《2磁感應(yīng)強度》教學(xué)設(shè)計(江蘇省市級優(yōu)課)-物理教案

對高一學(xué)生講授《磁感應(yīng)強度》的教學(xué)設(shè)計江蘇省南通市天星湖中學(xué)王仁泉226010摘要：作為一節(jié)參加市級評比的優(yōu)秀課，筆者針對高一學(xué)生只有膚淺的磁場知識的實情，通過與眾不同的更神似的理想類比引入定義式、獨特的教具設(shè)計直觀得出決定因素的定量關(guān)系，圓滿完成了教學(xué)任務(wù)。關(guān)鍵詞：磁感應(yīng)強度；理想類比；自制教具；教學(xué)設(shè)計在2016年11月下旬的2016年南通市優(yōu)課評比中，筆者參加了針對剛剛開始學(xué)習(xí)《牛頓運動定律》的高一學(xué)生開設(shè)的《磁感應(yīng)強度》這個課題的比賽課。我們知道，本節(jié)課的關(guān)鍵是要得出磁感應(yīng)強度的定義式，而上課的對象又沒有學(xué)過電場，用什么類比引入更加確切？怎么樣讓學(xué)生自己動手，簡單、直觀得出B與F、I、L之間關(guān)系？現(xiàn)將筆者在一些環(huán)節(jié)上的處理和創(chuàng)意與大家共饗。簡單直觀引入課題上一課學(xué)習(xí)了磁現(xiàn)象，結(jié)合初中所學(xué)，我們知道磁體周圍的磁場有大小和方向。圖1老師這里給大家提供四個器材（圖1），請各小組討論一下，可以用這四個器材如何來反映磁場有大小和方向？有了方案的小組請到前面來演示一下。圖1在學(xué)生將磁鐵插入燒杯過程中及對比之后引導(dǎo)：離的遠的時候鋼珠沒有能夠被吸附，靠近了被吸附到磁鐵上，說明同一個磁體，不同距離磁場的強弱不一樣。不同的磁鐵，磁場的強弱不一樣。實驗設(shè)計中，用燒杯做盛放小鋼珠器皿是為了增加可見度，對比更加直觀，另外，沒有棱角的小鋼珠比鐵釘?shù)雀影踩?。?dāng)時我們只是定性的認識，今天我們來進一步研究磁場的大小和方向。物好像理上用“磁感應(yīng)強度”這個物理量來描述磁場的強弱。圖2干凈利落地完成磁感應(yīng)強度方向圖2對于磁場的方向，只需要鞏固，不需要新授，故只是讓學(xué)生回答如何知道圖2中A、B、C三點的磁場方向，并讓其在實物展臺上對應(yīng)位置分別正確擺放小磁針即可。否定“用磁體來研究大小”的假設(shè)磁場看不見摸不著，某處磁場的大小如何確定？我們是不是可以像研究方向一樣放入小磁針來研究呢？圖3F圖3FNFNFS尤其是作為正在學(xué)習(xí)牛頓運動定律的高一學(xué)生，一般都會回答“能”。進一步引導(dǎo)學(xué)生分析其實S極也受力，兩個力平衡，無法測量某一個極所受力大小，加以否定。神形兼?zhèn)涞睦硐腩惐饶懿荒苡闷渌霓k法顯示磁場的大小呢？引導(dǎo)：討論物質(zhì)的一種屬性的時候，可以采用其它物理量之間的關(guān)系來表述某種物質(zhì)的屬性，比如初中學(xué)過的比熱容，不同物質(zhì)的比熱容是不一樣的，怎么表示物質(zhì)的比熱容大小呢？結(jié)合學(xué)生回答，老師好像醒悟一樣，“原來，物理上是用的比值來表示某種物質(zhì)的比熱容”。這種方法稱之為定義比值法，我們能不能也用這樣的一種定義方式來定義磁場的磁感應(yīng)強度呢？顯然，由于影響的因素較多，這個類比的形式對引入比常用電場強度來的更加相似，更加能夠引起學(xué)生對影響因素的多角度猜想。自制教具的完美配合在學(xué)生猜想“磁場對電流的作用力可能與哪些因素有關(guān)？”時，為了防止學(xué)生提出的因素順序與老師幻燈片上的順序不一定吻合，此時，幻燈片最好使用觸發(fā)器功能。之后，引導(dǎo)學(xué)生利用我自己設(shè)計的實驗器材（圖4）進行探究。圖4圖4對照實驗器材，讓學(xué)生分析①如何探究與磁場強弱的關(guān)系？對比兩層四塊磁鐵和兩層兩塊磁鐵。②如何探究與電流強度的關(guān)系？用同一組磁鐵改變電流得出一組數(shù)據(jù)，并在坐標(biāo)紙中描點作圖。③如何探究與磁場強弱的關(guān)系？對比兩層四塊磁鐵和一層兩塊磁鐵。其中：為了安全及方便，實驗前老師把每一組的磁鐵都用膠帶紙裹好。銅線框上是一段30cm左右的細橡皮筋（是將7股橡皮筋的包裹物仔細剝掉得到的），橡皮筋的另一端與深色棉線連接起來，以明顯區(qū)分開橡皮筋和拉線。在接頭處棉線一側(cè)穿一紅色硬卡紙剪成的圓紙片，用來方便指示刻度。實驗時，先不通電，轉(zhuǎn)動旋鈕，將銅框拉至水平，紅紙對應(yīng)刻度x0；電流I1，將銅框拉至水平，紅紙對應(yīng)刻度x1……逐漸增大電流，每次都將銅框拉至水平，記下紅紙對應(yīng)刻度xi，并求出變化量△xi（xi﹣x0）。在小范圍形變內(nèi)，認為滿足：F＝kx。則有k△xi＝F磁i，在坐標(biāo)紙上畫出△x（F）﹣I圖像，會發(fā)現(xiàn)在誤差允許范圍內(nèi)，所描點幾乎在一條直線上。換用磁性不同的磁鐵，比如兩層四塊磁鐵和一層兩塊磁鐵，對應(yīng)表面的磁性就不一樣，所畫出來的直線斜率就不同。類似這種用“位移變化表示力的變化”的思想，物理上會經(jīng)常遇到！并呈現(xiàn)學(xué)生在“探究加速度與力和質(zhì)量關(guān)系”中剛剛學(xué)過的實驗方案。圖5圖5圖6如果是對高二的學(xué)生上課，這種思想課本上更是已經(jīng)多次出現(xiàn)了，比如：在“實驗：探究功與物體速度變化的關(guān)系”參考案例二中（如圖6），就有“在第二個方案中，橡皮筋對小車的力是變化的，難以測量它做的功。其實，繪制W﹣v圖象時，不一定需要功的具體數(shù)值，縱坐標(biāo)也不必以‘焦耳’為單位。在圖中選取合適的長度，以它為單位，代表一條橡皮筋對它做的功；當(dāng)用兩條橡皮筋時，所做的功就用兩個單位表示……”；圖6在“導(dǎo)體的電阻”一節(jié)中，探究方案一“探究導(dǎo)體電阻與其影響因素的定量關(guān)系”中（如圖7），同樣最后就有“這個實驗得到的是電阻與導(dǎo)線長度、橫截面積的比例關(guān)系，實驗中不必測量電阻大小的數(shù)值”這句話。圖7圖7圖7圖7abcRdVVVV而且，在高考中也涉及到了這樣的思想。圖8例：（2013江蘇·5）水平面上，一白球與一靜止的灰球碰撞，兩球質(zhì)量相等。碰撞過程的頻閃照片如圖8所示，據(jù)此可推斷，碰撞過程中系統(tǒng)損失的動能約占碰撞前動能的圖8(A)30%(B)50%(C)70%(D)90%簡析：碰撞問題是在選修3－5中作為選學(xué)內(nèi)容出現(xiàn)，即使選學(xué)了碰撞，作為不在一條直線上的碰撞問題，學(xué)生往往同樣無從下手。但本題作為必考題，顯然命題者不是希望學(xué)生通過碰撞知識進行解答，因此，如果本題能夠想到這種替換思想，本題就簡單多了。因為時間間隔相等，從而可以借助刻度尺量取不同階段的小球移動距離，用這個距離表示速度，分別計算出碰撞前的動能及碰撞后的總動能就可以得出結(jié)論了。理論與實踐的相輔相成剛才的探究實驗我們得到：F∝I，F(xiàn)∝L，即F∝IL。是不是這樣的呢？我們再從理論上加以分析。過程如圖所示（可以由學(xué)生分析）由上面探究實驗的②③可知，磁鐵表面的銅線位置一定，同一組磁鐵，力與電流強度成正比；不同磁鐵，比值不同，剛才我們從理論分析的結(jié)果也是支持實驗結(jié)論的。這個比值就反映了銅線所在位置磁場的性質(zhì)，把F與IL的比值就定義為磁感應(yīng)強度。水到渠成地出現(xiàn)電流元在講到表達式適用范圍時，強調(diào)這是定義法，適用于任意磁場，我們剛才研究的是勻強磁場，如果各點的磁場強弱不一樣，我要研究某一點的磁場，就要把電流的長度縮到很小很小，把很小的電流與很小的長度的乘積稱之為電流元。由于是針對高一學(xué)生上課，無法像教材上一樣，在探究實驗前先用點電荷類比出電流元，因此筆者將電流元的概念放到最后，水到渠成地提出來。本節(jié)課能夠適用于高一學(xué)生認知水平，對高二學(xué)生必然適用?？傊谶M行教學(xué)設(shè)計時，學(xué)生會的懂的，但又必須呈現(xiàn)的知識，老師不該多講，而應(yīng)通過設(shè)計一定的實驗讓學(xué)生用這個知識來提出解決問題所需的方案，比如磁場方向的問題。對于學(xué)生模糊的知識點，則要講清講透，比如不能用小磁針來研究磁場的強弱，很多資料一帶而過，往往只是提了一下磁體有兩極，并沒有深入分析具體原因，而平時無論是老師的講解，還是練習(xí)的鞏固，往往更多的是設(shè)計N極，導(dǎo)致學(xué)生不能真正理解其中緣由。另外，在進行教學(xué)設(shè)計時，不僅要設(shè)計講授給學(xué)生什么知識，更要設(shè)計讓學(xué)生掌握怎樣的能力，要從如何提高學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)入手來進行設(shè)計，做