2022年高中物理人教版選修3-1 第三章第二節(jié) 磁感應強度 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) 磁感應強度 教案1 三維目標 知識與技能 1．理解磁感應強度B的定義，掌握磁感應強度的方向和大小，知道B的單位是特斯拉； 2．會用磁感應強度的定義式進行有關計算。 過程與方法 1．使學生知道物理中研究問題時常用的一種科學方法──控制變量法； 2．通過演示實驗、分析總結、獲取知識； 3．通過觀察、類比（與電場強度的定義的類比）使學生理解和掌握磁感應強度的概念，為學生形成物理概念奠定了堅實的基礎。 情感、態(tài)度與價值觀 1．使學生學會由個別事物的個性來認識一般事物的共性的科學方法； 2．培養(yǎng)學生探究物理現(xiàn)象的興趣，提高綜

2、合學習能力。 教學重點 磁感應強度的物理意義。 教學難點 磁感應強度概念的建立。 教學方法 實驗分析法、講授法。 教學用具 磁鐵、電源、金屬桿、導線、鐵架臺、投影儀、投影片。 教學過程 ［新課導入］ 磁場不僅有方向，而且也有強弱。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。為表征磁場的強弱和方向，就要引入一個物理量。怎樣的物理量能夠起到這樣的作用呢？ 問題：用哪個物理量來描述電場的強弱和方向？ 用電場強度來描述電場的強弱和方向。 問題：電場強度是如何定義的？其定義式是什么？ 電場強度是通過將一檢驗電荷放在電場中分析電荷所受的電場力與檢驗電荷量的比值

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

4、針處于條形磁鐵產生的磁場和豎直方向通電導線產生的磁場中的各個點時，小磁針的N極所指的方向不同，來認識磁場具有方向性，明確磁感應強度的方向的規(guī)定。 小磁針總有兩個磁極，它在磁場中受力后，一般情況下將會轉動。小磁針靜止后，它的指向也就確定了，顯示出這一點的磁場對小磁針N極和S極的作用力的方向。 物理學中把小磁針靜止時N極所指的方向規(guī)定為該點的磁感應強度的方向，簡稱磁場的方向。 二、磁感應強度的大小 磁感應強度的大小能否從小磁針受力的情況來研究？ N極不能單獨存在，因而不可能測量N極受力的大小，小磁針靜止時，兩個磁極所受合力為零，因此無法從小磁針受力的角度確定磁場的強弱，也就不可能確定磁感

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

6、均勻的，將一根直導線水平懸掛在磁鐵的兩極間，導線的方向與磁感應強度方向（由下向上）垂直。 1 2 3 4 N S 有電流通過時導線將擺動一個角度，通過擺動角度的大小可以比較導線受力的大小。分別接通“2、3”和“1、4”可以改變導線通電部分的長度，電流強度由外部電路控制。 （1）先保持導線通電部分的長度不變，改變電流的大小。 結論：通電導線長度一定時，電流越大，導線所受磁場力就越大。 （2）然后保持電流不變，改變導線通電部分的長度。 結論：電流一定時，通電導線越長，磁場力越大。 精確的實驗表明，通電導線與磁場方向垂直時，通電導線在磁場中受到的磁

7、場力的大小，既與導線的長度L成正比，又與導線中的電流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．磁感應強度 問題：B有何物理意義呢？在不同的蹄形磁鐵的磁場中重復上面的實驗。 結論：（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。 （1）定義 在磁場中垂直于磁場方向的通電導線，所受的磁場力F跟電流I和導線長度L的乘積IL的比值叫磁感應強度。 說明：如果各處的

8、磁場強弱不同，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線來研究磁場。如果導線很短很短，B就是導線所在處的磁感應強度。 （2）公式 B＝（量度式） 有人根據B＝F/IL提出：磁場中某點的磁感應強度B跟磁場力F成正比，跟電流強度I和導線長度L的乘積IL成反比，這種提法有什么問題？錯在哪里？ 這種提法不對。因為實驗證明，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，磁感應強度的單位是特斯特，簡稱特，國際符號是T。 1T＝1 常見的地磁場磁感應強度大約是0.3×10－4T～0.7

9、×10－4T，永磁鐵磁極附近的磁感應強度大約是10－3T～1T。在電機的變壓器鐵芯中，磁感應強度可達0.8T～1.4T。 了解一些磁場的磁感應強度（教材第84頁）。 （4）物理意義 磁感應強度B是表示磁場強弱和方向的物理量，由磁場本身決定，與電流元無關。 要使學生了解比值F/IL是磁場中各點的位置函數(shù)。換句話說，在非勻強磁場中比值F/IL是因點而異的，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。因此，比值F/IL的大小反映了各不同位置處磁場的強弱程度，所以人們用它來定義磁場的磁感應強度。還應說明F是指通電導線電流

10、方向跟所在處磁場方向垂直時的磁場力，此時通電導線受到的磁場力最大。 有的學生往往單純從數(shù)學角度出發(fā)，由公式B＝F/IL得出磁場中某點的B與F成正比，與IL成反比的錯誤結論。 應強調說明對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不變這一事實正反映了所量度位置的磁場強弱程度是一定的。 【例題1】下列關于磁感應強度大小的說法中正確的是（ ） A．通電導線受磁場力大的地方磁感應強度一定大 B．通電導線在磁感應強度大的地方受力一定大 C．放在勻強磁場中各處的通電導線，受力大小和方向處處相同 D．磁感應強度的大小和

11、方向跟放在磁場中的通電導線受力的大小和方向無關 解析：正確答案是D。因為磁場中某點的磁感應強度的大小和方向由磁場本身決定，與通電導線的受力及方向都無關。所以A選項錯，D選項正確。因為通電導線在磁場中受力的大小不僅與磁感應強度有關，而且與通電導線的取向有關，故B選項錯，對C選項雖然勻強磁場中磁感應強度處處相等，但當導線在各個位置的方向不同時，磁場力是不相同的（導線與磁場垂直時受磁場力最大，與磁場平行時受磁場力為零），而Ｃ選項中沒有說明導線在各個位置的取向是否相同，所以Ｃ選項錯。答案：D 【說明】磁場中某點磁感應強度的大小與通電導線的受力無關，由磁場本身決定。通電導線在磁場中的受力不僅與磁感應

12、強度有關，還跟導線的位置取向有關。 【例題2】下列說法中錯誤的是（ ） A．磁場中某處的磁感應強度大小，就是通以電流I、長為L的一小段導線放在該處時所受磁場力F與I、L的乘積的比值。 B．一小段通電導線放在某處不受磁場力作用，則該處一定沒有磁場。 C．一小段通電導線放在磁場中A處時受磁場力比放在B處大，則A處磁感應強度比B處的磁感應強度大。 D．因為B =F/IL，所以某處磁感應強度的大小與放在該處的通電小段導線IL乘積成反比。 答案：ABCD 【例題3】一根導線長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，則該處的磁感應強度B的大小是____

13、_T；如果該導線的長度和電流都減小一半，則該處的磁感應強度的大小是_____T。 解析：由磁感應強度的定義式：得B＝0.1T ，當導線的長度和電流都減小一半，磁感應強度的大小不變，仍為0.1T。答案：0.1T；0.1T。 ［小結］ 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度E的方向相同或相反；而磁場力的方向恒與磁感應強度B的方向垂直。 二是E和B在引入方法上也是有差異的。在電場強度E的引入中，考慮到的是電場中檢驗電荷所受的力F與檢驗電荷所帶電量q之比；而在磁感應強度B的引入中，考慮的是磁場中檢驗電流元所受的力F與乘積IL之比。 本節(jié)課進一步認識磁場的強弱，引入了磁感應強度來描述磁場，根據磁場力的性質用定義法定義B描述磁場的強弱和方向。 ［布置作業(yè)］ 閱讀“科學漫步”《地球磁場與古地質學》。 教材第85頁“問題與練習”。