物理必修 第三册第十三章 电磁感应与电磁波初步2 磁感应强度 磁通量教案

这是一份物理必修 第三册第十三章 电磁感应与电磁波初步2 磁感应强度 磁通量教案，共12页。教案主要包含了教学目标，核心素养，磁通量等内容，欢迎下载使用。


课题
磁感应强度 磁通量
单元
13
学科
物理
年级
高二
教材
分析
本节课所采用的教材是人教版高中物理必修3第13章第2节的内容，磁感应强度是电磁学的基本概念之一，是本章的重点。同时，磁场对磁极和电流的作用力(本质上是磁场对运动电荷的作用力)远比电场对电荷的作用力复杂，如何寻找描述磁场强弱和方向的物理量也是本章教学的一个难点。教科书用小磁针N极受力方向定义磁感应强度的方向，用电流元受磁场力与电流元之比定义磁感应强度，是符合中学生认知水平的。可以通过演示实验和与电场强度的定义类比来突破难点，形成磁感应强度的概念。磁通量的概念是学习电磁感应的基础，但在这里学习学生难以理解其物理意义，是教学的难点。
教学目标与核心素养
一、教学目标
1.理解磁感应强度B的定义，了解比值定义法。
2.知道磁感应强度是矢量，知道它的大小及其方向的确定方法。
3.会用公式F=BIL计算。
4. 会计算磁通量及磁通量的变化量。
二、核心素养
物理观念：培养学生形成相互作用观念。
科学思维：通过实验探究磁场的规律，激发学习兴趣，增强求知的欲望，培养逻辑思维能力及表述能力。
科学探究：让学生利用控制变量法定性分析磁场力与电流大小、放入磁场中的导线的长度、磁场强度的关系。
科学态度与责任：相信客观存在与客观规律，经历合作探究过程，领略科学探究中的思想; 使学生学会由个别事物的个性来认识一般事物的共性的科学方法。
重点
磁感应强度的物理意义
难点
寻找描述磁场强弱和方向的物理量和磁通量的概念。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
在研究电场时，我们通过分析检验电荷在电场中的受力情况引入了电场强度这个物理量，用它来描述电场的强弱和方向。
磁场也有强弱之分，巨大的电磁铁能吸起成吨的钢铁，小磁体却只能吸起几枚铁钉。
出示图片:电磁铁吸起成吨的钢铁和小磁体吸起几枚铁钉
那么我们怎样定量地描述磁场的强弱呢？
观察图片体会磁场的强弱

引导学生发现磁场是有强弱的。
讲授新课
一、磁感应强度
1.磁感应强度的方向
小磁针N极(北极)的受力方向或小磁针静止时N极的指向，规定为该点的磁场方向，即磁感应强度的方向。
思考1：磁感应强度的大小能否从小磁针受力的情况来研究?
参考答案：不能，因为N极不能单独存在，因而不可能测量N极受力的大小，也就不可能确定磁感应强度的大小了。
思考2：磁场不仅能对磁体有作用力，还对通电导体有作用力。能否用很小一段通电导体来检验磁场的强弱?
参考答案：能用很小一段通电导体来检验磁场的强弱，这样既可以知道导线中电流的大小，又能测量导线的长度，从而可以进行定量的研究。
2.电流元
在物理学中，把很短一段通电导线中的电流 I 与导线长度 L 的乘积 IL 叫作电流元。
①理想模型：很短一段通电导线中的电流。
②不存在孤立的电流元
要使导线中有电流，就要把它接到电源上，所以孤立的电流元是不存在的。
③可以用较长的通电导线来检验匀强磁场
如果要研究的那部分磁场的强弱、方向都是一样的，我们也可以用比较长的通电导线进行实验，从结果中推知电流元的受力情况。
演示：探究影响通电导线受力的因素
实验器材
蹄形磁体、学生电源、导体棒、细线、导线、支架。
实验方法:控制变量法
实验步骤
1.将一根直导线水平悬挂在磁体的两极间，导线的方向与磁场的方向（由下向上）垂直。
2.保持通电导线的长度不变，探究磁场力与电流的关系。
（1）学生电源与1.4相连，改变电路中电流。
（2）有电流通过时，导线将摆动一定角度，观察电流增大时，导线摆动的角度的大小。
3. 保持磁场和导线中的电流不变，学生电源与2.3相连，导线摆动的角度的大小，探究磁场力与导线的长度的关系。
出示视频:探究影响通电导线受力的因素
现象：电流越大，导线的偏角_____。导线越长，导线的偏角_____。
答案:越大;越大
实验结论
电流越大，导线所受的磁场力 。导线越长，导线所受的磁场力——————。
答案:越大;越大
分析了很多实验事实后人们认识到，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，又与导线中的电流 I 成正比，即与 I 和 L的乘积 IL 成正比，用公式表示就是F ＝ ILB
3.磁感应强度
（1）定义：在导线与磁场垂直的情况下，所受的磁场力 F 跟电流 I 和导线长度 L 的乘积 IL 的比值叫磁感应强度。
（2）磁感应强度的大小 （ B、L两者垂直）
（3）单位：磁感应强度 B 的单位由 F、I 和 L 的单位决定。在国际单位制中，磁感应强度的单位是特斯拉，简称特，符号是 T，即
（4）对磁感应强度的理解
①B、L两者垂直，B为匀强磁场的磁感应强度；此时通电导线受到磁场力为最大；
②当B、L平行时导线受磁场作用力为零。
③当B、L成任意角时，力F在最大值与0之间。
④磁感应强度的定义式也适用于非匀强磁场，这时L应很短，IL称为“电流元”，相当于静电场中的“试探电荷”。
（5）磁感应强度的矢量性
磁感应强度的方向与该点磁场方向相同，即为该点小磁针N极受力方向或该点静止小磁针N极所指的向，不是该点电流元的受力方向。
注意：磁感应强度B是由磁场本身（场源和该点在场中的位置）决定，B与IL、F、磁针无关，不能认为B与F成正比而与IL成反比。
一些磁场的磁感应强度
人体器官内的磁场 10-13～10-9
地磁场在地面附近的平均值 5×10-5
我国研制的作为α磁谱仪核心部件的大型永磁体中心的磁场 0.1346
电动机或变压器铁芯中的磁场 0.8 ～1.7
电视机偏转线圈内的磁场 约0.1
实验室使用的最强磁场 瞬时103恒定37
中子星表面的磁场 106～108
原子核表面的磁场 约1012
二、匀强磁场
1.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。匀强磁场的磁感线用一些间隔相等的平行直线表示。
2.常见的匀强磁场
两个平行放置的异名永
磁体磁极间的匀强磁场
（1）距离很近的两个平行异名磁极之间的磁场，除边缘部分外，可以认为是匀强磁场。
（2）通电螺线管内部的磁场
（3）两个平行放置的通电线圈之间的匀强磁场
两个平行放置较近的线圈通电时，其中间区域的磁场近似为匀强磁场。这种装置在电子仪器中常常用到。
出示图片:通电螺线管内部的磁场和两个平行放置的通电线圈之间的匀强磁场
三、磁通量
1. 磁感线的疏密程度表示了磁场的强弱。
思考讨论：在图中，S1 和S2 两处磁感线的疏密不同，这种不同是如何体现的呢？
如果在 S1和 S2处，在垂直于纸面方向取同样的面积，穿过相同面积磁感线条数多的就密，磁感应强度就大
2.磁通量
在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，有一个与磁场方向垂直的平面，面积为 S，我们把 B 与 S 的乘积叫作穿过这个面积的磁通量，简称磁通。
用字母 Φ 表示磁通量，则Φ ＝ BSΦ ＝ BS
2. 公式：在匀强磁场中，公式为Φ=BS⊥
如图磁通量:Φ=BS⊥=B S′
即：垂直于磁感应强度 B的方向的投影面积 S′与 B 的乘积表示磁通量。
说明：S⊥表示某一面积在垂直于磁场方向上的投影面积。
当磁场B⊥S垂直，磁通量最大Φ=BS；当B与S不垂直，Φ当B∥S时，磁通量最小Φ=0
3.磁通量Φ是标量，但有正负
若取某方向穿入平面的磁通量为正，则反方向穿入该平面的磁通量为负。
过一个平面若有方向相反的两个磁通量，这时的合磁通为相反方向磁通量的代数和(即相反方向磁通抵消以后剩余的磁通量才是合磁通)
4.在国际单位制中，磁通量的单位是韦伯（weber），简称韦，符号是 Wb。1Wb ＝1T·m 2
5.从 Φ ＝ BS 可以得出:B ＝Φ/S
表示磁感应强度的大小等于穿过垂直磁场方向的单位面积的磁通量。
6. 磁通量的变化
ΔΦ＝Φ2－Φ1
磁通量的变化一般有三种形式： (1)B不变，S变化；
(2)B变化，S不变； (3)B和S同时变化。
思考与讨论：磁通量在今后的学习中有着重要应用。在图中，如果 S2 的面积增大，使穿过 S1 的磁感线都穿过 S2 ，试着在图中画出来，穿过它们的磁通量有什么关系？
磁通量的另一个形象定义就是穿过某一面积的磁感线的条数。
由于穿过它们的磁感线的条数相等，所以穿过它们的磁通量相等。
STSE 指南针与郑和下西洋
出示图片:地理两极与地磁两极不重合
磁针能够指向南北，是因为地磁场的存在。地球的地理两极与地磁两极并不重合。磁针并非准确地指南或指北，其间有一个交角，这就是地磁偏角。地磁偏角的数值在地球上的不同地点是不同的。
我国是最早在航海中使用指南针的国家。郑和下西洋的船队已经装备了罗盘，导航时兼用罗盘和观星，二者互相补充、互相修正。他的航海图叫作“针图”，图中的航线叫作“针路”。从 1405 年到 1433 年，郑和先后 7 次下西洋郑和下西洋，郑和的航海活动不但是中国海上探险事业的巨大成就，也是世界地理发展史上的光辉记录。
课堂练习
1.下列关于磁感应强度方向的说法中正确的是（ ）
A．磁场中某点的磁感应强度的方向规定为小磁针静止时北极所指的方向
B．磁场中某点的磁感应强度的方向与小磁针S极在此处的受力方向一致
C．磁场中某点的磁感应强度的方向由试探电流元在此处的受力方向决定
D．如果把磁场中的通电导线撤去，磁场中磁感应强度为零
答案:A
2.我国拥有世界上最大的单口径射电望远镜，被称为“天眼”，如图所示。“天眼”“眼眶”所围圆面积为S，其所在处地磁场的磁感应强度大小为B，与“眼眶”平面平行、垂直的分量分别为Bl、B2，则穿过“眼眶”的磁通量大小为（ ）
A．0
B．BS
C．B1S
D．B2S
答案:D
3.如图所示的磁场中竖直放置两个面积相同的闭合线圈S1、S2由图可知穿过线圈S1、S2的磁通量大小关系正确的是（ ）
A．穿过线圈S1的磁通量比较大
B．穿过线圈S2的磁通量比较大
C．穿过线圈S1、S2的磁通量一样大
D．不能比较
答案:A
4．面积是0.50m2的导线环，处于磁感应强度为2.0×10-2T的匀强磁场中，环面与磁场垂直。则穿过该导线环的磁通量等于（ ）
A．2.5×10-2 Wb
B．1.5×10-2Wb
C．1.0×10-2Wb
D．4.0×10-2Wb
答案:C
拓展提高
1.地球是一个巨大的磁体，其表面附近的磁感应强度约为3×10-5～5×10-5T，有些生物体内含有微量强磁性物质。研究表明：鸽子正是利用体内所含有的微量强磁性物质在地磁场中所受的作用来帮助辨别方向。如果在鸽子的身上绑一块磁体材料，且其附近的磁感应强度比地磁场更强，则（ ）
A．鸽子仍能辨别方向
B．鸽子更容易辨别方向
C．鸽子会迷失方向
D．不能确定鸽子是否会迷失方向
答案:C
2.下列说法正确的是（ ）
A．根据公式B=F/ 可得，磁场中某点的磁感应强度B跟F，I，L都有关
B．电流在磁场中某点不受磁场力作用，则该点的磁感应强度一定为零
C．由E=F/q 可知，电场中某点的场强与该点检验电荷所受的电场力成正比
D．由E=F/ q 可知，场中某点电荷所受的电场力大小与该点场强的大小成正比
答案:D
3. 关于电场强度和磁感应强度，下列说法中正确的是（ ）
A．由E=F/q 知，E与F成正比、与q成反比
B．电场中某点电场强度的方向与在该点带正电的检验电荷所受电场力的方向相同
C．由B=F /IL 知，B与F成正比、与I成反比
D．磁场中某点磁感应强度的方向与放入磁场中的通电直导线所受安培力的方向相同
答案:B
学生思考讨论1.2
确定定义磁场强弱的方法是比值定义法。
学生掌握实验步骤，观察实验现象，并总结实验结论
阅读课文掌握磁感应强度的定义、磁感应强度的大小
学生理解磁感应强度
观察图片：两个平行放置的异名永磁体磁极间的匀强磁场
学生思考讨论
记忆磁通量的概念
学生思考讨论
学生阅读课文
学生练习
明确磁感应强度的大小不能从小磁针受力来研究，用很小一段通电导体来检验磁场的强弱
建立电流元的感念。确定探究实验的基本雏形
定性得到通电导线受力大小与各因素关系。
锻炼学生的自主学习能力
加深学生对磁感应强度的理解
掌握常见的匀强磁场
理解穿过相同面积磁感线条数多的就密，磁感应强度就大
理解磁通量 B 与 S 的乘积叫作穿过这个面积的磁通量，s是与磁场方向垂直的平面
理解磁通量可形象定义穿过某一面积的磁感线的条数。
了解地理两极与地磁两极不重合和郑和下西洋
巩固本节的知识
课堂小结
1.小磁针N极(北极)的受力方向或小磁针静止时N极的指向磁感应强度的方向。
2.电流元是理想模型：很短一段通电导线中的电流。
3.磁感应强度的大小： （ B、L两者垂直）。
4.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。
5.在匀强磁场中，磁通量：Φ=BS⊥（S与磁场方向垂直的平面）。
梳理自己本节所学知识进行交流
根据学生表述，查漏补缺，并有针对性地进行讲解补充。
板书
一、磁感应强度
1.磁感应强度的方向
小磁针N极(北极)的受力方向或小磁针静止时N极的指向。
2.电流元
理想模型：很短一段通电导线中的电流
3. 磁感应强度
（1）定义：在导线与磁场垂直的情况下，所受的磁场力 F 跟电流 I 和导线长度 L 的乘积 IL 的比值叫磁感应强度。
（2）磁感应强度的大小：（ B、L两者垂直）。
（3）单位：特斯拉，简称特，符号是 T。
二、匀强磁场
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。
三、磁通量
在匀强磁场中，磁通量：Φ=BS⊥（S与磁场方向垂直的平面）。