2019-2020年高中物理《磁感應(yīng)強度》教案1 新人教版選修3-1.doc

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2019-2020年高中物理《磁感應(yīng)強度》教案1 新人教版選修3-1 一、教學(xué)目標(biāo) 1．掌握磁感應(yīng)強度的定義和磁通量的定義。 2．掌握利用磁感應(yīng)強度的定義式進行計算。 3．掌握在勻強電場中通過面積S的磁通量的計算。 4．搞清楚磁感應(yīng)強度與磁場力，磁感應(yīng)強度與磁通量的區(qū)別和聯(lián)系。 二、重點、難點分析 1．該節(jié)課的重點是磁感應(yīng)強度和磁通量的概念。 2．磁感應(yīng)強度的定義是有條件的，它必須是當(dāng)通電直導(dǎo)線L與磁 3．磁通量概念的建立也是一個難點，講解時，要引入磁感線來幫助學(xué)生理解和掌握。 三、教具 1．通電導(dǎo)體在磁場中受力演示。 2．電流天平。（選用） 3．掛圖（磁感線、磁通量用）。 四、主要教學(xué)過程 （一）引入新課 提問：什么是磁現(xiàn)象的電本質(zhì)？ 應(yīng)答：運動電荷（電流）在自己周圍空間產(chǎn)生磁場，磁場對運動電荷或電流有力的作用，磁極與磁極、磁極與電流、電流與電流之間發(fā)生相互作用都可以看成是運動電荷之間通過磁場而發(fā)生相互作用。這就是磁現(xiàn)象的電本質(zhì)。 為了表征磁場的強弱和方向，我們引入一個新的物理量：磁感應(yīng)強度。我們都知道電場強度是描述電場力的特性的，那么磁感應(yīng)強度就是描述磁場力特性的物理量，因此我們可以用類比的方法得出磁感應(yīng)強度的定義來。 提問：電場強度是如何定義的？ 應(yīng)答：電場中某點的電場強度等于檢驗電荷在該點所受電場力與檢 驗電荷在該點的受力方向。 （二）教學(xué)過程設(shè)計 1．磁感應(yīng)強度（板書） 通過實驗，得出結(jié)論，當(dāng)通電直導(dǎo)線在勻強磁場中與磁場方向垂直時，受到磁場對它的力的作用。對于同一磁場，當(dāng)電流加倍時，通電導(dǎo)線受到的磁場力也加倍，這說明通電導(dǎo)線受到的磁場力與通過它的電流強度成正比。而當(dāng)通電導(dǎo)線長度加倍時，它受到的磁場力也加倍，這說明通電導(dǎo)線受到的磁場力與導(dǎo)線長也成正比。對于磁場中某處來說，通電導(dǎo)線在該處受的磁場力F與通電電流強度I與導(dǎo)線長度L乘積的比值是一個恒量，它與電流強度和導(dǎo)線長度的大小均無關(guān)。在磁場中不同位置，這個比值可能各不相同，因此，這個比值反映了磁場的強弱。 提問：類比電場強度的定義，誰能根據(jù)以上實驗事實用一句話來定義磁感應(yīng)強度，用B來表示，并寫出它的定義式。 回答：磁場中某處的磁感應(yīng)強度等于通電直導(dǎo)線在該處所受磁場力F與通電電流和導(dǎo)線長度乘積IL的比。定義式為 再問：通電直導(dǎo)線應(yīng)怎樣放入磁場？ 應(yīng)答：通電直導(dǎo)線應(yīng)當(dāng)垂直于磁場方向。 指出前面的回答對磁感應(yīng)強度的論述是不嚴(yán)密的。（不管學(xué)生回答的嚴(yán)密不嚴(yán)密）應(yīng)強調(diào)通電直導(dǎo)線必須在垂直磁場方向的條件下，該定義才成立。在測量精度要求允許的條件下，在非勻強磁場中，當(dāng)通電導(dǎo)線足夠短，可以近似地看成一個點，在該點附近的磁場也可近似地看成 小結(jié)：（板書） （1）磁感應(yīng)強度的定義 在磁場中某處垂直于磁場方向的通電直導(dǎo)線，受到的磁場力F，跟通電電流強度和導(dǎo)線長度的乘積IL的比值叫做該處的磁感應(yīng)強度B。 （2）磁感應(yīng)強度的公式（定義式）： （3）磁感應(yīng)強度的單位（板書） 在國際單位制中，B的單位是特斯拉（T），由B的定義式可知： （4）磁感應(yīng)強度的方向（板書） 磁感應(yīng)強度是矢量，不但有大小，而且有方向，其方向即為該處磁場方向。 順便說明，一般的永磁體磁極附近的磁感應(yīng)強度是0.5T左右，地球表面的地磁場的磁感應(yīng)強度大約為5.010-5T。 練習(xí)1．勻強磁場中長2cm的通電導(dǎo)線垂直磁場方向，當(dāng)通過導(dǎo)線的電流為2A時，它受到的磁場力大小為410-3N，問：該處的磁感應(yīng)強度B是多大？（讓學(xué)生回答） 應(yīng)答：根據(jù)磁感應(yīng)強度的定義 在這里應(yīng)提醒學(xué)生在計算中要統(tǒng)一單位，計算中必須運用國際單位。 再問：若上題中，電流不變，導(dǎo)線長度減小到1cm，則它受磁場力F和該處的磁感應(yīng)強度B各是多少？若導(dǎo)線長不變，電流增大為5A，則它受磁場力F和該處的磁感應(yīng)強度B各是多少？ 引導(dǎo)學(xué)生討論，得出正確的答案：210-3N，0.1T；110-2N，0.1T，并指出，某處的磁感應(yīng)強度由建立該磁場的場電流情況和該點的空間位置來決定，與檢驗通電直導(dǎo)線的電流強度大小、導(dǎo)線長短無關(guān)。 練習(xí)2．檢驗?zāi)程幱袩o電場存在，可以用什么方法？檢驗?zāi)程幱袩o磁場存在，可以用什么方法？ 回答：檢驗有無電場存在，可用檢驗電荷，把檢驗電荷放在被檢驗處，若該檢驗電荷受到電場力作用，則該處有電場存在，場強不為零；若該檢驗電荷沒有受到電場力作用，該處沒有電場存在或該處場強為零。檢驗?zāi)程幱袩o磁場存在，可用“檢驗電流”，把通電導(dǎo)線放在被檢驗處，若該通電導(dǎo)線受磁場力作用，則該處有磁場存在，磁感應(yīng)強度不為零；若該通電導(dǎo)線不受磁場力作用，則該處無磁場存在，該處磁感應(yīng)強度為零。 追問：如果通電導(dǎo)線不受磁場力，該處是一定不存在磁場，磁感應(yīng)強度一定為零嗎？ 引導(dǎo)學(xué)生討論，得出“不一定”的正確結(jié)果。因為當(dāng)通電導(dǎo)線平行磁場方向放在磁場中，它是不受磁場力作用的（這是實驗證明的結(jié)論）。再次強調(diào)磁感應(yīng)強度定義的條件：通電直導(dǎo)線必須垂直磁場方向放置。 再問：如何利用通電導(dǎo)線檢驗?zāi)程幋艌龅拇嬖谂c否呢？ 應(yīng)答：可以改變通電導(dǎo)線的方向，若在各個方向均不受磁場力作用，則該處沒有磁場。 再問：在通電導(dǎo)線在不同方法檢測，至少檢測幾次就可確定該處沒有磁場存在？ 應(yīng)答：至少在相互垂直的兩個方向上檢測兩次。先將其放在任意方向檢測，若此時其不受磁場力作用，則再將通電導(dǎo)線沿垂直剛才的方向放置，若此時其仍不受磁場力作用，則說明該處無磁場存在。 2．磁感線（板書） 磁感線和電場線一樣也是一種形象描述磁場強度大小和方向分布的假想的線，磁感線上各點的切線方向即該點的磁感應(yīng)強度方向，磁感線的密疏，反映磁感應(yīng)強度的大小。通過掛圖應(yīng)讓學(xué)生熟悉條形磁鐵、蹄形磁鐵、直線電流、環(huán)形電流、通電螺線管的磁感線的分布，并正確地用“右手”安培定則判斷直線電流、環(huán)形電流和通電螺線管的磁感線方向與電流方向的關(guān)系。 3．磁通量（板書） 磁感線和磁感應(yīng)強度的關(guān)系。為了定量地確定磁感線的條數(shù)跟磁感應(yīng)強度大小的關(guān)系，規(guī)定：在垂直磁場方向每平方米面積的磁感線的條數(shù)與該處的磁感應(yīng)強度大?。▎挝皇翘兀?shù)值相同。這里應(yīng)注意的是一般畫磁感線可以按上述規(guī)定的任意倍來畫圖，這種畫法只能幫助我們了解磁感應(yīng)強度大小，方向的分布，不能通過每平方米的磁感線數(shù)來得出磁感應(yīng)強度的數(shù)值。 提問：各點電場強度方向、大小均相同的電場叫什么電場？這種電場電場線的分布有什么特點？ 應(yīng)答：這種電場叫做勻強電場，勻強電場電場線的分布是間距相同方向一致的平行直線。 提問：什么叫做勻強磁場，怎樣用磁感線描述勻強磁場？ 應(yīng)答：對于某范圍內(nèi)的磁場，其磁感應(yīng)強度的大小和方向均相同，則該范圍內(nèi)的磁場叫做勻強磁場?？梢杂瞄g距相同、方向一致的平行直線描述勻強磁場。 距離很近，相對面積相同且互相平行的異名磁極之間的磁場都可看做是勻強磁場。密繞螺線管中的磁場也可看做是勻強磁場。 （1）磁通量的定義（板書） 穿過某一面積的磁感線的條數(shù)，叫做穿過這個面積的磁通量，用符號Ф表示。 （2）磁通量與磁感應(yīng)強度的關(guān)系（板書） 因為按前面的規(guī)定，穿過垂直磁場方向單位面積的磁感線條數(shù)，等于磁感應(yīng)強度B，所以在勻強磁場中，垂直于磁場方向的面積S上的磁通量Ф為 Ф=BS 若平面S不跟磁場方向垂直，則應(yīng)把S平面投影到垂直磁場方向的面上，若這兩個面間夾角為θ，則： Ф=BS⊥=BScosθ 當(dāng)平面S與磁場方向平行時，θ=90，Ф=0。 （3）磁通量的單位（板書） 在國際單位中，磁通量的單位是韋伯（Wb），簡稱韋。 1韋（Wb）=1特（T）1米2（m2） 由Ф=BS，可得B=Ф／S，所以磁感應(yīng)強度B等于垂直于磁場單位面積上的磁通量，也叫做磁通密度，用韋（Wb）／米2（m2）作單位。 （4）磁通量是標(biāo)量（板書） 磁通量是標(biāo)量，只有大小，無方向。 課堂練習(xí) 練習(xí)3．如圖所示，平面S=0.6m2，它與勻強磁場方向的夾角α=30，若該磁場磁感應(yīng)強度B=0.4T，求通過S的磁通量Ф是多少？（可讓幾個同學(xué)同時到黑板上演算。） 學(xué)生演算時，常有些同學(xué)會套公式： 為此再一次強調(diào)，Ф=BScosθ中的θ是平面S與垂直磁場方向平面間的夾角，在此題中它應(yīng)是α的余角，所以此題的正確解法應(yīng)是 Ф=BScos（90-α）=BSsinα =0.40.6sin30=0.12Wb 五、說明 1．用通電直導(dǎo)線檢驗磁場的存在或磁感應(yīng)強度的大小，若不管怎樣變化導(dǎo)線方向，某處通電直導(dǎo)線都不受電場力作用，嚴(yán)格地講這只能說明該處的磁感應(yīng)強度為零，而不能斷定該處無磁場。就像檢驗電荷在某點不受電場力作用，只能說明該點電場強度為零或是合場強為零，而不能斷定該點沒有電場一樣。 2．磁通量是標(biāo)量，它只有大小，而沒有方向。雖然從一個平面正面穿過一條磁感線與從反面穿過一條磁力線是不相等的（或說是相反的），可用正負(fù)號表示，但這個正負(fù)只是表示磁感線是從哪邊穿過該平面的，而不是表示磁通量的方向。 課外作業(yè)：物理第三冊（選修）p．224練習(xí)一。 磁場磁感應(yīng)強度 磁通量教案 一、教學(xué)目標(biāo) 1．理解磁感應(yīng)強度和磁通量概念。 2．掌握用磁感線描述磁場的方法。 3．了解勻強磁場的特點，知道磁通密度即磁感應(yīng)強度。 4．采用類比法，從電場強度概念引入分析，據(jù)比值法定義，建立磁感應(yīng)強度概念。培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力和研究問題的方法。 二、重點、難點分析 磁感應(yīng)強度是描述磁場性質(zhì)的物理量，其概念的建立是本章的重點和難點。 1．在磁場中某處，垂直磁場方向放置的通電直導(dǎo)線，所受的磁場力與其導(dǎo)線長度和電流強度乘積的比值是不變的恒量，即只要在磁場中的位置不變，若是改變垂直磁場方向放置的導(dǎo)線長度，或改變其中的電流強度，則所受的磁場力改變，但磁場力與導(dǎo)線長度和電流強度乘積的比值是不變的，為一特定恒量，說明該恒量反映了磁場在該處的性質(zhì)。如果改變磁場中的位置，再垂直磁場方向放置通電直導(dǎo)線，其所受磁場力與導(dǎo)線長度和電流強度乘積的比值又是一個不同的恒量，該恒量即反映磁場在這一位置場的性質(zhì)。磁場的這種性質(zhì)命名為磁感應(yīng)強度。 這正可與電場類比：放在電場中某點的檢驗電荷所受到的電場力與其電量的比值是不變的恒量。它反映電場性質(zhì)，命名為電場強度。 同是比值法定義。 2．磁通量是指穿過某個“面”的磁感線條數(shù)。因此一說磁通量必須指明是穿過哪個面的磁通量，“面”定了則面積大小定了，放在確定的磁場中，如果磁場方向與面的夾角不同，則穿過該面的磁感線條數(shù)不同。同樣的面積，確定的磁場，垂直磁場方向放置，則穿過的磁感線條數(shù)最多，因此定義：垂直磁場方向放置的面積為S的面，其磁通量Ф=BS。 3．磁感線的條數(shù)不是隨意畫的，它是由磁感應(yīng)強度的大小決定的。垂直磁場方向單位面積上的磁通量——即單位面積上的磁感線條數(shù)，叫磁通密度，B=Ф／S，即磁感應(yīng)強度。 三、教具 干電池組，U形磁鐵，水平平行裸銅線導(dǎo)軌，直銅棒，帶夾導(dǎo)線三根，開關(guān)。 四、教學(xué)過程 1．引入新課： 復(fù)習(xí)電場，為用類比法建立磁感應(yīng)強度概念作準(zhǔn)備。 提問：電場的基本特性是什么？（對其中的電荷有電場力的作用。） 空間有點電場Q建立的電場，如在其中的A點放一個檢驗電荷q1， 什么？（比值為恒量，反映場的性質(zhì)，叫電場強度。） 磁場的基本特征是什么？（對其中的電流，即通電導(dǎo)線有磁場力的作用。） 對磁場的這種特性如何描述呢？ 2．觀察實驗 磁場對通電直導(dǎo)線有力的作用，引導(dǎo)學(xué)生作定性分析，得出：確定的磁場，對通電直導(dǎo)線的作用力大小與直導(dǎo)線的長度L、通入電流強度I，以及導(dǎo)線上電流方向與磁場方向夾角有關(guān)。 （1）通電導(dǎo)線在磁場中受到力的作用——磁場力F。F的方向與何有關(guān)？（磁場方向，電流方向，左手定則。） （2）如果磁場確定，則F的大小與何有關(guān)？ 如使導(dǎo)線與磁場平行放置，F(xiàn)=？垂直放置又如何？ 如改變導(dǎo)線長度，F(xiàn)如何變化？ 如果改變導(dǎo)線上的電流強度，F(xiàn)如何變化？ 總結(jié)：精確的實驗表明通電直導(dǎo)線垂直放置在確定的磁場中受到的磁場力F跟通過的電流強度I和導(dǎo)線長度L成正比，或者說跟IL的乘積成正比。這就是說無論怎樣改變電流強度I和導(dǎo)線長度L，乘積IL增大多少倍，則F也增大多少倍。比值F／IL是恒量。 如果改變在磁場中的位置，垂直磁場放置的通電導(dǎo)線F／IL比值又會是新的恒量，均反映磁場的性質(zhì)。 正如電場特性用電場強度來描述一樣，磁場特性用一個新的物理量——磁感應(yīng)強度來描述。 3．板書：磁感應(yīng)強度（B） （1）定義：在磁場中垂直于磁場方向的通電導(dǎo)線，所受到的磁場力F跟電流強度I和導(dǎo)線長度L的乘積IL的比值，叫做通電導(dǎo)線所在處的磁感應(yīng)強度，用B表示。 （2）公式：B=F／（IL） （3）矢量：B的方向與磁場方向，即小磁針N極受力方向相同。 （4）單位：特斯拉（T）1T=1N／（Am），即垂直磁場方向放置的長1m的導(dǎo)線，通入電流為1A，如果受的磁場力為1N，則該處的磁感應(yīng)強度B為1T。 一般永久磁鐵磁極附近的磁感應(yīng)強度約為0.4T～0.7T；電機和變壓器鐵心中，磁感應(yīng)強度為0.8T～1.4T，地面附近地磁場的磁感應(yīng)強度約為0.510-4T。 4．板書：勻強磁場 磁感應(yīng)強度的大小和方向處處相同的區(qū)域，叫勻強磁場。 其磁感線平行且等距。長的通電螺線管內(nèi)部的磁場、兩個靠得很近的異名磁極間的磁場都是勻強磁場。 如用B=F／（IL）測定非勻強磁場的磁感應(yīng)強度時，所取導(dǎo)線應(yīng)足夠短，以能反映該位置的磁場為勻強。 5．板書：磁通量（Ф） 在后面的電學(xué)學(xué)習(xí)中，我們要討論穿過某一個面的磁場情況。我們知道，磁場的強弱（即磁感應(yīng)強度）可以用磁感線的疏密來表示。如果一個面積為S的面垂直一個磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場放置，則穿過這個面的磁感線的條數(shù)就是確定的。我們把B與S的乘積叫做穿過這個面的磁通量。 （1）定義：面積為S，垂直勻強磁場B放置，則B與S的乘積，叫做穿過這個面的磁通量，用Ф表示。 （2）公式：Ф=BS （3）單位：韋伯（Wb） 1Wb=1Tm2 磁通量就是表示穿過這個面的磁感線條數(shù)。 6．板書：磁通密度 磁通密度大，即穿過單位面積的磁感線條數(shù)多，一定是磁感線很密， 7．課堂小結(jié) （1）磁感應(yīng)強度既反映了磁場的強弱又反映了磁場的方向，它和磁通量都是描述磁場性質(zhì)的物理量，應(yīng)注意定義中所規(guī)定的條件，對其單位也應(yīng)加強記憶。 （2）磁通量的計算很簡單，只要知道勻強磁場的磁感應(yīng)強度B和所討論面的面積S，在面與磁場方向垂直的條件下Ф=BS。（不垂直可將面積做垂直磁場方向上的投影。）磁通量是表示穿過所討論面的磁感線條數(shù)的多少。在今后的應(yīng)用中往往根據(jù)穿過面的凈磁感線條數(shù)的多少定性判斷穿過該面的磁通量的大小。 例：如圖所示，在條形磁鐵中部垂直套有A、B兩個圓環(huán)，試分析穿過A環(huán)、B環(huán)的磁通量誰大。 解：此題所給條件是非勻強磁場，不能用Ф=BS計算，只能比較 穿過兩環(huán)的磁感線凈條數(shù)多少，來判斷磁通量的大小。條形磁鐵的磁感線是從N極出發(fā)，經(jīng)外空間磁場由S極進入，在磁鐵內(nèi)部的磁感線是從S極向N極，又因磁感線是閉合的平滑曲線，所以條形磁鐵內(nèi)外磁感線條數(shù)一樣多。從下向上穿過A、B環(huán)的磁感線條數(shù)一樣多，而從上向下穿過A環(huán)的磁感線多于B環(huán)，則A環(huán)從下向上穿過的凈磁感線少于B環(huán)，所以B環(huán)的磁通量大于A環(huán)磁通量。 另外一個面積是S的面，垂直勻強磁場B放置，則穿過該面的磁通量Ф=BS。如果該面轉(zhuǎn)動180則穿過該面的磁通量改變了2BS。 （3）磁感應(yīng)強度概念的建立是通過類比法和用比值法定義的方法。同學(xué)們可總結(jié)一下，我們還在什么問題上使用過這兩種方法，從而提高自己分析問題和研究問題的能力