13.1 磁场 磁感线 教学设计 -2026-2027学年高二上学期物理人教版必修第三册

该高中物理教学设计聚焦磁场的物质性、磁感线、安培定则及磁现象的电本质，通过生活磁现象实例与我国古代司南导入，以“电与磁是否有联系”问题链激活前认知，衔接电场旧知与磁场新知，搭建学习支架。 资料特色在于实验教学贯穿全程，如奥斯特实验揭示电流磁效应，铁屑演示磁感线分布，结合3D磁场动态视频与思维导图小结，渗透科学思维中的模型建构（磁感线模型）和科学探究的问题意识，帮助学生突破空间想象难点，提升建模能力，也为教师提供清晰教学流程与互动方案，高效落实核心素养。

《磁场 磁感线》教学设计 一、基本信息 项目 内容 课程名称 磁场 磁感线 教材版本 人教版高中物理必修第三册 章节 第十三章 电磁感应与电磁波初步 第1节 课时 1课时 授课对象 高中二年级学生 二、学科素养目标 1. 物理观念 · 建立磁场是客观存在的特殊物质的观念，理解磁现象的电本质，形成物质观与相互作用观的统一。 · 掌握磁感线的物理意义，能够用磁感线描述不同磁场的强弱和方向，形成模型化的认知思维。 2. 科学思维 · 通过电与磁相似性的对比分析，提升类比推理与逻辑归纳能力，体会科学研究中对称性思维的应用。 · 理解磁感线模型的构建过程，掌握理想化模型的构建方法，提升抽象思维与建模能力。 · 通过安培定则的应用，提升空间想象能力与逻辑推理能力，能够将抽象的磁场规律转化为具体的空间判断。 3. 科学探究 · 了解奥斯特发现电流磁效应的探究历程，体会科学研究中质疑、坚持与偶然发现的辩证关系，提升科学探究的问题意识与坚持精神。 · 通过观察电流磁效应、磁场对电流作用等实验现象，提升基于实验事实归纳物理规律的探究能力。 4. 科学态度与责任 · 了解我国古代对磁现象的研究成果，增强民族自豪感与文化自信。 · 认识电磁现象研究对现代科技发展的推动作用，体会物理学科对社会进步的价值，提升科学应用的责任感。 三、教学重难点 教学重点 1. 磁场的物质性与基本性质，电流的磁效应的物理意义。 2. 磁感线的概念、特点，用磁感线描述磁场的方法。 3. 安培定则的内容与应用，判断不同电流产生的磁场方向。 4. 安培分子电流假说的内容与磁现象的电本质。 教学难点 1. 磁场是客观存在的特殊物质的理解，突破“看不见摸不着即不存在”的认知误区。 2. 磁感线的闭合性特点，区分磁体内部与外部磁感线的走向差异。 3. 安培定则应用中的空间想象，实现二维图示与三维磁场分布的转换。 4. 安培分子电流假说对磁现象本质的解释，理解电与磁的内在统一性。 四、教学准备 1. 教具准备 · 演示实验器材：条形磁体、蹄形磁体、小磁针若干、直导线、电源、滑动变阻器、开关、导线、铁屑、玻璃板。 · 多媒体资源：奥斯特实验动画、不同电流磁场的磁感线分布3D演示视频、磁悬浮列车等磁应用科普短片。 · 学案资料：课堂练习题单、安培定则应用专项训练题。 2. 教学准备 · 提前将小磁针按矩阵排列在玻璃板上，便于演示条形磁体周围的磁场方向分布。 · 调试通电直导线实验装置，确保实验现象明显，避免地磁场对实验效果的干扰。 · 制作多媒体课件，重点突出磁感线分布的动态演示与安培定则的操作步骤示意。 · 设计师生互动问题链，预设学生可能出现的认知误区，准备针对性引导方案。 五、教学过程 （一）课程引入（5分钟） 教师活动 1. 展示生活中的磁现象实例。 2. 提问引导：“大家思考一下，这些应用都利用了磁的什么性质？磁与我们之前学习的电有没有联系？” 3. 介绍我国古代司南的发明，点明我国是最早研究磁现象的国家之一，引出本节课主题。 师生互动 · 提出“电可以生磁吗？”“磁能不能生电？”等疑问，说明本节课将解决部分问题，剩余问题后续章节学习。 设计意图 · 从生活实例切入，降低知识点的陌生感，激发学生的学习兴趣与探究欲望。 · 通过我国古代科技成果介绍，融入爱国主义教育，提升民族自豪感。 · 以问题链激活学生原有认知，为新课教学做好铺垫。 （二）新课教学：电和磁的联系（10分钟） 教师活动 1. 讲解磁性、磁体、磁极的基本概念，明确磁极的命名规则与相互作用规律。 2. 展示电现象与磁现象的对比表格，引导学生填充表格内容，对比两者的相似性。 3. 介绍19世纪初科学界对电与磁关系的认知，说明库仑、安培等科学家曾认为两者互不相关，引出奥斯特的探究故事。 4. 演示奥斯特实验：将南北方向放置的直导线置于小磁针上方，接通电源观察小磁针偏转，断开电源观察小磁针复位。 5. 总结电流的磁效应的实验结论与科学意义。 师生互动 · 学生回忆电荷的相互作用规律，完成电现象与磁现象的对比表格填写，总结两者“同名排斥、异名吸引”的共性。 · 学生观察奥斯特实验现象，讨论“为什么导线要沿南北方向放置？”“小磁针偏转说明什么？”等问题，自主归纳实验结论。 · 教师引导学生思考“既然电流可以产生磁场，那么磁体对电流有没有力的作用？”，演示通电导体棒在磁场中运动、通电平行导线相互作用的实验，让学生观察现象。 【知识点】 一、电和磁的联系 1.基本概念 · 磁性：物体能够吸引铁、钴、镍等物质的性质 · 磁体：具有磁性的物体 · 磁极：磁体中磁性最强的区域。小磁针静止时指南的磁极叫南极，指北的磁极叫北极。 · 磁极间相互作用规律：自然界中的磁体总存在着两个磁极，同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。 2.电流的磁效应 · 实验现象：当给导线通电时，与导线平行放置的小磁针发生转动 · 操作技巧：为了排除地磁场的影响，导线应沿南北方向水平放置在小磁针的正上方 · 实验结论：电流具有磁效应，即电流可以产生磁场 · 实验意义：首次揭示了电与磁之间的联系，揭开了人类对电磁现象研究的新纪元 设计意图 · 通过对比教学法，提升学生的类比推理能力，体会科学研究中的对称性思维。 · 通过科学史介绍，让学生理解科学发展的曲折性，体会质疑与坚持在科学探究中的重要性。 · 直观的实验演示让学生建立感性认知，突破“电与磁无关”的前认知，理解电流磁效应的本质。 （三）新课教学：磁场与磁感线（15分钟） 教师活动 1. 提出问题：“磁体与磁体之间、磁体与电流之间、电流与电流之间的作用力没有接触，是怎么发生的？”引出磁场的概念。 2. 讲解磁场的物质性：磁场是客观存在的特殊物质，和电场一样不依赖人的意志存在，明确磁场的基本性质与方向规定。 3. 过渡：“磁场看不见摸不着，我们怎么描述它的强弱和方向呢？”引出磁感线模型。 4. 演示磁感线分布实验：在条形磁体上方的玻璃板上均匀撒上铁屑，轻轻敲击玻璃板，让学生观察铁屑的排列规律。 5. 讲解磁感线的定义、物理意义与特点，重点强调磁感线是假想曲线、闭合不相交、疏密表示强弱、切线表示方向的特点。 6. 介绍安培定则的内容，分别演示直线电流、环形电流的磁场方向判断方法，展示不同电流的磁感线分布。 7. 讲解安培分子电流假说的内容，解释磁化与消磁的原理，总结磁现象的电本质。 师生互动 · 学生对比电场的概念，迁移理解磁场的物质性，讨论“为什么说磁场是客观存在的？”，举出“磁场对放入其中的磁体有力的作用”等证据。 · 学生观察铁屑的排列，尝试用曲线画出铁屑的分布，自主总结磁感线的走向特点，区分磁体外部N极到S极、内部S极到N极的闭合规律。 · 学生跟随教师练习安培定则的使用，用不同方向的电流训练磁场方向的判断，小组之间互相出题检测掌握情况。 · 学生讨论“为什么磁铁摔断之后每一段仍然有两个磁极？”，用安培分子电流假说解释这一现象。 【知识点】 二、磁场 1. 定义：磁体和电流周围空间存在的一种特殊物质，和电场一样是客观存在的。 2. 基本性质：对处在它里面的磁体或电流有磁场力的作用。 3. 磁场的方向： · 小磁针静止时N极的指向 · 小磁针N极在磁场中受力的方向 三、磁感线 1. 定义：为了形象地描述磁场而人为假想的曲线。 2. 物理意义：用来形象地描述磁场的强弱和方向。 3. 应用：磁感线上每一点的切线方向表示该点的磁场方向，曲线的疏密表示磁场的强弱。 4. 特点： · 磁感线是假想的曲线 · 磁场中的任何一条磁感线都是闭合曲线，磁体外部由N极到S极，内部由S极到N极 · 磁感线不相交、不相切 · 磁感线的疏密表示磁场的强弱 · 磁感线上每一点的切线方向即为该点的磁场的方向 四、安培定则 1. 直线电流的安培定则（右手螺旋定则） 用右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向。可通过纵截面(平视)图、横截面(俯视)图、立体图辅助理解。 2. 环形电流的安培定则 让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁场的方向。可通过纵截面图、横截面图、立体图辅助理解。 3. 安培分子电流假说 · 内容：所有磁现象都可以归结为运动电荷（电流）之间通过磁场而发生的相互作用。在原子、分子等物质微粒内部，存在着一种环形电流——分子电流，分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，它的两侧相当于两个磁极。 · 意义： 1. 成功解释了磁化现象和磁体消磁现象 2. 揭示了电和磁的本质联系 3. 磁现象的电本质：磁铁和电流的磁场本质上都是运动电荷产生的 设计意图 · 通过问题链引导学生自主建构磁场概念，培养逻辑推理能力。 · 实验演示让抽象的磁场具象化，帮助学生建立磁感线的直观认知，理解模型构建的科学方法。 · 即时练习强化安培定则的应用，突破空间想象的难点，落实重点知识的掌握。 · 安培分子电流假说的讲解帮助学生建立电与磁的统一认知，理解磁现象的本质。 （四）课堂小结（5分钟） 教师活动 1. 以思维导图的形式带领学生梳理本节课的核心知识点： · 电与磁的联系：奥斯特实验，电流的磁效应 · 磁场：定义、基本性质、方向 · 磁感线：概念、特点、描述磁场的方法 · 安培定则：直线电流、环形电流的磁场判断 · 磁现象的电本质：安培分子电流假说 2. 点明核心物理思想：“看不见的场，用想象的线来描绘”，这是物理建模的重要智慧。 师生互动 · 学生自主回顾本节课所学内容，分享自己印象最深的知识点与仍然存在的疑问，教师针对共性疑问进行集中解答。 · 学生完成3道随堂练习题，教师核对答案，即时反馈学生的掌握情况，针对错误率高的题目进行重点讲解。 【随堂练习】 1.下列说法正确的是（　　） A．磁场最基本的性质是只对处于其中的磁体有力的作用 B．磁场是看不见、摸不着、实际不存在的，是人们假想出来的一种物质 C．磁场是客观存在的一种特殊的物质形态 D．磁场的存在与否决定于人的思想，想其有则有，想其无则无 答案：C 2.关于磁现象的电本质，下列说法中正确的是( ) A.磁与电紧密联系，有磁必有电，有电必有磁 B.不管是磁体的磁场还是电流的磁场都起源于电荷的运动 C.永久磁铁的磁性不是由运动电荷产生的 D.根据安培假说可知，磁体内分子电流总是存在的，因此任何磁体都不会失去磁性 答案：B 3．下列说法正确的是（　　） A．磁感线有可能出现相交的情况 B．磁感线总是由N极出发指向S极 C．某点磁场的方向与放在该点的小磁针静止时N极所指方向一致 D．某点磁场的方向与放在该点的小磁针受力的方向一致 答案：C （五）布置作业（2分钟） 1. 基础作业：完成教材课后对应习题，熟练掌握安培定则的应用。 2. 拓展作业：观察生活中的磁现象应用，查阅资料了解磁悬浮列车的工作原理，下节课进行分享。 六、教学反思 1. 教学亮点 · 实验教学贯穿新课教学全程，奥斯特实验、磁感线分布实验等直观演示有效突破了磁场抽象的难点，学生的参与度与学习兴趣较高，课堂互动氛围良好。 · 科学史与知识教学深度融合，奥斯特的探究历程、安培分子电流假说的提出过程等内容，不仅让学生理解了知识的来龙去脉，也有效渗透了科学思维与科学态度的培养。 2. 存在问题 · 安培定则的应用训练时间稍显不足，部分空间想象能力较弱的学生对于环形电流的磁场方向判断仍然存在困难，需要在后续习题课中进一步强化训练。 · 磁感线闭合性的特点讲解不够深入，部分学生仍然存在“磁感线从N极出发到S极终止”的错误认知，下次教学中需要增加磁体内部磁感线的演示内容，强化闭合性的特点。 3. 改进方向 · 优化实验设计，增加3D虚拟现实资源的应用，让学生可以从不同角度观察不同电流的磁场分布，提升空间想象能力。 · 设计梯度化的安培定则训练题组，从基础的直线电流判断到复杂的环形电流、螺线管磁场判断，逐步提升学生的应用能力。 ( 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $