2022年高中物理人教版選修3-1 第三章第二節(jié) 磁感應(yīng)強(qiáng)度 教案1

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1、 2022年高中物理人教版選修3-1 第三章第二節(jié) 磁感應(yīng)強(qiáng)度 教案1 三維目標(biāo) 知識(shí)與技能 1．理解磁感應(yīng)強(qiáng)度B的定義，掌握磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向和大小，知道B的單位是特斯拉； 2．會(huì)用磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義式進(jìn)行有關(guān)計(jì)算。 過程與方法 1．使學(xué)生知道物理中研究問題時(shí)常用的一種科學(xué)方法──控制變量法； 2．通過演示實(shí)驗(yàn)、分析總結(jié)、獲取知識(shí)； 3．通過觀察、類比（與電場強(qiáng)度的定義的類比）使學(xué)生理解和掌握磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念，為學(xué)生形成物理概念奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 情感、態(tài)度與價(jià)值觀 1．使學(xué)生學(xué)會(huì)由個(gè)別事物的個(gè)性來認(rèn)識(shí)一般事物的共性的科學(xué)方法； 2．培養(yǎng)學(xué)生探究物理現(xiàn)象的興趣，提高綜

2、合學(xué)習(xí)能力。 教學(xué)重點(diǎn) 磁感應(yīng)強(qiáng)度的物理意義。 教學(xué)難點(diǎn) 磁感應(yīng)強(qiáng)度概念的建立。 教學(xué)方法 實(shí)驗(yàn)分析法、講授法。 教學(xué)用具 磁鐵、電源、金屬桿、導(dǎo)線、鐵架臺(tái)、投影儀、投影片。 教學(xué)過程 ［新課導(dǎo)入］ 磁場不僅有方向，而且也有強(qiáng)弱。巨大的電磁鐵能夠吸引成噸的鋼鐵，小的磁鐵只能吸引小鐵釘。為表征磁場的強(qiáng)弱和方向，就要引入一個(gè)物理量。怎樣的物理量能夠起到這樣的作用呢？ 問題：用哪個(gè)物理量來描述電場的強(qiáng)弱和方向？ 用電場強(qiáng)度來描述電場的強(qiáng)弱和方向。 問題：電場強(qiáng)度是如何定義的？其定義式是什么？ 電場強(qiáng)度是通過將一檢驗(yàn)電荷放在電場中分析電荷所受的電場力與檢驗(yàn)電荷量的比值

3、來定義的，其定義式為E＝。 電場對(duì)其中的電荷有電場力的作用，研究電場強(qiáng)弱的時(shí)候，我們從分析電荷在電場中的受力情況著手，找到了表示電場強(qiáng)弱的物理量──電場強(qiáng)度。類似地，磁場對(duì)其中的電流有磁場力的作用，研究磁場的強(qiáng)弱，我們要從分析電流在磁場中的受力情況著手，找出表示磁場強(qiáng)弱的物理量。 ［新課教學(xué)］ 與電場強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)，我們本可以把描述磁場強(qiáng)弱的物理量叫做磁場強(qiáng)度。但歷史上磁場強(qiáng)度已經(jīng)用來表示另一個(gè)物理量，因此物理學(xué)中用磁感應(yīng)強(qiáng)度來描述磁場的強(qiáng)弱。 一、磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向 人們很容易想到，把一枚可以轉(zhuǎn)動(dòng)的小磁針作為檢驗(yàn)用的磁體放在磁場中的某一點(diǎn)，觀察它的受力情況，由此來描述電場。 讓小磁

4、針處于條形磁鐵產(chǎn)生的磁場和豎直方向通電導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場中的各個(gè)點(diǎn)時(shí)，小磁針的N極所指的方向不同，來認(rèn)識(shí)磁場具有方向性，明確磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向的規(guī)定。 小磁針總有兩個(gè)磁極，它在磁場中受力后，一般情況下將會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。小磁針靜止后，它的指向也就確定了，顯示出這一點(diǎn)的磁場對(duì)小磁針N極和S極的作用力的方向。 物理學(xué)中把小磁針靜止時(shí)N極所指的方向規(guī)定為該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，簡稱磁場的方向。 二、磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小 磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小能否從小磁針受力的情況來研究？ N極不能單獨(dú)存在，因而不可能測量N極受力的大小，小磁針靜止時(shí)，兩個(gè)磁極所受合力為零，因此無法從小磁針受力的角度確定磁場的強(qiáng)弱，也就不可能確定磁感

5、應(yīng)強(qiáng)度有大小了。怎么辦？ 磁場除了對(duì)磁體有作用力，還對(duì)通電導(dǎo)線有作用力。能不能用很小一段通電導(dǎo)線來檢驗(yàn)磁場的強(qiáng)弱呢？看來解決問題的辦法還是有的！ 1．電流元 在物理學(xué)中，把很短一段通電導(dǎo)線中的電流I與導(dǎo)線長度L的乘積IL叫做電流元。 要使導(dǎo)線中有電流，就要把它連接到電源上，所以孤立的電流元是不存在的，實(shí)際上仍要使用相當(dāng)長的通電導(dǎo)線。不過如果做實(shí)驗(yàn)的那部分磁場的強(qiáng)弱、方向都是一樣的，也就是說磁場是勻強(qiáng)磁場，我們也可以用比較長的通電導(dǎo)線進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從結(jié)果中推知一小段電流元的受力情況。 2．探究影響通電導(dǎo)線受力的因素 【演示】如圖所示，三塊相同的蹄形磁鐵并列放在桌上，可以認(rèn)為磁極間的磁場是

6、均勻的，將一根直導(dǎo)線水平懸掛在磁鐵的兩極間，導(dǎo)線的方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向（由下向上）垂直。 1 2 3 4 N S 有電流通過時(shí)導(dǎo)線將擺動(dòng)一個(gè)角度，通過擺動(dòng)角度的大小可以比較導(dǎo)線受力的大小。分別接通“2、3”和“1、4”可以改變導(dǎo)線通電部分的長度，電流強(qiáng)度由外部電路控制。 （1）先保持導(dǎo)線通電部分的長度不變，改變電流的大小。 結(jié)論：通電導(dǎo)線長度一定時(shí)，電流越大，導(dǎo)線所受磁場力就越大。 （2）然后保持電流不變，改變導(dǎo)線通電部分的長度。 結(jié)論：電流一定時(shí)，通電導(dǎo)線越長，磁場力越大。 精確的實(shí)驗(yàn)表明，通電導(dǎo)線與磁場方向垂直時(shí)，通電導(dǎo)線在磁場中受到的磁

7、場力的大小，既與導(dǎo)線的長度L成正比，又與導(dǎo)線中的電流I成正比，即與I和L的乘積成正比，用公式表示為 F＝ILB 式中B為比例系數(shù)。 3．磁感應(yīng)強(qiáng)度 問題：B有何物理意義呢？在不同的蹄形磁鐵的磁場中重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn)。 結(jié)論：（1）在同一磁場中，不管I、L如何改變，比值B總是不變的。 （2）I、L不變，但在不同的磁場中，比值B是不同的。 （3）可見，B是由磁場本身決定的，在電流I、導(dǎo)線長度L相同的情況下，電流所受的磁場力越大，比值B越大，表示磁場越強(qiáng)。 （1）定義 在磁場中垂直于磁場方向的通電導(dǎo)線，所受的磁場力F跟電流I和導(dǎo)線長度L的乘積IL的比值叫磁感應(yīng)強(qiáng)度。 說明：如果各處的

8、磁場強(qiáng)弱不同，仍然可用上述方法研究磁場，只是要用一段特別短的通電導(dǎo)線來研究磁場。如果導(dǎo)線很短很短，B就是導(dǎo)線所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度。 （2）公式 B＝（量度式） 有人根據(jù)B＝F/IL提出：磁場中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B跟磁場力F成正比，跟電流強(qiáng)度I和導(dǎo)線長度L的乘積IL成反比，這種提法有什么問題？錯(cuò)在哪里？ 這種提法不對(duì)。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)證明，F(xiàn)和IL的乘積成正比，故比值（F/IL）在磁場中某處是一個(gè)恒量，反映了磁場本身的特性，不隨F及IL的變化而變化。 （3）單位 在國際單位制中，磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是特斯特，簡稱特，國際符號(hào)是T。 1T＝1 常見的地磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度大約是0.3×10－4T～0.7

9、×10－4T，永磁鐵磁極附近的磁感應(yīng)強(qiáng)度大約是10－3T～1T。在電機(jī)的變壓器鐵芯中，磁感應(yīng)強(qiáng)度可達(dá)0.8T～1.4T。 了解一些磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度（教材第84頁）。 （4）物理意義 磁感應(yīng)強(qiáng)度B是表示磁場強(qiáng)弱和方向的物理量，由磁場本身決定，與電流元無關(guān)。 要使學(xué)生了解比值F/IL是磁場中各點(diǎn)的位置函數(shù)。換句話說，在非勻強(qiáng)磁場中比值F/IL是因點(diǎn)而異的，也就是在磁場中某一確定位置處，無論怎樣改變I和L，F(xiàn)都與IL的乘積大小成比例地變化，比值F/IL跟IL的乘積大小無關(guān)。因此，比值F/IL的大小反映了各不同位置處磁場的強(qiáng)弱程度，所以人們用它來定義磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度。還應(yīng)說明F是指通電導(dǎo)線電流

10、方向跟所在處磁場方向垂直時(shí)的磁場力，此時(shí)通電導(dǎo)線受到的磁場力最大。 有的學(xué)生往往單純從數(shù)學(xué)角度出發(fā)，由公式B＝F/IL得出磁場中某點(diǎn)的B與F成正比，與IL成反比的錯(cuò)誤結(jié)論。 應(yīng)強(qiáng)調(diào)說明對(duì)于確定的磁場中某一位置來說，B并不因探測電流和線段長短（電流元）的改變而改變，而是由磁場自身決定的；比值F/IL不變這一事實(shí)正反映了所量度位置的磁場強(qiáng)弱程度是一定的。 【例題1】下列關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的說法中正確的是（ ） A．通電導(dǎo)線受磁場力大的地方磁感應(yīng)強(qiáng)度一定大 B．通電導(dǎo)線在磁感應(yīng)強(qiáng)度大的地方受力一定大 C．放在勻強(qiáng)磁場中各處的通電導(dǎo)線，受力大小和方向處處相同 D．磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和

11、方向跟放在磁場中的通電導(dǎo)線受力的大小和方向無關(guān) 解析：正確答案是D。因?yàn)榇艌鲋心滁c(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向由磁場本身決定，與通電導(dǎo)線的受力及方向都無關(guān)。所以A選項(xiàng)錯(cuò)，D選項(xiàng)正確。因?yàn)橥妼?dǎo)線在磁場中受力的大小不僅與磁感應(yīng)強(qiáng)度有關(guān)，而且與通電導(dǎo)線的取向有關(guān)，故B選項(xiàng)錯(cuò)，對(duì)C選項(xiàng)雖然勻強(qiáng)磁場中磁感應(yīng)強(qiáng)度處處相等，但當(dāng)導(dǎo)線在各個(gè)位置的方向不同時(shí)，磁場力是不相同的（導(dǎo)線與磁場垂直時(shí)受磁場力最大，與磁場平行時(shí)受磁場力為零），而Ｃ選項(xiàng)中沒有說明導(dǎo)線在各個(gè)位置的取向是否相同，所以Ｃ選項(xiàng)錯(cuò)。答案：D 【說明】磁場中某點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與通電導(dǎo)線的受力無關(guān)，由磁場本身決定。通電導(dǎo)線在磁場中的受力不僅與磁感應(yīng)

12、強(qiáng)度有關(guān)，還跟導(dǎo)線的位置取向有關(guān)。 【例題2】下列說法中錯(cuò)誤的是（ ） A．磁場中某處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小，就是通以電流I、長為L的一小段導(dǎo)線放在該處時(shí)所受磁場力F與I、L的乘積的比值。 B．一小段通電導(dǎo)線放在某處不受磁場力作用，則該處一定沒有磁場。 C．一小段通電導(dǎo)線放在磁場中A處時(shí)受磁場力比放在B處大，則A處磁感應(yīng)強(qiáng)度比B處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大。 D．因?yàn)锽 =F/IL，所以某處磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與放在該處的通電小段導(dǎo)線IL乘積成反比。 答案：ABCD 【例題3】一根導(dǎo)線長0.2m，通過3A的電流，垂直放入磁場中某處受到的磁場力是6×10-2N，則該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小是____

13、_T；如果該導(dǎo)線的長度和電流都減小一半，則該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小是_____T。 解析：由磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義式：得B＝0.1T ，當(dāng)導(dǎo)線的長度和電流都減小一半，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不變，仍為0.1T。答案：0.1T；0.1T。 ［小結(jié)］ 一是電場力與磁場力在方向上是有差異的。電場力的方向總是與電場強(qiáng)度E的方向相同或相反；而磁場力的方向恒與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向垂直。 二是E和B在引入方法上也是有差異的。在電場強(qiáng)度E的引入中，考慮到的是電場中檢驗(yàn)電荷所受的力F與檢驗(yàn)電荷所帶電量q之比；而在磁感應(yīng)強(qiáng)度B的引入中，考慮的是磁場中檢驗(yàn)電流元所受的力F與乘積IL之比。 本節(jié)課進(jìn)一步認(rèn)識(shí)磁場的強(qiáng)弱，引入了磁感應(yīng)強(qiáng)度來描述磁場，根據(jù)磁場力的性質(zhì)用定義法定義B描述磁場的強(qiáng)弱和方向。 ［布置作業(yè)］ 閱讀“科學(xué)漫步”《地球磁場與古地質(zhì)學(xué)》。 教材第85頁“問題與練習(xí)”。