高中物理 第三章 磁场 第二节 磁感应强度示范教案 新人教版选修3-1.doc

2磁感应强度教学设计(一)教学分析磁感应强度是磁场一章的重要概念，在本节课的学习中，学生再次体会用比值定义物理量的方法，而且由于定义磁感应强度涉及的物理量有三个：磁场对导线的作用力、电流、导线长度，还要注意定义的条件：导线和磁场垂直，所以难度更大，教学要求更高。教学目标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。3通过观察、类比(与电场强度的定义的类比)，使学生理解和掌握磁感应强度的概念。4培养学生探究物理现象的兴趣，提高综合学习能力。教学重点难点磁感应强度概念的建立是本节的重点(也是本章的重点)，同时也是本节的难点。通过与电场强度的定义的类比，以实验为基础通过理论推导说明磁场对电流元的力跟电流和导线长度的关系，并进一步引入磁感应强度的定义，从而突破难点。教学方法与手段首先通过实验让学生观察了解磁场对电流的作用力与磁场强弱、电流大小、导线长度和导线与磁场的夹角都有关系，然后利用理论推导得出当导线跟磁场垂直时，磁场对电流的作用力跟电流成正比，跟导线长度成正比。在此基础上引入磁感应强度的定义。教学中在教师的启发和引导下，学生通过实验探究、理论探究，在他们相互合作、共同探讨的过程中，观察现象，得出结论，给出定义，完成这节课的学习。教学媒体电磁铁、蹄形磁铁、导体棒、电源、导线等多媒体课件、实物投影仪。知识准备复习磁场的概念、电场强度的定义方法等。导入新课事件1教学任务：演示实验，导入新课师生活动：ppt展示巨大的电磁铁起重机吊起重物的图片，利用磁场的一些有趣图片等，激发学生的兴趣、求知欲。【演示】 学生观察实验现象：把一段通电导体棒放在电磁铁产生的磁场中，改变电磁铁中的电流，可以看到，同一通电导体棒受力不同，引导学生在观察现象的基础上思考：这一现象说明了什么问题？结论：实验现象说明两种情况中磁场强弱不同。问题：怎样表示磁场强弱？引入新课：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。推进新课事件2教学任务：磁感应强度的方向。师生活动：【演示】 实物投影仪演示小磁针在磁铁周围的不同位置指向不同，说明小磁针受力方向不同，磁场方向不同。放在磁场中的小磁针在电场中，我们用电场强度表示电场的强弱和方向，在磁场中我们用磁感应强度表示磁场的强弱和方向。所以，磁感应强度是一个矢量，磁场中某点磁感应强度的方向，就是该处磁场的方向，也就是小磁针的n极在此处受磁场力的方向。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。事件3教学任务：明确研究对象，建立电流元概念师生活动：在电场中，我们通过电场对电荷的作用力来了解电场的性质，我们可以用类比的方法研究磁场的性质。研究对象的选取问题。学生讨论：能否选取小磁针为研究对象，通过磁场对小磁针的作用力来研究磁场的性质？参考结论：因为磁场对小磁针的两个磁极均有力的作用，且总是等大反向，不易于测量和分析。磁场还对哪些对象有力的作用？学生发散思维寻找答案：电流。现在我们需要通过磁场对电流的作用力，来了解磁场的性质。选取电流作为研究对象存在哪些不足？学生讨论：电流形状、磁场分布、各部分在磁场中位置不同导致受力情况不同，等等类比点电荷概念抽象电流元：为了研究问题的方便，常常选取较短的一段电流进行研究，在这段电流上电流不弯曲、磁场强弱相同，电流各部分所受磁场力也相同。这个用来选作研究对象的一小段电流称为电流元。事件4教学任务：实验探究磁场对电流的作用力跟电流、导线长度的关系。师生活动：问题：磁场对电流的作用力大小跟哪些因素有关呢？学生提出猜想后，教师通过实验检验。【演示】 磁场对电流的作用力跟导线与磁场方向间的关系。结论：导线跟磁场垂直时，磁场对电流的作用力最大；导线跟磁场平行时，磁场对电流没有作用力。下面我们就研究导线跟磁场垂直时，磁场对电流的作用力跟电流大小和导线长度的关系。【演示】磁场对电流的作用力跟电流大小的关系。实验装置如图所示：三块相同的蹄形磁铁并列放置，可以认为磁极间的磁场是均匀的，将一根直导线悬挂在磁铁的两极间，有电流通过时导线将摆动一个角度，通过这个角度我们可以比较磁场对电流的作用力的大小。分别接通“2、3”和“1、4”可以改变导线通电部分的长度，电流大小由外部电路控制。先保持导线通电部分的长度不变，改变电流的大小，观察电流大小不同的情况下，磁场对电流的作用力的大小。结论：电流越大，磁场对电流的作用力越大；电流越小，磁场对电流的作用力越小。【演示】磁场对电流的作用力跟导线长度的关系。在上述实验装置中，保持电流不变，改变在磁场中导线通电部分的长度，观察导线长度不同的情况下，磁场对电流的作用力的大小。结论：磁场中的导线越长，磁场对电流的作用力越大；磁场中的导线越短，磁场对电流的作用力越小。事件4教学任务：理论探究磁场对电流的作用力跟电流、导线长度的关系。师生活动：引导学生通过推导，从理论上说明上述实验结论，并进一步得出磁场对电流的作用力跟电流、导线长度的定量关系。结论：磁场对电流的作用力跟电流大小成正比，跟导线长度成正比，即fil，引入比例系数b，写成等式为：fbil。事件5教学任务：定义磁感应强度。师生活动：通过和电场强度的定义类比，引入磁感应强度的定义。提问：电场强度是如何定义的？其定义式是什么？学生答电场强度是通过将一检验电荷放在电场中分析电荷所受的电场力与检验电荷电荷量的比值来定义的，其定义式为e。讨论与交流：根据描述电场强弱和方向的方法，讨论表示磁场强弱的物理量磁感应强度的定义方法。学生会考虑根据小磁针受力定义磁感应强度，引导学生考虑到小磁针静止时所受合力为零，磁极来定义磁场强弱不好定量。总结与归纳：通过上述实验和理论探究，我们已经得出结论：当通电直导线在磁场中与磁场方向垂直时，受到磁场对它的作用力跟通过它的电流成正比，跟导线长成正比。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i与导线长度l乘积的比值是一个恒量，比值与电流i和导线长度l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。磁感应强度定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的安培力f跟电流i和导线长度l的乘积il的比值叫该处的磁感应强度，磁感应强度用b表示，则：b。磁感应强度b是表示磁场强弱的物理量。单位：在国际单位制中，磁感应强度的单位是特斯拉，简称特，国际符号是t。1 t1 顺便说明，一般的永磁体磁极附近的磁感应强度是0.5 t左右，地球表面的地磁场的磁感应强度大约为5.0105 t。1匀强磁场中长2 cm的通电导线垂直磁场方向，当通过导线的电流为2 a时，它受到的磁场力大小为4103 n，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b t0.1 t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。再问：若上题中电流不变，导线长度减小到1 cm，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5 a，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：2103 n,0.1 t；1102 n,0.1 t，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大小、导线长短无关。讨论与交流：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：用通电导线在不同方向检测，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。结论：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磁场力作用，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。1有关磁感应强度b的方向说法正确的是()ab的方向就是小磁针n极所指的方向bb的方向与小磁针n极的受力方向一致cb的方向就是该处磁场的方向db的方向垂直于该处磁场的方向答案：bc2关于磁感应强度，下面说法正确的是()a一小段通电导线放在磁场a处时，受磁场力比放在b处大，说明a处磁感应强度比b处大b由b知，某处磁感应强度大小与放入该处的通电导线il乘积成反比c放在匀强磁场中各处的通电导线，受力的大小和方向均相同d小磁针n极所受磁场力方向就是该处磁感应强度的方向答案：d课堂巩固与反馈事件6教学任务：形成性测试：学生独立完成。时间：4分钟1下列说法中错误的是()a磁场中某处的磁感应强度大小，等于垂直磁场方向通以电流i、长为l的一小段导线放在该处时所受磁场力f与i、l的乘积的比值b一小段通电导线放在某处不受磁场力作用，则该处一定没有磁场c一小段通电导线放在磁场中a处时受磁场力比放在b处大，则a处磁感应强度比b处的磁感应强度大d因为b，所以某处磁感应强度的大小与放在该处的通电小段导线il乘积成反比2一根导线长0.2 m，通过3 a的电流，在磁场中某处受到的最大磁场力是6102 n，则该处的磁感应强度b的大小是_ t；如果该导线的长度和电流都减小一半，则该处的磁感应强度的大小是_ t。3磁场中放一根与磁场方向垂直的通电导线，它的电流是2.5 a，导线长1 cm，它受的磁场力为5102 n，则这个位置的磁感应强度为多大？答案：1.bcd2.0.10.13.2 t事件7教学任务：磁场的叠加遵守矢量的平行四边形定则学生讨论：若在某一空间中某一点同时存在几个磁场，磁感应强度分别为b1、b2、b3、b4，则此空间中该点的磁感应强度应为多少？如何计算？事件8教学任务：引导学生从知识、方法、情感三个侧面小结本节课的学习活动。1复习本节教材。2完成课本课后问题与练习。2磁感应强度一、磁感应强度的方向：小磁针静止时n极所指的方向为该处磁感应强度的方向二、定义式b(条件：电流i和磁场方向垂直)三、物理意义：磁感应强度是表示磁场强弱和方向的物理量四、单位：特斯拉，简称特，国际符号是t。1 t1 五、磁感应强度是矢量教学设计(二)教学分析磁感应强度是电磁学的基本概念之一，是本章的重点。同时，磁场对磁极和电流的作用力(本质上是磁场对运动电荷的作用力)远比电场对电荷的作用力复杂，如何寻找描述磁场强弱和方向的物理量是本章教学的一个难点。用小磁针n极受力方向定义磁感应强度的方向，用电流元受磁场力与电流元之比定义磁感应强度，符合学生的认知水平。可以通过演示实验与电场强度的定义类比来突破难点，形成磁感应强度的概念。教学目标1通过实验、类比分析，寻找描述磁场强弱和方向的物理量磁感应强度。2进一步体会通过比值法定义物理量的方法。3知道磁感应强度的定义，知道其方向、大小、定义式和单位。4培养学生探究物理现象的兴趣，提高学习能力。教学重点难点磁感应强度概念的建立是本节的重点(也是本章的重点)，同时也是本节的难点。通过与电场强度定义的类比，以实验为基础通过理论推导说明磁场对电流元的力跟电流和导线长度的关系，并进一步引入磁感应强度的定义，从而突破难点。教学方法与手段首先通过观看视频，让学生对不同磁场强弱不同有一个感性认识，然后通过分组实验让学生观察磁场对电流的作用力与磁场强弱、电流大小、导线长度和导线与磁场的夹角都有关系，再利用dis演示实验得出当导线跟磁场垂直时，磁场对电流的作用力跟电流成正比，跟导线长度成正比。在此基础上引入磁感应强度的定义。教学中在教师的启发和引导下，学生通过实验探究、理论探究，在他们相互合作、共同探讨的过程中，观察现象，得出结论，给出定义，完成这节课的学习。教学媒体电磁铁、蹄形磁铁、导体棒、电源、导线、dis演示实验材料等多媒体课件、实物投影仪。知识准备复习磁场的概念、电场强度的定义方法等。导入新课事件1教学任务：观察视频，导入新课学情分析：学生初中已学习过电磁铁的有关知识，了解电磁铁的简单应用，利用他们熟悉的知识，生活中电磁铁的应用的有关例子，激发他们的好奇心，引入本节学习的重点内容。师生活动：播放两个视频：磁悬浮列车简单原理，巨大的电磁铁起重机吊起重物ppt展示磁悬浮列车和巨大的电磁铁起重机吊起重物的图片，利用磁场的一些有趣图片等，激发学生的兴趣、求知欲。【分组实验】 学生自己动手操作并观察实验现象：如图，通电电磁铁吸引别针，改变电磁铁中电流的大小，可以看到，吸引别针的多少不同，引导学生在观察现象的基础上思考：这一现象说明什么问题？结论：实验现象说明两种情况中磁场强弱不同。问题：怎样表示磁场强弱？引入新课磁场不仅具有方向，而且也具有强弱，为表征磁场的强弱和方向就要引入一个物理量。怎样的物理量能够起到这样的作用呢？提问1：用哪个物理量来描述电场的强弱和方向？用电场强度来描述电场的强弱和方向。提问2：电场强度是如何定义的，其定义式是什么？电场强度是通过将一检验电荷放在电场中分析电荷所受的电场力与检验电荷电荷量的比值来定义的，其定义式为e。我们用相类似的方法来学习描述磁场强弱和方向的物理量磁感应强度。推进新课事件2教学任务：磁感应强度的方向。学情分析：通过初中的学习，学生已了解电流周围存在磁场、磁铁周围存在磁场，为了形象地描述磁场，在物理学中，把小磁针静止时北极所指的方向定为那点的磁场方向。师生活动：【演示】 实物投影仪演示小磁针在磁铁周围的不同位置指向不同，说明小磁针受力方向不同，磁场方向不同。电场和磁场都是客观存在的。电场有强弱和方向，磁场也有强弱和方向。思考，电场强度的方向是如何规定的？对研究磁感应强度的方向有何启发？规定正电荷所受电场力的方向为该点的电场强度的方向。场强的方向是从电荷受力的角度规定的。小磁针放入磁场中会受到磁场力的作用，因此，磁场的方向可以从小磁针受力的角度规定。在磁场中的任一点，小磁针北极受力的方向，即小磁针静止时北极所指的方向，就是该点的磁场方向，即磁感应强度的方向。事件3教学任务：实验探究磁场对电流的作用力跟电流、导线长度的关系。学情分析：学生已深信磁场有强弱和方向，前面的学习了解了磁感应强度的方向即为磁场的方向，且用小磁针n极受力方向可确定磁场方向，但如何确定磁感应强度的大小是一个难点问题。师生活动：教师通过设问启发学生思考，降低问题解决的难度。问题1：在电场中，我们通过电场对电荷的作用力来了解电场的性质，磁感应强度的大小能否从小磁针受力的情况来研究？不能。因为小磁针不会单独存在一个磁极，小磁针静止时，两个磁极所受合力为零，因此无法从小磁针受力的角度确定磁场的强弱，即无法定义磁感应强度的大小。问题2：那如何研究磁感应强度的大小呢？磁场对磁极有力的作用，磁场对通电电流也有力的作用。无法从小磁针受力的情况研究磁感应强度的大小，转换一下思维，是否可从电流在磁场中受力的角度去研究？现在我们需要通过磁场对电流的作用力，来了解磁场的性质。问题3：磁场对电流的作用力大小跟哪些因素有关呢？学生提出猜想：磁场对电流的作用力跟导线与磁场方向有关磁场对电流的作用力跟电流的大小有关磁场对电流的作用力跟导线的长度有关磁场对电流的作用力跟磁场强度有关等等。通过分组实验学生亲自动手检验。实验前让学生明白：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的乘积il叫做电流元。但要使导线中有电流，就要把它连接到电源上，所以孤立的电流元是不存在的。可以在磁场的强弱和方向都相同的匀强磁场中，研究较长的一段通电导线的受力情况，从而推知一小段电流元的受力情况。实验装置如图所示：三块相同的蹄形磁铁并列放置，可以认为磁极间的磁场是均匀的，将一根直导线悬挂在磁铁的两极间，有电流通过时导线将摆动一个角度，通过这个角度我们可以比较磁场力的大小，分别接通“2、3”和“1、4”可以改变导线通电部分的长度，电流由外部电路控制。在匀强磁场中探究影响通电导线受力的因素【分组实验】 启发学生学会应用控制变量法。(1)保持导线通电部分的长度不变，改变电流的大小。结论：通电导线长度一定时，电流越大，导线所受磁场力就越大。(2)保持电流不变，改变导线通电部分的长度。结论：电流一定时，通电导线越长，磁场力越大。(3)部分学生实验器材有电磁铁，可通过改变电流改变磁场强弱，探究磁场对电流的作用力跟磁场强弱的关系。通电导线长度一定，电流不变时，磁场越强，磁场对电流的作用力越大。上面的结论都是学生在上述实验装置，也就是导线跟磁场垂直时，实验操作得出的结论。师生可共同演示导线跟磁场平行时，导线受力情况。【演示】 磁场对电流的作用力跟导线与磁场方向间的关系。结论：导线跟磁场垂直时，磁场对电流的作用力最大，导线跟磁场平行时，磁场对电流没有作用力。事件4教学任务：用dis演示实验理论探究磁场对电流的作用力跟电流、导线长度的关系。师生活动：通电导线在磁场中受力大小与电流定量关系的研究用dis演示实验研究通电导线与磁场方向垂直时受力大小与电流大小的定量关系。如图所示的装置保持通电导线框的位置不变，用力传感器测量所需拉力f(等于电流所受磁场作用力大小)的大小，拉力与电流所受磁场力为平衡力。用电流传感器测量线框中的电流。 (1)保持l不变，改变i四次，测定相应的四个力f，利用图象得到fi。(2)保持i不变，用三个相同的蹄形磁铁逐次并放，以改变受力部分导线的长度，测定相应的三个力f，得到fl。同一块磁铁f/n0.040.080.12i/a0.210.410.64保持i不变l2l3lf/n0.080.160.24i/a0.36实验注意事项：(1)矩形线圈保持竖直；(2)两个相同的蹄形磁铁并放时要有一定的间隔；(3)每次测量时矩形线圈相对磁铁的位置保持不变。精确的实验表明，通电导线在磁场中受到的磁场力的大小，既与导线的长度l成正比，与导线中的电流i也成正比，即与i和l的乘积成正比，用公式表示为fil，引入比例系数b，写成等式为：fbil。问题：b有何物理意义呢？在不同的蹄形磁铁的磁场中重复上面的实验。结论：(1)在同一磁场中，不管i、l如何改变，比值b总是不变的。(2)i、l不变，但在不同的磁场中，比值b是不同的。(3)b是由磁场本身决定的，在电流i、导线长度l相同的情况下，电流所受的磁场力越大，比值b越大，表示磁场越强。事件5教学任务：定义磁感应强度。师生活动：通过和电场强度的定义类比，引入磁感应强度的定义。磁感应强度的定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的磁场力f跟电流i和导线长度l的乘积il的比值叫磁感应强度，即b。总结与归纳：(1)如果导线很短，b就是导线所在处的磁感应强度。(2)物理意义：磁感应强度b是表示磁场强弱的物理量。(3)单位：在国际单位制中，磁感应强度的单位是特斯拉，简称特，国际符号是t。1 t1 (4)方向：磁感应强度是矢量。在磁场中的任一点，小磁针北极受力的方向，即小磁针静止时北极所指的方向，就是该点的磁场方向，即磁感应强度的方向。事件6特斯拉(nikola tesla，18561943)，美国电气工程师。他一生致力于交流电的研究，是让交流电进入实用领域的主要推动者教学任务：了解特斯拉和一些磁场的磁感应强度。师生活动：(投影)让学生了解特斯拉。尼古拉特斯拉(nikola tesla，18561943)，1856年7月10日出生，是世界知名的发明家、物理学家、机械工程师和电机工程师。塞尔维亚血统的他出生在克罗地亚(后并入奥地利帝国)。特斯拉被认为是历史上一位重要的发明家。他在19世纪末和20世纪初对电性和磁性的研究作出了杰出贡献。(投影)了解一些磁场的磁感应强度/t人体感官内的磁场1013109地磁场在地面附近的平均值5105我国研制的作为磁谱仪核心部件的大型永磁体中心0.134 6电动机或变压器铁芯中的磁场0.81.7电视机偏转线圈内约0.1实验室使用的最强磁场瞬时103恒定37中子星表面磁场106108原子核表面约10121关于磁感应强度b的说法正确的是()ab的方向就是小磁针n极所指的方向bb的方向与小磁针s极的受力方向相反c磁场中某处的磁感应强度大小，就是通以电流i、长为l的一小段导线放在该处时所受磁场力f与i、l的乘积的比值db的方向与小磁针静止时s极所指的方向相反答案：d2下列关于磁感应强度大小的说法中正确的是()a通电导线受磁场力大的地方磁感应强度一定大b通电导线在磁感应强度大的地方受力一定大c放在匀强磁场中各处的通电导线，受力大小和方向处处相同d磁感应强度的大小和方向跟放在磁场中的通电导线受力的大小和方向无关答案：d解析：因为磁场中某点的磁感应强度的大小和方向由磁场本身决定，与通电导线的受力及方向都无关。所以a选项错，d选项正确。因为通电导线在磁场中受力的大小不仅与磁感应强度有关，而且与通电导线的取向有关，故b选项错。对c选项，虽然匀强磁场中磁感应强度处处相等，但当导线在各个位置的方向不同时，磁场力是不相同的(导线与磁场垂直时受磁场力最大，与磁场平行时受磁场力为零)，而c选项中没有说明导线在各个位置的取向是否相同，所以c选项错。【说明】 1磁场中某点磁感应强度的大小与通电导线的受力无关，由磁场本身决定。2通电导线在磁场中的受力不仅与磁感应强度有关，还跟导线的位置取向有关。课堂巩固与反馈事件7教学任务：形成性测试：学生独立完成。时间：4分钟1下列说法中正确的是()a磁场中某处的磁感应强度大小，与该处是否放通电导线无关b一小段通电导线放在磁感应强度处处相等的磁场中不同地方，受力相同c一小段通电导线放在磁场中不同的两个地方受磁场力大小相等，说明磁场中的这两个地方磁感应强度大小相等d因为b，所以某处磁感应强度的大小与放在该处的通电小段导线的受力f成正比，与il乘积成反比2匀强磁场中长2 cm的通电导线垂直磁场方向，当通过导线的电流为2 a时，它受到的磁场力大小为4103 n，问：该处的磁感应强度b多大？如果该导线的长度和电流都增加一倍，则该处的磁感应强度的大小是多少？通