教學設計(一)


eq \(\s\up7(),\s\d5(整體設計))


教學分析


磁感應強度是磁場一章的重要概念，在本節(jié)課的學習中，學生再次體會用比值定義物理量的方法，而且由于定義磁感應強度涉及的物理量有三個：磁場對導線的作用力、電流、導線長度，還要注意定義的條件：導線和磁場垂直，所以難度更大，教學要求更高。


教學目標


1．理解和掌握磁感應強度的方向和大小、單位。


2．能用磁感應強度的定義式進行有關(guān)計算。


3．通過觀察、類比(與電場強度的定義的類比)，使學生理解和掌握磁感應強度的概念。


4．培養(yǎng)學生探究物理現(xiàn)象的興趣，提高綜合學習能力。


教學重點難點


磁感應強度概念的建立是本節(jié)的重點(也是本章的重點)，同時也是本節(jié)的難點。通過與電場強度的定義的類比，以實驗為基礎通過理論推導說明磁場對電流元的力跟電流和導線長度的關(guān)系，并進一步引入磁感應強度的定義，從而突破難點。


教學方法與手段


首先通過實驗讓學生觀察了解磁場對電流的作用力與磁場強弱、電流大小、導線長度和導線與磁場的夾角都有關(guān)系，然后利用理論推導得出當導線跟磁場垂直時，磁場對電流的作用力跟電流成正比，跟導線長度成正比。在此基礎上引入磁感應強度的定義。


教學中在教師的啟發(fā)和引導下，學生通過實驗探究、理論探究，在他們相互合作、共同探討的過程中，觀察現(xiàn)象，得出結(jié)論，給出定義，完成這節(jié)課的學習。


eq \(\s\up7(),\s\d5(課前準備))


教學媒體


電磁鐵、蹄形磁鐵、導體棒、電源、導線等


多媒體課件、實物投影儀。


知識準備


復習磁場的概念、電場強度的定義方法等。


eq \(\s\up7(),\s\d5(教學過程))


導入新課


[事件1]


教學任務：演示實驗，導入新課


師生活動：


PPT展示巨大的電磁鐵起重機吊起重物的圖片，利用磁場的一些有趣圖片等，激發(fā)學生的興趣、求知欲。





【演示】


學生觀察實驗現(xiàn)象：把一段通電導體棒放在電磁鐵產(chǎn)生的磁場中，改變電磁鐵中的電流，可以看到，同一通電導體棒受力不同，引導學生在觀察現(xiàn)象的基礎上思考：這一現(xiàn)象說明了什么問題？


結(jié)論：實驗現(xiàn)象說明兩種情況中磁場強弱不同。


問題：怎樣表示磁場強弱？


引入新課：為了表征磁場的強弱和方向，我們引入一個新的物理量：磁感應強度。


推進新課


[事件2]


教學任務：磁感應強度的方向。


師生活動：


【演示】


實物投影儀演示小磁針在磁鐵周圍的不同位置指向不同，說明小磁針受力方向不同，磁場方向不同。





放在磁場中的小磁針


在電場中，我們用電場強度表示電場的強弱和方向，在磁場中我們用磁感應強度表示磁場的強弱和方向。所以，磁感應強度是一個矢量，磁場中某點磁感應強度的方向，就是該處磁場的方向，也就是小磁針的N極在此處受磁場力的方向。


磁感應強度是矢量，不但有大小，而且有方向，其方向即為該處磁場方向。


[事件3]


教學任務：明確研究對象，建立電流元概念


師生活動：


在電場中，我們通過電場對電荷的作用力來了解電場的性質(zhì)，我們可以用類比的方法研究磁場的性質(zhì)。研究對象的選取問題。


學生討論：能否選取小磁針為研究對象，通過磁場對小磁針的作用力來研究磁場的性質(zhì)？


參考結(jié)論：因為磁場對小磁針的兩個磁極均有力的作用，且總是等大反向，不易于測量和分析。


磁場還對哪些對象有力的作用？


學生發(fā)散思維尋找答案：電流。


現(xiàn)在我們需要通過磁場對電流的作用力，來了解磁場的性質(zhì)。


選取電流作為研究對象存在哪些不足？


學生討論：電流形狀、磁場分布、各部分在磁場中位置不同導致受力情況不同，等等


類比點電荷概念抽象電流元：為了研究問題的方便，常常選取較短的一段電流進行研究，在這段電流上電流不彎曲、磁場強弱相同，電流各部分所受磁場力也相同。這個用來選作研究對象的一小段電流稱為電流元。


[事件4]


教學任務：實驗探究磁場對電流的作用力跟電流、導線長度的關(guān)系。


師生活動：


問題：磁場對電流的作用力大小跟哪些因素有關(guān)呢？


學生提出猜想后，教師通過實驗檢驗。


【演示】


磁場對電流的作用力跟導線與磁場方向間的關(guān)系。


結(jié)論：導線跟磁場垂直時，磁場對電流的作用力最大；導線跟磁場平行時，磁場對電流沒有作用力。


下面我們就研究導線跟磁場垂直時，磁場對電流的作用力跟電流大小和導線長度的關(guān)系。


【演示】


磁場對電流的作用力跟電流大小的關(guān)系。


實驗裝置如圖所示：三塊相同的蹄形磁鐵并列放置，可以認為磁極間的磁場是均勻的，將一根直導線懸掛在磁鐵的兩極間，有電流通過時導線將擺動一個角度，通過這個角度我們可以比較磁場對電流的作用力的大小。分別接通“2、3”和“1、4”可以改變導線通電部分的長度，電流大小由外部電路控制。





先保持導線通電部分的長度不變，改變電流的大小，觀察電流大小不同的情況下，磁場對電流的作用力的大小。


結(jié)論：電流越大，磁場對電流的作用力越大；電流越小，磁場對電流的作用力越小。


【演示】


磁場對電流的作用力跟導線長度的關(guān)系。


在上述實驗裝置中，保持電流不變，改變在磁場中導線通電部分的長度，觀察導線長度不同的情況下，磁場對電流的作用力的大小。


結(jié)論：磁場中的導線越長，磁場對電流的作用力越大；磁場中的導線越短，磁場對電流的作用力越小。


[事件4]


教學任務：理論探究磁場對電流的作用力跟電流、導線長度的關(guān)系。


師生活動：


引導學生通過推導，從理論上說明上述實驗結(jié)論，并進一步得出磁場對電流的作用力跟電流、導線長度的定量關(guān)系。


結(jié)論：磁場對電流的作用力跟電流大小成正比，跟導線長度成正比，即F∝IL，引入比例系數(shù)B，寫成等式為：F＝BIL。


[事件5]


教學任務：定義磁感應強度。


師生活動：


通過和電場強度的定義類比，引入磁感應強度的定義。


提問：


電場強度是如何定義的？其定義式是什么？


[學生答]電場強度是通過將一檢驗電荷放在電場中分析電荷所受的電場力與檢驗電荷電荷量的比值來定義的，其定義式為E＝eq \f(F,q)。


討論與交流：根據(jù)描述電場強弱和方向的方法，討論表示磁場強弱的物理量磁感應強度的定義方法。


學生會考慮根據(jù)小磁針受力定義磁感應強度，引導學生考慮到小磁針靜止時所受合力為零，磁極來定義磁場強弱不好定量。


總結(jié)與歸納：通過上述實驗和理論探究，我們已經(jīng)得出結(jié)論：當通電直導線在磁場中與磁場方向垂直時，受到磁場對它的作用力跟通過它的電流成正比，跟導線長成正比。對于磁場中某處來說，通電導線在該處受的磁場力F與通電電流I與導線長度L乘積的比值是一個恒量，比值eq \f(F,IL)與電流I和導線長度L的大小均無關(guān)。在磁場中不同位置，這個比值可能各不相同，因此，這個比值反映了磁場的強弱。


磁感應強度定義：在磁場中垂直于磁場方向的通電導線，所受的安培力F跟電流I和導線長度L的乘積IL的比值叫該處的磁感應強度，磁感應強度用B表示，則：B＝eq \f(F,IL)。


磁感應強度B是表示磁場強弱的物理量。


單位：在國際單位制中，磁感應強度的單位是特斯拉，簡稱特，國際符號是T。


1 T＝1 eq \f(N,A·m)


順便說明，一般的永磁體磁極附近的磁感應強度是0.5 T左右，地球表面的地磁場的磁感應強度大約為5.0×10－5 T。


eq \b\lc\ \rc\ (\a\vs4\al\c1(課堂練習))


1．勻強磁場中長2 cm的通電導線垂直磁場方向，當通過導線的電流為2 A時，它受到的磁場力大小為4×10－3 N，問：該處的磁感應強度B是多大？(讓學生回答)


應答：根據(jù)磁感應強度的定義


B＝eq \f(F,IL)＝eq \f(4×10－3,2×2×10－2) T＝0.1 T


在這里應提醒學生在計算中要統(tǒng)一單位，計算中必須運用國際單位。


再問：若上題中電流不變，導線長度減小到1 cm，則它受磁場力F和該處的磁感應強度B各是多少？若導線長不變，電流增大為5 A，則它受磁場力F和該處的磁感應強度B各是多少？


引導學生討論，得出正確的答案：2×10－3 N,0.1 T；1×10－2 N,0.1 T，并指出，某處的磁感應強度由建立該磁場的場電流情況和該點的空間位置來決定，與檢驗通電直導線的電流大小、導線長短無關(guān)。


討論與交流：檢驗某處有無電場存在，可以用什么方法？檢驗某處有無磁場存在，可以用什么方法？


回答：檢驗有無電場存在，可用檢驗電荷，把檢驗電荷放在被檢驗處，若該檢驗電荷受到電場力作用，則該處有電場存在，場強不為零；若該檢驗電荷沒有受到電場力作用，該處沒有電場存在或該處場強為零。檢驗某處有無磁場存在，可用“檢驗電流”，把通電導線放在被檢驗處，若該通電導線受磁場力作用，則該處有磁場存在，磁感應強度不為零；若該通電導線不受磁場力作用，則該處無磁場存在，該處磁感應強度為零。


追問：如果通電導線不受磁場力，該處是一定不存在磁場，磁感應強度一定為零嗎？


引導學生討論，得出“不一定”的正確結(jié)果。因為當通電導線平行磁場方向放在磁場中，它是不受磁場力作用的(這是實驗證明的結(jié)論)。再次強調(diào)磁感應強度定義的條件：通電直導線必須垂直磁場方向放置。


再問：如何利用通電導線檢驗某處磁場的存在與否呢？


應答：可以改變通電導線的方向，若在各個方向均不受磁場力作用，則該處沒有磁場。


再問：用通電導線在不同方向檢測，至少檢測幾次就可確定該處沒有磁場存在？


應答：至少在相互垂直的兩個方向上檢測兩次。先將其放在任意方向檢測，若此時其不受磁場力作用，則再將通電導線沿垂直剛才的方向放置，若此時其仍不受磁場力作用，則說明該處無磁場存在。


結(jié)論：用通電直導線檢驗磁場的存在或磁感應強度的大小，若不管怎樣變化導線方向，某處通電直導線都不受磁場力作用，嚴格地講這只能說明該處的磁感應強度為零，而不能斷定該處無磁場。就像檢驗電荷在某點不受電場力作用，只能說明該點電場強度為零或是合場強為零，而不能斷定該點沒有電場一樣。


eq \b\lc\ \rc\ (\a\vs4\al\c1(課堂訓練))


1．有關(guān)磁感應強度B的方向說法正確的是( )


A．B的方向就是小磁針N極所指的方向


B．B的方向與小磁針N極的受力方向一致


C．B的方向就是該處磁場的方向


D．B的方向垂直于該處磁場的方向


答案：BC


2．關(guān)于磁感應強度，下面說法正確的是( )


A．一小段通電導線放在磁場A處時，受磁場力比放在B處大，說明A處磁感應強度比B處大


B．由B＝eq \f(F,IL)知，某處磁感應強度大小與放入該處的通電導線IL乘積成反比


C．放在勻強磁場中各處的通電導線，受力的大小和方向均相同


D．小磁針N極所受磁場力方向就是該處磁感應強度的方向


答案：D


課堂鞏固與反饋


[事件6]


教學任務：形成性測試：學生獨立完成。時間：4分鐘


1．下列說法中錯誤的是( )


A．磁場中某處的磁感應強度大小，等于垂直磁場方向通以電流I、長為L的一小段導線放在該處時所受磁場力F與I、L的乘積的比值


B．一小段通電導線放在某處不受磁場力作用，則該處一定沒有磁場


C．一小段通電導線放在磁場中A處時受磁場力比放在B處大，則A處磁感應強度比B處的磁感應強度大


D．因為B＝eq \f(F,IL)，所以某處磁感應強度的大小與放在該處的通電小段導線IL乘積成反比


2．一根導線長0.2 m，通過3 A的電流，在磁場中某處受到的最大磁場力是6×10－2 N，則該處的磁感應強度B的大小是______ T；如果該導線的長度和電流都減小一半，則該處的磁感應強度的大小是______ T。


3．磁場中放一根與磁場方向垂直的通電導線，它的電流是2.5 A，導線長1 cm，它受的磁場力為5×10－2 N，則這個位置的磁感應強度為多大？


答案：1.BCD 2.0.1 0.1 3.2 T


[事件7]


教學任務：磁場的疊加遵守矢量的平行四邊形定則


學生討論：若在某一空間中某一點同時存在幾個磁場，磁感應強度分別為B1、B2、B3、B4，則此空間中該點的磁感應強度應為多少？如何計算？


eq \b\lc\ \rc\ (\a\vs4\al\c1(課堂小結(jié)))


[事件8]


教學任務：引導學生從知識、方法、情感三個側(cè)面小結(jié)本節(jié)課的學習活動。


eq \b\lc\ \rc\ (\a\vs4\al\c1(布置作業(yè)))


1．復習本節(jié)教材。


2．完成課本課后問題與練習。


eq \(\s\up7(),\s\d5(板書設計))


2 磁感應強度


一、磁感應強度的方向：小磁針靜止時N極所指的方向為該處磁感應強度的方向


二、定義式B＝eq \f(F,IL)(條件：電流I和磁場方向垂直)


三、物理意義：磁感應強度是表示磁場強弱和方向的物理量


四、單位：特斯拉，簡稱特，國際符號是T。1 T＝1 eq \f(N,A·m)


五、磁感應強度是矢量


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2 磁感應強度

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