新人教版高中物理選修3-1同步教案 第3章 3-3幾種常見的磁場

1、PAGE 普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理選修31人教版 第三章 磁 場3.3 幾種常見的磁場新課標(biāo)要求（一）知識(shí)與技能1、知道什么是磁感線。2、知道條形磁鐵、蹄形磁鐵、直線電流、環(huán)形電流和通電螺線管的分布情況。3、會(huì)用安培定則判斷直線電流、環(huán)形電流和通電螺線管的磁場方向。4、知道安培分子電流假說是如何提出的。5、會(huì)利用安培假說解釋有關(guān)的現(xiàn)象。6、理解磁現(xiàn)象的電本質(zhì)。7、知道磁通量定義，知道 =BS的適用條件，會(huì)用這一公式進(jìn)行計(jì)算。（二）過程與方法1、通過模擬實(shí)驗(yàn)體會(huì)磁感線的形狀，培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力。2、由電流和磁鐵都能產(chǎn)生磁場，提出安培分子電流假說，最后都?xì)w結(jié)為磁現(xiàn)象的電本質(zhì)。3、通過引入

2、磁通量概念，使學(xué)生體會(huì)描述磁場規(guī)律的另一重要方法。（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀1、通過討論與交流，培養(yǎng)對(duì)物理探索的情感。2、領(lǐng)悟物理探索的基本思路，培養(yǎng)科學(xué)的價(jià)值感。教學(xué)重點(diǎn)會(huì)用安培定則判斷磁感線方向，理解安培分子電流假說。教學(xué)難點(diǎn)安培定則的靈活應(yīng)用即磁通量的計(jì)算。教學(xué)方法類比法、實(shí)驗(yàn)法、比較法教學(xué)用具：條形磁鐵、直導(dǎo)線、環(huán)形電流、通電螺線管、小磁針若干、投影儀、展示臺(tái)、學(xué)生電源教學(xué)過程（一）引入新課教師：電場可以用電場線形象地描述，磁場可以用什么來描述呢？學(xué)生：磁場可以用磁感線形象地描述？教師：那么什么是磁感線？又有哪些特點(diǎn)呢？這節(jié)課我們就來學(xué)習(xí)有關(guān)磁感線的知識(shí)。（二）進(jìn)行新課1、磁感線教師：什

3、么是磁感線呢？學(xué)生閱讀教材，回答：所謂磁感線是在磁場中畫一些有方向的曲線，曲線上每一點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)的磁場方向。演示在磁場中放一塊玻璃板，在玻璃板上均勻地撒一層細(xì)鐵屑，細(xì)鐵屑在磁場里被磁化成“小磁針”，輕敲玻璃板使鐵屑能在磁場作用下轉(zhuǎn)動(dòng)?，F(xiàn)象鐵屑靜止時(shí)有規(guī)則地排列起來，顯示出磁感線的形狀。如圖3.3-1所示：用投影片出示條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁感線分布情況如圖所示：問題磁鐵周圍的磁感線方向如何？學(xué)生答磁鐵外部的磁感線是從磁鐵的北極出來，進(jìn)入磁鐵的南極。教師補(bǔ)充磁感線是閉合曲線，磁鐵外部的磁感線是從北極出來，回到磁鐵的南極，內(nèi)部是從南極到北極。用投影片出示通電直導(dǎo)線周圍的磁感線分布情況如圖3.

4、3-2所示：問題通電直導(dǎo)線周圍的磁感線如何分布？學(xué)生答直線電流磁場的磁感線是一些以導(dǎo)線上各點(diǎn)為圓心的同心圓，這些同心圓都在跟導(dǎo)線垂直的平面上。問題直線電流周圍的磁感線分布和什么因素有關(guān)系？學(xué)生答直線電流周圍的磁感線方向和電流方向有關(guān)系。問題直線電流的方向跟電的磁感線方向之間的關(guān)系如何判斷呢？出示投影片直線電流的方向和電的磁感線方向之間的關(guān)系可用安培定則（也叫右手螺旋定則）來判定：用右手握住導(dǎo)線，讓伸直的大拇指所指的方向跟電流的方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向。出示投影片環(huán)形電流的磁場。如圖3.3-3所示：教師引導(dǎo)學(xué)生得環(huán)形電流的方向跟中心軸線上的磁感線方向之間的關(guān)系也可以用安

5、培定則來判定：讓右手彎曲的四指和和環(huán)形電流的方向一致，伸直的大拇指所指的方向就是環(huán)形導(dǎo)線中心軸線上磁感線的方向。出示投影片通電螺線管的磁場。如圖3.3-4所示：問題通電螺線管外部的磁場和什么相似？學(xué)生答通電螺線管外部的磁感線和條形磁鐵外部的磁感線相似，一端相當(dāng)于南極，一端相當(dāng)于北極。問題通電螺線管內(nèi)部的磁場如何？學(xué)生答通電螺線管內(nèi)部的磁感線和螺線管的軸線平行，方向由南極指向北極，并和外部的磁感線連接，形成一些環(huán)繞電流的閉合曲線。問題通電螺線管的磁感線方向和什么因素有關(guān)系？學(xué)生答通電螺線管的磁感線方向和螺線管的電流方向有關(guān)。問題如何判斷通電螺線管的極性？學(xué)生回憶得通電螺線管的電流方向和它的磁感線

6、方向之間的關(guān)系，也可用安培定則來判定：用右手握住螺線管，讓彎曲四指所指的方向和電流的方向一致，大拇指所指的方向就是螺線管內(nèi)部磁感線的方向。問題磁感線和電場線有何區(qū)別？教師引導(dǎo)學(xué)生分析得（1）電場線是電場的形象描述，而磁感線是磁場的形象描述。（2）電場線不是閉合曲線，而磁感線是閉合曲線。（3）電場線上每一點(diǎn)的切線方向都是跟該點(diǎn)的場強(qiáng)方向一致，磁感線上每一點(diǎn)的切線方向都跟該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向一致。（4）電場線的疏密程度表示電場強(qiáng)度的大小。磁感線的疏密程度表示磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。問題電流磁場和天然磁鐵相比有何特點(diǎn)？學(xué)生答（1）電流磁場的有無可由通斷電來控制。（2）電流磁場的極性可以由電流方向變換。（3

7、）電流磁場的強(qiáng)弱可由電流的大小來控制。問題電流的磁場有何用途？學(xué)生答電流的磁場用途很廣泛，如電磁起重機(jī)、電話、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)以及在自動(dòng)控制中得到普遍應(yīng)用的電磁繼電器。2、安培分子電流假說教師：磁鐵和電流都能產(chǎn)生磁場。它們的磁場是否有什么關(guān)系呢？我么已經(jīng)知道，通電螺線管和條形磁鐵的磁場分布十分相似，安培由此受到啟發(fā)，提出了著名的分子電流假說。教師：分子電流假說的內(nèi)容是什么呢？學(xué)生回答：在原子、分子等物質(zhì)微粒內(nèi)部，存在著一種環(huán)形電流分子電流，分子電流使每個(gè)物質(zhì)微粒都成為微小的磁體，它的兩側(cè)相當(dāng)于兩個(gè)磁極，這就是分子電流假說。投影片出示課本圖3.3-6以進(jìn)一步理解安培分子電流假說。教師：用安培假說可

8、以解釋磁現(xiàn)象讓學(xué)生閱讀課文，回答以下問題。問題一根鐵棒在未被磁化時(shí)為什么對(duì)外界不顯磁性？學(xué)生答鐵棒未被磁化時(shí)，內(nèi)部各分子電流的取向是雜亂無章的，它們的磁場互相抵消，對(duì)外界不顯磁性。問題什么是磁化？如何去理解磁化和磁極？學(xué)生答使原來沒有磁性的物體獲得磁性的過程叫磁化。在有外界磁場的作用時(shí)，某些物質(zhì)內(nèi)部各分子電流的取向會(huì)變得大致相同，這個(gè)過程就是磁化，這些物質(zhì)被磁化后，各分子電流的磁場互相疊加，對(duì)外界顯示出較強(qiáng)的磁作用，在兩端形成磁極。問題永磁體為什么具有磁性？學(xué)生答永磁體之所以具有磁性，是因?yàn)樗鼉?nèi)部的環(huán)形分子電流本來就排列整齊.問題永磁體如何失去磁性？學(xué)生答永磁體受到高溫或猛烈的敲擊會(huì)失去磁性，

9、這是因?yàn)樵诩ち业臒徇\(yùn)動(dòng)或機(jī)械振動(dòng)的影響下，分子電流的取向又變得雜亂無章了。問題為什么無論把磁棒折成多小的一段，它總有兩個(gè)磁極？學(xué)生答每個(gè)環(huán)形分子電流的兩個(gè)側(cè)面必定同時(shí)出現(xiàn)，一面相當(dāng)于N極，另一面相當(dāng)于S極。教師：安培分子電流假說揭示了磁現(xiàn)象的電本質(zhì)問題分子電流是如何形成的？學(xué)生答分子電流是由原子內(nèi)部電子的運(yùn)動(dòng)形成的。教師隨后引導(dǎo)學(xué)生分析得出結(jié)論：磁鐵的磁場和電流的磁場一樣，都是由電荷的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。3、勻強(qiáng)磁場教師：前面我們學(xué)過勻強(qiáng)電場，現(xiàn)在大家回憶一下以下問題：（1）什么是勻強(qiáng)電場？（2）勻強(qiáng)電場的產(chǎn)生條件是什么？（3）勻強(qiáng)電場的電場線有何特點(diǎn)？學(xué)生答：（1）在電場的某一區(qū)域，如果場強(qiáng)的大小和

10、方向都相同，這個(gè)區(qū)域的電場叫做勻強(qiáng)電場。（2）兩塊靠近的平行金屬板，大小相等，互相正對(duì)，分別帶有等量的正負(fù)電荷，它們之間的電場除邊緣附近外就是勻強(qiáng)電場。（3）勻強(qiáng)電場的電場線是距離相等的平行直線。在同學(xué)回答完問題后，教師緊接著提問：什么是勻強(qiáng)磁場？它的產(chǎn)生條件是什么？勻強(qiáng)磁場的磁感線又有什么特點(diǎn)？實(shí)物投影課本圖3.3-7、圖3.3-8 教師引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論勻強(qiáng)磁場定義：如果磁場的某一區(qū)域里，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向處處相同，這個(gè)區(qū)域的磁場叫勻強(qiáng)磁場。產(chǎn)生方法距離很近的兩個(gè)異名磁極之間的磁場，通電螺線管內(nèi)部的磁場（除邊緣部分外）都可認(rèn)為是勻強(qiáng)磁場。磁感線的特點(diǎn)勻強(qiáng)磁場的磁感線是間距相等的平行直線。

11、4、磁通量教師：研究電磁現(xiàn)象時(shí)，有時(shí)需要研究穿過某一面積的磁場和它的變化，為此，物理學(xué)上引入了一個(gè)新的物理量磁通量。閱讀教材，說出磁通量的定義、公式、單位以及物理意義。學(xué)生閱讀教材，解決以上問題。師生互動(dòng)、總結(jié)：（1）定義：一個(gè)面積為S的平面垂直一個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場放置，則B與S的乘積叫做穿過這個(gè)面的磁通量。（2）公式：=BS（3）單位：韋伯（Wb） 1Wb=1T1m2=1Vs（4）物理意義：磁通量表示穿過這個(gè)面的磁感線條數(shù)。對(duì)于同一個(gè)平面，當(dāng)它跟磁場方向垂直時(shí)，磁場越強(qiáng)，穿過它的磁感線條數(shù)越多，磁通量就越大。當(dāng)它跟磁場方向平行時(shí)，沒有磁感線穿過它，則磁通量為零。注意：當(dāng)平面跟磁場方向

12、不垂直時(shí)，穿過該平面的磁通量等于B與它在磁場垂直方向上的投影面積的乘積即=BSsin，（為平面與磁場方向之間的夾角）（如圖所示）教師：將磁通量的定義式=BS變形得：B=，這個(gè)比值反映了什么意義？單位是什么？學(xué)生：B為垂直磁場方向單位面積上的磁通量，反映磁場的強(qiáng)弱。又叫磁通密度。單位Wb/m2（三）課堂總結(jié)、點(diǎn)評(píng)教師活動(dòng)：讓學(xué)生概括總結(jié)本節(jié)的內(nèi)容。請(qǐng)一個(gè)同學(xué)到黑板上總結(jié)，其他同學(xué)在筆記本上總結(jié)，然后請(qǐng)同學(xué)評(píng)價(jià)黑板上的小結(jié)內(nèi)容。學(xué)生活動(dòng)：認(rèn)真總結(jié)概括本節(jié)內(nèi)容，并把自己這節(jié)課的體會(huì)寫下來、比較黑板上的小結(jié)和自己的小結(jié)，看誰的更好，好在什么地方。點(diǎn)評(píng)：總結(jié)課堂內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生概括總結(jié)能力。教師要放開，讓

13、學(xué)生自己總結(jié)所學(xué)內(nèi)容，允許內(nèi)容的順序不同，從而構(gòu)建他們自己的知識(shí)框架。（四）實(shí)例探究安培定則的應(yīng)用【例1】一細(xì)長的小磁針，放在一螺線管的軸線上，N極在管內(nèi)，S極在管外。若此小磁針可左右自由移動(dòng)，則當(dāng)螺線管通以圖所示電流時(shí)，小磁針將怎樣移動(dòng)？ 解析：正確解題思路是：當(dāng)螺線管通電后，根據(jù)右手螺旋定則判定出管內(nèi)、外磁感線方向如圖所示，管內(nèi)外a、b兩處磁場方向向右，管內(nèi)b處磁感線分布較密，管處a處磁感線分布較稀。根據(jù)磁場力的性質(zhì)知：小磁針N極在b處受力方向向右，且作用力較大；小磁針S極在a處受力向左，且作用力較小，因而小磁針?biāo)艿拇艌隽Φ暮狭Ψ较蛳蛴摇｜c(diǎn)評(píng)：“同名磁極相斥、異名磁極相吸”只適合于磁體間

14、外部相互作用的情形，適用情形存在局限性；而磁場力的性質(zhì)：“磁體N極受力方向與所在處磁場方向相同”對(duì)于磁極間內(nèi)部或外部作用總是普遍適用的.【例2】如圖所示，一束帶電粒子沿水平方向飛過小磁針的上方，并與磁針指向平行，能使小磁針的N極轉(zhuǎn)向讀者，那么這束帶電粒子可能是_A.向右飛行的正離子束B.向左飛行的正離子束C.向右飛行的負(fù)離子束D.向左飛行的負(fù)離子束解析：小磁針的N極指向讀者，說明小磁針?biāo)谔幍拇艌龇较蚴侵赶蜃x者，由安培定則可確定出帶電粒子形成的電流方向向左，這向左的電流可能是向左飛行的正離子形成，也可能是向右飛行的負(fù)離子形成，故正確答案為B、C答案：BC對(duì)安培分子電流假說的理解【例3】關(guān)于磁現(xiàn)象的電本質(zhì)，下列說法中正確的是_A.磁與電緊密聯(lián)系，有磁必有電，有電必有磁B.不管是磁體的磁場還是電流的磁場都起源于電荷的運(yùn)動(dòng)C.永久磁鐵的磁性不是由運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生的D.根據(jù)安培假說可知，磁體內(nèi)分子電流總是存在的，因此，任何磁體都不會(huì)失去磁性解析：磁與電是緊密聯(lián)系的，但“磁生電”“電生磁”都有一定的條件，運(yùn)動(dòng)的電荷產(chǎn)生磁場，但一個(gè)靜止的點(diǎn)電荷的周圍就沒有磁場，分子電流假說揭示了磁現(xiàn)象的電本質(zhì)，磁鐵的磁場和電