选修3-1第三章 磁场 教案
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选修3-1第三章 磁场 教案
第一节 磁现象和磁场（1课时）
一．教学目标
（一）知识与技能
1．了解磁现象，知道磁性、磁极的概念。
2．知道电流的磁效应、磁极间的相互作用。
3．知道磁极和磁极之间、磁极和电流之间、电流和电流之间都是通过磁场发生相互作用的.知道地球具有磁性。
（二）过程与方法
利用类比法、实验法、比较法使学生通过对磁场的客观认识去理解磁场的客观实在性。
（三）情感态度与价值观
通过类比的学习方法，培养学生的逻辑思维能力，体现磁现象的广泛性
二．重点与难点：
重点：电流的磁效应和磁场概念的形成
难点：磁现象的应用
三、教具：多媒体、条形磁铁、直导线、小磁针若干、投影仪
四、教学过程：
（一）引入：介绍生活中的有关磁现象及本章所要研究的内容。在本章，我们要学习磁现象、磁场的描述、磁场对电流的作用以及对运动电荷的作用，知识主线十分清晰。本章共二个单元。第一、二、三节为第一单元；第四~第六节为第二单元。
复习提问，引入新课
［问题］初中学过磁体有几个磁极？［学生答］磁体有两个磁极：南极、北极.
［问题］磁极间相互作用的规律是什么？［学生答］同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引.
［问题］两个不直接接触的磁极之间是通过什么发生相互作用的？［学生答］磁场.
［过渡语］磁场我们在初中就有所了解，从今天我们要更加深入地学习它。
（二）新课讲解-----第一节、磁现象和磁场
1．磁现象
（1）通过介绍人们对磁现象的认识过程和我国古代对磁现象的研究、指南针的发明和作用来认识磁现象
（2）可以通过演示实验(磁极之间的相互作用、磁铁对铁钉的吸引)和生活生产中涉及的磁体(喇叭、磁盘、磁带、磁卡、门吸、电动机、电流表)来形象生动地认识磁现象。
【板书】磁性、磁体、磁极：能吸引铁质物体的性质叫磁性。具有磁性的物体叫磁体，磁体中磁性最强的区域叫磁极。
2．电流的磁效应
（1）介绍人类认识电现象和磁现象的过程。
（2）演示奥斯特实验：让学生直观认识电流的磁效应。做实验时可以分为四种情形观察并记录现象：水平电流在小磁针的正上方时，让电流分别由南向XX和由北向南流；水平电流在小磁针的正下方时，让电流分别由南向北和由北向南流。在认识电流的磁效应的同时，也为地磁场和通电直导线的磁场的教学埋下伏笔，也可以留下问题让学生思考。
了解电流的磁效应的发现过程，体现物理思想(电与磁有联系)和研究方法(奥斯特实
验)，认识到奥斯特实验在电磁学中的重要意义(打开了电磁学的大门)，为后来法拉第的研究工作(电能生磁、磁也可以生电)奠定了基础。
【板书1】磁极间的相互作用规律：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引.（与电荷类比）
【板书2】电流的磁效应：电流通过导体时导体周围存在磁场的现象(奥斯特实验)。
3．磁场
演示：磁场对电流的作用，电流与电流的作用，类比于库仑力和电场，形成磁场的概念，应说明磁场虽然看不见、摸不着，但是和电场一样都是客观存在的一种物质，我们可以通过磁场对磁体或电流的作用而认识磁场。
【板书1】磁场的概念：磁体周围存在的一种特殊物质（看不见摸不着，是物质存在的一种特殊形式）。
【板书2】.磁场的基本性质：对处于其中的磁极和电流有力的作用.
【板书3】磁场是媒介物：磁极间、电流间、磁极与电流间的相互作用是通过磁场发生的。
4．磁性的地球
明白地理的南北极和地磁的南北极的区别，了解磁偏角，介绍沈括对磁偏角的研究。用一个条形磁铁来模拟地磁场，说明小磁针静止时为什么会指向地理的南北极。
【板书1】地球是一个巨大的磁体，地球周围存在磁场---地磁场。地球的地理两极与地磁两极不重合（地磁的N极在地理的南极附近，地磁的S极在地理的北极附近），其间存在磁偏角。
地磁体周围的磁场分布情况和条形磁铁周围的磁场分布情况相似。
宇宙中的许多天体都有磁场。月球也有磁场。
（三）对本节知识做简要的小结
（四）巩固新课：1。让学生复习课本内容。
2。指导学生阅读STS
3。完成问题与练习（作练习）
第二节 、 磁感应强度（1课时）
一、教学目标
（一）知识与技能
1．理解和掌握磁感应强度的方向和大小、单位。
2．能用磁感应强度的定义式进行有关计算。
（二）过程与方法
通过观察、类比（与电场强度的定义的类比）使学生理解和掌握磁感应强度的概念，为学生形成物理概念奠定了坚实的基础。
（三）情感态度与价值观
培养学生探究物理现象的兴趣，提高综合学习能力。
二、重点与难点：
磁感应强度概念的建立是本节的重点（仍至本章的重点），也是本节的难点，通过与电场强度的定义的类比和演示实验来突破难点
三、教具：蹄形磁铁，低压电源，多媒体等。
四、教学过程：
（一）复习上课时知识后引入
要点：磁场的概念。 提问、引入新课：
磁场不仅具有方向，而且也具有强弱，为表征磁场的强弱和方向就要引入一个物理量.怎样的物理量能够起到这样的作用呢？ （紧接着教师提问以下问题.）
哪个物理量来描述电场的强弱和方向？
［学生答］用电场强度来描述电场的强弱和方向.
2．电场强度是如何定义的？其定义式是什么？
［学生答］电场强度是通过将一检验电荷放在电场中分析电荷所受的电场力与检验电荷量的比值来定义的，其定义式为E=F/q
过渡语：今天我们用相类似的方法来学习描述磁场强弱和方向的物理量——磁感应强度.
（二）新课讲解-----第二节 、 磁感应强度
1．磁感应强度的方向
【演示】让小磁针处于条形磁铁产生的磁场和竖直方向通电导线产生的磁场中的各个点时，小磁针的N极所指的方向不同，来认识磁场具有方向性，明确磁感应强度的方向的规定。
【板书】小磁针静止时N极所指的方向规定为该点的磁感应强度方向
过渡语：能不能用很小一段通电导体来检验磁场的强弱呢？
2．磁感应强度的大小
【演示1】用不同的条形磁铁所能吸起的铁钉的个数是不同的，说明磁场有强弱。
【演示2】探究影响通电导线受力的因素（如图）
先介绍匀强磁场：如果磁场的某一区域里，磁感应强度的大小和方向处处相同，这个区域的磁场叫匀强磁场。
后定性演示（控制变量法）①保持通电导线的长度不变，改变电流的大小②保持电流不变，改变通电导线的长度。让学生观察导线受力情况。
【板书1】精确实验表明，通电导线和磁场方向垂直时，通电导线受力（磁场力）大小
写成等式为：F = BIL ①
式中B为比例系数。
注意：①B与导线的长度和电流的大小无关②在不同的磁场中B的值不同（即使同样的电流导线的受力也不样）
再用类比电场强度的定义方法，从而得出磁感应强度的定义式
【板书2】磁感应强度的大小（表征磁场强弱的物理量）
（1）定义： 在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的力（安某某）F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值叫磁感应强度。符号：B
说明：如果导线很短很短，B就是导线所在处的磁感应强度。其中，I和导线长度L的乘积IL称电流元。
（2）定义式： ②
（3）单位：在国际单位制中是特斯特，简称特，符号T. 1T=N/A·m
（4）物理意义：磁感应强度B是表示磁场强弱的物理量.
对B的定义式的理解：
①要使学生了解比值F/IL是磁场中各点的位置函数。换句话说，在非匀强磁场中比值F/IL是因点而异的，也就是在磁场中某一确定位置处，无论怎样改变I和L，F都与IL的乘积大小成比例地变化，比值F/IL跟IL的乘积大小无关。因此，比值F/IL的大小反映了各不同位置处磁场的强弱程度，所以人们用它来定义磁场的磁感应强度。还应说明F是指通电导线电流方向跟所在处磁场方向垂直时的磁场力，此时通电导线受到的磁场力最大。
②有的学生往往单纯从数学角度出发，曲公式B= F/IL得出磁场中某点的B与F成正比，与IL成反比的错误结论。
③应强调说明对于确定的磁场中某一位置来说，B并不因探测电流和线段长短（电流元）的改变而改变，而是由磁场自身决定的；比值F/IL不变这一事实正反映了所量度位置的磁场强弱程度是一定的。
【例】磁场中放一根与磁场方向垂直的通电导线，它的电流强度是2.5 A，导线长1 cm，它受到的安某某为5×10-2 N，则这个位置的磁感应强度是多大？
解答：
介绍一些磁场的磁感应强度值。（P89表3。2-1）
（三）小结：可继续类比磁场与静电场，小结出以下两个方面：
一是电场力与磁场力在方向上是有差异的。电场力的方向总是与电场强度E的方向相同或相反；而磁场力的方向恒与磁感应强度B的方向垂直。
二是E和B在引入方法上也是有差异的。在电场强度E的引入中，考虑到的是电场中检验电荷所受的力F与检验电荷所带电量q之比；而在磁感应强度B的引入中，考虑的是磁场中检验电流元所受的力F与乘积IL之比。
（四）巩固新课：（1）指导学生阅读“科学漫步”。
（2）指导学生完成P90“问题与练习”1-3题
（3）课后复习本节内容。
第三节 、几种常见的磁场（1.5课时）
一、教学目标
（一）知识与技能
1．知道什么叫磁感线。
2．知道几种常见的磁场（条形、蹄形，直线电流、环形电流、通电螺线管）及磁感线分布的情况
3．会用安培定则判断直线电流、环形电流和通电螺线管的磁场方向。
4．知道安培分子电流假说，并能解释有关现象
5．理解匀强磁场的概念，明确两种情形的匀强磁场
6．理解磁通量的概念并能进行有关计算
（二）过程与方法
通过实验和学生动手（运用安培定则）、类比的方法加深对本节基础知识的认识。
（三）情感态度与价值观
1.进一步培养学生的实验观察、分析的能力.
2.培养学生的空间想象能力.
二、重点与难点：
1．会用安培定则判定直线电流、环形电流及通电螺线管的磁场方向.
2．正确理解磁通量的概念并能进行有关计算
三、教具：多媒体、条形磁铁、直导线、环形电流、通电螺线管、小磁针若干、投影仪、展示台、学生电源
四、教学过程：
（一）复习引入
要点：磁感应强度B的大小和方向。
［启发学生思考］电场可以用电场线形象地描述，磁场可以用什么来描述呢？
［学生答］磁场可以用磁感线形象地描述.----- 引入新课
（老师）类比电场线可以很好地描述电场强度的大小和方向，同样，也可以用磁感线来描述磁感应强度的大小和方向
（二）新课讲解
【板书】1．磁感线
（1）磁感线的定义
在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁感应强度的方向一致，这样的曲线叫做磁感线。
（2）特点：
A、磁感线是闭合曲线，磁铁外部的磁感线是从北极出来，回到磁铁的南极，内部是从南极到北极.
B、每条磁感线都是闭合曲线，任意两条磁感线不相交。
C、磁感线上每一点的切线方向都表示该点的磁场方向。
D、磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小
【演示】用铁屑模拟磁感线的形状，加深对磁感线的认识。同时与电场线加以类比。
【注意】①磁场中并没有磁感线客观存在，而是人们为了研究问题的方便而假想的。
②区别电场线和磁感线的不同之处：电场线是不闭合的，而磁感线则是闭合曲线。
2．几种常见的磁场
【演示】
①用铁屑模拟磁感线的演示实验，使学生直观地明确条形磁铁、蹄形磁铁、通电直导线、通电环形电流、通电螺线管以及地磁场(简化为一个大的条形磁铁)各自的磁感线的分布情况(磁感线的走向及疏密分布)。
②用投影片逐一展示:条形磁铁（图1）、蹄形磁铁（图2）、通电直导线（图3）、通电环形电流（图4）、通电螺线管以及地磁场(简化为一个大的条形磁铁) （图5）、XXXXX辐向磁场（图6）、还有二同名磁极和二异名磁极的磁场。
（1）条形、蹄形磁铁，同名、异名磁极的磁场周围磁感线的分布情况（图1、图2）
（2）电流的磁场与安培定则
①直线电流周围的磁场
在引导学生分析归纳的基础上得出
○直线电流周围的磁感线：是一些以导线上各点为圆心的同心圆，这些同心圆都在跟导线垂直的平面上.（图3）
○直线电流的方向和磁感线方向之间的关系可用安培定则（也叫右手螺旋定则）来判定：用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向.
②环形电流的磁场
○环形电流磁场的磁感线：是一些围绕环形导线的闭合曲线，在环形导线的中心轴线上，磁感线和环形导线的平面垂直（图4）。
［教师引导学生得］
○环形电流的方向跟中心轴线上的磁感线方向之间的关系也可以用安培定则来判定：让右手弯曲的四指和和环形电流的方向一致，伸直的大拇指所指的方向就是环形导线中心轴线上磁感线的方向.
③通电螺线管的磁场.
○通电螺线管磁场的磁感线：和条形磁铁外部的磁感线相似，一端相当于南极，一端相当于北极；内部的磁感线和螺线管的轴线平行，方向由南极指向北极，并和外部的磁感线连接，形成一些环绕电流的闭合曲线（图5）
○通电螺线管的电流方向和它的磁感线方向之间的关系，也可用安培定则来判定：用右手握住螺线管，让弯曲四指所指的方向和电流的方向一致，则大拇指所指的方向就是螺线管的北极（螺线管内部磁感线的方向）.
③电流磁场（和天然磁铁相比）的特点：磁场的有无可由通断电来控制；磁场的极性可以由电流方向变换；磁场的强弱可由电流的大小来控制。
【说明】由于后面的安某某、洛伦兹力、电磁感应与磁感应强度密切相关，几种常见磁场的磁感线的分布是一个非常基本的内容，不掌握好，对后面的学习有很大影响。
3．安培分子电流假说
（1）安培分子电流假说（P92）
对分子电流，结合环形电流产生的磁场的知识及安培定则，以便学生更容易理解“它的两侧相当于某某磁极”，这句话；并应强调“这两个磁极跟分子电流不可分割的联系在一起”，以便使他们了解磁极为什么不能以单独的N极或S极存在的道理。
（2）安培假说能够解释的一些问题
可以用回形针、酒精灯、条形磁铁、充磁机做好磁化和退磁的演示实验，加深学生的印象。举生活中的例子说明，比如磁卡不能与磁铁放在一起等等。
【说明】“假说”，是用来说明某种现象但未经实践证实的命题。在物理定律和理论的建立过程中，“假说”，常常起着很重要的作用，它是在一定的观察、实验的基础上概括和抽象出来的。安培分子电流的假说就是在奥斯特的实验的启发下，经过思维发展而产生出来的。
（3）磁现象的电本质：磁铁和电流的磁场本质上都是运动电荷产生的．
4．匀强磁场
（1）匀强磁场：如果磁场的某一区域里，磁感应强度的大小和方向处处相同，这个区域的磁场叫匀强磁场。匀强磁场的磁感线是一些间隔相同的平行直线。
（2）两种情形的匀强磁场：即距离很近的两个异名磁极之间除边缘部分以外的磁场；相隔一定距离的两个平行线圈(亥姆霍兹线圈)通电时，其中间区域的磁场P92图3.3-7，图3.3-8。
5.磁通量
（1）定义： 磁感应强度B与线圈面积S的乘积，叫穿过这个面的磁通量（是重要的基本概念）。
（2）表达式：φ=BS
【注意】①对于磁通量的计算要注意条件，即B是匀强磁场或可视为匀强磁场的磁感应强度，S是线圈面积在与磁场方向垂直的平面上的投影面积。
②磁通量是标量，但有正、负之分，可举特例说明。
（3）单位：韦伯，简称韦，符号Wb 1Wb = 1T·m2
（4）磁感应强度的另一种定义（磁通密度）:即B =φ/S
上式表示磁感应强度等于穿过单位面积的磁通量，并且用Wb/m2做单位（磁感应强度的另一种单位）。所以：1T = 1 Wb/m2 = 1N/A·m
（三）小结：对本节各知识点做简要的小结。并要求学生课外按P93【做一做】
巩固练习
1.如图所示，放在通电螺线管内部中间处的小磁针，静止时N极指向右.试判定电源的正负极.
解析：小磁针N极的指向即为该处的磁场方向，所以在螺线管内部磁感线方向由a→b，根据安培定则可判定电流由c端流出，由d端流入，故c端为电源的正极，d端为负极.
注意：不要错误地认为螺线管b端吸引小磁针的N极，从而判定b端相当于条形磁铁的南极，关键是要分清螺线管内、外部磁感线的分布.
2.如图所示，当线圈中通以电流时，小磁针的北极指向读者.试确定电流方向.
电流方向为逆时针方向.
（四）巩固新课（1）复习本节内容 （2）阅读“科学漫步”
（3）指导学生完成“问题与练习”1--4
第四节 、磁场对通电导线的作用力（1.5课时）
一、教学目标
（一）知识与技能
1、知道什么是安某某。知道通电导线在磁场中所受安某某的方向与电流、磁场方向都垂直时，它的方向的判断----左手定则。知道左手定则的内容，会用左手定则熟练地判安.定某某的方向，并会用它解答有关问题.
2、会用安某某公式F=BIL解答有关问题. 知道电流方向与磁场方向平行时，电流受的安某某最小，等于零；电流方向与磁场方向垂直时，电流受的安某某最大，等于BIL.
3、了解磁电式电流表的内部构造的原理。
（二）过程与方法
通过演示、分析、归纳、运用使学生理解安某某的方向和大小的计算。培养学生的间想像能力。
（三）情感态度与价值观
使学生学会由个别事物的个性来认识一般事物的共性的认识事物的一种重要的科学方法.并通过对磁电式电流表的内部构造的原理了解，感受物理知识之间的联系。
二、重点与难点：
重点：安某某的方向确定和大小的计算。
难点：左手定则的运用（尤其是当电流和磁场不垂直时，左手定则如何变通使用）。
三、教具：磁铁、电源、金属杆、导线、铁架台、滑动变阻器、多媒体。
四、教学过程：
复习引入
让学生回忆在在第二节中通电导线在磁场中受力大小与什么因素有关。
过渡：本节我们将对安某某做进一步的讨论。
（二）新课讲解-----第四节 、磁场对通电导线的作用力
安某某：磁场对电流的作用力.
安某某是以安培的名字命名的，因为他研究磁场对电流的作用力有突出的贡献.
1．安某某的方向
【演示】按照P85图3。1—3所示进行演示。
（1）、改变电流的方向，观察发生的现象.
［现象］导体向相反的方向运动.
（2）、调换磁铁两极的位置来改变磁场方向，观察发生的现象.
［现象］导体又向相反的方向运动
［教师引导学生分析得出结论］
（1）、安某某的方向和磁场方向、电流方向有关系.
（2）、安某某的方向既跟磁场方向垂直，又跟电流方向垂直，也就是说，安某某的方向总是垂直于磁感线和通电导线所在的平面.（P96图3。4-1）
如何判断安某某的方向呢？
人们通过大量的实验研究，总结出通电导线受安某某方向和电流方向、磁场方向存在着一个规律一一左手定则．
左手定则：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且跟手掌在同一个平面内，把手放人磁场中，让磁感线垂直穿人手心，并使伸开的四指指向电流方向，那么，拇指所指的方向，就是通电导线在磁场中的受力方向．（如图）。
【说明】左手定则是一个难点，涉及三个物理量的方向，涉及三维空间，而学生的空间想像力还不强，所以教师应引导学生如何将三维图形用二维图形表达(侧视图、俯视图和剖面图等等)，还要引导学生如何将二维图形想像成三维图形。---可将右图从侧视图、俯视图和剖面图一一引导学生展示。
*一般情形的安某某方向法则介绍…
结论：电流和磁场可以不垂直，但安某某必然和电流方向垂直，也和磁场方向垂直，用左手定则时，磁场不一定垂直穿过手心，只要不从手背传过就行。
*至于大小法则，如果电流和磁场不垂直，则将磁场进行分解， 内容过长，仅展示头部和尾部部分文字预览，全文请查看图片预览。 变的情况下与速度和轨道半径无关，带电粒子每次进入D形盒都运动相等的时间（半个周期）后平行电场方向进入电场加速。
电场的作用：回旋加速器的的两个D形盒之间的夹缝区域存在周期性变化的并垂直于某某D形盒正对截面的匀强电场，带电粒子经过该区域时被加速。
交变电压的作用：为保证交变电场每次经过夹缝时都被加速，使之能量不断提高，须在在夹缝两侧加上跟带电粒子在D形盒中运动周期相同的交变电压。
带电粒子经加速后的最终能量：（运动半径最大为D形盒的半径R）
由R=mv/qB有 v=qBR/m 所以最终能量为 Em=mv2/2 = q2B2R2/2m
讨论：要提高带电粒子的最终能量，应采取什么措施？（可由上式分析）
例：1989年初，我国投入运行的高能粒子回旋加速器可以把电子的能量加速到2.8GeV;若改用直线加速器加速，设每级的加速电压为U =2.0×105V，则需要几级加速？
解：设经n级加速,由neU=E 有 n=E/eU=1.4×104（级）
（三）对本节要点做简要小结.
（四）巩固新课：1、复习本节内容 2、做一做（P98）
3、完成“问题与练习”2、4练习，3作业。
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