物理选修31 磁现象和磁场教学设计

这是一份物理选修31 磁现象和磁场教学设计，共9页。

eq \(\s\up7(),\s\d5(全章教学设计))


全章教学内容分析


我们生活在磁的世界里，但是磁对我们来说，依然相当神秘。本章从磁现象和电流磁效应导入磁场，首先介绍了磁场的性质及描述，进而研究磁场对通电导线和运动电荷的作用力。最后介绍带电粒子在磁场中的运动。全章的知识结构始终遵循“从充满问题的现象入手，从实验中发现本质，从本质中体会应用”这一思路。


磁场对电流的作用——安培力在本章中起着承上启下的作用，它不仅是磁场性质的重要体现，而且是学习电流表工作原理和推导洛伦兹力公式的基础，还是电磁感应动态分析的重要组成部分。在洛伦兹力公式的处理上，教材从“磁场对电流有力的作用”和“电流是由电荷的定向移动形成的”这两个事实出发，提出磁场对运动电荷有作用力的设想，然后用实验来验证，在此基础上引入洛伦兹力概念，并借助电流的微观模型推导洛伦兹力。一般情况下，带电粒子在磁场中的运动比较复杂，它被广泛运用于探索物质的微观结构图相互作用并且在现代科技中有着广泛的应用。教材结合显像管、质谱仪、回旋加速器应用实例主要介绍了带电粒子垂直进入匀强磁场中的匀速圆周运动，旨在让学生掌握粒子运动与控制的研究方法。


课标要求


1．内容标准


(1)列举磁现象在生活和生产中的应用。了解我国古代在磁现象方面的研究成果及其对人类文明的影响。关注与磁相关的现代技术发展。


例1：观察计算机磁盘驱动器的结构，大致了解其工作原理。


(2)了解磁场，知道磁感应强度和磁通量。会用磁感线描述磁场。


例2：了解地磁场的分布、变化，及其对人类生活的影响。


(3)会判断通电直导线和通电线圈周围磁场的方向。


(4)通过实验认识安培力，会判断安培力的方向。会计算匀强磁场中安培力的大小。


例3：利用电流天平或其他简易装置，测量或比较磁场力。


例4：了解磁电式电表的结构和工作原理。


(5)通过实验认识洛伦兹力。会判断洛伦兹力的方向，会计算洛伦兹力的大小。了解电子束的磁偏转原理及其在科学技术中的应用。


例5：观察阴极射线在磁场中的偏转。


例6：了解质谱仪和回旋加速器的工作原理。


(6)认识电磁现象的研究在社会发展中的作用。


2．活动建议


(1)用电磁继电器安装一个自动控制电路。


(2)观察电视显像管偏转线圈的结构，讨论控制电子束偏转的原理。


知识版块及知识结构


磁场的概念→磁场的描述→磁场对通电导线的作用力→磁场对运动电荷的作用力→带电粒子在匀强磁场中的运动





知识结构图








教学目标


1．知识与技能


(1)了解磁场，知道磁场的基本特性，知道磁感应强度和磁通量。


(2)知道磁感应强度、磁感线，会用磁感线描述磁场，会判断条形磁铁、蹄形磁铁、通电直导线、环形电流及通电螺线管周围的磁场分布。


(3)了解磁现象在生活、生产中的应用，能运用有关磁场的知识解释日常生活中的磁现象。


(4)通过实验认识安培力，会判断安培力的方向，会计算匀强磁场中的安培力大小。


(5)通过实验认识洛伦兹力，会判断洛伦兹力的方向，会计算洛伦兹力大小。


(6)了解电子束的偏转原理及其在科学技术中的应用。知道回旋加速器、质谱仪的工作原理和基本用途。


2．过程与方法


(1)通过对磁感线和磁场的学习，了解物理模型在物理学发展中的作用。


(2)通过“用细铁屑模拟磁体的磁场”“感受磁场的强弱”等实验，提高收集信息和处理信息，得出物理结论，分析和解决问题的能力。


(3)能在探究“磁场对电流的作用力”的过程中，掌握通过控制变量法进行实验探究的一般程序。


(4)运用“推理—假设—实验验证”的科学方法，归纳出带电粒子受磁场作用的规律和运动规律，认识科学的思维方法。


(5)通过做一些磁现象的探究小实验，培养自主探究的能力，通过了解磁场对粒子控制的实际应用了解现代粒子物理领域的发展现状。


3．情感态度与价值观


(1)领略磁现象的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲乐于探究磁现象的奥秘。


(2)了解我国古代在磁现象方面的研究成果及其对人类文明的影响，增强爱国主义情结。


(3)关注与磁相关的现代技术的发展与趋势，认识电磁现象的研究在社会发展中的作用，有将科学服务于人类的意识。


学情分析


学生在初中学习和日常生活中对于磁现象已经有了粗浅的认识，在静电场的学习中也建立了“场”的基本观念，对于场的性质的研究方法及描述方法也积累了一定的经验。这些因素都为利用类比展开教学提供了条件。洛伦兹力及其公式的处理方法，有利于培养学生的逻辑推理能力。本章知识对学生的空间智能要求较高，学生对磁场、电流和作用力的空间方向关系可能产生困惑，对有关地磁场分布的问题也可能区分不清，教学中可以借助电脑三维动画突破难点。


教学要求与建议


1．通过实验丰富学生的感性认识，形成基本的物理概念。本章以演示实验为主，可以增加学生的参与成分，课内实验与课外实验研究相结合。


2．注意逻辑推理与类比方法相结合，在建构知识体系的同时渗透科学方法教育。磁场的性质和描述、磁感线等内容注意与电场知识类比处理，从安培力到洛伦兹力的推导注重逻辑推理。


3．注重粒子运动与控制的实际应用。本章教材中涉及速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计、质谱仪、回旋加速器以及电视机显像管、云室、气泡室、霍尔元件等粒子运动控制仪器，加上前面接触过的示波器、直线加速器、静电复印机、密立根实验等，构成粒子运动与控制的应用体系，根据不同要求知道或理解这些仪器的基本原理，一方面巩固了电磁场的基本知识，同时也增加了对现代科学技术的了解。


4．注重教材内容的开放性，充分利用多媒体手段及教材内外的课程资源，为学生的自主学习和教学方式多样化创造条件。


5．注意化抽象为具体，帮助学生提高空间想象力，突破教学难点。


课时分配建议











1 磁现象和磁场


教学设计(一)


eq \(\s\up7(),\s\d5(整体设计))


教学分析


本节内容多为初中学过的知识，重点是电流的磁效应和磁场概念的形成，可以结合演示实验，对初中知识复习概括并从科学与人文两个角度提升认识，为后续学习打下基础。教材利用文本材料例如“指南针与郑和下西洋”说明我国古代在磁现象方面的研究成果及其对人类文明的影响；通过“地球磁场与古地质学”，使学生了解“地磁异常”的现象。应该注意的是，本节内容蕴含了丰富的人文内涵。


教学目标


1．了解磁现象。了解电流磁效应的发现过程，体会奥斯特发现的重要意义。


2．知道磁场的基本特性。了解地球的磁场。


3．了解我国古代在磁现象方面的研究成果及其对人类文明的影响。关注磁现象在生活和生产中的应用。


4．知道磁极和磁极之间、磁极和电流之间、电流和电流之间都是通过磁场发生相互作用的。


教学重点难点


重点：电流的磁效应和磁场概念的形成。


难点：磁场的物质性和基本性质。


突破：在复习初中知识的基础上，首先形成磁场的概念，以与电场类比的形式使学生形成磁场的概念并理解磁场的基本性质是对放入其中的磁极和电流有力的作用，以及它们之间的作用靠磁场传递的性质。


教学方法与手段


利用演示实验，使学生首先在感官上感知磁场的存在，磁场对磁极作用的存在，以及磁场对电流作用的存在。在复习初中知识的基础上，形成磁场的概念，引导学生理解磁场的物质性。引导学生阅读教材，掌握知识。


合作学习为主，利用类比法、实验法、比较法引导学生进行分类阅读、讨论。并引导学生观察了解磁现象在日常生活中的应用。


eq \(\s\up7(),\s\d5(课前准备))


教学媒体


条形磁铁、蹄形磁铁、铁架台、线圈、干电池、直导线、大磁针、小磁针若干、PPT多媒体课件、实物投影仪、视频片断等。


知识准备


磁极、磁极之间的相互作用等知识。


课时安排


1课时


eq \(\s\up7(),\s\d5(教学过程))


导入新课


[事件1]


教学任务：创设情景，导入新课


师生活动：


引导学生讨论和介绍生活中的有关磁现象


利用郑和下西洋的故事提问：同学们都知道郑和下西洋的故事，但是茫茫大海中郑和的船队是如何确定方向的呢？(学生回答：指南针)继续提问：指南针是根据什么制成的呢？


利用PPT文件展示问题。


[问题1]初中学过自然界的磁体共有几个磁极？[学生答]磁体有两个磁极：南极、北极。(S极、N极)


[问题2]磁极间相互作用的规律是什么？[学生答]同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。


[问题3]两个不直接接触的磁极之间是通过什么发生相互作用的？[学生答]磁场。


教师演示：


推进新课


[事件2]


教学任务：磁现象


师生活动：


介绍人类对磁现象的认识过程和我国古代对磁现象的研究、指南针的发明和作用来认识磁现象：


郑和下西洋是靠的指南针来确定方向，其实关于磁性的问题，我国在很早的时候就有了记载，早在春秋战国时代就有了关于磁石的记载和描述；到了东汉时代我国就有了“司南”的记载，这是公认的最早的磁性指南的工具。指南针是我国古代的四大发明之一。


问题1：天然磁石的主要成分是什么？永磁体吸引铁质物体的性质叫磁性。


问题2：什么是永磁体、磁性和磁极？磁体有几个磁极，如何规定的？磁性最强的区域就是磁极。


阅读教材得到：磁性、磁体、磁极等概念：(板书)


能吸引铁质物体的性质叫磁性。


具有磁性的物体叫磁体，包括天然磁石和人造磁铁。(永磁体)


磁体中磁性最强的区域叫磁极，且同名磁极相互排斥、异名磁极相互吸引。


交流讨论：


教师引导：在很久远的时候，我们的祖先就知道利用磁性了，而现在磁现象也是广泛应用于我的生活中，同学们想一想，在你的周围有哪些是关于磁的应用？


日常生活中，磁的应用会给我们带来方便。例如，在柜门上安装“门吸”能方便地把柜门关紧；把螺丝刀做成磁性刀头，可以像手一样抓住需要安装的铁螺钉，还能把掉在狭缝中的铁螺钉取出来。请你关注自己的生活，看看哪些地方应用磁性可以带来方便。请说出你的创意。


如果有铁质的物体(如小刀等)落入了深水中无法取回，则可以用一根足够长的细绳拴一磁体，放入水中将物体吸住，然后拉上来；如果有许多大头针(小铁屑等)撒落地上，可以用一块磁铁将它们迅速拾起来。


通过演示实验(磁极之间的相互作用、磁铁对铁钉的吸引)和生活生产中涉及的磁体(喇叭、磁盘、磁带、磁卡、门吸、电动机、电流表)来形象生动地认识磁现象。


教师要注意引导学生，并对学生的主张给予激励性的评价。


[事件3]


教学任务：电流的磁效应


师生活动：


学生自主参与：重现电流磁效应的发现过程


【当初的问题的提出】


自然界中的磁体总存在着两个磁极，而且磁极之间的作用是同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。这个性质跟我们学过的哪种情况相似？


【对比电现象】 自然界中存在着两种电荷，电荷之间的作用是同号电荷相互排斥，异号电荷相互吸引。


【人们感觉】 是不是电和磁之间存在着某种联系？


【搜寻证据】 1731年，一名英国商人发现：雷电过后，他的一箱刀叉竟具有了磁性；


1751年，富兰克林发现，莱顿瓶放电可以使缝衣针磁化。


【反对的理由】 磁极不可能像电荷那样单独存在；磁体不会对带电体产生直接的影响；等等。


【反对的代表】 库仑、托马斯·杨、安培等


【赞同的代表】 奥斯特


结论：电流的磁效应：电流可能产生磁场。


[事件4]


教学任务：奥斯特实验


师生活动：


【演示】


演示奥斯特实验：让学生直观认识电流的磁效应。为清楚，用视频演示。


观察与描述：


做实验时可以分为四种情形观察并记录现象：水平电流在小磁针的正上方时，让电流分别由南向北流和由北向南流；水平电流在小磁针的正下方时，让电流分别由南向北和由北向南流。在认识电流的磁效应的同时，为地磁场和通电直导线的磁场的教学埋下伏笔，留下问题让学生思考。


总结与归纳：电流能产生磁场！奥斯特发现电生磁！


讨论与交流：


[介绍奥斯特实验的过程，提示学生在学习和生活中要做有心人]


[在刚才的实验操作中有一处不是恰当的做法，你能找出来吗？(短路，对电池有害，因此时间应该短一点)]


重现电流的磁效应的发现过程，体现物理思想(电与磁有联系)和研究方法(奥斯特实验)，认识到奥斯特实验在电磁学中的重要意义(打开了电磁学的大门)，为后来法拉第的研究工作(电能生磁、磁也可以生电)奠定了基础。


[法拉第说：“他猛然打开了一个科学领域的大门，那里过去是一片漆黑，如今充满光明。”]


教师提出问题：


问题1：人们是通过哪些自然现象，开始形成了相互联系和相互转化的思想？


问题2：开始，奥斯特的实验研究均以“失败”告终，为什么？你从中有何启发？


问题3：奥斯特是如何发现电流磁效应的？以前的实验为什么会失败？谈谈你的想法。奥斯特发现电流磁效应的实验有何意义，竟使安培、法拉第对奥斯特有如此高的评价？


同学们阅读教材，讨论、交流、发表见解。


结论：电流的磁效应：电流通过导体时导体周围存在磁场的现象(奥斯特实验)。


[事件5]


教学任务：磁场及其物质性


师生活动：


磁体对磁体有力的作用，奥斯特实验说明了电流有磁效应，说明了电流对磁体有力的作用；那么磁体对电流有作用吗？电流与电流之间有相互作用吗？这些作用力都不需要直接接触，就能产生。那么，这些作用力是怎样产生的呢？是不是不需要任何媒介物就能产生？





(请同学们说明磁体对电流也有作用，学生可以根据牛顿第三定律从理论上得到，教师演示磁体对电流的作用、电流对电流的作用)


我们以前也知道了磁体之间也有相互作用；我们发现这些相互作用，都是可以不相互接触的，那么是通过什么使这些没有相互作用的磁极、电流之间发生相互作用的呢？


【演示】


磁场对电流的作用，电流与电流的作用


类比于库仑力和电场，形成磁场的概念。


磁场虽然看不见、摸不着，但是和电场一样都是客观存在的一种物质。


我们可以通过磁场对磁体或电流的作用而认识磁场。


磁场是存在于磁体或电流周围空间的一种特殊物质。磁体和电流的周围存在磁场，磁体间、电流和磁体间、电流和电流间的相互作用，都是通过磁场产生的。


那么，磁场的基本性质是什么呢？与电场的基本性质是否相似？


磁场的基本性质是对放入其中的磁体或电流产生力的作用。与电场的基本性质是相似的。(电场的基本性质是对放入其中的电荷产生力的作用)电荷之间存在相互作用的力，它不是电荷之间直接发生的，而是通过电场发生的(这一结论是从电荷间相互作用的现象结合“力是物体间的相互作用”推理得出的)。通过类比，可以推断出“磁极间的相互作用也是通过磁场而发生的”，磁场也具有物质性。





结论1：磁场的概念：


磁体或电流周围存在的一种传递它们之间相互作用的特殊物质(看不见、摸不着，是物质存在的一种特殊形式)。


结论2：磁场的基本性质：


对处于其中的磁极和电流有力的作用。


结论3：磁场是媒介物：


磁极间、电流间、磁极与电流间的相互作用是通过磁场发生的。


[事件6]


教学任务：磁的应用的分类：


讨论与交流：


(1)利用磁体对铁、钴、镍的吸引力，如门吸、带磁性的螺丝刀、皮带扣、女式的手提包扣、手机皮套扣等等。


(2)利用磁体对通电导线的作用力。如喇叭、耳机、电话、电动机等等。


(3)利用磁化现象记录信息，如磁带、磁卡、磁盘等等。


[事件7]


教学任务：地球的磁场


师生活动：


引导学生介绍磁性的地球


地理的南北极和地磁的南北极的区别，磁偏角，介绍沈括对磁偏角的研究。


用一个条形磁铁来模拟地磁场，说明小磁针静止时为什么会指向地理的南北极。





结论：地球是一个巨大的磁体，地球周围存在磁场——地磁场


指南针的发现就说明了地球周围有磁场


讨论与交流：


地球的地理两极与地磁两极不重合(地磁的N极在地理的南极附近，地磁的S极在地理的北极附近)，其间存在磁偏角。这一现象最早由我国宋代学者沈括发现。西方最早发现这个现象的是哥伦布，比沈括要晚400多年！





结论：地球周围的磁场分布情况和条形磁铁周围的磁场分布情况相似。


宇宙中的许多天体都有磁场。月球也有磁场。


课堂巩固与反馈


[事件8]


教学任务：形成性测试：


1．关于磁场的正确说法是(A)


A．磁体之间的相互作用是通过磁场发生的


B．磁场是人们设想的，实际上并不存在


C．磁场是奥斯特发现的


D．只有磁铁周围才存在磁场


2．磁的应用非常广泛，不同的人对磁应用的分类也许有不同方法。请你对磁的应用分类，每类举一个例子。


eq \b\lc\ \rc\ (\a\vs4\al\c1(课堂小结))


[事件9]


教学任务：引导学生从知识、方法、情感三个侧面小结本节课的学习活动。


通过对本节内容的学习，使学生认识到科学发现历程的艰辛，同时提醒学生在学习和生活中要做有心人。


eq \b\lc\ \rc\ (\a\vs4\al\c1(布置作业))


1．复习本节教材。


2．指导学生阅读STS。


3．完成课本课后问题与练习。


eq \(\s\up7(),\s\d5(板书设计))


1 磁现象和磁场


一 磁现象


磁性、磁体、磁极


二 电流的磁效应


1．发现电流磁效应的进程


2．奥斯特实验


3．电流的磁效应


三 磁场


1．磁场的概念


2．磁场的基本性质


3．磁场是媒介物


四 磁性的地球


1 磁现象和磁场
1课时
2 磁感应强度
1课时
3 几种常见的磁场
1课时
4 磁场对通电导线的作用力
2课时
5 磁场对运动电荷的作用力
1课时
6 带电粒子在匀强磁场中的运动
3课时