13.1 磁场 磁感线 教学设计-2022-2023学年高二物理上学期（人教版2019必修第三册）（含答案）

必修三：第十三章电磁感应与电磁波初步1.磁场磁感线新课程教学设计一、教学分析：1.课标分析课标要求通过对磁场相关知识的学习，让学生了解磁场的物质性，培养学生的物质观念。理解一切磁相互作用都是通过磁场来实现的，培养学生相互作用观念。通过建立磁感线模型，体会物理模型在研究实际问题中的重要作用。讨论安培分子电流假说的意义,了解科学家对电磁本质探索的历程，体会科学家们的研究方法，学习他们追求真理，追求科学本质的科学态度与精神。2.内容分析本节课是在学习电场知识之后进一步学习磁场的相关知识，均围绕相互作用这个核心主题展开，对知识之间的联系和知识体系分析：静止的电荷产生电场，运动的电荷产生磁场。从奥斯特实验开始的科学发展的历史,揭示了电和磁有着密不可分的联系，以类比电场的研究思路展开：磁现象（磁效应）、磁场性质（对电流的作用）。类比电场、电场线，建立磁场、磁感线概念，逐步形成对“场”物质的认识方式，让学生体会认识世界的“大思路”，能应用安培定则判别通电直导线和通电线圈周围磁场的方向，认识到物理研究是建立在观察和实验基础上的一项创造性工作，引导学生了解科学家基于经验事实建构理想模型的抽象概括过程这一科学思维和科学探究，增强学生学习和研究物理的兴趣，通过了解奥斯特实验、STS的重要素材“指南针与郑和下西洋”在现代科技中的应用等，了解人类认识世界过程中的艰辛与执着，理解科学知识在人类发展史上的重要地位和作用，培养科学态度与社会责任并激发学生对科学本质的探寻欲望。3.学情分析1.物理观念层面：学生在初中已经了解一些磁现象，对磁场有了初步的认识，能用磁感线粗略描述磁场。经过电场知识的学习，学生对“场”的概念和“电场”是电荷相互作用的媒介有了初步认识。2.科学思维层面：经历质点模型、点电荷模型、检验电荷模型等物理模型的建构过程，学生已经具备一定选用恰当的模型解决问题的经验，能将简单的实际问题转化为物理模型、并用来分析常见的物理问题，获得解释和结论。3.科学探究层面：能通过物理现象提出要探究的物理问题，做出初步的猜想；能设计简单的方案验证自己的猜想，能通过分析数据形成正确结论,能通过交流，用语言和图表陈述实验过程，表达观点和结论。4.对大部分学生来说，“场”是一个十分抽象的概念。场看不到，摸不着，因此学生不能直观感受到场的存在，在理解“场是一种物质”时，学生会存在一定困难。二、教学目标：1.学习目标学习目标素养指向1．了解磁现象在人类生活中的作用，理解科学技术在社会发展中的作用。培养学生热爱科学的精神科学思维，追求科技创新，分析综合、推理论证在科学领域的具体应用2．知道电流的磁效应，电和磁的联系，体会奥斯特发现的重要意义，体会探索自然奥秘的艰难与克服困难带来的成就感科学态度与责任，逐渐形成探索自然的内在动力、持之以恒的科学态度3．知道磁场的概念及基本特性，理解一切磁相互作用都是通过磁场来实现的。物理观念，形成物质观、相互作用观4．理解磁场的形象描述—-磁感线，经历铁屑分布模拟磁感线实验科学思维，基于经验事实建构理想模型的抽象概括过程5．知道安培定则内容，能应用安培定则判别通电直导线和通电线圈周围磁场的方向科学思维、科学探究，基于事实证据和科学推理提出创造性见解6．了解安培分子电流假说，能用分子电流假说解释一些磁现象科学思维、科学探究，基于证据得出结论并作出解释2.评价目标（1）能理解磁场是一种物质，能通过磁的相互作用形成相互作用观（2）能正确描述和解释奥斯特实验，知道电与磁的联系，能认识到物理研究是一种对自然现象进行抽象的创造性工作，有学习和研究物理的内在动机（3）经历铁屑分布模拟磁感线实验，能理解磁场的形象描述--磁感线，能将实际问题中的对象和过程转化成物理模型（4）知道安培定则内容，能应用安培定则判别通电直导线和通电线圈周围磁场的方向，能对综合性问题进行分析和推理，获得结论并能恰当使用证据证明物理结论（5）了解安培分子电流假说，能分析相关事实，发现规律，形成合理的结论，能用分子电流假说解释一些磁现象三、教学策略：1.策略与方法（1）类比策略对于磁场，可以通过与电场类比进行教学，如，磁场与电场类比；磁感线与电场线类比等。（2）实验探究策略通过演示电流的磁效应、用铁屑模拟磁感线展示磁体、电流周围的磁场分布，让抽象的磁场形象化，让学生感知磁场的存在。（3）物理学史策略在教学中再现奥斯特发现“电流的磁效应”这一历史过程，讨论安培分子电流假说的意义,了解科学家对电磁本质探索的历程，体会科学家们的研究方法，学习他们追求真理，追求科学本质的科学态度与精神。2.流程图四、教学活动：1.教学任务任务一：教科书在初中知识的基础上进一步揭示了电现象和磁现象之间的联系。引导学生对事物之间的内在联系有更深刻的思考，让学生形成物质观和相互作用观，并进一步强化“场”的研究方法。任务二：本节有大量的物理学史内容，体现了重要的科学思想方法，是丰富的科学方法和人文教育结合的好素材。可以结合演示实验，对初中知识复习概括并从科学与人文两个角度提升认识，为后续学习打下基础。任务三：经历铁屑分布模拟磁感线实验，能将实际问题中的对象和过程转化成物理模型，通过建立磁感线模型，让学生体会物理模型在研究实际问题中的重要作用。几种常见磁体的磁感线分布及直线电流、环形电流产生的磁感线分布(安培定则)是本节的重要知识，由于磁感线的分布不是平面的，而是空间的，通过演示实验来加深认识，教学中注重培养学生的空间想象力。任务四：讨论安培分子电流假说的意义,了解科学家对电磁本质探索的历程，体会科学家们的研究方法（能分析相关事实，发现规律，形成合理的结论，并能用结论解释一些现象），学习他们追求真理，追求科学本质的科学态度与精神。2.教学过程（1）新课引入：我国春秋战国时期的一些著作已有关于磁石的记载和描述。指南针是我国古代四大发明之一。12世纪初，我国已将指南针用于航海，宋俑持罗盘者就记录了这个科技史实。教师活动（情境创设、问题设计）：你是否感受到，凡是用到电的地方，几乎都有磁现象相伴随？电和磁有怎样的联系呢？学生活动：让两个学生回答（2）电和磁的联系=1\*GB3①电与磁之间的相似性两种电荷；两个磁极；均体现出同性相斥、异性相吸。1731年，英国商人，雷电使刀叉有了磁性；1751年，富兰克林发现莱顿瓶放电使针磁化；19世纪初，戴维还观察到磁铁能够吸引或排斥碳棒电极间的弧光；以上这些不禁使人想到：两者之间可能存在某种联系，但是同时期（19世纪初），库仑、托马斯˙杨和安培等著名物理学家都认为电与磁是互不相关的两回事。=2\*GB3②电流的磁效应18世纪和19世纪之交，随着对摩擦生热及热机做功等现象认识的深化，自然界中各种运动形式间的相互联系、相互转化的思想在哲学界和科学界逐渐形成。1820年，丹麦物理学家奥斯特发现电流的周围存在磁场，即著名的电流的磁效应，首次揭示了电与磁的联系，即：电流可以产生磁场。教师准备好实验器材，让学生体验奥斯特实验。教师活动：你知道奥斯特开始在寻找电和磁的联系时失败的原因吗？学生活动：阅读教材回答：（因循守旧）力都沿着物体连线的方向。受这个观念的局限，奥斯特在寻找电和磁的联系时，总是把磁针放在通电导线的延长线上，结果实验均以失败告终。成功的原因：（方法的革新）把导线沿南北方向放置在指南针上方，通电时磁针转动。导线的位置放置是关键。（3）磁场=1\*GB3①磁场：磁场是磁体周围存在的一种特殊物质。教师活动：做演示实验，演示磁体与磁体、磁体与通电导体、通电导体与通电导体之间的相互作用，学生自主探究，并小结，教师对实验操作进行点评后，讨论，得出结论：磁极和磁极之间、磁极和电流之间、电流和电流之间都可以通过磁场发生相互作用；磁极和电流都可以在周围空间激发磁场。=2\*GB3②磁场的基本特性：对放入其中的磁体和电流有力的作用。（4）磁感线=1\*GB3①初中只介绍了磁感线可以方便、形象地描述磁场，磁场中小磁针静止时N极的方向表示磁场的方向。在高中阶段，应该引导学生明确，曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁场方向一致，这样的曲线就叫作磁感线。在这部分学习中，学生的认识从对小磁针在磁场中静止时的感性认识过渡到确定磁场方向的理性认识。可以通过对比理解，提出问题:“能否像用电场线形象地描述电场样，也假想一系列曲线来形象地描述磁场的强弱和方向?”以此引发学生思考，从而引入磁感线的定义。而后，做好模拟磁感线形状的实验很重要。磁感线的教学可以对学生进行变抽象为形象的方法论教育，也能让学生体会磁感线图像的对称美。=2\*GB3②观察常见磁场的磁感线分布教师活动:在玻璃板下放一根条形磁体，再在玻璃板上均匀地撒一层细铁屑（铁屑可以到铝合金店用磁铁吸取），请学生观察，可以利用实物投影（条件允许的分组实验）让学生观察实验现象。学生活动:仔细观察并体会，说出细铁屑在磁场里磁化成了“小磁针”。教师活动:轻敲玻璃板，请学生观察。学生活动:发现细铁屑有规则地排列起来，并在纸上画出图样。教师活动:将小磁针放在磁体周围，记录小磁针N极指向学生活动:在纸上已画的磁感线上再画出方向然后将马蹄形磁体，放在玻璃板下，并在玻璃板上均匀地撒一层细铁屑。轻敲玻璃板，观察细铁屑的分布情况。同上操作交流讨论，说出在磁体的两极，磁感线较密，并由教师引导，得出磁场较强的结论。教师活动:引导学生思考:磁感线是真实存在的吗?没有磁感线的地方表示那里没有磁场存在吗？学生活动:体会磁场中并没有磁感线客观存在，而是人们为了研究问题方便假想出来的教师活动:总结磁感线是闭合曲线，在磁体的外部是从N极出来，进入S，在磁体内部则从S极回到N极，形成闭合曲线。磁感线不相交也不相切。可以要求学生在课后列表对比磁感线和电场线，并明确①两者都是为研究问题方便而假想的一系列曲线②两者都用切线方向描述场的方向，用疏密描述场的强弱③静电场中的电场线是不闭合的，而磁感线则是闭合曲线。（5）安培定则=1\*GB3①直线电流的磁场多媒体展示，铁屑模拟直线电流的磁场的磁感线形状，小磁针静止时N极指向体现磁感线方向小结：直线电流的磁场的磁感线是一些以导线上各点为圆心的同心圆,这些同心圆都在跟导线垂直的平面上。安培定则:用右手握住导线,让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致,弯曲的四指所指的方向即为通电直导线周围磁感线的环绕方向。=2\*GB3②环形电流的磁场探究：研究环形电流内部、外部磁感线方向和环形电流方向关系。器材:小磁针一枚、电池一节、导线一根、探究方式:师生一起做演示实验，教师引导分析现象:通电后,小磁针会发生偏转,环形导线内部和外部小磁针偏转方向相反。安培定则:让右手弯曲的四指和环形电流的方向一致,伸直的大拇指所指的方向就是环形导线中心轴线上磁感线的方向。=3\*GB3③通电螺线管的磁场多媒体展示实验，螺线管通电后,螺线管上、中、下部的小磁针偏转情况。通电螺线管的磁感线和条形磁铁的磁感线类似外部是从N极出来,进入S极；内部磁感线跟螺线管的轴线平行,方向由S极指向N极内部、外部磁感线相连,形成的闭合曲线安培定则:用右手握住螺线管,让弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致,大拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向。教师小结：不仅磁铁可在周围空间激发磁场,电流也可在周围空间激发磁场,电流的方向和磁感线的方向关系可用安培定则判断。(6)科学漫步:安培分子电流假说教师创设情景：磁铁和电流都能产生磁场，他们的磁场有什么关系呢？通电螺线管和条形磁铁的磁场十分相似，受此启发，法国物理学家安培提出著名的分子电流假说：=1\*GB3①安培分子电流假说：在原子、分子等物质微粒内部，存在着一种环形电流——分子电流，分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，它的两侧相当于两个磁极。未被磁化的铁棒磁化后的铁棒未被磁化的铁棒磁化后的铁棒=2\*GB3②磁化和消磁：铁棒受到外界磁场的作用，各分子电流的取向变得大致相同。磁体受到高温或猛烈撞击分子电流变得杂乱无章，失去磁性。学生能用安培分子电流假说解释磁化和消磁等磁现象=3\*GB3③磁现象的电本质：磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是由运动电荷产生的。五、板书设计：电流的磁效应：电流周围存在磁场磁体与磁体、磁体与通电导体、通电导体与通电导体之间的相互作用的媒介：磁场各种磁体的磁场方向、磁感线各种电流的磁场方向、磁感线：安培定则（右手螺旋定则）a:直线电流的磁场b:环形电流的磁场c:通电螺线管的磁场安培分子电流假说，磁化与退磁六、学业评价：反馈课堂效果1.(对磁场概念的理解)下列关于磁场的说法中，正确的是()A.磁场和电场一样，是客观存在的特殊物质B.磁场是为了解释磁极间相互作用而人为规定的C.磁极与磁极之间是直接发生作用的D.磁场只有在磁极与磁极、磁极与电流发生作用时才产生解析磁场是客观存在于磁极或电流周围的一种物质，是不以人的意志为转移的，所以A正确，B、D错误；磁极与磁极之间、磁极与电流之间、电流与电流之间的作用都是通过它们的磁场发生的，所以C错误。答案A2.(对磁感线的理解)关于磁感线与电场线的描述，正确的是()A.电场线起止于电荷，磁感线起止于磁极B.电场线一定是不闭合的，磁感线一定是闭合的C.磁感线是自由小磁针在磁场力作用下的运动轨迹D.电场线和磁感线实际上均存在，只是肉眼看不到解析磁感线没有起点也没有终点，是闭合的