教学高中物理 33几种常见的磁场教案 新人教版选修31.docx

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教学高中物理33几种常见的磁场教案新人教版选修31

3.3几种常见的磁场

一、教材分析

磁场的概念比较抽象，应对几种常见的磁场使学生加以了解认识，学好本节内容对后面的磁场力的分析至关重要。

二、教学目标

（一）知识与技能

1．知道什么叫磁感线。

2．知道几种常见的磁场（条形、蹄形，直线电流、环形电流、通电螺线管）及磁感线分布的情况

3．会用安培定则判断直线电流、环形电流和通电螺线管的磁场方向。

4．知道安培分子电流假说，并能解释有关现象

5．理解匀强磁场的概念，明确两种情形的匀强磁场

6．理解磁通量的概念并能进行有关计算

（二）过程与方法

通过实验和学生动手（运用安培定则）、类比的方法加深对本节基础知识的认识。

（三）情感态度与价值观

1.进一步培养学生的实验观察、分析的能力.

2.培养学生的空间想象能力.

三、教学重点难点

1．会用安培定则判定直线电流、环形电流及通电螺线管的磁场方向.

2．正确理解磁通量的概念并能进行有关计算

四、学情分析

磁场概念比较抽象，学生对此难以理解，但前面已经学习过了电场，可采用类比的方法引导学生学习。

五、教学方法

实验演示法，讲授法

六、课前准备：

演示磁感线用的磁铁及铁屑，演示用幻灯片

七、课时安排：

1课时

八、教学过程：

（一）预习检查、总结疑惑

（二）情景引入、展示目标

要点：

磁感应强度B的大小和方向。

［启发学生思考］电场可以用电场线形象地描述，磁场可以用什么来描述呢？

［学生答］磁场可以用磁感线形象地描述.-----引入新课

（老师）类比电场线可以很好地描述电场强度的大小和方向，同样，也可以用磁感线来描述磁感应强度的大小和方向

（三）合作探究、精讲点播

【板书】1．磁感线

（1）磁感线的定义

在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁感应强度的方向一致，这样的曲线叫做磁感线。

（2）特点：

A、磁感线是闭合曲线，磁铁外部的磁感线是从北极出来，回到磁铁的南极，内部是从南极到北极.

B、每条磁感线都是闭合曲线，任意两条磁感线不相交。

C、磁感线上每一点的切线方向都表示该点的磁场方向。

D、磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小

【演示】用铁屑模拟磁感线的形状，加深对磁感线的认识。

同时与电场线加以类比。

【注意】①磁场中并没有磁感线客观存在，而是人们为了研究问题的方便而假想的。

②区别电场线和磁感线的不同之处：

电场线是不闭合的，而磁感线则是闭合曲线。

2．几种常见的磁场

【演示】

①用铁屑模拟磁感线的演示实验，使学生直观地明确条形磁铁、蹄形磁铁、通电直导线、通电环形电流、通电螺线管以及地磁场（简化为一个大的条形磁铁）各自的磁感线的分布情况（磁感线的走向及疏密分布）。

②用投影片逐一展示:

条形磁铁（图1）、蹄形磁铁（图2）、通电直导线（图3）、通电环形电流（图4）、通电螺线管以及地磁场（简化为一个大的条形磁铁）（图5）、

（1）条形、蹄形磁铁，同名、异名磁极的磁场周围磁感线的分布情况（图1、图2）

（2）电流的磁场与安培定则

①直线电流周围的磁场

在引导学生分析归纳的基础上得出

a直线电流周围的磁感线：

是一些以导线上各点为圆心的同心圆，这些同心圆都在跟导线垂直的平面上.（图3）

b直线电流的方向和磁感线方向之间的关系可用安培定则（也叫右手螺旋定则）来判定：

用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向.

②环形电流的磁场

a环形电流磁场的磁感线：

是一些围绕环形导线的闭合曲线，在环形导线的中心轴线上，磁感线和环形导线的平面垂直（图4）。

［教师引导学生得］

b环形电流的方向跟中心轴线上的磁感线方向之间的关系也可以用安培定则来判定：

让右手弯曲的四指和和环形电流的方向一致，伸直的大拇指所指的方向就是环形导线中心轴线上磁感线的方向.

③通电螺线管的磁场.

a通电螺线管磁场的磁感线：

和条形磁铁外部的磁感线相似，一端相当于南极，一端相当于北极；内部的磁感线和螺线管的轴线平行，方向由南极指向北极，并和外部的磁感线连接，形成一些环绕电流的闭合曲线（图5）

b通电螺线管的电流方向和它的磁感线方向之间的关系，也可用安培定则来判定：

用右手握住螺线管，让弯曲四指所指的方向和电流的方向一致，则大拇指所指的方向就是螺线管的北极（螺线管内部磁感线的方向）.

③电流磁场（和天然磁铁相比）的特点：

磁场的有无可由通断电来控制；磁场的极性可以由电流方向变换；磁场的强弱可由电流的大小来控制。

【说明】由于后面的安培力、洛伦兹力、电磁感应与磁感应强度密切相关，几种常见磁场的磁感线的分布是一个非常基本的内容，不掌握好，对后面的学习有很大影响。

3．安培分子电流假说

（1）安培分子电流假说

对分子电流，结合环形电流产生的磁场的知识及安培定则，以便学生更容易理解“它的两侧相当于两个磁极”，这句话；并应强调“这两个磁极跟分子电流不可分割的联系在一起”，以便使他们了解磁极为什么不能以单独的N极或S极存在的道理。

（2）安培假说能够解释的一些问题

可以用回形针、酒精灯、条形磁铁、充磁机做好磁化和退磁的演示实验，加深学生的印象。

举生活中的例子说明，比如磁卡不能与磁铁放在一起等等。

【说明】“假说”，是用来说明某种现象但未经实践证实的命题。

在物理定律和理论的建立过程中，“假说”，常常起着很重要的作用，它是在一定的观察、实验的基础上概括和抽象出来的。

安培分子电流的假说就是在奥斯特的实验的启发下，经过思维发展而产生出来的。

（3）磁现象的电本质：

磁铁和电流的磁场本质上都是运动电荷产生的．

4．匀强磁场

（1）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，这个区域的磁场叫匀强磁场。

匀强磁场的磁感线是一些间隔相同的平行直线。

（2）两种情形的匀强磁场：

即距离很近的两个异名磁极之间除边缘部分以外的磁场；相隔一定距离的两个平行线圈（亥姆霍兹线圈）通电时，其中间区域的磁场P87图3.3-7，图3.3-8。

5.磁通量

（1）定义：

磁感应强度B与线圈面积S的乘积，叫穿过这个面的磁通量（是重要的基本概念）。

（2）表达式：

φ=BS

【注意】①对于磁通量的计算要注意条件，即B是匀强磁场或可视为匀强磁场的磁感应强度，S是线圈面积在与磁场方向垂直的平面上的投影面积。

②磁通量是标量，但有正、负之分，可举特例说明。

（3）单位：

韦伯，简称韦，符号Wb1Wb=1T·m2

（4）磁感应强度的另一种定义（磁通密度）:

即B=φ/S

上式表示磁感应强度等于穿过单位面积的磁通量，并且用Wb/m2做单位（磁感应强度的另一种单位）。

所以：

1T=1Wb/m2=1N/A·m

（三）小结：

对本节各知识点做简要的小结。

（四）反思总结、当堂检测

1.如图所示，放在通电螺线管内部中间处的小磁针，静止时N极指向右.试判定电源的正负极.

解析：

小磁针N极的指向即为该处的磁场方向，所以在螺线管内部磁感线方向由a→b，根据安培定则可判定电流由c端流出，由d端流入，故c端为电源的正极，d端为负极.

注意：

不要错误地认为螺线管b端吸引小磁针的N极，从而判定b端相当于条形磁铁的南极，关键是要分清螺线管内、外部磁感线的分布.

2.如图所示，当线圈中通以电流时，小磁针的北极指向读者.学生确定电流方向.

答案：

电流方向为逆时针方向.

（五）发导学案、布置作业

九、板书设计

磁感线：

人为画出，可形象描述磁场

几种常见的磁场：

安培定则：

让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向。

匀强磁场：

磁场中各处电场强度大小相等方向相同。

其磁感线是一些间隔均匀的平行直线。

磁通量：

B与S的乘积，单位是韦伯，也叫磁通密度。

十、教学反思

本节内容与本章第一节内容联系较大可先复习第一节知识后进入新课的学习，并在学习过程中加入对应习题。

注重演示如演示磁感线用的磁铁及铁屑，演示用幻灯片等使学生具有形象感。

以下为赠送文档：

气体热现象的微观意义

 一、教学目标

1．在物理知识方面的要求：

（1）能用气体分子动理论解释气体压强的微观意义，并能知道气体的压强、温度、体积与所对应的微观物理量间的相关联系。

（2）能用气体分子动理论解释三个气体实验定律。

2．通过让学生用气体分子动理论解释有关的宏观物理现象，培养学生的微观想像能力和逻辑推理能力，并渗透“统计物理”的思维方法。

3．通过对宏观物理现象与微观粒子运动规律的分析，对学生渗透“透过现象看本质”的哲学思维方法。

二、重点、难点分析

1．用气体分子动理论来解释气体实验定律是本节课的重点，它是本节课的核心内容。

2．气体压强的微观意义是本节课的难点，因为它需要学生对微观粒子复杂的运动状态有丰富的想像力。

三、教具

计算机控制的大屏幕显示仪；自制的显示气体压强微观解释的计算机软件。

四、主要教学过程

（一）引入新课

先设问：

气体分子运动的特点有哪些？

答案：

特点是：

（1）气体间的距离较大，分子间的相互作用力十分微弱，可以认为气体分子除相互碰撞及与器壁碰撞外不受力作用，每个分子都可以在空间自由移动，一定质量的气体的分子可以充满整个容器空间。

（2）分子间的碰撞频繁，这些碰撞及气体分子与器壁的碰撞都可看成是完全弹性碰撞。

气体通过这种碰撞可传递能量，其中任何一个分子运动方向和速率大小都是不断变化的，这就是杂乱无章的气体分子热运动。

（3）从总体上看气体分子沿各个方向运动的机会均等，因此对大量分子而言，在任一时刻向容器各个方向运动的分子数是均等的。

（4）大量气体分子的速率是按一定规律分布，呈“中间多，两头少”的分布规律，且这个分布状态与温度有关，温度升高时，平均速率会增大。

今天我们就是要从气体分子运动的这些特点和规律来解释气体实验定律。

（二）教学过程设计

1．关于气体压强微观解释的教学

首先通过设问和讨论建立反映气体宏观物理状态的温度（T）、体积（V）与反映气体分子运动的微观状态物理量间的联系：

温度是分子热运动平均动能的标志，对确定的气体而言，温度与分子运动的平均速率有关，温度越高，反映气体分子热运动的平均速率

体积影响到分子密度（即单位体积内的分子数），对确定的一定质量的理想气体而言，分子总数N是一定的，当体积为V时，单位体积内

n越小。

然后再设问：

气体压强大小反映了气体分子运动的哪些特征呢？

这应从气体对容器器壁压强产生的机制来分析。

先让学生看用计算机模拟气体分子运动撞击器壁产生压强的机制：

首先用计算机软件在大屏幕上显示出如图1所示的图形：

向同学介绍：

如图所示是一个一端用活塞（此时表示活塞部分的线条闪烁3～5次）封闭的气缸，活塞用一弹簧与一固定物相连，活塞与气缸壁摩擦不计，当气缸内为真空时，弹簧长为原长。

如果在气缸内密封了一定质量的理想气体。

由于在任一时刻气体分子向各方向上运动的分子数相等，为简化问题，我们仅讨论向活塞方向运动的分子。

大屏幕上显示图2，即图中显示的仅为总分子数的合，（图中显示的“分子”暂呈静态）先看其中一个（图2中涂黑的“分子”闪烁2～3次）分子与活塞碰撞情况，（图2中涂黑的“分子”与活塞碰撞且以原速率反弹回来，活塞也随之颤抖一下，这样反复演示3～5次）再看大量分子运动时与活塞的碰撞情况：

大屏幕上显示“分子”都向活塞方向运动，对活塞连续不断地碰撞，碰后的“分子”反弹回来，有的返回途中与别的“分子”相撞后改变方向，有的与活塞对面器壁相碰改变方向，但都只显示垂直于活塞表面的运动状态，而活塞被挤后有一个小的位移，且相对稳定，如图3所示的一个动态画面。

时间上要显示15～30秒定格一次，再动态显示15～30秒，再定格。

得出结论：

由此可见气体对容器壁的压强是大量分子对器壁连续不断地碰撞所产生的。

进一步分析：

若每个分子的质量为m，平均速率为v，分子与活塞的碰撞是完全弹性碰撞，则在这一分子与活塞碰撞中，该分子的动量变化为2mv，即受的冲量为2mv，根据牛顿第三定律，该分子对活塞的冲量也是2mv，那么在一段时间内大量分子与活塞碰撞多少次，活塞受到的总冲量就是2mv的多少倍，单位时间内受到的总冲量就是压力，而单位面积上受到的压力就是压强。

由此可推出：

气体压强一方面与每次碰撞的平均冲量2mv有关，另一方面与单位时间内单位面积受到的碰撞次数有关。

对确定的一定质量的理想气体而言，每次碰撞的平均冲量，2mv由平均速率v有关，v越大则平均冲量就越大，而单位时间内单位面积上碰撞的次数既与分子密度n有关，又与分子的平均速率有关，分子密度n越大，v也越大，则碰撞次数就越多，因此从气体分子动理论的观点看，气体压强的大小由分子的平均速率v和分子密度n共同决定，n越大，v也越大，则压强就越大。

2．用气体分子动理论解释实验三定律

（1）教师引导、示范，以解释玻意耳定律为例教会学生用气体分子动理论解释实验定律的基本思维方法和简易符号表述形式。

范例：

用气体分子动理论解释玻意耳定律。

一定质量（m）的理想气体，其分子总数（N）是一个定值，当温度（T）保持不变时，则分子的平均速率（v）也保持不变，当其体积（V）增大几倍时，则单位体积内的分子数（n）变为原来的几分之一，因此气体的压强也减为原来的几分之一；反之若体积减小为原来的几分之一，则压强增大几倍，即压强与体积成反比。

这就是玻意耳定律。

书面符号简易表述方式：

小结：

基本思维方法（详细文字表述格式）是：

依据描述气体状态的宏观物理量（m、p、V、T）与表示气体分子运动状态的微观物理量（N、n、v）间的相关关系，从气体实验定律成立的条件所述的宏观物理量（如m一定和T不变）推出相关不变的微观物理量（如N一定和v不变），再根据宏观自变量（如V）的变化推出有关的微观量（如n）的变化，再依据推出的有关微观量（如v和n）的变与不变的情况推出宏观因变量（如p）的变化情况，结论是否与实验定律的结论相吻合。

若吻合则实验定律得到了微观解释。

（2）让学生体验上述思维方法：

每个人都独立地用书面详细文字叙述和用符号简易表述的方法来对查理定律进行微观解释，然后由平时物理成绩较好的学生口述，与下面正确答案核对。

书面或口头叙述为：

一定质量（m）的气体的总分子数（N）是一定的，体积（V）保持不变时，其单位体积内的分子数（n）也保持不变，当温度（T）升高时，其分子运动的平均速率（v）也增大，则气体压强（p）也增大；反之当温度（T）降低时，气体压强（p）也减小。

这与查理定律的结论一致。

用符号简易表示为：

（3）让学生再次练习，用气体分子动理论解释盖·吕萨克定律。

再用更短的时间让学生练习详细表述和符号表示，然后让物理成绩为中等的或较差的学生口述自己的练习，与下面标准答案核对。

一定质量（m）的理想气体的总分子数（N）是一定的，要保持压强（p）不变，当温度（T）升高时，全体分子运动的平均速率v会增加，那么单位体积内的分子数（n）一定要减小（否则压强不可能不变），因此气体体积（V）一定增大；反之当温度降低时，同理可推出气体体积一定减小。

这与盖·吕萨克定律的结论是一致的。

用符号简易表示为：

（三）课堂小结

1．本节课我们首先明确了气体状态参量与相关的气体分子运动的微观物理量间的关系着重从气体分子动理论的观点认识到气体对容器壁的压强是大量分子连续不断地对器壁碰撞产生的，且由分子的平均速率和分子密度共同决定其大小。

2．本节课我们重点学习了用气体分子动理论的观点来解释气体三个实验定律的方法。

五、说明

1．本节课设计用计算机模拟气体分子对器壁碰撞而产生压强是为了使学生有一点感性认识，帮助学生想象，其中有两点需要说明，一是弹簧的形变（活塞的位移）说明活塞受到了压力，二是图中所示的“分子”数只是示意图，其“大量”的含义是无法（也没必要）用具体图形表示。

2．本节课用气体分子动理论解释实验定律的侧重点在于教会学生“解释”的方法，它是一种从宏观到微观，又由微观到宏观的有序而又严密的推理。

因此对三个定律解释方式是先教师示范，讲清方法，再让学生独立思考，自行体验，最后反复练习，熟练掌握。

既采用详细表述又用符号简易表示，其目的也是为了训练学生既严密又简练的逻辑思维。

3．由于温度只是气体分子平均动能的标志，它与分子平均速率v只能推出定性的相关关系，中学阶段无法得到定量的相关关系，因此对查理定律和盖·吕萨克定律也只能进行定性解释，不能定量的推出正比关系。