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2019-2020年高中物理人教版選修3-1 第三章第三節(jié) 幾種常見的磁場 教案1 三維目標(biāo) 知識與技能 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磁感線分布情況； 3．利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，并能解釋有關(guān)現(xiàn)象。理解磁現(xiàn)象的電本質(zhì)； 5．理解勻強(qiáng)磁場的概念，明確兩種情形的勻強(qiáng)磁場； 6．知道磁通量的定義，知道Φ＝BS的適用條件，利用公式進(jìn)行有關(guān)計算。 過程與方法 1．通過模擬實驗體會磁感線的形狀，培養(yǎng)學(xué)生的的實驗觀察、分析的能力和空間想象能力； 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．通過引入磁通量概念，使學(xué)生體會描述磁場規(guī)律的另一重要方法。 情感、態(tài)度與價值觀 1．通過討論與交流，培養(yǎng)對物理探索的情感； 2．領(lǐng)悟物理探索的基本思路，培養(yǎng)科學(xué)的價值觀。 教學(xué)重點 1．利用安培定則判斷磁感線方向，理解安培分子電流假說； 2．理解磁通量的概念并能進(jìn)行有關(guān)計算。 教學(xué)難點 安培定則的靈活應(yīng)用及磁通量的計算。 教學(xué)方法 類比法、實驗法、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、學(xué)生電源。 教學(xué)過程 ［新課導(dǎo)入］ 電場可以用電場線形象地描述，磁場可以用什么來描述呢？ 磁場也可以用磁感線形象地描述。 那么什么是磁感線？又有哪些特點呢？這節(jié)課我們就來學(xué)習(xí)有關(guān)磁感線的知識。 ［新課教學(xué)］ 一、磁感線 在研究磁場時，我們引進(jìn)磁感線來反映磁場的方向性，磁感線是一些有方向的曲線，在這些曲線上，每一點的切線方向都跟該點的磁場方向相同（即為小磁針靜止時北極的指向）。利用磁感線，我們就可以比較直觀地描述磁場的方向性． 1．磁感線 A C B 在磁場中畫出一些曲線，使些曲線上每一點的切線方向都跟這點的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向一致，這樣的曲線就叫做磁感線。 利用磁感線可以形象地描述磁場。 2．磁感線的實驗?zāi)M 演示：在磁鐵的不同位置放上小磁針。 現(xiàn)象：靜止時小磁針的N極指向各不相同。能顯示出磁感線的形狀。 演示：實驗中常用鐵屑來模擬磁感線的形狀。在磁場中放一塊玻璃板，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”，輕敲玻璃板使鐵屑胡規(guī)則地排列起來，就模擬出磁感線的形狀。如圖所示。在兩極附近磁場較強(qiáng)，磁感線較密。 現(xiàn)象：鐵屑靜止時有規(guī)則地排列起來，顯示出磁感線的形狀。 二、幾種常見的磁場 1．幾種常見的磁場 （1）條形磁鐵的磁場 （2）蹄形磁鐵的磁場 問題：磁鐵周圍的磁感線方向如何？ 結(jié)論：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。 （3）直線電流的磁場 問題：通電直導(dǎo)線周圍的磁感線如何分布？ 結(jié)論：直線電流磁場的磁感線是一些以導(dǎo)線上各點為圓心的同心圓，這些同心圓都在跟導(dǎo)線垂直的平面上。 把小磁針放到通電直導(dǎo)線附近，根據(jù)磁針的指向，可以研究它周圍磁場的分布。直線電流的磁場方向可以用安培定則方便地表示。 問題：直線電流周圍的磁感線分布和什么因素有關(guān)系？ 結(jié)論：改變電流的方向，各點的磁場方向都變成相反的方向，即磁感線的方向隨著改變。直線電流周圍的磁感線方向和電流方向有關(guān)系。 問題：直線電流的方向跟磁感線方向之間的關(guān)系如何判斷呢？ 結(jié)論：直線電流的方向和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：右手握住導(dǎo)線，讓伸直的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環(huán)繞的方向。 對直線電流周圍的磁感線，應(yīng)能畫出不同側(cè)面、不同角度磁感線圖。 （4）環(huán)形電流的磁場 問題：環(huán)形電流周圍的磁感線如何分布？ 結(jié)論：環(huán)形電流磁場的磁感線是一些圍繞環(huán)形導(dǎo)線的閉合曲線。在環(huán)形導(dǎo)線的中心軸線上，磁感線和環(huán)形導(dǎo)線的平面垂直。 問題：環(huán)形電流的方向跟磁感線方向之間的關(guān)系如何判斷呢？ 結(jié)論：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)系也可以用安培定則來判定：讓右手彎曲的四指與環(huán)形電流的方向一致，伸直的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。 （5）通電螺線管磁場的磁感線 問題：通電螺線管外部的磁場和什么相似？ 結(jié)論：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？ 結(jié)論：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。通電螺線管內(nèi)部的磁場比兩極處的磁場更強(qiáng)。 問題：通電螺線管的磁感線方向和什么因素有關(guān)系？ 結(jié)論：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？ 結(jié)論：通電螺線管的電流方向和它的磁感線方向之間的關(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。也就是說，大拇指指向通電螺線管的北極。 與天然磁體的磁場相比，電流磁場的強(qiáng)弱容易控制，因而在實際中有很多重要的應(yīng)用。電磁起重機(jī)、電話、電動機(jī)、發(fā)電機(jī)，以及在自動控制中普通應(yīng)用的電磁繼電器，都離不開電流的磁場。 2．磁感線的特點 （1）磁感線上任意一點的切線方向表示該位置的磁場方向，亦即小磁針在該位置時N極的受力方向，或小磁針在該位置靜止時N極的指向； （2）磁感線的疏密程度表示磁場的強(qiáng)弱。磁感線密集處磁場強(qiáng)，稀疏處磁場弱。 （3）磁感線為閉合曲線，無起點和終點。在磁體的外部磁感線由N極發(fā)出，回到S極。在磁體的內(nèi)部磁感線則由S極指向N極。 （4）在穩(wěn)定的磁場中，某一點只有惟一確定的磁場方向，所以兩條磁感線不能相交。 （5）磁感線也不相切。若磁感線相切，則切點處的磁場將趨近于無窮大，這是不可能的。 三、安培分子電流假說 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，法國學(xué)者安培由此受到啟發(fā)，提出了著名的分子電流假說。 1．分子電流假說的內(nèi)容 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。分子電流使每個物質(zhì)微粒都成為微小的磁體，它的兩側(cè)相當(dāng)于兩個磁極，這就是分子電流假說。 2．用安培假說解釋磁現(xiàn)象 閱讀課文，回答以下問題。 （1）一根鐵棒在未被磁化時為什么對外界不顯磁性？ 鐵棒未被磁化時，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，對外界不顯磁性。 （2）什么是磁化？如何去理解磁化和磁極？ 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，某些物質(zhì)內(nèi)部各分子電流的取向會變得大致相同，這個過程就是磁化，這些物質(zhì)被磁化后，各分子電流的磁場互相疊加，對外界顯示出較強(qiáng)的磁作用，在兩端形成磁極。 （3）永磁體為什么具有磁性？ 永磁體之所以具有磁性，是因為它內(nèi)部的環(huán)形分子電流本來就排列整齊。 （4）永磁體如何失去磁性？ 永磁體受到高溫或猛烈的敲擊會失去磁性，這是因為在激烈的熱運(yùn)動或機(jī)械振動的影響下，分子電流的取向又變得雜亂無章了。 （5）為什么無論把磁棒折成多小的一段，它總有兩個磁極？ 每個環(huán)形分子電流的兩個側(cè)面必定同時出現(xiàn)，一面相當(dāng)于N極，另一面相當(dāng)于S極。 3．磁現(xiàn)象的電本質(zhì) （1）羅蘭實驗 1876年，羅蘭把大量的電荷加在一個橡膠圓盤上，然后使盤繞中心軸高速轉(zhuǎn)動，在盤的附近用小磁針來檢驗磁場的存在，如圖所示。 結(jié)果他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)帶電盤轉(zhuǎn)動時，小磁針果然發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，而且改變盤的轉(zhuǎn)動方向或改變所帶電荷的正負(fù)時，小磁針的偏轉(zhuǎn)方向也改變，磁針的偏轉(zhuǎn)方向跟運(yùn)動電荷所形成的電流方向間的關(guān)系同樣符合安培定則。 （2）磁現(xiàn)象的電本質(zhì) 電流產(chǎn)生磁場，其磁場是運(yùn)動電荷產(chǎn)生的。磁體中的分子電流是由原子內(nèi)部電子的運(yùn)動形成的。安培分子電流假說揭示了磁現(xiàn)象的電本質(zhì)。 磁鐵的磁場和電流的磁場一樣，都是由電荷的運(yùn)動產(chǎn)生的。 運(yùn)動的電荷（電流）產(chǎn)生磁場，磁場對運(yùn)動的電荷（電流）有磁場力的作用，所有的磁現(xiàn)象都可以歸結(jié)為運(yùn)動電荷（電流）通過磁場而發(fā)生的相互作用。 四、勻強(qiáng)磁場 什么是勻強(qiáng)電場？勻強(qiáng)電場的產(chǎn)生條件是什么？勻強(qiáng)電場的電場線有何特點？ 在電場的某一區(qū)域，如果場強(qiáng)的大小和方向都相同，這個區(qū)域的電場叫做勻強(qiáng)電場；兩塊靠近的平行金屬板，大小相等，互相正對，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；勻強(qiáng)電場的電場線是距離相等的平行直線。 1．勻強(qiáng)磁場 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，這個區(qū)域的磁場叫勻強(qiáng)磁場。 2．產(chǎn)生方法 距離很近的兩個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）可認(rèn)為是勻強(qiáng)磁場。 3．磁感線的特點 勻強(qiáng)磁場的磁感線是間距相等的平行直線。 五、磁通量 研究電磁現(xiàn)象時，有時需要研究穿過某一面積的磁場和它的變化。為此，物理學(xué)引入了一個新的物理量──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。 1．定義 在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，有一個與磁場方向垂直的平面，面積為S，則B與S的乘積叫做穿過這個面的磁通量。 2．公式 Ф＝BS 3．單位 在國際單位制中，磁通量的單位是韋伯，簡稱韋，符號是Wb。 1Wb＝1T1m2＝1Vs 4．物理意義 磁通量表示穿過這個面積的磁感線條數(shù)。 對于同一個平面，當(dāng)它跟磁場方向垂直時，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，沒有磁感線穿過它，則磁通量為零。 注意：當(dāng)平面跟磁場方向不垂直時，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 Ф＝BSsinθ＝BS⊥（θ為平面與磁場方向之間的夾角）。 5．磁通密度 將磁通量的定義式Ф＝BS變形得：B＝，這個比值反映了什么意義？單位是什么？ 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 【問題思考】 磁通量是標(biāo)量，但具有雙向性，是雙向標(biāo)量。在規(guī)定正方向后有正、負(fù)之分。 【做一做】 ［小結(jié)］ 本節(jié)課學(xué)習(xí)了以下主要內(nèi)容： 1．引入磁感線形象直觀地描述磁場的強(qiáng)弱和方向的分布情況； 2．了解了常見磁場及其磁感線的分布情況，掌握了電流方向與磁場方向關(guān)系的左右螺定則； 3．學(xué)習(xí)了安培的分子電流假說，掌握了磁現(xiàn)象的電本質(zhì)； 4．學(xué)習(xí)了勻強(qiáng)磁場的概念、產(chǎn)生及其磁感線分布的特點； 5．學(xué)習(xí)了磁通量的概念、公式，為學(xué)習(xí)電磁感應(yīng)做準(zhǔn)備。 ［布置作業(yè)］ 閱讀科學(xué)漫步《有趣的右螺旋》； 教材第90－91頁“問題與練習(xí)”。