高中物理人教版 (2019)必修 第三册2 磁感应强度 磁通量教学设计

磁感应强度 磁通量

【教学目标】

1．掌握磁感应强度的定义和磁通量的定义。

2．掌握利用磁感应强度的定义式进行计算。

3．掌握在匀强电场中通过面积S的磁通量的计算。

【教学重点】

1．磁感应强度和磁通量的概念。

2．磁感应强度的定义是有条件的，它必须是当通电直导线L与磁场方向垂直。

【教学难点】

磁通量概念的建立。

【教学过程】

一、新课导入

【实验1】讲台上有4块大小形状不一的磁铁，请两位挑战者各挑选其中一块磁铁吸起讲台上的钩码，吸起钩码的数量最多即挑战成功。

总结：通过比较，大家一起总结，不同磁铁的磁性强弱不同。

我们这节课的任务就是寻找描述磁场强弱和方向的物理量。

提问：应该用哪个物理量来描述磁场的强弱和方向？

二、新课教学

（一）磁感应强度

1．探究1：磁场强弱和方向的研究方法

提问：如何研究磁场的强弱和方向？请同学们回忆，之前在学习电场的时候，是用哪个物理量来描述电场的强弱和方向的？

引导：那么我们用相似的方法来寻找描述磁场强弱和方向的物理量，同学们试着猜一下？

2．探究2：磁感应强度方向

提问：在电场中我们用试探电荷在电场中某位置的受力方向来判断该位置电场方向。那么磁场对什么物体会产生力的作用？

该如何确定某点磁场方向呢？

【实验2】探究磁感应强度方向

在投影仪中放入一个磁铁，在磁铁周围就存在磁场，把小磁铁放进去，看看观察小磁针N极S极所指的方向，移动小磁针到其他位置，观察小磁针指向有没有发生变化？

总结：在物理学中，把小磁针静止时北极受力的方向或北极所指的方向规定为该点磁感应强度的方向，简称磁场方向。

探究3：磁感应强度大小

提问：怎样定义磁感应强度的大小呢？我们是否可以依旧采用小磁针？

教师总结：不能。因为N极不能单独存在。小磁针静止时所受的合力为零，因而不能用测量N极受力的大小来确定磁感应强度的大小。

并且磁场不仅能对磁体有作用力，还对通电导体有作用力！

选择模型：在磁场中垂直放置一段很短的通电导线

在物理学中，我们把很短的一段通电导线中电流大小I和导线长度L的乘积称为电流元

思考：为什么选择很短的？为什么要在磁场垂直放置（设问但不马上回答）？

学生分组讨论：

思考：通电导线在磁场中的受力与那些因素有关？

学生回答：磁场强弱、电流大小、导线长短、导线与磁场的摆放角度。

学生分组讨论：设计实验验证通电导线受力与这些物理量之间的关系，大胆猜想，发散思维。

启发学生：当一个物理量与多个物理量都有关系时，采用控制变量法去逐一分析。

【实验3】探究通电导线在匀强磁场中的受力与摆放角度的关系

在匀强磁场中，保持导体棒长度不变，通过的电流大小不变，将导体棒与磁场方向垂直放置，通电，观察导体棒是否滚动，断开开关，将导体棒平行于磁场方向放置，通电，观察导体棒是否滚动，断开开关，实验结束。

总结：导体棒垂直于磁场方向时，受到磁场的作用力最大，导体棒平行于磁场方向时，受到磁场的作用力最小，为零。其他角度受到的磁场作用力介于两者之间。所以在接下来的探究实验中，我们保持通电导线垂直于磁场方向，改变其他物理量，使得磁场的作用力效果明显（同时解释了之前讲到电流元那里的设为“为什么要在磁场中垂直放置通电导线？”）。

【实验4】探究影响通电导线受力的因素（定性）

学生分组进行实验

（1）保持导线有效长度不变，改变电流的大小。调节滑动变阻器，观察现象。

总结：当磁场和导线长度L不变的情况下，电流I越大，偏角越大，F越大。

（2）保持电流不变，改变导线在磁场中的有效长度，观察现象。

总结：当磁场和电流大小I不变的情况下，导线长度L越长，偏角越大，F越大。

【实验5】探究影响通电导线受力的因素（定量）

教师进行演示实验

（1）保持导线有效长度不变，改变电流的大小。调节滑动变阻器，观察现象。

；；

结论：

（2）保持电流不变，改变导线在磁场中的有效长度，观察现象。

；；

结论：

实验研究说明：

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，又与导线中的电流I成正比，又与I和L的乘积IL成正比，即：，即：。

说明：

（1）k为比例系数，与I和L无关

（2）磁场中同一点，k值相同；磁场中不同点，k值一般不同。

思考：比值有何物理意义？

3．定义磁感应强度

（1）定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的磁场力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值叫做通电导线所在处的磁感应强度，用字母B表示。

（2）定义式：（比值法）

（3）单位：特斯拉，简称特，符号T；1T=1N/（A·m）

强调：磁感应强度是矢量，方向与该点磁场方向相同。

特别提醒：磁感应强度与电流元受力情况无关，与其放置方向无关，与电流元大小无关，仅由磁场本身性质决定。

例1：磁场中放一根与磁场方向垂直的通电导线，导线长??=1cm，电流强度??=2.5A，若它所受的磁场力??=0.05N

（1）求这个位置的磁感应强度??多大？

（2）若导线中电流强度变为5A，这个位置的磁感应强度B多大？该通电导线受到的磁场力多大？

一些磁场的磁感应强度

【练习1】下列说法中正确的是（    ）

A．磁场中某一点的磁感应强度可以这样测定：把一小段通电导线放在该点时受到的磁场力F与该导线的长度L、通过的电流I乘积的比值，即B＝

B．通电导线在某点不受磁场力的作用，则该点的磁感应强度一定为零

C．磁感应强度B＝ 只是定义式，它的大小取决于场源以及在磁场中的位置，与F、I、L以及通电导线在磁场中的方向无关

D．通电导线所受磁场力的方向就是磁场的方向

【练习2】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

【练习3】下列关于磁感应强度的方向和电场强度的方向的说法，正确的是（    ）

A．电场强度的方向与电荷所受的电场力的方向相同

B．电场强度的方向与正电荷所受的电场力的方向相同

C．磁感应强度的方向与小磁针N极所受磁场力的方向相同

D．磁感应强度的方向与小磁针静止后，N极所指的方向相同

【练习4】关于磁场力、磁感应强度的下列说法，正确的是（    ）

A．通电导体不受磁场力作用的地方一定没有磁场

B．将I、L相同的通电导体放在同一匀强磁场的不同位置，受磁场力一定相同

C．通电导线所受磁场力的方向就是磁感应强度的方向

D．以上说法都不正确

（二）匀强磁场

1．定义：如果磁场的某一区域里，磁感应强度的大小和方向处处相同，这个区域的磁场叫匀强磁场。

2．产生方法

（1）距离很近的两个异名磁极之间的磁场（除边缘部分外）

（2）通电螺线管内部的磁场（除边缘部分外）

（3）相隔一定距离的两个平行放置的线圈通电时，其中间区域的磁场。

【练习5】关于匀强磁场，下列说法中正确的是（    ）

A．在某一磁场中，若有无数处磁感应强度相同，这个区域里的磁场就是匀强磁场

B．只要磁感线是直线，该处的磁场一定是匀强磁场

C．匀强磁场中的磁感线，必定是相互平行且间距相等的直线

D．距离很近的两个异名磁极之间及通电螺线管内部靠近中间部分的磁场，都可视为匀强磁场

（三）磁通量

教师：匀强磁场磁感线的疏密程度是一样的，说明磁场磁感线的疏密程度可以反应磁感应强度的大小。那么我们用什么去定义磁感线的疏密程度呢？

引导学生自己定义线的疏密程度，继而转移到磁感线的疏密程度。

1．定义：设在磁感应强度为??的匀强磁场中，有一个与磁场方向垂直的平面，面积为??，我们把??与??的乘积叫做穿过这个面积的磁通量，简称磁通，用字母??表示。

2．公式：??＝????

3．适用条件：

（1）匀强磁场；

（2）磁感线与平面垂直。

4．有效面积

在匀强磁场??中，若磁感线与平面不垂直，公式??＝????中的??应为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积。

??＝????????????，式中??????????即面积??在垂直于磁感线方向的投影，我们称为“有效面积”。

磁通量也可理解为穿过某面积的磁感线的条数，当有方向相反的两簇条数相同的磁感线穿过某面积时，该面积上的磁通量为零。

5．单位：韦伯（Wb）1Wb=1Tm2

6．物理意义：磁通量表示穿过这个面的磁感线条数。对于同一个平面，当它跟磁场方向垂直时，磁通量最大。当它跟磁场方向平行时，没有磁感线穿过它，则磁通量为零。

教师演示几种情况

??最大               ??较小               ??=0

【练习5】如图所示，框架面积为S，框架平面与磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直，则穿过平面的磁通量为________。若使框架绕OO′转过60°角，则穿过框架平面的磁通量为________；若从初始位置转过90°角，则穿过框架平面的磁通量为________；若从初始位置转过180°角，则穿过框架平面的磁通量变化量大小为________。

教师和学生一起总结磁感应强度与电场强度的比较