高中物理新課標(biāo)版人教版選修31優(yōu)秀教案33幾種常見的磁場

1、教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)1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；(5)利用安培假說解釋有關(guān)的現(xiàn)象；(6)理解勻強(qiáng)磁場的概念，明確兩種情形的勻強(qiáng)磁場；(7)知道磁通量的定義，知道BS的適用條件，利用公式進(jìn)行簡單計(jì)算。2過程與方法(1)通過模擬實(shí)驗(yàn)和學(xué)生動手(運(yùn)用安培定則)、類比的方法體會磁感線的形狀，培養(yǎng)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

2、，使學(xué)生體會描述磁場規(guī)律的另一重要方法。3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(diǎn)利用安培定則判斷直線電流、環(huán)形電流及通電螺線管的磁場分布，理解安培分子電流假說。教學(xué)難點(diǎn)安培定則的靈活應(yīng)用及磁通量的計(jì)算。教學(xué)方法類比法、實(shí)驗(yàn)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。導(dǎo)入新課要點(diǎn)：磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小和方向。啟發(fā)學(xué)生思考電場可以用電場線形象地描述，磁場可以用什么來描述呢？類比電場線可以很好地描述電場強(qiáng)度的大小和方向，同樣，也可以用磁感線來描述磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向。

3、教師：那么什么是磁感線？又有哪些特點(diǎn)呢？這節(jié)課我們就來學(xué)習(xí)有關(guān)磁感線的知識。推進(jìn)新課1磁感線問題：什么是磁感線呢？答：所謂磁感線是在磁場中畫一些有方向的曲線，曲線上每一點(diǎn)的切線方向都表示該點(diǎn)的磁場方向。演示：在磁場中放一塊玻璃板，在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，使鐵屑能在磁場作用下轉(zhuǎn)動?，F(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。(1)條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁感線分布情況，如圖所示：條形磁鐵蹄形磁鐵問題：磁鐵周圍的磁感線方向如何？答：磁鐵外部的磁感線是從磁鐵的北極出來，進(jìn)入磁鐵的南極，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

4、南極，內(nèi)部是從南極到北極。(2)電流的磁場與安培定則引導(dǎo)學(xué)生在分析歸納的基礎(chǔ)上得出通電直導(dǎo)線周圍的磁感線分布情況，如圖所示：直線電流的磁場問題1：通電直導(dǎo)線周圍的磁感線如何分布？問題2：直線電流周圍的磁感線分布和什么因素有關(guān)系？問題3：直線電流的方向跟磁感線方向之間的關(guān)系如何判斷呢？直線電流周圍的磁感線：是一些以導(dǎo)線上各點(diǎn)為圓心的同心圓，這些同心圓都在跟導(dǎo)線垂直的平面上。(上圖甲)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：用右手握住導(dǎo)線，讓伸直的大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的環(huán)繞方向。(上圖乙)(3)環(huán)形電流的磁場，如圖所示

5、：環(huán)形電流的磁場環(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。(上圖甲)教師引導(dǎo)學(xué)生得環(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：讓右手彎曲的四指和環(huán)形電流的方向一致，伸直的大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。(上圖乙)(4)通電螺線管的磁場，如圖所示：問題1：通電螺線管外部的磁場和什么相似？問題2：通電螺線管內(nèi)部的磁場如何？問題3：通電螺線管的磁感線方向和什么因素有關(guān)系？問題4：如何判斷通電螺線管的極性？通電螺線管磁場的磁感線：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；內(nèi)部

6、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。(如下圖)通電螺線管的磁場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，則大拇指所指的方向就是螺線管的北極(螺線管內(nèi)部磁感線的方向)?！菊f明】 由于后面的安培力、洛倫茲力、電磁感應(yīng)與磁感應(yīng)強(qiáng)度密切相關(guān)，幾種常見磁場的磁感線的分布是一個非?；镜膬?nèi)容，不掌握好，對后面的學(xué)習(xí)有很大影響。2磁感線和電場線有何區(qū)別(1)電場線是電場的形象描述，而磁感線是磁場的形象描述。(2)電場線不是閉合曲線，而磁感線是閉合曲線。(3)電場線

7、上每一點(diǎn)的切線方向都跟該點(diǎn)的場強(qiáng)方向一致，磁感線上每一點(diǎn)的切線方向都跟該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向一致。(4)電場線的疏密程度表示電場強(qiáng)度的大小。磁感線的疏密程度表示磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。3電流磁場和天然磁鐵相比有何特點(diǎn)(1)電流磁場的有無可由通斷電來控制。(2)電流磁場的極性可以由電流方向變換。(3)電流磁場的強(qiáng)弱可由電流的大小來控制。問題：電流的磁場有何用途？答：電流的磁場用途很廣泛，如電磁起重機(jī)、電話、電動機(jī)、發(fā)電機(jī)以及在自動控制中得到普遍應(yīng)用的電磁繼電器。4安培分子電流假說磁鐵和電流都能產(chǎn)生磁場。它們的磁場有什么關(guān)系呢？我們已經(jīng)知道，通電螺線管和條形磁鐵的磁場分布十分相似，安培由此受到啟發(fā)，提出了

8、著名的分子電流假說。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。課本圖3.36，理解安培分子電流假說，用安培假說可以解釋磁現(xiàn)象。分子電流的取向是否有規(guī)律，決定了物體對外是否顯磁性閱讀課文，回答以下問題。問題1：一根鐵棒在未被磁化時為什么對外界不顯磁性？答：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。問題2：什么是磁化？如何去理解磁化和磁極？答：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

9、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。問題3：永磁體為什么具有磁性？答：永磁體之所以具有磁性，是因?yàn)樗鼉?nèi)部的環(huán)形分子電流本來就排列整齊。問題4：永磁體如何失去磁性？答：永磁體受到高溫或猛烈的敲擊會失去磁性，這是因?yàn)樵诩ち业臒徇\(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。問題5：為什么無論把磁棒折成多小的一段，它總有兩個磁極？答：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?？偨Y(jié)：安培分子電流假說揭示了磁現(xiàn)象的電本質(zhì)。問題6：分子電流是如何形成的？答：分子電流是由原子內(nèi)部電子的運(yùn)動

10、形成的。結(jié)論：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。5勻強(qiáng)磁場問題1：什么是勻強(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(diǎn)？答：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。問題2：什么是勻強(qiáng)磁場？它的產(chǎn)生條件是什么？勻強(qiáng)磁場的磁感線又有什么特點(diǎn)？觀察課本圖3.37、圖3.38。 (1)勻強(qiáng)磁場的定義：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：

11、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(diǎn)：勻強(qiáng)磁場的磁感線是間距相等的平行直線。6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：一個面積為S的平面垂直于一個磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，則B與S的乘積叫做穿過這個面的磁通量。(2)定義式：B·S(3)單位：韋伯(Wb)，1 Wb1 T·1 m2 (4)物理意義：磁通量表示穿過這個面的磁感線條數(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

12、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B·Ssin(為平面與磁場方向之間的夾角，如圖所示)。教師：將磁通量的定義式B·S變形得：B，這個比值反映了什么意義？單位是什么？學(xué)生：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。7課堂小結(jié)8實(shí)例探究安培定則的應(yīng)用例1一細(xì)長的小磁針，放在一螺線管的軸線上，N極在管內(nèi)，S極在管外。若此小磁針可左右自由移動，則當(dāng)螺線管通以圖所示電流時，小磁針將怎樣移動？解析

13、：正確解題思路是：當(dāng)螺線管通電后，根據(jù)右手螺旋定則判定出管內(nèi)、外磁感線方向如圖所示，管內(nèi)外a、b兩處磁場方向向右，管內(nèi)b處磁感線分布較密，管外a處磁感線分布較稀。根據(jù)磁場力的性質(zhì)知：小磁針N極在b處受力方向向右，且作用力較大；小磁針S極在a處受力向左，且作用力較小，因而小磁針?biāo)艿拇艌隽Φ暮狭Ψ较蛳蛴??！巴艠O相斥、異名磁極相吸”只適合于磁體間外部相互作用的情形，適用情形存在局限性；而磁場力的性質(zhì)：“磁體N極受力方向與所在處磁場方向相同”對于磁極間內(nèi)部或外部作用總是普遍適用的。答案：見解析例2如圖所示，一束帶電粒子沿水平方向飛過小磁針的上方，并與磁針指向平行，能使小磁針的N極轉(zhuǎn)向讀者，那么這

14、束帶電粒子可能是 ()A向右飛行的正離子束B向左飛行的正離子束C向右飛行的負(fù)離子束D向左飛行的負(fù)離子束解析：小磁針的N極指向讀者，說明小磁針?biāo)谔幍拇艌龇较蚴侵赶蜃x者，由安培定則可確定出帶電粒子形成的電流方向向左，這向左的電流可能是向左飛行的正離子形成，也可能是向右飛行的負(fù)離子形成，故答案為B、C。答案：BC對安培分子電流假說的理解例3關(guān)于磁現(xiàn)象的電本質(zhì)，下列說法中正確的是()A磁與電緊密聯(lián)系，有磁必有電，有電必有磁B不管是磁體的磁場還是電流的磁場都起源于電荷的運(yùn)動C永久磁鐵的磁性不是由運(yùn)動電荷產(chǎn)生的D根據(jù)安培假說可知，磁體內(nèi)分子電流總是存在的，因此，任何磁體都不會失去磁性解析：磁與電是緊密聯(lián)

15、系的，但“磁生電”“電生磁”都有一定的條件，運(yùn)動的電荷產(chǎn)生磁場，但一個靜止的點(diǎn)電荷的周圍就沒有磁場，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運(yùn)動電荷產(chǎn)生的，磁體內(nèi)部只有當(dāng)分子電流取向大體一致時，就顯示出磁性，當(dāng)分子電流取向不一致時，就沒有磁性，所以本題的正確答案為B。答案：B9作業(yè)(1)閱讀課本第90頁科學(xué)漫步有趣的右螺旋。(2)完成P90練習(xí)3、4。磁現(xiàn)象的電本質(zhì)1美國科學(xué)家羅蘭的實(shí)驗(yàn)羅蘭把大量的電荷加在一個橡膠圓盤上，然后使圓盤繞中心高速轉(zhuǎn)動，在盤的附近用小磁針來檢驗(yàn)運(yùn)動電荷產(chǎn)生的磁場，結(jié)果發(fā)現(xiàn)小磁針果然發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，而且改變盤的轉(zhuǎn)動方向或改變電荷的正負(fù)時，小磁針的

16、偏轉(zhuǎn)方向也改變，磁針偏轉(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。這個實(shí)驗(yàn)證明了運(yùn)動電荷確實(shí)產(chǎn)生磁場。2安培分子電流假說磁鐵的磁場是否也是由運(yùn)動電荷產(chǎn)生的呢？法國科學(xué)家安培根據(jù)環(huán)形電流的磁場和磁鐵相似提出了著名的分子電流假說。用安培分子電流假說解釋以下幾種現(xiàn)象：(1)軟鐵棒被磁化。演示：夾在鐵架臺上的軟鐵棒被條形磁鐵磁化后可以吸起大頭針。(2)磁鐵受到高溫或猛烈的敲擊為什么會失去磁性？讓學(xué)生自己歸納出磁現(xiàn)象的電本質(zhì)。3磁現(xiàn)象的電本質(zhì)運(yùn)動的電荷(電流)產(chǎn)生磁場，磁場對運(yùn)動的電荷(電流)產(chǎn)生磁場力的作用，所有的磁現(xiàn)象都可以歸結(jié)為運(yùn)動電荷(電流)之間通過磁場而發(fā)生的相互作用。物質(zhì)磁性的

17、分類1抗磁性當(dāng)磁化強(qiáng)度M為負(fù)時，固體表現(xiàn)為抗磁性。Bi、Cu、Ag、Au等金屬具有這種性質(zhì)。在外磁場中，這類磁化了的介質(zhì)內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度小于真空中的磁感應(yīng)強(qiáng)度M?？勾判晕镔|(zhì)的原子(離子)的磁矩應(yīng)為零，即不存在永久磁矩。當(dāng)抗磁性物質(zhì)放入外磁場中，外磁場使電子軌道改變，感生一個與外磁場方向相反的磁矩，表現(xiàn)為抗磁性。所以抗磁性來源于原子中電子軌道狀態(tài)的變化?？勾判晕镔|(zhì)的抗磁性一般很微弱。2順磁性順磁性物質(zhì)的主要特征是，不論外加磁場是否存在，原子內(nèi)部存在永久磁矩。但在無外加磁場時，由于順磁物質(zhì)的原子做無規(guī)則的熱振動，宏觀看來，沒有磁性；在外加磁場作用下，每個原子磁矩比較規(guī)則地取向，物質(zhì)顯示極弱的磁性。

18、磁化強(qiáng)度與外磁場方向一致，而且嚴(yán)格地與外磁場H成正比。順磁性物質(zhì)的磁性除了與H有關(guān)外，還依賴于溫度。其磁化率H與絕對溫度T成反比。順磁性物質(zhì)的磁化率一般也很小。一般含有奇數(shù)個電子的原子或分子，電子未填滿殼層的原子或離子，如過渡元素、稀土元素、鋼系元素，還有鋁鉑等金屬，都屬于順磁物質(zhì)。3鐵磁性對諸如Fe、Co、Ni等物質(zhì)，在室溫下磁化率可達(dá)103數(shù)量級，稱這類物質(zhì)的磁性為鐵磁性。鐵磁性物質(zhì)即使在較弱的磁場內(nèi)，也可得到極高的磁化強(qiáng)度，而且當(dāng)外磁場移去后，仍可保留極強(qiáng)的磁性。其磁化率為正值，但當(dāng)外場增大時，由于磁化強(qiáng)度迅速達(dá)到飽和，其H變小。鐵磁性物質(zhì)具有很強(qiáng)的磁性，主要起因于它們具有很強(qiáng)的內(nèi)部交換場。鐵磁物質(zhì)的交換能為正值，而且較大，使得相鄰原子的磁矩平行取向(相應(yīng)于穩(wěn)定狀態(tài))，在物質(zhì)內(nèi)部形成許多小區(qū)域磁疇。每個