2022年高中物理 3-3 幾種常見的磁場教案 新人教版選修3-1

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1、2022年高中物理 3-3 幾種常見的磁場教案 新人教版選修3-1 ★新課標(biāo)要求 （一）知識與技能 1、知道什么是磁感線。 2、知道條形磁鐵、蹄形磁鐵、直線電流、環(huán)形電流和通電螺線管的分布情況。 3、會用安培定則判斷直線電流、環(huán)形電流和通電螺線管的磁場方向。 4、知道安培分子電流假說是如何提出的。 5、會利用安培假說解釋有關(guān)的現(xiàn)象。 6、理解磁現(xiàn)象的電本質(zhì)。 7、知道磁通量定義，知道Φ =BS的適用條件，會用這一公式進(jìn)行計算。 （二）過程與方法 1、通過模擬實(shí)驗體會磁感線的形狀，培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力。 2、由電流和磁鐵都能產(chǎn)生磁場，提出安培分子電流假說，最后都?xì)w結(jié)為磁

2、現(xiàn)象的電本質(zhì)。 3、通過引入磁通量概念，使學(xué)生體會描述磁場規(guī)律的另一重要方法。 （三）情感、態(tài)度與價值觀 1、通過討論與交流，培養(yǎng)對物理探索的情感。 2、領(lǐng)悟物理探索的基本思路，培養(yǎng)科學(xué)的價值感。 ★教學(xué)重點(diǎn) 會用安培定則判斷磁感線方向，理解安培分子電流假說。 ★教學(xué)難點(diǎn) 安培定則的靈活應(yīng)用即磁通量的計算。 ★教學(xué)方法 類比法、實(shí)驗法、比較法 ★教學(xué)用具： 條形磁鐵、直導(dǎo)線、環(huán)形電流、通電螺線管、小磁針若干、投影儀、展示臺、學(xué)生電源 ★教學(xué)過程 （一）引入新課 教師：電場可以用電場線形象地描述，磁場可以用什么來描述呢？ 學(xué)生：磁場可以用磁感線形象地描述？

3、教師：那么什么是磁感線？又有哪些特點(diǎn)呢？這節(jié)課我們就來學(xué)習(xí)有關(guān)磁感線的知識。 （二）進(jìn)行新課 1、磁感線 教師：什么是磁感線呢？ 學(xué)生閱讀教材，回答：所謂磁感線是在磁場中畫一些有方向的曲線，曲線上每一點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)的磁場方向。 ［演示］在磁場中放一塊玻璃板，在玻璃板上均勻地撒一層細(xì)鐵屑，細(xì)鐵屑在磁場里被磁化成“小磁針”，輕敲玻璃板使鐵屑能在磁場作用下轉(zhuǎn)動。 ［現(xiàn)象］鐵屑靜止時有規(guī)則地排列起來，顯示出磁感線的形狀。如圖3.3-1所示： ［用投影片出示條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁感線分布情況］ 如圖所示： ［問題］磁鐵周圍的磁感線方向如何？ ［學(xué)生答］磁鐵外部的磁感線是從磁

4、鐵的北極出來，進(jìn)入磁鐵的南極。 ［教師補(bǔ)充］磁感線是閉合曲線，磁鐵外部的磁感線是從北極出來，回到磁鐵的南極，內(nèi)部是從南極到北極。 ［用投影片出示通電直導(dǎo)線周圍的磁感線分布情況］如圖3.3-2所示： ［問題］通電直導(dǎo)線周圍的磁感線如何分布？ ［學(xué)生答］直線電流磁場的磁感線是一些以導(dǎo)線上各點(diǎn)為圓心的同心圓，這些同心圓都在跟導(dǎo)線垂直的平面上。 ［問題］直線電流周圍的磁感線分布和什么因素有關(guān)系？ ［學(xué)生答］直線電流周圍的磁感線方向和電流方向有關(guān)系。 ［問題］直線電流的方向跟電的磁感線方向之間的關(guān)系如何判斷呢？ ［出示投影片］直線電流的方向和電的磁感線方向之間的關(guān)系可用安培定則（也叫

5、右手螺旋定則）來判定：用右手握住導(dǎo)線，讓伸直的大拇指所指的方向跟電流的方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向。 ［出示投影片］環(huán)形電流的磁場。如圖3.3-3所示： ［教師引導(dǎo)學(xué)生得］ 環(huán)形電流的方向跟中心軸線上的磁感線方向之間的關(guān)系也可以用安培定則來判定：讓右手彎曲的四指和和環(huán)形電流的方向一致，伸直的大拇指所指的方向就是環(huán)形導(dǎo)線中心軸線上磁感線的方向。 ［出示投影片］通電螺線管的磁場。如圖3.3-4所示： ［問題］通電螺線管外部的磁場和什么相似？ ［學(xué)生答］通電螺線管外部的磁感線和條形磁鐵外部的磁感線相似，一端相當(dāng)于南極，一端相當(dāng)于北極。 ［問題］通電螺線管內(nèi)

6、部的磁場如何？ ［學(xué)生答］通電螺線管內(nèi)部的磁感線和螺線管的軸線平行，方向由南極指向北極，并和外部的磁感線連接，形成一些環(huán)繞電流的閉合曲線。 ［問題］通電螺線管的磁感線方向和什么因素有關(guān)系？ ［學(xué)生答］通電螺線管的磁感線方向和螺線管的電流方向有關(guān)。 ［問題］如何判斷通電螺線管的極性？ ［學(xué)生回憶得］通電螺線管的電流方向和它的磁感線方向之間的關(guān)系，也可用安培定則來判定：用右手握住螺線管，讓彎曲四指所指的方向和電流的方向一致，大拇指所指的方向就是螺線管內(nèi)部磁感線的方向。 ［問題］磁感線和電場線有何區(qū)別？ ［教師引導(dǎo)學(xué)生分析得］ （1）電場線是電場的形象描述，而磁感線是磁場的形象描述。

7、 （2）電場線不是閉合曲線，而磁感線是閉合曲線。 （3）電場線上每一點(diǎn)的切線方向都是跟該點(diǎn)的場強(qiáng)方向一致，磁感線上每一點(diǎn)的切線方向都跟該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向一致。 （4）電場線的疏密程度表示電場強(qiáng)度的大小。磁感線的疏密程度表示磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。 ［問題］電流磁場和天然磁鐵相比有何特點(diǎn)？ ［學(xué)生答］（1）電流磁場的有無可由通斷電來控制。 （2）電流磁場的極性可以由電流方向變換。 （3）電流磁場的強(qiáng)弱可由電流的大小來控制。 ［問題］電流的磁場有何用途？ ［學(xué)生答］電流的磁場用途很廣泛，如電磁起重機(jī)、電話、電動機(jī)、發(fā)電機(jī)以及在自動控制中得到普遍應(yīng)用的電磁繼電器。 2、安培分子電流假

8、說 教師：磁鐵和電流都能產(chǎn)生磁場。它們的磁場是否有什么關(guān)系呢？我么已經(jīng)知道，通電螺線管和條形磁鐵的磁場分布十分相似，安培由此受到啟發(fā)，提出了著名的分子電流假說。 教師：分子電流假說的內(nèi)容是什么呢？ 學(xué)生回答：在原子、分子等物質(zhì)微粒內(nèi)部，存在著一種環(huán)形電流——分子電流，分子電流使每個物質(zhì)微粒都成為微小的磁體，它的兩側(cè)相當(dāng)于兩個磁極，這就是分子電流假說。 ［投影片出示課本圖3.3-6］以進(jìn)一步理解安培分子電流假說。 教師：用安培假說可以解釋磁現(xiàn)象 讓學(xué)生閱讀課文，回答以下問題。 ［問題］一根鐵棒在未被磁化時為什么對外界不顯磁性？ ［學(xué)生答］鐵棒未被磁化時，內(nèi)部各分子電流的取向是

9、雜亂無章的，它們的磁場互相抵消，對外界不顯磁性。 ［問題］什么是磁化？如何去理解磁化和磁極？ ［學(xué)生答］使原來沒有磁性的物體獲得磁性的過程叫磁化。 在有外界磁場的作用時，某些物質(zhì)內(nèi)部各分子電流的取向會變得大致相同，這個過程就是磁化，這些物質(zhì)被磁化后，各分子電流的磁場互相疊加，對外界顯示出較強(qiáng)的磁作用，在兩端形成磁極。 ［問題］永磁體為什么具有磁性？ ［學(xué)生答］永磁體之所以具有磁性，是因為它內(nèi)部的環(huán)形分子電流本來就排列整齊. ［問題］永磁體如何失去磁性？ ［學(xué)生答］永磁體受到高溫或猛烈的敲擊會失去磁性，這是因為在激烈的熱運(yùn)動或機(jī)械振動的影響下，分子電流的取向又變得雜亂無章了。 ［

10、問題］為什么無論把磁棒折成多小的一段，它總有兩個磁極？ ［學(xué)生答］每個環(huán)形分子電流的兩個側(cè)面必定同時出現(xiàn)，一面相當(dāng)于N極，另一面相當(dāng)于S極。 教師：安培分子電流假說揭示了磁現(xiàn)象的電本質(zhì) ［問題］分子電流是如何形成的？ ［學(xué)生答］分子電流是由原子內(nèi)部電子的運(yùn)動形成的。 教師隨后引導(dǎo)學(xué)生分析得出結(jié)論：磁鐵的磁場和電流的磁場一樣，都是由電荷的運(yùn)動產(chǎn)生的。 3、勻強(qiáng)磁場 教師：前面我們學(xué)過勻強(qiáng)電場，現(xiàn)在大家回憶一下以下問題： （1）什么是勻強(qiáng)電場？ （2）勻強(qiáng)電場的產(chǎn)生條件是什么？ （3）勻強(qiáng)電場的電場線有何特點(diǎn)？ 學(xué)生答： （1）在電場的某一區(qū)域，如果場強(qiáng)的大小和方向都相同，

11、這個區(qū)域的電場叫做勻強(qiáng)電場。 （2）兩塊靠近的平行金屬板，大小相等，互相正對，分別帶有等量的正負(fù)電荷，它們之間的電場除邊緣附近外就是勻強(qiáng)電場。 （3）勻強(qiáng)電場的電場線是距離相等的平行直線。 在同學(xué)回答完問題后，教師緊接著提問：什么是勻強(qiáng)磁場？它的產(chǎn)生條件是什么？勻強(qiáng)磁場的磁感線又有什么特點(diǎn)？ ［實(shí)物投影課本圖3.3-7、圖3.3-8 ［教師引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論］ 勻強(qiáng)磁場 ①定義：如果磁場的某一區(qū)域里，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向處處相同，這個區(qū)域的磁場叫勻強(qiáng)磁場。 ②產(chǎn)生方法 距離很近的兩個異名磁極之間的磁場，通電螺線管內(nèi)部的磁場（除邊緣部分外）都可認(rèn)為是勻強(qiáng)

12、磁場。 ③磁感線的特點(diǎn) 勻強(qiáng)磁場的磁感線是間距相等的平行直線。 4、磁通量 教師：研究電磁現(xiàn)象時，有時需要研究穿過某一面積的磁場和它的變化，為此，物理學(xué)上引入了一個新的物理量——磁通量。 閱讀教材，說出磁通量的定義、公式、單位以及物理意義。 學(xué)生閱讀教材，解決以上問題。 師生互動、總結(jié)： （1）定義： 一個面積為S的平面垂直一個磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場放置，則B與S的乘積叫做穿過這個面的磁通量。 （2）公式：Ф=B·S （3）單位：韋伯（Wb）? 1Wb=1T·1m2=1V·s （4）物理意義：磁通量表示穿過這個面的磁感線條數(shù)。對于同一個平面，當(dāng)它跟磁場方向垂直時，磁場

13、越強(qiáng)，穿過它的磁感線條數(shù)越多，磁通量就越大。當(dāng)它跟磁場方向平行時，沒有磁感線穿過它，則磁通量為零。 注意：當(dāng)平面跟磁場方向不垂直時，穿過該平面的磁通量等于B與它在磁場垂直方向上的投影面積的乘積．即Ф=B·Ssinθ，（θ為平面與磁場方向之間的夾角）（如圖所示） 教師：將磁通量的定義式Ф=B·S變形得：B=，這個比值反映了什么意義？單位是什么？ 學(xué)生：B為垂直磁場方向單位面積上的磁通量，反映磁場的強(qiáng)弱。又叫磁通密度。單位Wb/m2 （三）課堂總結(jié)、點(diǎn)評 教師活動：讓學(xué)生概括總結(jié)本節(jié)的內(nèi)容。請一個同學(xué)到黑板上總結(jié)，其他同學(xué)在筆記本上總結(jié)，然后請同學(xué)評價黑板上的小結(jié)內(nèi)容。 學(xué)生活動：

14、認(rèn)真總結(jié)概括本節(jié)內(nèi)容，并把自己這節(jié)課的體會寫下來、比較黑板上的小結(jié)和自己的小結(jié)，看誰的更好，好在什么地方。 點(diǎn)評：總結(jié)課堂內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生概括總結(jié)能力。 教師要放開，讓學(xué)生自己總結(jié)所學(xué)內(nèi)容，允許內(nèi)容的順序不同，從而構(gòu)建他們自己的知識框架。 （四）實(shí)例探究 ☆安培定則的應(yīng)用 【例1】一細(xì)長的小磁針，放在一螺線管的軸線上，N極在管內(nèi)，S極在管外。若此小磁針可左右自由移動，則當(dāng)螺線管通以圖所示電流時，小磁針將怎樣移動？ 解析：正確解題思路是：當(dāng)螺線管通電后，根據(jù)右手螺旋定則判定出管內(nèi)、外磁感線方向如圖所示，管內(nèi)外a、b兩處磁場方向向右，管內(nèi)b處磁感線分布

15、較密，管處a處磁感線分布較稀。 根據(jù)磁場力的性質(zhì)知：小磁針N極在b處受力方向向右，且作用力較大；小磁針S極在a處受力向左，且作用力較小，因而小磁針?biāo)艿拇艌隽Φ暮狭Ψ较蛳蛴摇? 點(diǎn)評：“同名磁極相斥、異名磁極相吸”只適合于磁體間外部相互作用的情形，適用情形存在局限性；而磁場力的性質(zhì)：“磁體N極受力方向與所在處磁場方向相同”對于磁極間內(nèi)部或外部作用總是普遍適用的. 【例2】如圖所示，一束帶電粒子沿水平方向飛過小磁針的上方，并與磁針指向平行，能使小磁針的N極轉(zhuǎn)向讀者，那么這束帶電粒子可能是_______ A.向右飛行的正離子束 B.向左飛行的正離子束 C.向右飛行的負(fù)離子束 D.向左

16、飛行的負(fù)離子束 解析：小磁針的N極指向讀者，說明小磁針?biāo)谔幍拇艌龇较蚴侵赶蜃x者，由安培定則可確定出帶電粒子形成的電流方向向左，這向左的電流可能是向左飛行的正離子形成，也可能是向右飛行的負(fù)離子形成，故正確答案為B、C 答案：BC ☆對安培分子電流假說的理解 【例3】關(guān)于磁現(xiàn)象的電本質(zhì)，下列說法中正確的是_______ A.磁與電緊密聯(lián)系，有磁必有電，有電必有磁 B.不管是磁體的磁場還是電流的磁場都起源于電荷的運(yùn)動 C.永久磁鐵的磁性不是由運(yùn)動電荷產(chǎn)生的 D.根據(jù)安培假說可知，磁體內(nèi)分子電流總是存在的，因此，任何磁體都不會失去磁性 解析：磁與電是緊密聯(lián)系的，但“磁生電”“電生磁

17、”都有一定的條件，運(yùn)動的電荷產(chǎn)生磁場，但一個靜止的點(diǎn)電荷的周圍就沒有磁場，分子電流假說揭示了磁現(xiàn)象的電本質(zhì)，磁鐵的磁場和電流的磁場一樣都是由運(yùn)動電荷產(chǎn)生的，磁體內(nèi)部只有當(dāng)分子電流取向大體一致時，就顯示出磁性，當(dāng)分子電流取向不一致時，就沒有磁性，所以本題的正確答案為B。 答案：B ★課余作業(yè) 1、課下閱讀課本第94頁科學(xué)漫步《有趣的右螺旋》 2、完成P95“問題與練習(xí)”第1、2、3題。書面完成第4題。 ★教學(xué)體會 思維方法是解決問題的靈魂，是物理教學(xué)的根本；親自實(shí)踐參與知識的發(fā)現(xiàn)過程是培養(yǎng)學(xué)生能力的關(guān)鍵，離開了思維方法和實(shí)踐活動，物理教學(xué)就成了無源之水、無本之木。學(xué)生素質(zhì)的培養(yǎng)就成了鏡中花，水中月。