《磁场及其描述》教学设计【物理鲁科版高中必修第三册（新课标）】

3/10第1节磁场及其描述教学目标1．通过实验初步认识磁场，理解磁感应强度。2．了解用磁感线描述磁场的方式方法。3．掌握安培定则，会用安培定则判断通电直导线和通电线圈的磁场方向。4.了解我国古代在磁现象方面的研究成果及对人类文明的影响，了解与磁相关的现代技术发展。教学重难点教学重点磁场的概念的理解。安培定则的应用。教学难点应用安培定则判断磁场的方向。教学准备多媒体课件条形磁铁、蹄形磁铁、通电导线、通电线圈、小磁针、细铁屑、电池、导线、开关、铁架台。教学过程新课引入在现代，磁现象在生产生活中有很多的应用，与日常生活、科技密切相关。磁场存在于磁体和通电导线周围，有强弱和方向。那么如何描述磁场的强弱和方向呢？我们本节课将要学习描述磁场强弱和方向的物理量——磁感应强度，用磁感线形象的描述几种常见磁场的分布，及磁现象在生产生活中的应用。讲授新课一、磁场磁感应强度1.磁极间的相互作用教师活动：实验演示：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引电流使磁针发生偏转教师活动：实验演示：当导线中通过电流时，磁针就会发生偏转；当导线中的电流反向时，磁针也将反向偏转。思考：为什么磁体间没有接触也会产生相互作用：为什么通电导线周围的磁针会发生偏转？2.磁场教师说明：正像电荷的相互作用是通过电场发生的，磁体与磁体之间、通电导线与磁针之间的相互作用，是通过磁场发生的。总结：（1）磁体周围、电流周围都存在着磁场、磁作用都是通过磁场发生的（2）磁场、电场和实物一样都是客观存在的，实物和场是物质存在的两种不同形式。磁场的基本性质：对磁体产生力的作用。磁场的方向：用小磁针可以判断空间某点磁场的方向。磁场中某点小磁针静止时N极的指向规定为该点磁场的方向。思考：条形磁铁形成的磁场，在靠近N极和S极处较强，在靠近中间位置处较弱，巨大的电磁铁能吸起成吨的钢铁，小磁铁却只能吸起几枚铁钉，那么怎样描述磁场的强弱呢？3.磁体对通电导线的作用力（1）如图所示的实验装置，可以认为磁极间的磁场是均匀的，其强弱与磁体的数目无关。直导线的方向与磁场的方向垂直。（2）有电流通过时导线将摆动一个角度，观察摆动角度的大小可以比较导线受力的大小。F=mgtanθ。（3）控制变量法①保持磁场中直导线的长度不变，通过外部电路改变电流I的大小，通过观察直导线摆动角度大小来比较磁场力大小。②保持电流不变，分别接通“2、3”和“1、4”，改变磁场中直导线长度，通过观察直导线摆动角度大小来比较磁场力大小。(4)实验表明，通电导线与磁场方向垂直时，它受力的大小既与导线的长度L成正比，与导线中的电流I成正比，即与I和L的乘积IL成正比，用公式表示为F=ILB说明：B与I和L都没有关系：同样的I、L，在不同的磁场中，或在非均匀磁场的不同位置，F一般也不同，说明B不同。看来B正是我们要寻找的表征磁场强弱的物理量，我们称之为磁感应强度。4.磁感应强度：表征磁场强弱和方向的物理量。（1）大小：在导线与磁场垂直的情况下：此式为B的定义式，不能说B与F成正比，与IL成反比。（2）单位：特斯拉，简称特，符号是T。（3）方向：该处小磁针静止时N极的指向。特别提醒：（1）公式B=是磁感应强度的定义式，B的大小由磁场本身的性质决定，与F、I、L均无关。（2）在公式B=中，通电导线必须垂直于磁场方向放置，因为F不仅与B、I、L的大小有关，还与导线和磁场的方向有关。F=0的地方，B不一定为0。3）磁感应强度B是一个矢量，它的方向是磁场中小磁针静止时N极所指的方向或者说是N极所受磁场力的方向。通电导线受力的方向不是磁感应强度的方向。磁感应强度的合成与分解必须遵循平行四边形定则。二、磁感线条形磁铁和异名磁极间周围细铁屑的分布情况说明：为了形象地描述磁场，英国物理学家法拉第提出了磁感线的概念。1.磁感线：（1）定义：在磁场中画出的一些有方向的曲线，使这些曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁场的方向一致，这样的曲线就叫磁感线。（2）特点：①每一点的切线方向就是该点的磁场方向。②疏密表示磁场的强弱，磁感线密集的地方磁场强，反之磁场弱。③任何两磁感线不相交、不相切、不中断。④任何一条磁感线均为闭合曲线，在磁体外部由NS，在磁体内部由SN。⑤磁感线是一种理想化模型，实际并不存在．2.常见磁铁的磁感线：条形磁铁的磁感线蹄形磁铁的磁感线3.匀强磁场（1）定义：如果磁场中各点的磁感应强度的大小相等、方向相同，这个磁场叫作匀强磁场。（2）匀强磁场的磁感线：是一些间隔相等的平行直线。距离很近的两个平行异名磁极之间的磁场、两个平行放置的较近的线圈通电时，其中间区域的磁场可视为匀强磁场。NS（3）常见匀强磁场的磁感线：水平方向:竖直方向垂直纸面方向:向里向外三、电流的磁场1.直线电流磁场的磁感线分布：是在跟导线垂直的平面上的一圈圈的同心圆立体图横截面图纵截面图立体图横截面图纵截面图画平面图时：“x”表示垂直平面进去的方向，“•”表示垂直平面出来的方向，横截面图和纵截面图如图所示：2.环形电流磁场的磁感线分布横截面图纵截面图横截面图纵截面图安培定则：用右手握住环形导线，让弯曲的四指所指的方向跟电流方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁场的方向3.通电螺线管磁场的磁感线分布安培定则：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，伸直的拇指所指的方向就是螺线管轴线上磁场的方向。立体图横截面图纵截面图立体图横截面图纵截面图磁的应用及意义如图所示是古代的司南和现代的指南针。思考：为什么说指南针的发明使航海事业得到了发展?提示：在茫茫大海上航行,人很容易迷失方向,在指南针出现之前,人们只能夜晚依靠北极星,白昼通过太阳确定方向,若天气变化,则无法辨别方向。有了指南针,人们就可以在海上远行,所以说指南针的发明使航海事业得到了发展。总结：1.古代的磁应用——指南针:指南针是我国古代四大发明之一，古人将天然磁石磨制成指示方向的器具，称为“司南”。2.磁在现代科学技术中有广泛的应用。如高速磁浮列车，车速可达600km/h；核磁共振成像技术是磁在医学诊断方面的重要应用。其他如发电机、电动机、电磁起重机、微波炉中的磁控管等都要用到各种各样的磁性材料。典题剖析例1下列关于磁场的说法中，正确的是()A．只有磁铁周围才存在磁场B．磁场是为了解释磁极间的相互作用而人为规定的C．磁场只有在磁极与磁极、磁极和通电导线发生作用时才产生D．磁极与磁极之间、磁极与通电导线之间、通电导线与通电导线之间都是通过磁场发生相互作用的解析：磁铁和电流周围都有磁场，A错误；磁场是一种客观存在的物质，B、C错误；磁极与磁极之间、磁极与通电导线之间、通电导线与通电导线之间都是通过磁场发生相互作用的，D正确．故选D.例2（多选）下列关于磁感应强度的方向的说法中，正确的是()A.某处磁感应强度的方向就是一小段通电导体放在该处时所受磁场力的方向B.小磁针N极所受磁场力的方向就是该处磁感应强度的方向C.垂直于磁场放置的通电导线的受力方向就是磁感应强度的方向D.磁场中某点的磁感应强度的方向就是该点的磁场方向答案：BD解析：磁场中某点磁感应强度的方向表示该点的磁场的方向,磁场方向也就是小磁针N极受力的方向．但电流受力的方向不能代表磁感应强度和磁场的方向．故选B、D。例3（多选）有两根长直导线a、b互相平行放置，如图所示为垂直于导线的截面图．在图中所示的平面内，O点为两根导线连线的中点，M、N为两根导线附近的两点，它们在两导线连线的中垂线上，且与O点的距离相等．若两导线中通有大小相等、方向相同的恒定电流I，则关于线段MN上各点的磁感应强度的说法中正确的是()A.M点和N点的磁感应强度大小相等，方向相同B.M点和N点的磁感应强度大小相等，方向相反C.在线段MN上各点的磁感应强度都不可能为零D.在线段MN上只有一点的磁感应强度为零答案：BD解析：根据安培右手螺旋定则，两根导线分别在M点和N点产生的磁感应强度大小相等，方向相反，所以M点、N点的磁感应强度的矢量和B与B′大小相等，方向相反，选项B正确；线段MN中点O的磁感应强度为零，选项D正确。例4如图所示所在通电螺丝管内部中间的小磁针，静止时N极指向右端，试判断电源的正负极。解析：小磁针N极指向右端，说明通电螺线管轴线上