路． 四、本课所需教学器材 奔腾级电脑，《几何画板》软件，《直交平面镜的反射光路》课件．大屏幕显示设备．光学·平面镜成像(光的反射定律)·教案 一、教学目标 1．在物理知识方面要求．(1)掌握光的反射定律，会用光的反射定律解释有关的现象；(2)掌握平面镜成像的原理和规律；(3)应用平面镜成像的规律解决一些简单的物理问题．2．通过演示实验，概括出平面镜成像的特点，应用光的反射定律推导出平面镜成像的特点．培养学生的观察、概括能力，通过相关物理量变化规律的学习，培养分析、推理能力．3．通过简单的物理问题的解决使学生理解解决物理问题的基本原理和基本方法，如何建立已知与未知和所求之间的关系．从而加深物理方法的学习．151\n 二、重点、难点分析 1．重点是使学生掌握平面镜成像的原理及推导过程．平面镜成像的特点是解决平面镜问题的关键．平面镜成像是虚像，学生作图时要注意用虚线；平面镜成像，其像和物关于平面镜对称的含义是像正立且与物等大．2．教学难点之一是如何澄清学生头脑中“像”的概念．要突破这一点就要让学生清楚物理中像的准确定义，生活中像、影、相又指的是什么意思．严格区分教学中的相似与物理的“相似”有什么不同．3．教学中的另一个难点是如何应用平面镜成像的特点解决实际问题．最关键的是要抓住最简单、最基本的方法． 三、教具 1．平面玻璃，蜡烛两只(完全相同)，火柴，大白纸一张(8开或更大一些)，直角三角板，铅笔．2．教学用直角三角板、直尺． 四、主要教学过程 (一)引入新课光的反射现象和平面镜在初中物理中已经学到一些知识，今天我们来进一步研究．光的反射现象处处可见，平面镜也是日常生活中常见的物品，它们有什么特性呢？(二)教学过程设计1．光线和光束．光线是利用光的直线传播而从光束中抽象出来的概念．物体发出的光束，用一条带箭头的直线来表示光的传播方向——151\n光线．光线是光束的抽象结果，实际是不存在的，而光束是客观存在的．在画光线时注意光的传播方式用直线表示，要用实线，而光的传播方向箭头一般标在直线段的中央部分．光束可分为平行光束、发散光束、会聚光束三种情况．2．光线传播到两种介质的分界面所发生的现象：反射和折射现象可能同时发生，也可能只发生反射现象，但有折射现象的同时一定有反射现象，只是反射现象有时极不明显而不考虑．通过作图介绍入射点、法线、入射光线、反射光线、入射角和反射角的概念．光在介质中传播时会有能量损失(被吸收)．光在两种介质界面上发生反射或折射时也要有能量损失．3．光的反射定律．(1)(三线共面)．反射光线在入射光线和法线所决定的平面内；(因果关系要注意)(2)(法线居中)反射光线跟入射光线分别位于法线的两侧；(3)(两角相等)反射角等于入射角．(因果关系)．4．镜面反射和漫反射．(1)镜面反射：能成虚像的反射，入射光线是有规律的，反射光线仍遵从一定规律进行排序．(2)漫反射：入射光线是有规律的，而反射光线是无序的，不能成虚像的反射，但每一条光线都遵从光的反射定律，漫反射是由于两介质的界面不光滑平整而造成的．5．平面镜成像．演示在白纸中央用直尺画一条直线，然后平放在水平桌面上，在直线的一侧点一个点A，将平面玻璃垂直于纸面且与纸上直线重合放置，将一支蜡烛点燃竖直放在A处，在A点这侧看点燃蜡烛的像．将另一支未点燃的蜡烛放在直线(平面玻璃)的另一侧，缓慢移动直至未点燃的蜡烛与点燃的蜡烛的像重合，好像未点燃蜡烛也燃烧起来一样．在纸上记下未点燃蜡烛的位置．在同学们都看清楚的前提下，将点燃的蜡烛熄灭．让同学讨论看到的现象，总结平面镜成像的特点．(1)像：由物发出(或反射)的光线经光具作用为会聚的光线(或发散的光线)所形成的跟原物“相似”的图景．这里的“相似”一词与数学的相似含义不完全相同，数学中的相似是指对应处成相同的比例，而这里的“相似”有时不同对应处比例不同．例如哈哈镜中人的像与人相比相差很大，但仍认为是人的像．(2)实像：是由实际光线会聚而形成．可用眼直接观察，可在光屏上显示，具有能量到达的地方．(3)虚像：是实际光线的反向延长线会聚而形成，不可在光屏上显示，只能用眼睛直接观察．关于像的概念让学生一定要很清楚，特别是要区分生活中的“像”的概念．151\nA．像片是物而不是“像”，画像和像片具有相同的含义．B．照相，实质上是取得一个与人“相似”的一幅画片，只不过不是用笔画，而是通过成像的原理制作就是了．照“相”与长“相”具有相同的含义．C．“看电影”也有人误认为是“看电像”，在初中就学过像的概念．但人们在电影院看电影是要看银幕上的图景，银幕上的图景对于底片(拷贝)来说是像的位置，像呈现在银幕上，作为物被眼晴看到，若真看“像”应眼睛向着放映机看，那是不可能的．D．“成像是客观的，观像是有范围的”．若电影院银幕处未放银幕，放影机放影时，拷贝上的像仍呈在放银幕处．戴近视镜的同学看到的并不是真实的物，而是这些物正立缩小的虚像．(4)平面镜成像．A．平面镜对光的作用，只改变光的传播方向，不改变光束的性质．即平行光束经平面镜反射仍为平行光束．发散(会聚)光束经平面镜反射仍为发散(会聚)光束．B．平面镜成像为虚像，作图时用虚线表示．C．(将演示实验中的白纸呈现给学生，通过作图，测量得出)像点和物点关于平面镜呈面对称．6．平面镜的应用．(1)平面镜控制光路．例1 已知入射光线及平面镜的位置，控制反射光线．一束光线与水平成40°角射来，欲使光线沿水平方向传播，所放平面镜与水平面成____角．答案：20°或70°．解析：题目中只要求反射光线水平，一定要注意可能出现两种情况．一种是入射光线与反射光线之间的夹角是40°，一种是入射线与反射光线之间的夹角是140°．例2 证明：若入射光线的方向不变，将平面镜绕入射点转动θ角，则反射光线的方向转动2θ角．证明：因为平面镜转动θ角，则法线转动θ角，当入射光线不变时，则入射角增加(或减少)θ角，由光的反射定律可知反射光线与法线的夹角也增加(或减少)θ角，则反射光线与入射光线之间的夹角增加(或减少)2θ角，即反射光线转动的角度为2θ角．若上题改为若入射光线的方向不变，平面镜绕入射点以角速度ω匀(2)平面镜成像的观察．151\n例3 一人站在湖边塔楼顶上观察空中的气球，已知楼顶离湖面高为H，人高不计．他看空中静止的气球时，仰角为30°．他看水中气球的虚像时，俯角是60°，问气球静止在湖面上方，离湖面多高？答案：2H．解析：几何光学的突出特点是几何作图．此题作图的技巧是：先画一条水平线(在塔楼顶上)AB．A为塔楼顶端，过A点做AS直线且∠SAB=30°．过A点作垂直于AS的直线(用虚线)AS′，且SS′直线(用虚线)要垂直于AB．SS′直线交AB于C点．找到SS′直线的中点O，过O点作SS′的垂线MN，MN交AS′于D点，用实线连接AD，DS，且标明AS、AD、DC的光线箭头．如图所示，注意箭头方向不要画反．A点为观察者．过A点作MN的垂线交MN于E点．AE即为塔楼高，S′为气球S的像．SO即为所求h．解得：h=2H．例4 图2中AB表示一直立的平面镜，P1P2是水平放置的米尺(有刻度的一面朝着平面镜)，MN是屏，三者相互平行，屏MN上的ab表示一条竖直的缝(即a、b之间是透光的)．某人眼睛紧贴米尺上的小孔S(其位置见图)，可通过平面镜看到米尺的一部分刻度．试在本题的图上用三角板作图求出可看到的部位，并依次写出作图的步骤．解析：151\n图3作图步骤：①作S点对AB的对称点S′，S′就是S的像点．②连接S、a并延长，与AB交于C点．③连接S′、C并延长，与P1P2交于一点，此点就是可看到部位的左端．④连接S′、b并延长，与P1P2交于一点，此点就是可看到部位的右端．上述顺序也可以是②①③④或①④②③．图4作图步骤：①分别作P1P2、Ma、bN对于AB的对称线P′1P′2、M′a′、b′N′，则P′1P′2就是P1P2对于平面镜AB的像，M′N′是MN对于平面镜AB的像．②连接S、a并延长，与P′1P′2交于一点，并作该点对于AB的对称点，此对称点在P1P2上，是可看到部位的左端．③连接S、b′并延长，与P′1P′2交于一点，作该点对于AB的对称点，此对称点也在P1P2上，是可看到部位的右端．上述顺序也可以是①③②．(3)平面镜与运动学的综合应用．例题 略．(三)课堂小结151\n1．平面镜是一个非常重要的光学元件，在生活中应用也很广，这部分光学知识为将来的学习打下了基础．2．几何光学的学习要突出几何作图，同学们应严格按照规范化的作图格式进行训练，紧紧抓住平面镜成像特点进行思考问题． 五、教学说明 1．将演示实验改为分组实验，效果会更好．但要掌握好教学时间．2．关于平面镜应用的问题可加一节习题课专门讨论，对学生的学习会有很大的帮助．作图的过程叙述清楚，还可让学生交流作法，谈作图在解题中的重要性．3．像的客观性和观像的主观性要严格区分．在教学过程中，澄清学生头脑中一些不正确、不完善的概念是非常必要的．这也是学生学好物理的关键所在．光学·折射率(光的折射定律)·教案 一、教学目标 1．在物理知识方面的要求．(1)了解介质的折射率与光速的关系；(2)掌握光的折射定律；(3)掌握介质的折射率的概念．2．通过观察演示实验，使学生了解到光在两种介质界面上发生的现象(反射和折射)，观察反射光线、折射光线随入射角的变化而变化，培养学生的观察、概括能力，通过相关物理量变化规律的学习，培养学生分析、推理能力．3．渗透物理研究和学习的科学态度的教育．实验的客观性与人的观察的主观性的矛盾应如何解决，人的直接观察与用仪器探测是有差别的，我们应用科学的态度看待用仪器探测的结果．4．会用折射定律解释简单的现象．151\n 二、重点、难点分析 1．重点是光的折射定律、折射率．折射率是反映介质光学性质的物理量，由介质来决定．2．难点是光的折射定律和折射率的应用．通过问题的分析解决加深对折射率概念的理解，学会解决问题的方法． 三、教具 1．光的折射演示器．附件：接线板、火柴、烟雾发生器及烟雾源、半圆柱透明玻璃．2．直尺，计算器． 四、主要教学过程 (一)引入新课我们在初中已学过光的折射规律：折射光线跟入射光线和法线在同一平面内；折射光线和入射光线分居在法线的两侧；当光从空气斜射入水或玻璃中时，折射角小于入射角；当光从水或玻璃斜射入空气中时，折射角大于入射角．初中学的光的折射规律只是定性地描述了光的折射现象，而我们今天要定量地进行研究．(二)教学过程设计演示：将光的激光演示仪接通电源，暂不打开开关，将烟雾发生器点燃置入光的折射演示器中，将半圆柱透明玻璃放入对应的位置．打开开关，将激光管点燃，让一束激光照在半圆柱透明玻璃的平面上，让光线垂直于平面过圆心入射(沿法线入射)，观察折射情况：a．角度，b．明暗程度与入射光线进行对比．然后改变入射角进行记录，再次观察能量改变的情况．最后进行概括、归纳、小结．1．在两种介质的分界面上入射光线、反射光线、折射光线的能量分配．(某种玻璃与空气的界面上)151\n入射角(入射光线能量为100％)反射光线能量折射光线能量0°100％4.7％95.3％30°100％4.9％95.1％60°100％9.8％90.2％80°100％39％61％90°100％100％0％ 我们可以得出结论：随入射角的增大，反射光线的能量比例逐渐增加，而折射光线的能量比例逐渐减小．2．经历了近1500年才得到完善的定律．(1)历史发展：公元2世纪古希腊天文学家托勒密通过实验得到：A．折射光线跟入射光线和法线在同一平面内；B．折射光线和入射光线分居在法线的两侧；C．折射角正比于入射角．德国物理学家开普勒也做了研究．(2)折射定律：最终在1621年，由荷兰数学家斯涅耳找到了入射角和折射角之间的关系．将一组测量数据抄写在黑板上让学生进行计算(用计算器)，光线从空气射入某种玻璃．入射角i(°)折射角r(°)i/rsini/sinr106.71.501.492013.31.501.493019.61.531.494025.21.591.515030.71.631.506035.11.671.517038.61.811.508040.61.971.51 通过分析表中数据可以得出结论：入射角的正弦跟折射角的正弦成正比．如果用n来表示这个比例常数，就有151\n这就是光的折射定律，也叫斯涅耳定律．演示：如果使光线逆着原来的折射光线到界面上，折射光线就逆着原来的入射光线射出，这就是说，在折射现象中光路也是可逆的．(在反射现象中，光路是可逆的)3．折射率n．光从一种介质射入另一种介质时，虽然入射角的正弦跟折射角的正弦之比为一常数n，但是对不同的介质来说，这个常数n是不同的．这个常数n跟介质有关系，是一个反映介质的光学性质的物理量，我们把它叫做介质的折射率．i是光线在真空中与法线之间的夹角．r是光线在介质中与法线之间的夹角．光从真空射入某种介质时的折射率，叫做该种介质的绝对折射率，也简称为某种介质的折射率．相对折射率在高中不作要求．又因为空气的绝对折射率为1.00028，在近似计算中认为空气和真空相同，故有时光从空气射入某种介质时的折射率当作绝对折射率进行计算．(2)折射率的定义式为量度式．折射率无单位，任何介质的折射率不4．介质的折射率与光速的关系．理论和实验的研究都证明：某种介质的折射率，等于光在真空中的速度c跟光在这种介质中的速度之比．例1 光在某介质中的传播速度是2.122×108m/s，当光线以30°入射角，由该介质射入空气时，折射角为多少？解：由介质的折射率与光速的关系得又根据介质折射率的定义式得151\nr为在空气中光线、法线间的夹角即为所求．i为在介质中光线与法线间的夹角30°．由(1)、(2)两式解得：所以r=45°．例2 光线从空气射入甲介质中时，入射角i=45°，折射角r=30°，光线从空气中射入乙介质中时，入射角i′=60°，折射角r′=30°．求光在甲、乙两种介质中的传播速度比．解：设光在甲介质中传播的速度为v甲，光在乙介质中传播的速度为v乙．根据折射率的定义式得：根据折射率与光速的关系得：151\n则入射角约为多少？解：根据光的反射定律有入射角i跟反射角β相等i=β，根据题意折射光线与反射光线垂直，即两光线的夹角为90°，则反射角β与折射角r互余，即β+r=90°，则i＋r=90°．又根据折射率的定义式：所以 i=60°．练习：这种玻璃中传播的速度之比是多少？9∶8．(2)光线由空气射入某种介质，折射光线与反射光线恰好垂直，已知入射角是53°，则这种介质可能是什么？水．(3)一束宽度为10cm的平行光束，以60°的入射角从空气射入折射17.3cm．(三)课堂小结1．光的折射定律是几何光学的三大基本规律之一．(另外两个规律是：光的直线传播规律，光的反射定律)是研究几何光学的重要法宝．高中阶段只研究在两种介质中其中一种是空气的两界面间的折射情况及所遵循的规律．在应用时，一定要注意作图．突出几何的特点．2．折射率是几何光学中非常重要的基本概念之一．它反映介质的光学性质．每一种介质在一定条件下有一个确切的折射率，不同种类的介质在相同的条件下，一般具有不同的折射率．例如：玻璃的折射率是1.50，水的折射率是1.33．3．通常说的介质的折射率是指介质的绝对折射率，即光从真空射入某种介质时的折射率．设光由介质1射入介质2，这时的折射率确切地说应该叫做介质2对介质1151\n的相对折射率，通常用n21来表示．相对折射率在高中阶段不要求，一般学校的学生最好不引入，避免引起概念混乱． 五、教学说明 1．光的折射的实验在暗室中做效果更好，在介绍仪器时，一定要说明半圆柱透镜的放法和如何改变入射角，特别是在做逆向入射时一定要说清楚半圆柱体透镜的圆面入射时是沿法线入射，这时还要特别指出的是引导学生观察光的明暗程度，分析能量分配的关系．2．教师在黑板上作图一定要用直尺规范作图，强调学生也要用规尺作图，以便养成良好的学习习惯．为将来的学习打好基础． 光学·全反射·教案 一、教学目标 1．在物理知识方面的要求．(1)理解光的全反射现象；(2)掌握临界角的概念和发生全反射的条件；(3)了解全反射现象的应用．2．通过观察演示实验，理解光的全反射现象，概括出发生全反射的条件，培养学生的观察、概括能力；通过观察演示实验引起学生思维海洋中的波澜，培养学生透过现象分析本质的方法、能力．3．渗透学生爱科学的教育，培养学生学科学、爱科学、用科学的习惯，生活中的物理现象很多，能否用科学的理论来解释它，更科学的应用生活中常见的仪器、物品． 二、重点、难点分析 151\n1．重点是掌握临界角的概念和发生全反射的条件，折射角等于90°时的入射角叫做临界角，当光线从光密介质射到它与光疏介质的界面上时，如果入射角等于或大于临界角就发生全反射现象．2．全反射的应用，对全反射现象的解释．光导纤维、自行车的尾灯是利用了全反射现象制成的；海市蜃楼、沙漠里的蜃景也是由于全反射的原因而呈现的自然现象． 三、教具 1．全反射现象演示仪，接线板，烟雾发生器，火柴，产生烟雾的烟雾源，半圆柱透明玻璃(半圆柱透镜)，弯曲的细玻璃棒(或光导纤维)．2．烧杯，水，蜡烛，火柴，试管夹、镀铬的光亮铁球(可夹在试管夹上)．3．自行车尾灯(破碎且内部较完整)．4．直尺． 四、主要教学过程 (一)引入新课演示Ⅰ将光亮铁球出示给学生看，在阳光下很刺眼，将光亮铁球夹在试管夹上，放在点燃蜡烛上熏黑，将试管夹和铁球置于烛焰的内焰进行熏制，一定要全部熏黑，再让学生观察．然后将熏黑的铁球浸没在盛有清水的烧杯中，现象发生了，放在水中的铁球变得比在阳光下更亮．好奇的学生误认为是水泡掉了铁球上黑色物，当老师把试管夹从水中取出时，发现熏黑的铁球依然如故，再将其再放入水中时，出现的现象和前述一样，学生大惑不解，让学生带着这个疑问开始学习新的知识——全反射现象．(二)新课教学1．全反射现象．光传播到两种介质的界面上时，通常要同时发生反射和折射现象，若满足了某种条件，光线不再发生折射现象，而全部返回到原介质中传播的现象叫全反射现象．那么满足什么条件就可以产生全反射现象呢？151\n2．发生全反射现象的条件．(1)光密介质和光疏介质．对于两种介质来说，光在其中传播速度较小的介质，即绝对折射率较大的介质，叫光密介质，而光在其中传播速度较大的介质，即绝对折射率较小的介质叫光疏介质，光疏介质和光密介质是相对的．例如：水、空气和玻璃三种物质相比较，水对空气来说是光密介质，而水对玻璃来说是光疏介质，根据折射定律可知，光线由光疏介质射入光密介质时(例如由空气射入水)，折射角小于入射角；光线由光密介质射入光疏介质(例如由水射入空气)，折射角大于入射角．既然光线由光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角，由此可以预料，当入射角增大到一定程度时，折射角就会增大到90°，如果入射角再增大，会出现什么情况呢？演示Ⅱ将半圆柱透镜的半圆一侧靠近激光光源一侧，使直平面垂直光源与半圆柱透镜中心的连线，点燃烟雾发生器中的烟雾源置于激光演示仪中，将接线板接通电源，打开激光器的开关．一束激光垂直于半圆柱透镜的直平面入射，让学生观察．我们研究光从半圆柱透镜射出的光线的偏折情况，此时入射角0°，折射角亦为零度，即沿直线透出，当入射角增大一些时，此时，会有微弱的反射光线和较强的折射光线，同时可观察出反射角等于入射角，折射角大于入射角，随着入射角的逐渐增大，反射光线就越来越强，而折射光线越来越弱，当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光线完全消失，只剩下反射光线．这种现象叫做全反射．(2)临界角C．折射角等于90°时的入射角叫做临界角，用符号C表示．光从折射率为n的某种介质射到空气(或真空)时的临界角C就是折射角等于90°时的入射角，根据折射定律可得：(3)发生全反射的条件．①光从光密介质进入光疏介质；②入射角等于或大于临界角．3．对全反射现象的解释．(1)引入新课的演示实验Ⅰ．被蜡烛熏黑的光亮铁球外表面附着一层未燃烧完全的碳蜡混和物，对水来说是不浸润的，当该球从空气进入水中时，在其外表面上会形成一层很薄的空气膜，当有光线透过水照射到水和空气界面上时，会发生全反射现象，而正对小球看过去会出现一些较暗的区域，这是入射角小于临界角的区域，明白了这个道理再来看这个实验，学生会有另一番感受．151\n(2)让学生观察自行车尾灯．用灯光来照射尾灯时，尾灯很亮，也是利用全反射现象制成的仪器．在讲完全反射棱镜再来体会它的原理就更清楚了．可先让学生观察自行车尾灯内部的结构，回想在夜间看到的现象．引导学生注意生活中的物理现象，用科学知识来解释它，从而更好的利用它们为人类服务．(3)用激光演示仪的激光光源演示光导纤维传播光的现象，或用弯曲的细玻璃棒进行演示，配合作图来解释现象：从细玻璃棒一端射进棒内的光线，在棒的内壁多次发生全反射，沿着锯齿形路线由棒的另一端传了出来，玻璃棒就像一个能传光的管子一样．实际用的光导纤维是非常细的特制玻璃丝，直径只有几μm到100μm左右，而且是由内心和外套两层组成的，光线在内心外套的界面上发生全反射，如果把光导纤维聚集成束，使其两端纤维排列的相对位置相同，这样的纤维就可以传递图像．(4)让学生阅读大气中的光现象——蒙气差，海市蜃楼，沙漠里的蜃景．说法中正确的是                                                                                  [   ]．A．光线a、b都不能发生全反射B．光线a、b都能发生全反射C．光线a发生全反射，光线b不发生全反射D．光线a不发生全反射，光线b发生全反射解析：根据发生全反射的条件，光从光密介质射到光疏介质中时，介质Ⅰ对空气Ⅱ来说是光密介质，所以光线a可能发生全反射，介质Ⅰ的临界角为：151\n注意图中光线a给的是与界面的夹角30°，而此时的入射角为60°＞45°，故光线a能发生全反射，故正确选择答案为(C)．例2 如图2所示，一束光线从空气射入某介质，入射光线与反射光线夹角为90°，折射光线与入射光线延长线间夹角为15°，求：(1)该介质的折射率；(2)光在该介质中传播的速度；(3)当光从介质射入空气时的临界角．解：根据题意入射光线与反射光线的夹角为90°，又根据光的反射定律，反射角等于入射角，即α=β=45°．r=α-θ=45°-15°=30°．(三)课堂小结151\n1．全反射现象是非常重要的光学现象之一，产生全反射现象的条件是：①光从光密介质射到它与光疏介质的界面上，②入射角等于或大于临界角．这两个条件都是必要条件，两个条件都满足就组成了发生全反射的充要条件．2．全反射的应用在实际生活中是非常多的．在用全反射的知识解释时，特别要注意是否满足两个条件．回答这类问题要注意逻辑推理，一般是依据条件要叙述清楚，根据要给充分，结论要简明．3．为了给后面全反射棱镜的学习打基础．临界角是几何光学中一个非常重要的概念，但在高中阶段不深入讨论临界的情况． 五、教学说明 1．做演示实验Ⅰ时要注意仪器的叙述，用蜡烛熏铁球时，试管夹子也被同时熏黑，但由于试管夹的形状原因，一般来说有一部分会在某一角度看会发生全反射现象，不像小铁球那样几乎全部是“光亮”的．这个铁球要重复几次从水中抽出、进入的过程，让学生充分相信不是被熏黑的部分被水泡掉而产生的光学现象．2．做演示实验Ⅱ时，注意讲清垂直入射到半圆柱透镜的圆弧面上的光线不研究，只研究光线从半圆柱透镜直平面上发生的反射、折射现象，这个演示实验的现象应让学生做记录，从而验证在折射定律一节中提到的反射光线、折射光线随入射角变化而变化的结论．3．本节习题与问题解释不要涉及具体的技术问题，也不要讨论偏题、难题，只要达到让学生理解临界角和全反射现象就够了． 光学·透镜成像作图·教案 一、教学目标 1．在物理知识方面要求．(1)了解凸透镜对光的会聚作用和凹透镜对光的发散作用；(2)了解透镜的主轴、副轴、光心、焦点、焦平面和焦距；(3)掌握透镜成像规律；(4)掌握透镜成像作图法．151\n2．通过透镜成像作图法的实际训练，让学生对透镜成像规律的理解更深一步．严格的作图习惯的训练，使学生体会对科学应有的态度．3．假设的方法是研究物理问题的重要方法．通过对假设的方法的介绍，让学生体会到物理学的发展有许多时候，就是利用了这种方法．提出假设——解释现象——实验验证——完善假设，循环多次形成科学的理论． 二、重点、难点分析 1．重点是使学生掌握透镜成像作图法．透镜成像作图的依据是三条特殊光线．2．学生作图习惯的培养也是教学的重点，也是难点，难就难在学生有了许多的习惯，有些是不良的习惯．但改起来很困难．透镜成像作图法本身就是难点．特别是一般光线经透镜折射后的出射光线的确定，成像位置的确定及大小计算． 三、教具 1．观察凸透镜、凹透镜成像规律．凸透镜、凹透镜(几组)．2．直尺(较长一些，最好在一米左右)． 四、主要教学过程 (一)引入新课在初中我们已经学习过了凸透镜、凹透镜的有关知识，那时候对凸透镜、凹透镜的认识是浅显的，一般来说还停留在定性的认识水平上，今天我们来定量地研究凸透镜、凹透镜成像的规律，应用数学上几何作图的方法来研究．(二)教学过程设计1．透镜及其分类．151\n两个侧面都磨成球面(或者一面是球面，另一面是平面)的透明体叫透镜．透镜通常是用玻璃磨成的．透镜可以分为凸透镜和凹透镜两类．(1)中间厚、边缘薄的透镜叫凸透镜，凸透镜对光线有会聚作用，也叫会聚透镜．(2)中间薄、边缘厚的透镜叫凹透镜，凹透镜对光线有发散作用，也叫发散透镜．凸透镜和凹透镜对光线的作用原理可以用棱镜对光线的偏折作用来说明．透镜可以被看作是由许多个小三棱镜组成的，由光线经过棱镜后向底面偏折的知识可知，凸透镜使光线会聚，凹透镜使光线发散．2．有关透镜的几个概念．(1)薄透镜．通常把厚度比球面的半径小得多的透镜，叫做薄透镜．我们高中阶段只研究薄透镜．凸透镜符号：．凹透镜符号：(2)主光轴．透镜的两个球面都有自己的球心，我们把通过两球心的直线，叫做透镜的主光轴，简称主轴．用点画线来表示．(3)光心．主轴跟透镜的两面各有一个交点，对于薄透镜来说，这两个交点可以看作是重合在一起的，这一点叫做透镜的光心．用O来表示，光心比较特殊，不仅平行于主轴的光线通过它后方向不变，与主轴成一定角度的光线通过它以后方向也不变．这是因为透镜的中部可以看作是一小块平行玻璃板，与主轴成一定角度的光线通过这小块平行玻璃板后，虽然与入射光线不在一条直线上，但与入射光线平行，产生一定侧向位移，对于薄透镜来说，这个侧向位移很小，可以忽略不计．因此通过薄透镜光心的光线，传播方向不发生改变，这是光心的重要性质．(4)焦点．平行于主轴的光线，通过凸透镜后会聚于主轴上的一点，这个点叫做凸透镜的焦点．用F、F′来表示．平行于主轴的光线通过凹透镜后变得发散，这些发散光线看起来好像是从它们的反向延长线的交点F发出来的，点F也是在主轴上，叫做凹透镜的焦点．凸透镜的焦点是实焦点，凹透镜的焦点是虚焦点．(5)焦距．从透镜的焦点到光心的距离，叫透镜的焦距，用f来表示．透镜两侧各有一个焦点，只要透镜两侧的介质相同，两个焦点对光心是对称的，两个焦距相等．(6)焦平面、副光轴、副焦点：通过主焦点垂直于主轴的平面，叫焦平面；除了主轴以外其他过光心的直线，叫副光轴，简称副轴；副光轴与焦平面的交点，叫副焦点．(7)物距．物到镜心的距离叫物距，用u来表示．(8)像距．像到镜心的距离叫像距，用v来表示．3．透镜成像规律．151\n演示：将几组凸透镜、凹透镜分发给学生进行观察．总结透镜成像规律．(1)凸透镜成像规律．u＞2f在异侧f＜v＜2f倒立缩小实像u=2f在异侧v=2f倒立等大实像f＜u＜2f在异侧v＞2f倒立放大实像u=f v=∞不成像u＜f在同侧v＞u正立放大虚像． (2)凹透镜成像规律．只在凹透镜同侧成正立、缩小的虚像．4．三条特殊光线．(1)跟主轴平行的光线，折射后通过焦点．(2)通过焦点的光线，折射后跟主轴平行．(3)通过光心的光线经过透镜后方向不变．作图时，应用上面三条光线中的任意两条，就可以确定不在主轴上的任一发光点的像．一个物体可以看作是由许多点组成的，每个点发出的光线通过透镜后都形成一个像点，一个物点发出的光线通过透镜后必交于一个像点处．所有的像点合在一起就是整个物体的像，实际作图时，只要求作出物体上下两个端点的像，就可以求出物体的像．因为物体上其他各点的像都在这两个像点之间．例如要作出物体AB由凸透镜所成的像(图1)，要作出物体上两个端点A和B的像就行了．作A点的像时，可以用发自A点的两条光线，一条跟主轴平行，另一条通过光心，这两条光线通过透镜后的交点A1就是A的像．同样可以作出B点的像B1．物体上其他各点的像位于A1和B1之间．可见A1B1就是物体AB的像．A1B1是光线通过透镜后实际会聚而成的，所以是实像．151\n在图1所示的情形里，物体位于凸透镜2倍焦距以外的地方(u＞2f)，所成的是倒立缩小的实像，像距大于焦距而小于2倍焦距(f