1、磁感应强度教学设计一、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。二、学情分析高二的学生对重力场和电场已经很熟悉，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。这样让学生用已知的知识为经验去探究未知的领域也符合学生的认知规律。三、教学目标 知识与能力：知道磁感应强度的定义，知道其方向、大小、定义式和
2、单位。过程与方法 1通过实验、类比分析，寻找描述磁感应强度的方法。2进一步体会通过比值法定义物理量的方法。情感、态度、价值观：培养学生探究物理现象的兴趣，提高学习能力。四、重难点突破 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。五、教学方法与手段 首先通过观看学生举例和视频列举，让学生对生活中磁场存在的广泛性及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
3、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。六、教具准备 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 （学案） 复习磁场的概念、电场强度的定义方法等。七、教学过程设计（一）导入新课 事件 1 课前播放图片或视频说明研究磁现象与人类生活紧密相关师生活动：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
4、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。2、磁极间的相互作用需要接触吗？磁场；问：磁场有强弱、有方向吗？3、 【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？引入新课第二节：磁感应强度 提问 1：用哪个物理量来描述电场的强弱和方向？试探法，类比：用电场强度来描述电场的强弱和方向。 （课件展示）我们用相类似的方法来学习描述磁场强弱和
5、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。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。拓展：把各个小磁
6、针的指向连成线，也能描述磁场的方向，后来物理学家把它称为磁感线，其切线方向也为磁场方向。磁感应强弱：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？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
7、 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。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。师生活动：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。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
8、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，
9、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
10、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/N 0.04 0.08 0.12I/A 0.21 0.41 0.64保持 I 不变L 2L 3LF/N 0.08 0.16 0.24I/A 0.36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
11、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
12、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。1 T1 NAm(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
13、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 1013 10 9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
14、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 10610 8原子核表面 约 1012Error!1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
15、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】
16、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 2 cm 的通电导线垂直
17、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？通电导线拿走，该处的磁感应强度的大小是多少？答案：1.A 2.0.1 T 0.1 T 0.1 T解析：由磁感应强度的定义式：B 得：B T0.1 T，当导线的长度FIL 410 32210 2和电流都增加一倍，磁感应强 度的大小不变，仍 为 0.1 T，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
18、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。Error!1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。1 T1 NAm五、磁感应强度是矢量备 课 资 料研
19、究发现牛能够根据磁场确定方向( 图)http：/ 2008 年 08 月 27 日 08：20 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(Hy
20、nek Burda)和萨宾 贝加尔(Sabine Begall)领导的此项研究显示，不管是什么地方的牛都符合这一发现。科学家们说：“地球磁场肯定是一个因素。 ”为什么鸽子能“认家”？地球是一个天然的大磁体，周围存在着地磁场。关于鸽子的许多实验表明，鸽子“认家”的功能是与地磁场有关的。鸽子的头部含有微量的强磁物质 Fe3O4，这种强磁物质使得不论阴天和雨天、白天和黑夜都不会阻碍鸽子沿着正确方向飞行。有人曾经分别在两组鸽子身上分别绑上磁钢块和铜块，磁钢组鸽子因受磁钢磁场的干扰而迷航，但铜块组鸽子则不迷航；鸽子在飞过大功率的无线电台时会出现迷航现象，表明电台的强电磁场使那里的地磁场受到了干扰，因而影响鸽子的导航功能。
