《2磁感应强度》教学设计(江苏省市级优课)-物理教案

对高一学生讲授《磁感应强度》的教学设计江苏省南通市天星湖中学王仁泉226010摘要：作为一节参加市级评比的优秀课，笔者针对高一学生只有肤浅的磁场知识的实情，通过与众不同的更神似的理想类比引入定义式、独特的教具设计直观得出决定因素的定量关系，圆满完成了教学任务。关键词：磁感应强度；理想类比；自制教具；教学设计在2016年11月下旬的2016年南通市优课评比中，笔者参加了针对刚刚开始学习《牛顿运动定律》的高一学生开设的《磁感应强度》这个课题的比赛课。我们知道，本节课的关键是要得出磁感应强度的定义式，而上课的对象又没有学过电场，用什么类比引入更加确切？怎么样让学生自己动手，简单、直观得出B与F、I、L之间关系？现将笔者在一些环节上的处理和创意与大家共飨。简单直观引入课题上一课学习了磁现象，结合初中所学，我们知道磁体周围的磁场有大小和方向。图1老师这里给大家提供四个器材（图1），请各小组讨论一下，可以用这四个器材如何来反映磁场有大小和方向？有了方案的小组请到前面来演示一下。图1在学生将磁铁插入烧杯过程中及对比之后引导：离的远的时候钢珠没有能够被吸附，靠近了被吸附到磁铁上，说明同一个磁体，不同距离磁场的强弱不一样。不同的磁铁，磁场的强弱不一样。实验设计中，用烧杯做盛放小钢珠器皿是为了增加可见度，对比更加直观，另外，没有棱角的小钢珠比铁钉等更加安全。当时我们只是定性的认识，今天我们来进一步研究磁场的大小和方向。物好像理上用“磁感应强度”这个物理量来描述磁场的强弱。图2干净利落地完成磁感应强度方向图2对于磁场的方向，只需要巩固，不需要新授，故只是让学生回答如何知道图2中A、B、C三点的磁场方向，并让其在实物展台上对应位置分别正确摆放小磁针即可。否定“用磁体来研究大小”的假设磁场看不见摸不着，某处磁场的大小如何确定？我们是不是可以像研究方向一样放入小磁针来研究呢？图3F图3FNFNFS尤其是作为正在学习牛顿运动定律的高一学生，一般都会回答“能”。进一步引导学生分析其实S极也受力，两个力平衡，无法测量某一个极所受力大小，加以否定。神形兼备的理想类比能不能用其它的办法显示磁场的大小呢？引导：讨论物质的一种属性的时候，可以采用其它物理量之间的关系来表述某种物质的属性，比如初中学过的比热容，不同物质的比热容是不一样的，怎么表示物质的比热容大小呢？结合学生回答，老师好像醒悟一样，“原来，物理上是用的比值来表示某种物质的比热容”。这种方法称之为定义比值法，我们能不能也用这样的一种定义方式来定义磁场的磁感应强度呢？显然，由于影响的因素较多，这个类比的形式对引入比常用电场强度来的更加相似，更加能够引起学生对影响因素的多角度猜想。自制教具的完美配合在学生猜想“磁场对电流的作用力可能与哪些因素有关？”时，为了防止学生提出的因素顺序与老师幻灯片上的顺序不一定吻合，此时，幻灯片最好使用触发器功能。之后，引导学生利用我自己设计的实验器材（图4）进行探究。图4图4对照实验器材，让学生分析①如何探究与磁场强弱的关系？对比两层四块磁铁和两层两块磁铁。②如何探究与电流强度的关系？用同一组磁铁改变电流得出一组数据，并在坐标纸中描点作图。③如何探究与磁场强弱的关系？对比两层四块磁铁和一层两块磁铁。其中：为了安全及方便，实验前老师把每一组的磁铁都用胶带纸裹好。铜线框上是一段30cm左右的细橡皮筋（是将7股橡皮筋的包裹物仔细剥掉得到的），橡皮筋的另一端与深色棉线连接起来，以明显区分开橡皮筋和拉线。在接头处棉线一侧穿一红色硬卡纸剪成的圆纸片，用来方便指示刻度。实验时，先不通电，转动旋钮，将铜框拉至水平，红纸对应刻度x0；电流I1，将铜框拉至水平，红纸对应刻度x1……逐渐增大电流，每次都将铜框拉至水平，记下红纸对应刻度xi，并求出变化量△xi（xi﹣x0）。在小范围形变内，认为满足：F＝kx。则有k△xi＝F磁i，在坐标纸上画出△x（F）﹣I图像，会发现在误差允许范围内，所描点几乎在一条直线上。换用磁性不同的磁铁，比如两层四块磁铁和一层两块磁铁，对应表面的磁性就不一样，所画出来的直线斜率就不同。类似这种用“位移变化表示力的变化”的思想，物理上会经常遇到！并呈现学生在“探究加速度与力和质量关系”中刚刚学过的实验方案。图5图5图6如果是对高二的学生上课，这种思想课本上更是已经多次出现了，比如：在“实验：探究功与物体速度变化的关系”参考案例二中（如图6），就有“在第二个方案中，橡皮筋对小车的力是变化的，难以测量它做的功。其实，绘制W﹣v图象时，不一定需要功的具体数值，纵坐标也不必以‘焦耳’为单位。在图中选取合适的长度，以它为单位，代表一条橡皮筋对它做的功；当用两条橡皮筋时，所做的功就用两个单位表示……”；图6在“导体的电阻”一节中，探究方案一“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”中（如图7），同样最后就有“这个实验得到的是电阻与导线长度、横截面积的比例关系，实验中不必测量电阻大小的数值”这句话。图7图7图7图7abcRdVVVV而且，在高考中也涉及到了这样的思想。图8例：（2013江苏·5）水平面上，一白球与一静止的灰球碰撞，两球质量相等。碰撞过程的频闪照片如图8所示，据此可推断，碰撞过程中系统损失的动能约占碰撞前动能的图8(A)30%(B)50%(C)70%(D)90%简析：碰撞问题是在选修3－5中作为选学内容出现，即使选学了碰撞，作为不在一条直线上的碰撞问题，学生往往同样无从下手。但本题作为必考题，显然命题者不是希望学生通过碰撞知识进行解答，因此，如果本题能够想到这种替换思想，本题就简单多了。因为时间间隔相等，从而可以借助刻度尺量取不同阶段的小球移动距离，用这个距离表示速度，分别计算出碰撞前的动能及碰撞后的总动能就可以得出结论了。理论与实践的相辅相成刚才的探究实验我们得到：F∝I，F∝L，即F∝IL。是不是这样的呢？我们再从理论上加以分析。过程如图所示（可以由学生分析）由上面探究实验的②③可知，磁铁表面的铜线位置一定，同一组磁铁，力与电流强度成正比；不同磁铁，比值不同，刚才我们从理论分析的结果也是支持实验结论的。这个比值就反映了铜线所在位置磁场的性质，把F与IL的比值就定义为磁感应强度。水到渠成地出现电流元在讲到表达式适用范围时，强调这是定义法，适用于任意磁场，我们刚才研究的是匀强磁场，如果各点的磁场强弱不一样，我要研究某一点的磁场，就要把电流的长度缩到很小很小，把很小的电流与很小的长度的乘积称之为电流元。由于是针对高一学生上课，无法像教材上一样，在探究实验前先用点电荷类比出电流元，因此笔者将电流元的概念放到最后，水到渠成地提出来。本节课能够适用于高一学生认知水平，对高二学生必然适用。总之，在进行教学设计时，学生会的懂的，但又必须呈现的知识，老师不该多讲，而应通过设计一定的实验让学生用这个知识来提出解决问题所需的方案，比如磁场方向的问题。对于学生模糊的知识点，则要讲清讲透，比如不能用小磁针来研究磁场的强弱，很多资料一带而过，往往只是提了一下磁体有两极，并没有深入分析具体原因，而平时无论是老师的讲解，还是练习的巩固，往往更多的是设计N极，导致学生不能真正理解其中缘由。另外，在进行教学设计时，不仅要设计讲授给学生什么知识，更要设计让学生掌握怎样的能力，要从如何提高学生的学科素养入手来进行设计，做