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

年级

高一年级

学科

物理

课题

第十三章  第1节  磁场 磁感线

教学

目标

物理观念：知道磁体与磁体、磁体与电流、电流与电流之间都是通过磁场发生相互作用的，认识磁场的物质性，形成物质观与相互作用观。

科学思维：通过与电场、电场线的类比，理解磁感线是形象描述磁场的理想化模型，体会模型建构在研究看不见、摸不着的物质中的作用。

科学探究：经历观察奥斯特实验和用铁屑模拟磁感线的探究过程，会运用安培定则判断直线电流、环形电流和通电螺线管周围磁场的方向。

科学态度与责任：了解我国古代在磁现象研究上的成就和奥斯特发现电流磁效应的历程，感悟科学家追求真理的执着精神，增强民族自豪感与探索自然的内在动力。

教学

重难点

重点：磁感线的概念；几种常见磁场的磁感线分布；安培定则及其应用。

难点：磁感线空间分布的想象与建立；用安培定则判定三种电流磁场方向。

教学过程

教师活动

学生活动

【课堂导入】

播放短视频：从我国春秋战国时期《管子》中“上有慈石者，其下有铜金”的记载，到东汉王充《论衡》所记的“司南”，再到指南针用于航海，以及今天运营时速达600千米的青岛磁悬浮列车。

教师提问：小磁针静止时总是指南北。让小磁针偏转，你有什么方法？除了用手拨动、用磁体吸引，还有没有别的办法？

演示：把一条直导线平行地放在小磁针上方，给导线通电，请学生观察小磁针的变化。

教师引导：一根导线通电就能让磁针“动”起来，电和磁之间究竟有什么联系？这就是今天要研究的问题——磁场 磁感线。（板书课题）

观看视频，回顾初中知识；思考并讨论让小磁针偏转的方法；观察演示实验，产生认知冲突，带着“电与磁有何联系”的疑问进入新课。

【新课讲授】一、电和磁的联系　磁场

1. 电流的磁效应

讲述物理学史：19世纪初，库仑、安培等著名学者都认为电与磁互不相关。丹麦物理学家奥斯特坚信电与磁之间存在联系，为此进行了长期探索。1820年，奥斯特在讲课中把导线沿南北方向放在小磁针上方，接通电源的瞬间，磁针转动了！此后他又经过三个月的反复实验，发表论文宣布发现了电流的磁效应，首次揭示了电与磁的联系，开创了电磁学的新纪元。

倾听物理学史，体会奥斯特探索的艰辛与执着；观察实验，归纳电流对磁体、磁体对电流、电流对电流均有力的作用；类比电场，建构磁场概念，理解磁场的基本特性与方向规定。

提问：奥斯特实验说明了什么？

师生总结：不仅电流对磁体有力的作用，磁体对电流也有力的作用，电流与电流之间也有力的作用。

图1  奥斯特实验：电流能使磁针偏转

2. 磁场

提问：磁体与磁体、磁体与电流、电流与电流之间的相互作用都没有直接接触，这些力是怎样产生的？回想电荷之间的相互作用是通过什么发生的？

类比电荷之间通过电场发生相互作用，磁体与磁体、磁体与电流、电流与电流之间也都是通过一种特殊物质发生相互作用的，这种物质就是磁场。磁体周围和电流周围都存在磁场。

磁场的基本特性：对放入其中的磁体或电流有力的作用。

演示实验：把一段直导线放在蹄形磁铁两磁极之间并与磁感线垂直，导线两端接电源，通电后导体棒运动起来（装置如图2）。

图2  磁场对电流作用的演示实验（俯视图）

3. 磁场的方向

在磁场中的不同位置，小磁针静止时N极所指的方向一般不同，说明磁场有方向性。

规定：在磁场中的某一点，小磁针静止时N极所指的方向，就是该点磁场的方向。

【新课讲授】二、磁感线　几种常见的磁场

1. 用磁感线描述磁场

提问：电场看不见、摸不着，我们用什么方法形象地描述电场？磁场同样看不见、摸不着，能不能借用类似的方法？

类比电场线，在磁场中画出一些有方向的曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向一致，这样的曲线叫作磁感线。磁感线的疏密程度可以大致表示磁场的强弱：磁感线较密的地方磁场较强，较疏的地方磁场较弱。

实验：把铁屑均匀地撒在条形磁体、蹄形磁体上方覆盖的硬纸板上，轻敲纸板，观察铁屑的排列。

类比电场线，建构磁感线模型；观察铁屑实验，画出条形、蹄形磁体的磁感线分布；分组用肢体语言模拟直线电流、环形电流的磁场方向，体会并熟记安培定则；对比磁感线与电场线的异同。

图3  条形磁体的磁感线分布

图4  蹄形磁体的磁感线分布

指出：铁屑的排列模拟了磁感线的形状。在磁体外部，磁感线总是从N极出发，回到S极；磁感线是闭合曲线，在磁体内部则由S极通向N极；任意两条磁感线都不相交。磁感线是假想的曲线，并不真实存在，而磁场是真实存在的。

2. 直线电流的磁场与安培定则

演示：给竖直放置的直导线通电，水平纸板上的铁屑显示电流周围磁场的分布——磁感线是一些以导线上各点为圆心的同心圆，这些同心圆都在与导线垂直的平面上。

图5  直线电流周围磁场的分布

安培定则（一）：用右手握住直导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。

3. 环形电流的磁场与安培定则

把直导线弯成环形，电流周围磁场的分布如图6所示。环形电流的磁场同样可用安培定则判定：让右手弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致，伸直的大拇指所指的方向就是环形导线轴