高中物理新课标版人教版选修3-1优秀教案：磁感应强度

教学设计二整体设计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。课前准备教学媒体电磁铁、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。教学过程导入新课事件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。FQ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/N004008012I/A021041064保持I不变L2L3LF/N008016024I/A036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。2I、L不变，但在不同的磁场中，比值B是不同的。3B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。FIL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。1T1NAM4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NIKOLATESLA，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NIKOLATESLA，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01346电动机或变压器铁芯中的磁场0817电视机偏转线圈内约01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1012ERROR1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FIL正比，与IL乘积成反比2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4103N，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电导线拿走，该处的磁感应强度的大小是多少答案1A201T01T01T解析由磁感应强度的定义式B得BT01T，当导线的长度FIL410322102和电流都增加一倍，磁感应强度的大小不变，仍为01T，磁场中某点磁感应强度的大小与通电导线的受力无关，与导线是否存在无关，由磁场本身决定。事件8教学任务磁场的叠加遵守矢量的平行四边形定则若在某一空间中某一点同时存在几个磁场，则此空间中该点的磁感应强度应为多少如何计算磁感应强度是一个矢量。磁感应强度的合成遵循平行四边形定则ERROR事件9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。ERROR1复习本节教材。2阅读课本第85页科学漫步地球磁场与古地质学，完成课本课后问题与练习。板书设计磁感应强度一、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FIL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。1T1NAM五、磁感应强度是矢量备课资料研究发现牛能够根据磁场确定方向图HTTP/WWWSINACOMCN2008年08月27日0820新浪科技研究发现牛能够根据磁场确定方向新浪科技讯北京时间2008年8月27日消息，据物理学家组织网报道，科学家早就提出了动物磁性说，也就是动物可以根据地球磁场确定方向。此前，科学家们已经在蜜蜂和白蚁等小型动物身上发现了这种奇特的能力。现在，在研究了世界各地几千头牛的卫星照片后，研究人员发现，牛身上就像有一个内置罗盘似的，知道如何找到南和北。德国和捷克的一个研究小组在周二出版的美国国家科学院院刊上报告说，多数放牧或休憩的牛趋向于朝向南北站立。据德国杜伊斯堡埃森大学生物系的海内克伯达HYNEKBURDA和萨宾