第十章 C 磁感应强度 磁通量
执教：上海市第三女子中学 於丰
一、教学任务分析
本设计是在已有的有关磁场知识的基础上，进一步地描述磁场。本设计的内容是以后学习电磁感应的基础，也是电磁学的核心内容之一。本设计从定量角度加深对磁场的认识，同时通过建立磁感应强度的概念，认识研究“场”的性质的方法。
在学习本设计内容前，学生需要知道磁场对电流的作用，知道用比值定义物理量的方法，并对DIS的使用有所了解。
根据实例分析，引入磁感应强度的概念。通过将磁感应强度与电场强度的类比进一步认识用比值定义物理量的方法。
根据实例分析，得出磁通量的概念。
运用DIS探究通电螺线管的内部磁感应强度的分布，感受真实磁场的强弱分布。
本设计的教学强调学生参与，强调实验（特别是DIS实验）的作用，充分应用类比、比值定义等科学方法，在实验观察的基础上，通过师生、生生间的交流讨论、分析推理，从定量角度进一步认识磁场的性质。
二、教学目标
1、知识与技能
（1）理解磁感应强度。
（2）理解磁通量。
（3）知道磁感应强度与磁通量之间的关系。
2、过程与方法
（1）通过本设计内容的学习，感受类比、猜测、分析、归纳和比值定义等科学方法的应用。
（2）通过“研究通电螺线管磁感应强度”实验，认识实验在探究物理规律中的重要作用。
3、情感、态度与价值观
（1）通过DIS研究通电螺线管的磁感应强度实验，感悟现代技术在物理测量中的优越性。
（2）通过认识磁感应强度和磁通量在技术中的作用，感悟科学对社会发展的重要意义。
三、教学重点与难点
教学重点：磁感应强度的概念。
教学难点：运用DIS研究通电螺线管的磁感应强度的探究实验。
四、教学资源
1、器材
学生实验：“研究通电螺线管磁感应强度”实验所需要的DIS实验装置，包括：电脑、数据采集器、磁传感器、学生电源、螺线管、刻度尺。演示实验：磁感线模拟装置，包括：淋浴花洒、线圈、水盆、水源。
2、视频
有关生物磁现象的视频。
五、教学设计思路
本设计的内容包括三个方面：一是磁感应强度，二是磁通量，三是研究通电螺线管的磁感应强度的探究实验。
本设计的基本思路是：通过实例分析引入磁感应强度的概念，结合已有的描述电场的知识将磁感应强度与电场强度进行类比，认识比值法定义物理量的方法；在此基础上引出磁通量的概念，知道磁通量和磁感应强度间的关系；运用DIS完成研究通电螺线管的磁感应强度的探究实验。
本设计要突出的重点是：磁感应强度的概念。方法是：以生物磁现象为切入点，引出磁感应强度的概念；结合已有的定义电场强度的知识，运用类比、比值定义的方法导出磁感应强度的定义。并通过实例的讨论、分析加深对这些概念的理解。
本设计要突破的难点是：运用DIS研究通电螺线管的磁感应强度的探究实验。方法是：以小组合作、师生互动为基础，运用DIS专用软件完成本实验。
本设计要求学生进行主动参与，主动交流与互动，强调科学方法的应用，在类比的过程中提升认识水平。
完成本设计的内容约需1课时。
六、教学流程
1、教学流程图
2．教学流程图说明
情景Ｉ 播放视频，设问1
播放关于生物磁现象的视频，通过“设问1”引出本设计的重点：磁感应强度。
活动Ⅰ 讨论交流，设问2
回顾描述电场性质的方法，引导学生将电场强度与磁感应强度进行类比，通过讨论、交流得到磁感应强度的定义。
活动Ⅱ 观察2 设问3
观察磁感线的分布，建立磁感线的疏密、方向与磁感应强度间的联系。
情景Ⅱ 观察3，设问4
演示磁感线模拟实验，通过调节水量，改变接水盆横截面大小和改变接水盆倾斜程度等方式模拟出影响磁通量大小的因素，得到匀强磁场的概念，揭示磁通量与磁感应强度的关系。
活动Ⅲ 学生实验
以小组为单位，做利用DIS设备通电螺线管的磁感应强度的探究实验，让学生在交流、合作中，动手完成实验，了解通电螺线管内部的磁场分布，巩固所学知识，感悟现代技术在物理测量中的优越性。
活动Ⅳ 观察4
了解某些磁场的数量级，认识磁感应强度和磁通量在技术中的应用，感悟科学对社会发展的重要意义。
3．教学主要环节
本设计课可分为四个主要的教学环节。
第一环节，启发学生回忆电场的有关知识，将磁场与电场类比，磁感应强度与电场强度类比，磁感线与电场线类比，安培力与电场力类比等。有意识地、恰当地应用类比这一方法，充分发挥知识迁移的作用。
第二环节，通过磁感线模拟实验，得到影响磁通量大小的因素，得出匀强磁场的概念，揭示磁通量与磁感应强度的关系，为后一阶段电磁感应现象的学习打下基础。
第三环节，通过学生DIS实验巩固所学知识，感悟现代技术在物理测量中的优越性。
第四环节，通过实例介绍认识磁感应强度和磁通量在技术中的应用，感悟科学对社会发展的重要意义。
七、教案示例
1．情景引入
家养的鸽子可以从离家几十、几百甚至上千公里的地方飞回家里；燕子等候鸟每年都在春秋两季分别从南方飞回北方，又从北方飞到南方；一些海龟从栖息的海湾游出几百、几千公里后又能回到原来的栖息处。它们是如何辨别方向的？大量的和长期的观察研究表明，这些生物从原居处远行后再回到原居处，的确是与地球磁场有关，当科学家在这些生物周围加上额外的较强磁场时，它们辨别方向的本领就受到了影响。由此可知，磁场是有强弱的，如何表述磁场的强弱呢？
2．建立磁感应强度概念
为了表征磁场的强弱和方向，我们引入一个新的物理量：磁感应强度。
电场强度是描述电场力的特性的物理量，磁感应强度就是描述磁场力特性的物理量。
精确的实验表明，在同一磁场，垂直磁场方向放置的一小段通电直导线。当电流加倍，其他条件不变时，通电导线受到的磁场力也加倍；当通电导线长度加倍时，其他条件不变时，它受到的磁场力也加倍。对于磁场中某处来说，通电导线在该处受的磁场力F与通电电流强度I与导线长度L乘积的比值是一个恒量，它与电流强度和导线长度的大小均无关。在磁场中不同位置，这个比值可能各不相同，因此，这个比值反映了磁场的强弱。
放在电场中某点的检验电荷所受到的电场力与其电量的比值是不变的恒量。它反映电场性质，命名为电场强度。在磁场中某处垂直于磁场方向的通电直导线，受到的磁场力F，跟通电电流强度和导线长度的乘积IL的比值叫做该处的磁感应强度B。
国际单位制中，B的单位是T（特斯拉）。
磁感应强度是矢量，它的方向即该点的磁场方向，即经过该点的磁感线的切线方向，即小磁针N极在该处的指向。
设计学生讨论的问题：
检验某处有无电场存在，可以用什么方法？检验某处有无磁场存在，可以用什么方法？如果通电导线不受磁场力，该处是否一定不存在磁场，磁感应强度一定为零吗？
3．磁感应强度与磁通量
设计学生讨论的问题：
各点电场强度方向、大小均相同的电场叫什么电场？这种电场电场线的分布有什么特点？
什么叫做匀强磁场，怎样用磁感线描述匀强磁场？
对于某范围内的磁场，其磁感应强度的大小和方向均相同，则该范围内的磁场叫做匀强磁场。匀强磁场的磁感线间距相同、方向一致。
我们将穿过某一面积的磁感线的条数，叫做穿过这个面积的磁通量，用符号Ф表示。磁通量的单位叫Wb（韦伯）。
磁通量Ф与该平面所在位置的磁感应强度B，及该平面的面积S有怎样的关系？
演示实验：用淋浴花洒喷出的水流模拟磁感线，用线圈模拟平面。
- 改变花洒的喷水方式，穿过线圈平面的水流条数改变了。——磁通量的大小与B有关。
- 改变线圈的大小，穿过线圈平面的水流条数变化了。——磁通量的大小与S有关。
- 改变线圈的倾斜程度，当线圈平面与水流方向垂直时，穿过线圈平面的水流条数最多，当线圈平面与水流方向平行时，穿过线圈平面的水流条数为零。——磁通量的大小与B和S的夹角有关。
引导学生观察实验，展开讨论，得出结论。磁感应强度B的大小通常也叫做磁通密度。
B也可以用“Wb/m2”作为单位， 1T＝1Wb/m2
4．学生实验
以小组为单位，利用DIS做通电螺线管的磁感应强度的探究实验。作出通电螺线管内部不同位置磁感应强度的分布图线。让学生在合作、交流中，动手完成实验。
通过实验了解通电螺线管内部的磁场分布，找出匀强磁场的部分，巩固所学生知识，感悟现代技术在物理测量中的优越性。
5．我们周围的磁场
我们的周围存在着不同的磁场，利用各种磁传感器测一测身边磁场的磁感应强度的大小；利用网络查一查不同磁场磁感应强度的数量级，了解我们周围的磁场，生产生活中用到的磁场，磁场对生产生活，生命活动的影响。
6．作业布置
略。
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