《磁感应强度》探究教学设计摘登

陶东红、施继涛（湖北新洲一中、新洲三中）选自《物理教学》2008年第8期

一．复习引入

1．提问：

①磁场的基本性质是什么？

②距离不同，磁铁对同一铁块吸引力不同，这说明什么？（学生亲自感受）

③我们如何表示磁场的强弱呢？

2．类比分析：

通过类比分析得出：本节课讨论的思路是从研究电流在磁场中受力着手，寻找出表示磁场强弱的物理量。

引入新课：（观看录像：自制电动机）

通常我们把磁场对电流的作用力称为安培力，让我们一起来探究安培力的大小。

二．新课教学

1．安培力：磁场对电流的作用力

实验电路图：

对照实验电路图（图1）向学生强调处在磁场中的那部分导体为我们的研究对象。并请大家先猜想一下，安培力跟哪些因素有关。如何把研究多个变量之间关系的复杂问题变得简单？

探究之一：研究电流与磁场平行与垂直时，通电导线的受力情况

实验器材介绍：

（1）图2是螺线管，它通电后产生的磁场在内部是与螺线管的中轴线平行的。

（2）由于磁场较弱，为了使现象明显，我们通入较大电流，且用小而轻的塑料管套一细小铜丝代替直导线电流。

（3）为了清楚地看到电路中电流的变化，我们串联一个电流表。

实验现象：将通电导线插入通电螺线管中与螺线管轴线平行，接通电源，通电导线不动，但放在通电螺线管附近的小磁针发生了偏转；而通电导线与磁场垂直时发生了偏转。

学生活动：仔细观看教师的演示实验，归纳出实验结论。

实验结论：

（1）当电流与磁场方向平行时，电流不受安培力；

（2）当电流与磁场方向垂直时，电流受到安培力的作用。

下面我们探究电流方向与某一磁场方向垂直这种情况下，研究安培力与其他几个物理量的关系。

探究之二：研究导线的长度L与安培力大小的关系

师：在这个实验中，我们应该控制什么条件？

生：应该在同一磁场中，保持电流方向与磁场方向垂直、电流大小相同，改变处在磁场中导线的长度。

（为了使实验现象明显，换用蹄形磁铁做实验，教师与学生共同进行演示实验）

实验现象：增大L，偏角变大

学生活动：仔细观看教师的演示实验，归纳出实验结论。

实验结论：当电流I一定时，处在磁场中的导体长度L增大时，安培力F也增大。

说明：由于安培力很小，不便于测量，但是我们可以通过观察悬线偏离竖直方向的夹角，夹角越大，说明安培力越大。

探究之三：研究电流与安培力大小的关系

师：在这个实验中，我们应该控制什么条件？

生：在同一磁场中，保持电流方向与磁场方向垂直、处在磁场中导线的长度相同，改变电流大小。

（教师与学生共同进行演示实验）

实验现象：增大I，偏角变大学生活动：仔细观看教师的演示实验，归纳出实验结论。

实验结论：当处在某一磁场中的导体长度L一定时，电流I增大时，安培力F也增大。

总结前面的实验，当电流方向与磁场方向垂直时：

通过实验，验证了刚才的猜想是正确的，学生的积极性得到充分的调动，此时，趁热打铁，追问学生：我们的实验只是定性的说明了安培力与导线长度L、电流I的关系，那么它们有何定量关系呢？把学生探索末知世界的激情推向高潮。

探究之四：研究安培力跟电流大小、导线长度的定量关系

师：我们的实验证明了我们的猜想是正确的。但是安培力跟电流大小I、处在磁场中的导线长度L有何定量关系呢？很遗憾的是，我们高中实验室里没有这么精密的仪器能定量测量出它们的关系，那怎么办呢？遥想伽俐略的理想实验，不也是找不到绝对光滑的平面吗？回首爱因斯坦的相对论，不也是不能用实验来证明吗？我们难道不能也用推理的方法来找出它们的定量关系吗？

在第一个实验中，如果将导体的长度增加一倍，从导体受力的角度看，等效于两个与原来相同的导体所受的力（相当于两个导体串联）。

在第二个实验中，如果将导体中的电流增加一倍，从导体受力的角度看，等效于两个与原来相同的导体所受的力（相当于两个导体并联）。

逻辑推理：

多媒体投影上述逻辑推理过程，在教师的引导下让学生归纳出F∝L、F∝I，进而得出F∝IL。

教师指导学生看课本174页第二段。精确的实验研究表明：通电导线在磁场中受到的安培力F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。即：F/IL＝k，安培力的大小：F∝IL，或F/IL＝k

我们的推理与精确的实验结果是相符合的。

2．磁感应强度

探究之五：磁感应强度

师：比值F/IL有何物理意义？上面的实验中，若保持磁场不变，改变IL，结果这个比值保持不变，那么在不同磁场中这个比值相同吗？我们可以对照电场来进行分析。（列表对比电场中电场强度概念的建立与磁场中磁感应强度概念的建立，表格如下）

师：电场中，比值F/q由谁确定？它反映了什么？

生：由电场确定，反映了电场的强弱。

师：磁场中，比值F/IL由谁确定？它又反映了什么？

生：由磁场确定，它反映了磁场的强弱。

师：具体说来，磁场磁性越强，比值F/IL越大，磁场磁性越弱，比值F/IL越小。

比值F/IL的物理意义：表示磁场的强弱，磁场越强，比值越大。

我们把比值F/IL定义为一个新的物理量——磁感应强度

（1）定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的安培力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值叫做磁感应强度。用符号B表示。

说明：如果各处的磁场强弱不同，仍然可用上述方法研究磁场，只是要用一段特别短电流很小的通电导线来研究磁场，类似于电场中的试探电荷。

（2）公式：B＝F/IL（定义式，量度式）

问题：有人根据B＝F/IL提出：磁场中某点的磁感应强度B跟磁场力F成正比，跟电流强度I和导线长度L的乘积IL成反比，这种说法对不对？

分析：磁感应强度反映了磁场本身的性质，与安培力的大小无关，与电流大小、导线的长度也无关，也与有没有通电导线处在磁场中也无关。B＝F/IL只是一个定义式，或者说量度式，并非决定式。

单位：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。

1T＝1N/A•m，1T的物理意义：在磁场中某处垂直于磁场方向、长1m的导线中通以1A的电流，如果磁场对它施以1N的力，则通电导线所在处的磁感应强度是1T。常见的地磁场磁感应强度大约是3×10^-5T～7×10^-5T，永磁铁磁极附近的磁感应强度大约是10^-3T～1T。在电机的变压器铁芯中，磁感应强度可达0.8T～1.4T。

（3）方向：磁感应强度是矢量，把磁场的方向定义为磁感应强度的方向。

磁场的形象表示：用磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小。

（4）匀强磁场：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，这个区域的磁场就是匀强磁场。

产生方法：距离很近的两个异名磁极之间的磁场，通电螺线管内部的磁场（除边缘部分外）都可认为是匀强磁场。

匀强磁场的磁感线分布特点：间距相等的平行线。

三．课后小结

1．知识点小结：

（1）安培力与电流I及导体长度L的乘积IL成正比。

（2）磁感应强度的概念、定义式、单位、方向，匀强磁场的概念、特点。

2．方法小结：

（1）类比法：磁场与电场类比

（2）控制变量法：研究F与I、L的关系

（3）等效法：逻辑推理F∝IL

四．课后作业

1．在磁场中放一根与磁场方向垂直的通电导线，它的电流强度是2.5A，导线长1cm，它受到的安培力5×10^-2N，则：

（1）这个位置的磁感应强度是多大？

（2）如果把通电导线中的电流强度增大到5A时，这一点的磁感应强度是多大？如果通电导线在磁场中某处不受磁场力，是否肯定这里面没有磁场。

2．试着回忆一下，以前学过的知识中，哪些用到了控制变量法的思想？

五．教后反思

本节课较为成功地展示出新课程理念下的实验探究课堂教学模式的特点，主要表现在以下几点：

1．体现学生的主观能动性和探索性

本着“以学生发展为本”的教学、设计理念并对教材内容进行了必要的选择与改组，精心设计好适用于学生学习，有利于学生发展的动态方案，以便凸现探究过程和探究方法，给学生一个充裕的思考问题（包括实验方案的设计，实验过程的探究）的时空。并在本案例的教学过程中始终将学生置于研究者、探索者的位置，让学生通过自身的思考和合作学习来获取知识和技能、掌握过程与方法、学会交流与合作。

2．重视科学思想和科学方法的教育

从实际生活中的物理现象出发，创设问题情景引入课题，而由学生在实验中利用控制变量法及等效的思维方法归纳出结论和规律，不仅提高学生学习物理的兴趣，又能提高学生解决问题、分析问题的能力。还有在本案例的教学过程中，能灵活运用观察、实验、分析、归纳等科学方法，与已学过的电场知识进行类比分析，这样有利于培养学生正确的科学思维方式和科学方法。

3．培养学生的创造性思维能力

首先，让学生自己设计实验方案；其次，对实验现象由学生根据自己研究问题的方法处理。最后，由学生讨论在实验过程中发现的问题，最后得出正确的结论。这样既有以教师为主导下的探究，又有以学生为主体的积极参与，有利于培养学生的创造性思维能力，还能充分发挥集体智慧的力量。

发布时间：2009/4/28 上午7:48:10  阅读次数：12524