13.2磁感应强度 磁通量 教学设计-2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

13.2磁感应强度 磁通量 教学案例设计 教学指导 目标素养 1.物理观念：知道磁感应强度、磁通量的概念以及计算方法，落实物质属性以及相应物理量的描述方法。 2.科学思维：利用微元法，进行模型建构，得到电流元这一理想化模型；通过科学推理，进行数据处理，培养科学思维能力；通过类比的方法，引出磁通量的概念，发展科学思维能力。 3.科学探究：通过实验，探究安培力与电流以及导线长度的关系，寻找描述磁场强弱和方向的物理量——磁感应强度，进一步体会利用物理量之比定义新物理量的科学性。 4.科学态度与责任：了解中国古代在指南针使用方面的情况，增强民族自豪感。 重点难点 重点 1.磁感应强度概念的建立，理解磁感应强度的物理意义以及比值定义法的科学性。 2.磁通量概念的理解。 难点 1.寻找描述磁场强弱和方向的物理量。 2.磁通量概念的理解。 教学准备 教师准备 1.准备演示实验器材：力传感器一个、磁传感器一个、电流传感器一个、数据采集器一个(课前完成传感器软件的安装调试)。 2.准备学生实验器材：干电池 6 节、学生电源、铜线绕成的线圈(分别有150匝、200匝、250匝的引线)、20 Ω滑动变阻器一个，开关和导线若干。 3.制作本节课的多媒体课件。 学生准备 1.复习磁场以及磁场性质的相关知识。 2.预习本节课的内容。 导入新课 导入(情境导入) 教师如图所示，如何感知 P 点处磁场的存在? 学生：思考并回答：通过撒铁屑的方式可以感知磁场的存在；通过小磁针也可以感知磁场的存在。 教师：我们还规定小磁针静止时 N 极所指的方向为该处磁场的方向。 如图所示，如何比较 P、Q两点处磁场的强弱? 学生：思考并回答。 教师：铁屑和小磁针都不便于定量计算，而且小磁针在磁场中受力后，会发生偏转，最终达到二力平衡而保持静止。 安培力大的地方，磁场是否一定强? 能否用安培力 F 来描述磁场的强弱呢? 提示：可类比用电场线描述电场强弱的方法来描述磁场的强弱。 学生：思考并回答。 教师：除了磁场外，安培力还可能跟哪些因素有关? 学生：思考并回答。 设计意图 学生已经初步认识了磁场，并且了解了磁场的一些性质。在此基础上，通过问题引导，让学生将磁场与电场进行类比，降低了学生学习的难度。 教学过程 环节一：介绍实验仪器 教师：介绍实物仪器及电路连接图(如图所示)。 学生：观察并了解实验所用的仪器，并根据电路图理解实验原理。 环节二：探究安培力与电流的关系 教师：进行演示实验：通过改变滑动变阻器的阻值，调节电路中的电流，获取多组电流和安培力的值。 学生：设计实验记录表格。 电流/A 0 力/N 0 教师：出示利用实验数据得到的图像(如图所示)。 师生教师引导学生分析数据特点，并结合图像得出结论：F∞I，即 设计意图 通过演示实验，探究安培力与电流的关系，得到安培力正比于电流的结论。 环节三：探究安培力与导线长度的关系 教师：我们该如何设计实验，来探究安培力与导线长度的关系呢? 学生：控制电流不变，改变磁场中导线的长度，记录安培力的大小和对应的导线长度，记录在设计好的实验记录表格中，最后根据数据得出安培力的大小与导线长度的关系。 教师：缠绕线圈时，共缠绕了250匝，并分别在150匝、200匝时设置了引线，即可以分别给 150匝、200匝、250匝的线圈通电，进而改变了导线的长度。 提示：由于电流传感器比较灵敏，测出的电流比较精确，无法准确控制电流不变。所以，采用的方法是，在不同的长度下，分别作出安培力和电流的关系曲线。 根据三条直线的不同，分析导线长度的不同，对安培力(图像)有什么影响。 学生：观察利用实验数据得到的图像，得出结论：三条直线的斜率不同。 教师安培力与电流图像的斜率信息中包含了长度的“信息”。我们该如何设计实验，根据斜率得到这个“信息”所代表的意义呢? 学生可以根据演示实验所作出的图像探究斜率与长度的关系。 教师：出示实验记录表格和利用实验数据得到的图像(如图所示)。 匝数 0 150 200 250 斜率 0 师生：教师引导学生分析安培力与电流的关系： 由匝数和导线长度l成正比，可得 即 因此可得出结论，即在匀强磁场中，垂直放置的通电直导线受到的安培力 F 与电流和导线长度的乘积 Il 成正比。 设计意图 让学生根据已有的研究，提出可进一步探究的科学问题，培养学生分析论证的能力。让学生通过各种方法和手段分析、处理信息，并描述、解释探究结果和变化趋势，基于证据得出合理的结论，培养学生逻辑推理和概括总结的能力。 环节四：电流元与磁感应强度 教师：实验中，我们采用的是一段导线在同一匀强磁场中受力的情境。如果在非匀强磁场中，又该如何寻找安培力与电流以及导线长度的关系呢? 提示：可以用微元的思想，把非匀强磁场中的通电直导线切割成无数份(n份)，每一份即可视为电流元，其长度为 根据一致性，每份的受力也为 师生：教师引导学生分析： 所以 由此可得出结论，即电流元垂直磁场放置时，其在某点受到的安培力 F 与电流元电流和长度的乘积 Il 也成正比，比值只与磁场有关。。升午 如图所示，在P(或Q)点垂直放置一电流元，安培力 F 与电流元电流和长度的乘积 Il 的比值不变，只与磁场有关。 教师：自然科学是寻找规律的科学，比值不变，就是一个非常重要的规律，就足以让我们研究这个比值所代表的物理意义。比如，发现质量与体积的比值不变，定义了描述物质属性的物理量——密度；又比如，发现周长与半径的比值不变，找到了一个常数——圆周率。 提出问题：我们刚才寻找到的比值类似于密度还是圆周率呢? 即新物理量 能否作为反映磁场属性的物理量呢? 如何验证? 学生：通过改变通过电磁铁线圈的电流，改变匀强磁场的强弱，计算在不同磁场强弱的条件下的比值。 教师：通过进一步的实验探究，我们可以知道，不同磁场强弱下，有不同的比值。 首先，刚才的比值为一个常数，也就是说这个比值是“剥离后”留下的“纯粹的东西”，它只与场有关，可以作为反映属性的物理量；另外，该比值与磁场强弱有关，因此可以作为描述磁场强弱的物理量。 提出问题： 能否反映磁场的强弱? 与相比，哪个更合适? 学生：更合适。因为它的比值越大表示磁场越强，符合人们的认知习惯。 师生总结： (1)磁感应强度是表征磁场强弱的物理量。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 和导线长度l 的乘积 Il的比值，等于磁场中该点的磁感应强度大小。 (2)磁感应强度的定义式： (3)磁感应强度B 的方向即磁场的方向，小磁针静止时N极所指的方向为该处磁感应强度的方向。 (4)磁感应强度的单位：在国际单位制中，F的单位是N，I的单位是 A，l的单位是m，B的单位是T(特斯拉)，即 教师：请说出1 T的物理意义。 学生：在磁场中，某处垂直于磁场方向、长1m的导线中通以1 A的电流，如果磁场对它施以1N的力，通电导线所在处的磁感应强度是1 T。 师生 教师引导学生阅读教材中的表格，让学生了解一些磁场的磁感应强度。 设计意图 引导学生寻找描述磁场强弱和方向的物理量——磁感应强度，进一步体会利用物理量之比定义新物理量的科学性。 环节五：匀强磁场 教师：前面我们已经学过匀强电场，现在请大家回忆以下问题： (1)什么是匀强电场? (2)匀强电场的产生条件是什么? (3)匀强电场的电场线有何特点? 学生：回忆并回答问题： (1)在电场的某一区域，如果电场强度的大小和方向都相同，这个区域的电场叫作匀强电场。 (2)两块靠近的平行金属板，大小相等，相互正对，分别带有等量的正、负电荷，它们之间的电场除边缘部分外就是匀强电场。 (3)匀强电场的电场线是距离相等的平行直线。 教师：什么是匀强磁场? 它的产生条件是什么? 匀强磁场的磁感线又有什么特点? 展示匀强磁场的磁感线(如图所示)。 学生：阅读教材，了解匀强磁场，回答问题： (1)定义：如果磁场中各点的磁感应强度的大小相等、方向相同，这个磁场叫作匀强磁场。 (2)产生方法：距离很近的两个平行异名磁极之间的磁场(除边缘部分外)、通电螺线管内部的磁场(除边缘部分外)都可以认为是匀强磁场。 (3)磁感线的特点：匀强磁场的磁感线是间距相等的平行直线。 设计意图 让学生类比匀强电场的定义，了解匀强磁场，培养学生的迁移应用能力。 环节六：磁通量 教师：用手电筒向学生展示一束发散光，再将光束垂直照射在墙面上，在手电筒和墙面之间平行墙面放置一个圆形纸片，前后移动纸片的位置，观察纸片在墙上影子的大小。影子的大小是否反映了挡光的“多少”? 学生：纸片离光源越近，影子越大，挡光越多。 师生 教师展示光路图(如图甲所示)，引导学生思考并得出结论：光线的疏密程度反映光的强弱，可见，挡光多少和光的强弱有关。挡光面积相同而光的疏密程度不同时，挡光多少不同。同样的，光线的疏密程度相同的话，挡光面积不同时，挡光多少也不同，说明挡光多少与光线强弱(疏密)以及面积有关。 教师：如图乙所示，两个不同面积的纸片，挡光多少相同，说明了什么? 学生：思考并回答：挡光多少与面积以及光线强弱(疏密)有关。 教师：如何利用光强和面积定义一个描述挡光多少(挡住的能量或挡住光线的条数)的物理量? 学生：光强乘以面积。 教师：挡光多少是否只与光强和面积有关吗? 学生：还和角度有关。 教师：引导学生作图，展示用平行光照射时，纸片与光线的夹角影响挡光的多少。进一步确定，二者垂直时，才可以直接相乘。 展示图丙，引导学生了解磁通量。 教师：磁感线的疏密程度表示了磁场的强弱，图丙中 和 两处磁感线的疏密程度不同，这种不同是如何体现的吗? 学生：取同样的面积，看穿过相同面积磁感线的条数。 教师：如图丁所示，一个面积为S 的平面垂直于一个磁感应强度为B 的匀强磁场放置，则B 与S 的乘积叫作穿过这个面积的磁通量，简称磁通，即( 如图戊所示，当平面跟磁场方向不垂直时，穿过该平面的磁通量等于 B 与它在磁场垂直方向上的投影面积的乘积，即( (θ为平面与磁场方向之间的夹角)。 单位：在国际单位制中，磁通量的单位是韦伯( Wb)。 物理意义：磁通量表示穿过这个面的磁感线条数。对于同一个平面，当它跟磁场方向垂直时，磁场越强，穿过它的磁感线条数越多，磁通量就越大；当它跟磁场方向平行时，没有磁感线穿过它，则磁通量为0。 教师：将磁通量的定义式( 变形得 这个比值反映了什么意义? 单位是什么? 学生：磁感应强度B 的大小等于垂直磁场方向单位面积上的磁通量，即磁感应强度反映了磁场的强弱，也可称作磁通密度。单位是 设计意图 磁通量的概念比较抽象。通过类比的方法，帮助学生找出共同属性，理解磁通量的物理意义。 核心总结 1.磁感应强度 (1)反映磁场的强弱。 (2)定义式: (3)电流元垂直放入磁场。 2.磁通量 (1)B 垂直S时, (2)B平行S时, 磁感应强度又称作磁通密度。 板书设计 第2节 磁感应强度 磁通量 1.磁感应强度 (1)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。 (2)大小: (条件：电流I 和磁场方向垂直) (3)意义：磁感应强度是表示磁场强弱和方向的物理量。 (4)单位：特斯拉，简称特，国际符号是 (5)磁感应强度是矢量。 2.匀强磁场 磁感应强度处处相同的磁场。 3.磁通量 (1)定义：有一个与磁场方向垂直的平面，面积为S，B与S 的乘积叫作穿过这个面积的磁通量。 (2)公式:φ=BS. (3)单位:韦伯( Wb),1 Wb=1T·m²。 (4)意义：磁通量表示穿过这个面积的磁感线条数。 教学研讨 整堂课的教学设计，逻辑清晰，层层递进，在教师的引导和学生的主动探究下，学生能够通过实验探究和理论分析，结合物理图像等多种方式，对安培力与电流、导线长度的关系有了深刻的认识，并据此顺利地理解磁感应强度这一比值定义的物理量。通过类比，帮助学生理解了磁通量的概念，培养了学生的迁移应用能力。 学科网（北京）股份有限公司 $$