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高中物理新课标版人教版选修3-1优秀教案:3.2 磁感应强度(1)


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磁感应强度

教学设计(一)
整体设计 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。 课前准备 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。 教学过程 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 F∝IL,引入比 例系数 B,写成等式为:F=BIL。 [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 F 电荷量的比值来定义的,其定义式为 E= 。 q 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 F 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 IL 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 F 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= 。 IL 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 T=1 N A· m

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 5.0×10 5 T。 课堂练习 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 4×10 3 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 4×10 3 F B= = T=0.1 T IL 2×2×10-2


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:2×10 3 N,0.1 T;1×10 2 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。 课堂训练 1.有关磁感应强度 B 的方向说法正确的是( ) A.B 的方向就是小磁针 N 极所指的方向 B.B 的方向与小磁针 N 极的受力方向一致 C.B 的方向就是该处磁场的方向 D.B 的方向垂直于该处磁场的方向 答案:BC 2.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 F 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 IL 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 F 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 IL 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 6×10 2 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 5×10 2 N,则这个位置的磁感应强度为多大? 答案:1.BCD 2.0.1 0.1 3.2 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?


课堂小结 [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。 布置作业 1.复习本节教材。 2.完成课本课后问题与练习。 板书设计 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 F 二、定义式 B= (条件:电流 I 和磁场方向垂直) IL 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 T=1 五、磁感应强度是矢量 N A· m


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