13.2 磁感应强度 磁通量 课时教案-2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

13.2《 磁感应强度 磁通量》课时教案 学科 物理 年级册别 高二上册 共1课时 教材 人教版（2019）高中物理必修第三册 授课类型 新授课 第1课时 教材分析 教材分析 本节内容位于人教版高中物理必修第三册第十三章第二节，是电磁学的基础核心概念之一。教材从磁场的描述入手，引入磁感应强度作为描述磁场强弱和方向的物理量，并通过类比电场强度帮助学生建立认知模型。随后引入磁通量的概念，作为描述穿过某一面积的磁场总量的物理量，为后续法拉第电磁感应定律的学习奠定基础。本节内容逻辑清晰，层层递进，体现了从定性到定量、从现象到本质的科学思维过程。 学情分析 高二学生已具备一定的抽象思维能力，掌握了电场强度、电通量等类似概念，具备类比迁移的基础。但磁感应强度是矢量且看不见摸不着，学生理解其方向性和空间分布仍存在困难。磁通量涉及面积与磁场方向夹角的矢量点积运算，对数学要求较高，部分学生在空间想象和三角函数应用方面存在障碍。此外，学生对“通量”这一抽象概念缺乏直观体验。因此教学中需借助实验演示、模型建构和生活实例增强感知，突破理解难点。 课时教学目标 物理观念 1. 理解磁感应强度是描述磁场强弱和方向的物理量，掌握其定义式B=F/(IL)及其适用条件，知道其单位为特斯拉（T）。 2. 理解磁通量的概念，掌握其定义式Φ=BS cosθ，能正确计算匀强磁场中穿过平面的磁通量。 科学思维 1. 通过类比电场强度的定义方法，经历磁感应强度的建构过程，发展类比推理与模型建构能力。 2. 能运用矢量分解思想分析磁场方向与平面法线方向的夹角关系，提升空间想象与逻辑推理能力。 科学探究 1. 能设计简单实验方案探究通电导线在磁场中受力与电流、导线长度的关系，体验控制变量法的应用。 2. 能通过观察磁感线分布与闭合回路面积变化，定性分析磁通量的变化，培养观察与归纳能力。 科学态度与责任 1. 在探究过程中养成实事求是、严谨细致的科学态度，尊重实验数据。 2. 认识磁感应强度与磁通量在现代科技中的广泛应用，如MRI、电动机、发电机等，增强科技服务于社会的责任意识。 教学重点、难点 重点 1. 磁感应强度的定义、方向规定及单位。 2. 磁通量的定义式Φ=BS cosθ的理解与应用。 难点 1. 理解磁感应强度是矢量，掌握其方向与磁场方向一致的规定。 2. 正确理解并计算磁通量中的有效面积与夹角θ，特别是非垂直情况下的处理。 教学方法与准备 教学方法 讲授法、情境探究法、合作探究法、实验演示法 教具准备 条形磁铁、蹄形磁铁、小磁针若干、铁屑、玻璃板、通电导线受力演示装置、多媒体课件、磁感线模型 教学环节 教师活动 学生活动 创设情境，引入课题 【5分钟】 一、生活现象导入，激发兴趣 （一）、展示生活实例，引发认知冲突。 教师手持一块条形磁铁靠近一堆大头针，大头针被迅速吸起；再将磁铁远离，大头针掉落。接着提问：“我们都知道磁铁能吸引铁制品，但为什么有的地方吸得多，有的地方吸得少？磁铁周围的空间真的‘空’吗？如果我把一根通电的导线放入这个空间，会发生什么？”此时，教师连接电路，让一段水平导线穿过蹄形磁铁两极之间，闭合开关，导线突然发生偏转。 引导语：刚才我们看到导线在没有直接接触的情况下发生了运动，说明它受到了力的作用。这个力从何而来？显然是磁铁周围的特殊空间施加的。物理学中，我们将这种能够产生磁力作用的空间称为磁场。但问题来了：如何精确描述这个看不见摸不着的磁场有多强、方向如何？就像我们用温度描述冷热程度一样，我们需要一个物理量来量化磁场——这就是今天我们要学习的“磁感应强度”。 （二）、回顾旧知，搭建认知桥梁。 教师引导学生回忆：“在电学中，我们用哪个物理量来描述电场的强弱和方向？”学生回答“电场强度E”。教师继续追问：“电场强度是如何定义的？”引导学生说出“E=F/q，即单位正电荷所受的电场力”。 过渡语：伟大的物理学家法拉第曾说：“科学的真理不应在古代圣人的蒙着灰尘的书上去找，而应该在实验中和以实验为基础的理论中去找。”今天，我们就沿着科学家的足迹，通过实验的方法，来定义描述磁场的“磁场强度”——更准确地说，叫“磁感应强度”。 1. 观察实验现象，思考磁场的存在与作用。 2. 回忆电场强度的定义方法，准备进行类比学习。 3. 提出疑问：如何量化磁场？ 4. 进入学习情境，明确本节课探究主题。 评价任务 现象描述：☆☆☆ 问题提出：☆☆☆ 旧知回忆：☆☆☆ 设计意图 通过直观的磁铁吸针和通电导线受力偏转实验，创设真实问题情境，激发学生好奇心与探究欲。利用“磁场是否存在？如何描述？”的认知冲突，自然引出课题。通过类比电场强度的定义方式，帮助学生建立知识迁移的桥梁，降低新概念的学习难度，体现“从已知到未知”的认知规律。 建构概念，探究规律 【18分钟】 一、探究磁感应强度的定义 （一）、提出问题，设计实验思路。 教师引导：“既然电场强度E=F/q，那么我们是否可以寻找一个‘磁场中的检验量’，让它在磁场中受到一个力，然后用这个力除以这个‘检验量’来定义磁场的强弱？”学生可能提出用小磁针或通电导线作为检验工具。 教师点评：“小磁针可以指示方向，但难以定量测量力的大小。而通电导线在磁场中会受到安培力作用，且力的大小可测，因此更适合作为‘检验对象’。”接着提出核心问题：“当一段通电导线垂直放入磁场中时，它所受的安培力F可能与哪些因素有关？” 组织学生分组讨论，并鼓励提出猜想：可能与电流I、导线长度L、磁场本身的强弱有关。教师总结并强调控制变量法的重要性。 （二）、演示实验，收集数据。 教师使用安培力演示装置进行三组实验： 第一组：保持导线长度L和磁铁不变（即磁场恒定），改变电流I，记录不同I值对应的安培力F。数据如下：I=1A，F=0.1N；I=2A，F=0.2N；I=3A，F=0.3N。 第二组：保持电流I和磁场不变，更换不同长度的导线（如L=0.1m, 0.2m, 0.3m），记录对应的F值：F=0.1N, 0.2N, 0.3N。 第三组：保持I和L不变，换用不同强度的磁铁（或调节电磁铁电流），观察F的变化：弱磁铁F小，强磁铁F大。 教师将三组数据整理成表格投影展示，并引导学生分析： “从第一组数据看，F与I成什么关系？第二组呢？F与L成什么关系？而第三组说明F还与什么有关？” 学生得出结论：F ∝ I，F ∝ L，且F与磁场本身有关。 （三）、建立定义，明确矢量性。 教师总结：“实验表明，在导线与磁场垂直的情况下，安培力F与电流I和导线长度L的乘积成正比，即F ∝ IL。因此，我们可以用比值F/(IL)来反映磁场本身的强弱。物理学中把这个比值定义为磁感应强度，用B表示，即B = F/(IL)。” 板书定义式：B = F/(IL)，条件：通电导线与磁场方向垂直。 强调：“B是矢量，它的方向就是该点磁场的方向，也就是小磁针N极在该点的受力方向。国际单位是特斯拉（T），1T = 1N/(A·m)。” 举例说明：地球表面磁场约5×10⁻⁵T，医院MRI设备可达1.5--3T，强磁铁可达1T以上。 二、引入磁通量概念 （一）、类比电通量，提出新问题。 教师提问：“在电场中，我们引入了‘电通量’来描述穿过某一面积的电场线多少。磁场也有磁感线，那么我们能否也定义一个物理量来描述‘穿过某一面积的磁感线的多少’？” 展示一组磁感线分布图：同一磁铁，分别画出穿过较小线圈和较大线圈的磁感线数量。 引导学生观察：“哪个线圈穿过的磁感线更多？如果我把线圈倾斜放置，穿过它的磁感线会怎么变化？” 通过动画演示：当线圈平面从与磁场垂直逐渐旋转到平行时，穿过的磁感线数目由最多变为零。 提出问题：“这说明穿过一个面的磁感线数量不仅与磁场强弱、面积大小有关，还与什么有关？” 学生回答：“与线圈平面和磁场方向的夹角有关。” （二）、定义磁通量，推导公式。 教师总结：“物理学中，我们把穿过某一面积的磁感线的多少，称为穿过该面积的磁通量，用Φ表示。” 在黑板上画出一个矩形平面S，处于匀强磁场B中，平面法线方向n与B的夹角为θ。 讲解：“为了定量计算，我们引入‘有效面积’的概念。只有垂直于磁场方向的投影面积S⊥ = S cosθ才对磁通量有贡献。” 板书公式：Φ = B × S⊥ = B S cosθ。 强调：“当θ=0°，即B与S垂直时，Φ=BS，最大；当θ=90°，即B与S平行时，cos90°=0，Φ=0。” 举例计算：B=0.5T，S=0.2m²，若垂直穿过，Φ=0.1Wb；若夹角60°，则Φ=0.5×0.2×0.5=0.05Wb。 1. 分组讨论安培力的影响因素，提出猜想。 2. 观察实验数据，分析F与I、L的关系。 3. 理解B的定义式及其物理意义。 4. 观察磁感线图示，理解磁通量与角度的关系。 评价任务 猜想合理：☆☆☆ 数据分析：☆☆☆ 公式理解：☆☆☆ 设计意图 通过“提出问题—猜想假设—实验验证—归纳结论”的科学探究路径，让学生亲身经历磁感应强度的建构过程，培养科学思维与探究能力。实验数据真实呈现，增强说服力。通过类比电通量引入磁通量，降低认知难度。利用动画和图示直观展示磁通量随角度变化的规律，突破“有效面积”这一难点，帮助学生建立空间概念。 深化理解，应用提升 【15分钟】 一、辨析概念，澄清误区 （一）、辨析磁感应强度与磁场力的区别。 教师提问：“磁感应强度B大，是否意味着通电导线一定受到很大的安培力？”引导学生思考并回答。 教师总结：“不一定。因为F=BIL sinθ，还取决于I、L和θ。即使B很大，若I=0或θ=0°，F仍为零。B描述的是磁场本身的属性，而F是导线在磁场中受到的作用力，二者不能混淆。” 举例：超导磁体B极大，但若无电流通过导线，就不会产生力。 （二）、理解磁通量的标量性与正负。 教师讲解：“磁通量Φ是标量，但它有正负之分。正负表示磁感线是从哪个方向穿过面的。我们通常规定：若磁感线从面的‘正面’穿入，Φ为正；从‘背面’穿入，Φ为负。对于闭合曲面，穿入的磁通量与穿出的磁通量代数和为零，这是‘磁单极子不存在’的体现。” 展示一个立方体处于匀强磁场中，分析各面的磁通量正负及总和。 二、典型例题解析 （一）、计算磁感应强度。 例题1：将一段长为20cm的直导线通以2A的电流，垂直放入匀强磁场中，测得其所受安培力为0.4N，求该处磁感应强度的大小。 教师引导学生写出已知量：L=0.2m，I=2A，F=0.4N，B⊥。 套用公式：B = F/(IL) = 0.4 / (2 × 0.2) = 1T。 强调单位换算与公式适用条件。 （二）、计算磁通量。 例题2：一个面积为0.5m²的矩形线圈置于磁感应强度为0.4T的匀强磁场中。若线圈平面与磁场方向夹角为30°，求穿过线圈的磁通量。 教师画出示意图，标出B、S、θ=30°。 引导学生使用公式Φ = B S cosθ。 计算：cos30°≈0.866，Φ = 0.4 × 0.5 × 0.866 ≈ 0.1732 Wb。 追问：“若线圈绕其一边旋转90°，磁通量如何变化？”引导学生分析角度变化过程。 三、小组合作，拓展探究 （一）、设计实验方案。 教师提出挑战性问题：“如果给你一个未知强度的磁场，一段已知长度的导线，一个电流表和电源，你能否设计一个简易装置来粗略测量该磁场的磁感应强度？” 组织学生4人一组，讨论并写出实验步骤。 预设方案：将导线垂直放入磁场，串联电流表和电源，测量不同电流下的安培力（可用弹簧测力计或力传感器），绘制F-I图像，斜率即为BL，从而求出B。 教师点评并鼓励创新。 1. 辨析B与F的关系，避免概念混淆。 2. 理解磁通量正负的物理意义。 3. 独立完成例题计算，掌握公式应用。 4. 小组合作设计测量B的实验方案。 评价任务 概念辨析：☆☆☆ 计算准确：☆☆☆ 方案创新：☆☆☆ 设计意图 通过辨析题澄清学生易混淆的概念，深化对B和Φ本质的理解。典型例题由浅入深，强化公式应用能力，注重单位换算与物理情境分析。小组合作设计实验方案，将知识转化为实践能力，培养创新意识与团队协作精神，体现“做中学”的理念，提升科学探究素养。 课堂总结，升华情感 【5分钟】 一、结构化回顾知识脉络 （一）、梳理核心概念与公式。 教师引导学生共同回顾：“今天我们学习了两个重要概念：磁感应强度B和磁通量Φ。” 板书核心内容： 1. 磁感应强度B：描述磁场强弱和方向的矢量，B = F/(IL)（垂直时），单位特斯拉（T）。 2. 磁通量Φ：描述穿过某一面积的磁场总量，Φ = B S cosθ，单位韦伯（Wb），1Wb = 1T·m²。 强调：“B是场的属性，Φ是场与面的结合。二者共同构成了电磁学大厦的基石。” 二、升华科学精神与社会责任 （一）、联系科技前沿，展望未来。 教师展示图片：核磁共振成像（MRI）、磁悬浮列车、风力发电机内部结构。 讲解：“这些高科技设备的核心都离不开对磁感应强度和磁通量的精确控制。正是无数科学家和工程师对磁场规律的深入研究，才让这些改变生活的技术成为现实。” 引用爱因斯坦名言：“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界，推动进步，是知识进化的源泉。” 总结语：“今天，我们不仅学习了两个物理公式，更是在学习一种探索未知世界的思维方式。希望同学们保持对自然的好奇心，像法拉第一样勇于实验，像麦克斯韦一样善于建模，未来在科学的星空中留下属于自己的光芒！” 1. 跟随教师回顾本节知识框架。 2. 理解公式间的内在联系。 3. 感受物理知识的科技应用价值。 4. 激发科学探索的志向与责任感。 评价任务 知识梳理：☆☆☆ 情感共鸣：☆☆☆ 未来展望：☆☆☆ 设计意图 通过结构化总结帮助学生构建清晰的知识网络，强化记忆。结合现代科技应用实例，体现物理学科的实用价值和社会意义。引用科学家名言，升华课堂情感，激励学生树立科学理想，培养社会责任感和创新精神，实现知识、能力与情感态度价值观的统一。 作业设计 一、基础巩固题 1. 关于磁感应强度B，下列说法正确的是（ ） A. B与通电导线所受安培力F成正比 B. B与电流I和导线长度L的乘积成反比 C. B是矢量，方向与通电导线受力方向相同 D. B是矢量，方向与该点磁场方向相同 2. 将一段长为15cm的直导线通以3A的电流，垂直放入匀强磁场中，测得其所受安培力为0.9N，求该处磁感应强度的大小。 二、能力提升题 3. 一个面积为0.8m²的圆形线圈置于磁感应强度为0.5T的匀强磁场中。若线圈平面与磁场方向夹角为60°，求穿过线圈的磁通量。（已知cos60°=0.5） 4. 如图所示，一个边长为0.2m的正方形线框abcd放置在匀强磁场中，磁感应强度B=0.3T，方向水平向右。求： （1）当线框平面与磁场方向垂直时，穿过线框的磁通量； （2）当线框绕ab边旋转90°后，穿过线框的磁通量。 三、实践探究题 5. 查阅资料，了解磁感应强度在医学影像（如MRI）、交通运输（如磁悬浮）或能源领域（如发电机）中的一个具体应用，写一段200字左右的介绍，说明其中涉及的物理原理。 【答案解析】 一、基础巩固题 1. D （解析：B是磁场本身的属性，与F、I、L无关；方向与磁场方向一致，与受力方向垂直） 2. 解：L=0.15m，I=3A，F=0.9N，B⊥ B = F/(IL) = 0.9 / (3 × 0.15) = 2 T 二、能力提升题 3. 解：Φ = B S cosθ = 0.5 × 0.8 × 0.5 = 0.2 Wb 4. 解：（1）Φ₁ = B S = 0.3 × (0.2)² = 0.3 × 0.04 = 0.012 Wb （2）旋转90°后，线框平面与磁场平行，θ=90°，cos90°=0，Φ₂ = 0 板书设计 13.2 磁感应强度 磁通量 一、磁感应强度 B —— 描述磁场强弱和方向 1. 定义：B = F / (I L) （导线⊥磁场） 2. 单位：特斯拉（T） 1T = 1N/(A·m) 3. 矢量：方向 = 磁场方向 = 小磁针N极受力方向 二、磁通量 Φ —— 描述穿过某面积的磁场总量 1. 定义：Φ = B · S · cosθ 2. 单位：韦伯（Wb） 1Wb = 1T·m² 3. θ：B 与 S 法线方向的夹角 θ=0° → Φ=BS（最大） θ=90°→ Φ=0 三、关系： B 是“场强”，Φ 是“通量” → 电磁感应定律的基础 教学反思 成功之处 1. 通过磁铁吸针和通电导线偏转实验有效创设情境，激发了学生浓厚的学习兴趣，课堂参与度高。 2. 采用类比电场强度的方法建构磁感应强度概念，符合学生认知规律，降低了抽象概念的理解难度。 3. 利用动画演示磁通量随角度变化的过程，直观突破了“有效面积”这一教学难点，学生反馈良好。 不足之处 1. 实验环节时间略紧，部分学生未能充分观察到数据变化细节，未来可考虑使用数字传感器实时显示力的大小。 2. 对于磁通量正负的理解，仍有少数学生感到困惑，需在后续课程中通过更多实例加以强化。 3. 小组设计实验方案环节，个别小组讨论不够深入，教师巡视指导的覆盖面有待加强。 学科网（北京）股份有限公司 $