高二物理人教版磁感應(yīng)強(qiáng)度教學(xué)計(jì)劃
一、教學(xué)分析
磁感應(yīng)強(qiáng)度是電磁學(xué)的基本概念之一，是本章的重點(diǎn)。同時(shí)，磁場(chǎng)對(duì)磁極和電流的作用力(本質(zhì)上是磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力)遠(yuǎn)比電場(chǎng)對(duì)電荷的作用力復(fù)雜，如何尋找描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量是本章教學(xué)的一個(gè)難點(diǎn)。用小磁針N極受力方向定義磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，用電流元受磁場(chǎng)力與電流元之比定義磁感應(yīng)強(qiáng)度，符合學(xué)生的認(rèn)知水平。
二、學(xué)情分析
高二的學(xué)生對(duì)重力場(chǎng)和電場(chǎng)已經(jīng)很熟悉，可以通過演示實(shí)驗(yàn)與電場(chǎng)強(qiáng)度的定義類比來突破難點(diǎn)，形成磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念。這樣讓學(xué)生用已知的知識(shí)為經(jīng)驗(yàn)去探究未知的領(lǐng)域也符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。
三、教學(xué)目標(biāo)
知識(shí)與能力：知道磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義，知道其方向、大小、定義式和單位。
過程與方法1.通過實(shí)驗(yàn)、類比分析，尋找描述磁感應(yīng)強(qiáng)度的方法。
2.進(jìn)一步體會(huì)通過比值法定義物理量的方法。
情感、態(tài)度、價(jià)值觀：培養(yǎng)學(xué)生探究物理現(xiàn)象的興趣，提高學(xué)習(xí)能力。
四、重難點(diǎn)突破
磁感應(yīng)強(qiáng)度概念的建立是本節(jié)的重點(diǎn)(也是本章的重點(diǎn))，同時(shí)也是本節(jié)的難點(diǎn)。通過與電場(chǎng)強(qiáng)度定義的類比，以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)通過理論推導(dǎo)說明磁場(chǎng)對(duì)電流元的力跟電流和導(dǎo)線長度的關(guān)系，并進(jìn)一步引入磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義，從而突破難點(diǎn)。
五、教學(xué)方法與手段
首先通過觀看學(xué)生舉例和視頻列舉，讓學(xué)生對(duì)生活中磁場(chǎng)存在的廣泛性及不同磁場(chǎng)強(qiáng)弱不同有一個(gè)感性認(rèn)識(shí)，然后通過分組實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生觀察磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力與磁場(chǎng)強(qiáng)弱、電流大小、導(dǎo)線長度和導(dǎo)線與磁場(chǎng)的夾角都有關(guān)系，再利用DIS演示實(shí)驗(yàn)得出當(dāng)導(dǎo)線跟磁場(chǎng)垂直時(shí)，磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力跟電流成正比，跟導(dǎo)線長度成正比。在此基礎(chǔ)上引入磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義。
教學(xué)中在教師的啟發(fā)和引導(dǎo)下，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究、理論探究，在他們相互合作、共同探討的過程中，觀察現(xiàn)象，得出結(jié)論，給出定義，完成這節(jié)課的學(xué)習(xí)。
六、教具準(zhǔn)備
電磁鐵、蹄形磁鐵、導(dǎo)體棒、電源、導(dǎo)線、DIS演示實(shí)驗(yàn)材料等;多媒體課件、實(shí)物投影儀。
知識(shí)準(zhǔn)備 (學(xué)案)
復(fù)習(xí)磁場(chǎng)的概念、電場(chǎng)強(qiáng)度的定義方法等。
七、教學(xué)過程設(shè)計(jì)
(一)導(dǎo)入新課
[事件1] 課前播放圖片或視頻——說明研究磁現(xiàn)象與人類生活緊密相關(guān)
師生活動(dòng)：播放兩個(gè)視頻：磁懸浮列車簡(jiǎn)單原理，巨大的電磁鐵起重機(jī)吊起重物 PPT展示磁懸浮列車和巨大的電磁鐵起重機(jī)吊起重物的圖片，利用磁場(chǎng)的一些有趣圖片等，激發(fā)學(xué)生的興趣、求知欲。
2、磁極間的相互作用需要接觸嗎?——磁場(chǎng);問：磁場(chǎng)有強(qiáng)弱、有方向嗎?
3、【分組實(shí)驗(yàn)】 學(xué)生自己動(dòng)手操作并觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：如圖，通電電磁鐵吸引別針，改變電磁鐵中電流的大小，可以看到，吸引別針的多少不同，引導(dǎo)學(xué)生在觀察
現(xiàn)象的基礎(chǔ)上思考：這一現(xiàn)象說明什么問題?
結(jié)論：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明兩種情況中磁場(chǎng)強(qiáng)弱不同。
問題：怎樣表示磁場(chǎng)強(qiáng)弱?
引入新課——第二節(jié)：磁感應(yīng)強(qiáng)度
提問1：用哪個(gè)物理量來描述電場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向?試探法，
類比：用電場(chǎng)強(qiáng)度來描述電場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向。(課件展示)
我們用相類似的方法來學(xué)習(xí)描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量——磁感應(yīng)強(qiáng)
度。
推進(jìn)新課
[事件2]
教學(xué)任務(wù)：磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向。
師生活動(dòng)：
【演示】
實(shí)物投影儀演示小磁針在磁鐵周圍的不同位置指向不同，說明小磁針
受力方向不同，磁場(chǎng)方向不同。
電場(chǎng)和磁場(chǎng)都是客觀存在的。電場(chǎng)有強(qiáng)弱和方向，磁場(chǎng)也有強(qiáng)弱和方向。
思考，電場(chǎng)強(qiáng)度的方向是如何規(guī)定的?對(duì)研究磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向有何啟發(fā)?
規(guī)定正電荷所受電場(chǎng)力的方向?yàn)樵擖c(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的方向。場(chǎng)強(qiáng)的方向是從電荷受力的角度規(guī)定的。小磁針放入磁場(chǎng)中會(huì)受到磁場(chǎng)力的作用，因此，磁場(chǎng)的方向可以從小磁針受力的角度規(guī)定。
在磁場(chǎng)中的任一點(diǎn)，小磁針北極受力的方向，即小磁針靜止時(shí)北極所指的方向，就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向，即磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向。
拓展：把各個(gè)小磁針的指向連成線，也能描述磁場(chǎng)的方向，后來物理學(xué)家把它稱為磁感線，其切線方向也為磁場(chǎng)方向。
磁感應(yīng)強(qiáng)弱：?jiǎn)栴}1：在電場(chǎng)中，我們通過電場(chǎng)對(duì)電荷的作用力來了解電場(chǎng)的性質(zhì)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小能否從小磁針受力的情況來研究?
不能。因?yàn)樾〈裴槻粫?huì)單獨(dú)存在一個(gè)磁極，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(chǎng)的強(qiáng)弱，即無法定義磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。
問題2：那如何研究磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小呢?
磁場(chǎng)對(duì)磁極有力的作用，磁場(chǎng)對(duì)通電電流也有力的作用。
無法從小磁針受力的情況研究磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，轉(zhuǎn)換一下思維，是否可從電流在磁場(chǎng)中受力的角度去研究?
實(shí)驗(yàn)前讓學(xué)生明白：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。但要使導(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。
[事件3]
教學(xué)任務(wù)：實(shí)驗(yàn)探究磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力跟電流、導(dǎo)線長度的關(guān)系。
師生活動(dòng)：
問題3：磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力大小跟哪些因素有關(guān)呢?
學(xué)生提出猜想：磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力跟導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向有關(guān)
磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力跟電流的大小有關(guān)
磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力跟導(dǎo)線的長度有關(guān)
磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力跟磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)
等等。
通過分組實(shí)驗(yàn)學(xué)生親自動(dòng)手檢驗(yàn)。
可以在磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向都相同的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，研究較長的一段通電導(dǎo)線的受力情況，從而推知一小段電流元的受力情況。
實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示：三塊相同的蹄形磁鐵并列放置，可以認(rèn)為磁極間的磁場(chǎng)是均勻的，將一根直導(dǎo)線懸掛在磁鐵的兩極間，有電流通過時(shí)導(dǎo)線將擺動(dòng)一個(gè)角度，通過這個(gè)角度我們可以比較磁場(chǎng)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，電流由外部電路控制。
在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中探究影響通電導(dǎo)線受力的因素
【分組實(shí)驗(yàn)】 啟發(fā)學(xué)生學(xué)會(huì)應(yīng)用控制變量法。
(1)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(chǎng)力就越大。
(2)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(chǎng)力越大。
(3)部分學(xué)生實(shí)驗(yàn)器材有電磁鐵，可通過改變電流改變磁場(chǎng)強(qiáng)弱，探究磁場(chǎng)對(duì)電流的'作用力跟磁場(chǎng)強(qiáng)弱的關(guān)系。
通電導(dǎo)線長度一定，電流不變時(shí)，磁場(chǎng)越強(qiáng)，磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力越大。
上面的結(jié)論都是學(xué)生在上述實(shí)驗(yàn)裝置，也就是導(dǎo)線跟磁場(chǎng)垂直時(shí)，實(shí)驗(yàn)操作得出的結(jié)論。 師生可共同演示導(dǎo)線跟磁場(chǎng)平行時(shí)，導(dǎo)線受力情況。
【演示】
磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力跟導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向間的關(guān)系。
結(jié)論：導(dǎo)線跟磁場(chǎng)垂直時(shí)，磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力最大，導(dǎo)線跟磁場(chǎng)平行時(shí)，磁場(chǎng)對(duì)電流沒有作用力。
[事件4]
教學(xué)任務(wù)：用DIS演示實(shí)驗(yàn)理論探究磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力跟電流、導(dǎo)線長度的關(guān)系。 師生活動(dòng)：
通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力大小與電流定量關(guān)系的研究
用DIS演示實(shí)驗(yàn)研究通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)受力大小與電流大小的定量關(guān)系。如圖所示的裝置保持通電導(dǎo)線框的位置不變，用力傳感器測(cè)量所需拉力F(等于電流所受磁場(chǎng)作用力大小)的大小，拉力與電流所受磁場(chǎng)力為平衡力。用電流傳感器測(cè)量線框中的電流。
(1)保持L不變，改變I四次，測(cè)定相應(yīng)的四個(gè)力F，利用圖象得到F∝I。
(2)保持I不變，用三個(gè)相同的蹄形磁鐵逐次并放，以改變受力部分導(dǎo)線的長度，測(cè)定相應(yīng)的三個(gè)力F，得到F∝L。
同一塊磁鐵
保持I不變
實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：
(1)矩形線圈保持豎直;
(2)兩個(gè)相同的蹄形磁鐵并放時(shí)要有一定的間隔;
(3)每次測(cè)量時(shí)矩形線圈相對(duì)磁鐵的位置保持不變。
精確的實(shí)驗(yàn)表明，通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的磁場(chǎng)力的大小，既與導(dǎo)線的長度L成正比，與導(dǎo)線中的電流I也成正比，即與I和L的乘積成正比，用公式表示為F∝IL，引入比例系數(shù)B，寫成等式為：F=BIL。
問題：B有何物理意義呢?在不同的蹄形磁鐵的磁場(chǎng)中重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn)。
結(jié)論：
(1)在同一磁場(chǎng)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(chǎng)中，比值B是不同的。 (3)B是由磁場(chǎng)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(chǎng)力越大，比值B越大，表示磁場(chǎng)越強(qiáng)。
[事件5]
教學(xué)任務(wù)：定義磁感應(yīng)強(qiáng)度。
師生活動(dòng)：
通過和電場(chǎng)強(qiáng)度的定義類比，引入磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義。
磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義：在磁場(chǎng)中垂直于磁場(chǎng)方向的通電導(dǎo)線，所受的磁場(chǎng)力F跟電流I
F和導(dǎo)線長度L的乘積IL的比值叫磁感應(yīng)強(qiáng)度，即B= IL
總結(jié)與歸納：
(1)如果導(dǎo)線很短，B就是導(dǎo)線所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度。
(2)物理意義：磁感應(yīng)強(qiáng)度B是表示磁場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量。
(3)單位：在國際單位制中，磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是特斯拉，簡(jiǎn)稱特，國際符號(hào)是T。 1 T=1 NA·m
(4)方向：磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量。在磁場(chǎng)中的任一點(diǎn)，小磁針北極受力的方向，即小磁針靜止時(shí)北極所指的方向，就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向，即磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向。
[事件6]
特斯拉(Nikola Tesla，
1856～1943)，美國
電氣工程師。他一
生致力于交流電的
研究，是讓交流電進(jìn)
入實(shí)用領(lǐng)域的主要
推動(dòng)者
教學(xué)任務(wù)：了解特斯拉和一些磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。
師生活動(dòng)：
(投影)讓學(xué)生了解特斯拉。
尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla，1856～1943)，1856年7月10日出生，是世界知名的發(fā)明家、物理學(xué)家、機(jī)械工程師和電機(jī)工程師。塞爾維亞血統(tǒng)的他出生在克羅地亞(后并入奧地利帝國)。特斯拉被認(rèn)為是歷史上一位重要的發(fā)明家。他在19世紀(jì)末和20世紀(jì)初對(duì)電性和磁性的研究作出了杰出貢獻(xiàn)。
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