2019-2020年高中物理人教版選修3-1 第三章第三節(jié) 幾種常見的磁場 教案1.doc
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2019-2020年高中物理人教版選修3-1 第三章第三節(jié) 幾種常見的磁場 教案1 三維目標 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。理解磁現(xiàn)象的電本質(zhì); 5.理解勻強磁場的概念,明確兩種情形的勻強磁場; 6.知道磁通量的定義,知道Φ=BS的適用條件,利用公式進行有關(guān)計算。 過程與方法 1.通過模擬實驗體會磁感線的形狀,培養(yǎng)學(xué)生的的實驗觀察、分析的能力和空間想象能力; 2.由電流和磁鐵都能產(chǎn)生磁場,提出安培分子電流假說,最后都歸結(jié)為磁現(xiàn)象的電本質(zhì); 3.通過引入磁通量概念,使學(xué)生體會描述磁場規(guī)律的另一重要方法。 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 1.利用安培定則判斷磁感線方向,理解安培分子電流假說; 2.理解磁通量的概念并能進行有關(guān)計算。 教學(xué)難點 安培定則的靈活應(yīng)用及磁通量的計算。 教學(xué)方法 類比法、實驗法、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。 教學(xué)過程 [新課導(dǎo)入] 電場可以用電場線形象地描述,磁場可以用什么來描述呢? 磁場也可以用磁感線形象地描述。 那么什么是磁感線?又有哪些特點呢?這節(jié)課我們就來學(xué)習有關(guān)磁感線的知識。 [新課教學(xué)] 一、磁感線 在研究磁場時,我們引進磁感線來反映磁場的方向性,磁感線是一些有方向的曲線,在這些曲線上,每一點的切線方向都跟該點的磁場方向相同(即為小磁針靜止時北極的指向)。利用磁感線,我們就可以比較直觀地描述磁場的方向性. 1.磁感線 A C B 在磁場中畫出一些曲線,使些曲線上每一點的切線方向都跟這點的磁感應(yīng)強度方向一致,這樣的曲線就叫做磁感線。 利用磁感線可以形象地描述磁場。 2.磁感線的實驗?zāi)M 演示:在磁鐵的不同位置放上小磁針。 現(xiàn)象:靜止時小磁針的N極指向各不相同。能顯示出磁感線的形狀。 演示:實驗中常用鐵屑來模擬磁感線的形狀。在磁場中放一塊玻璃板,玻璃板上均勻地撒一層細鐵屑,細鐵屑在磁場里被磁化成“小磁針”,輕敲玻璃板使鐵屑胡規(guī)則地排列起來,就模擬出磁感線的形狀。如圖所示。在兩極附近磁場較強,磁感線較密。 現(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。 二、幾種常見的磁場 1.幾種常見的磁場 (1)條形磁鐵的磁場 (2)蹄形磁鐵的磁場 問題:磁鐵周圍的磁感線方向如何? 結(jié)論:磁感線是閉合曲線,磁鐵外部的磁感線是從北極出來,回到磁鐵的南極,內(nèi)部是從南極到北極。 (3)直線電流的磁場 問題:通電直導(dǎo)線周圍的磁感線如何分布? 結(jié)論:直線電流磁場的磁感線是一些以導(dǎo)線上各點為圓心的同心圓,這些同心圓都在跟導(dǎo)線垂直的平面上。 把小磁針放到通電直導(dǎo)線附近,根據(jù)磁針的指向,可以研究它周圍磁場的分布。直線電流的磁場方向可以用安培定則方便地表示。 問題:直線電流周圍的磁感線分布和什么因素有關(guān)系? 結(jié)論:改變電流的方向,各點的磁場方向都變成相反的方向,即磁感線的方向隨著改變。直線電流周圍的磁感線方向和電流方向有關(guān)系。 問題:直線電流的方向跟磁感線方向之間的關(guān)系如何判斷呢? 結(jié)論: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:右手握住導(dǎo)線,讓伸直的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環(huán)繞的方向。 對直線電流周圍的磁感線,應(yīng)能畫出不同側(cè)面、不同角度磁感線圖。 (4)環(huán)形電流的磁場 問題:環(huán)形電流周圍的磁感線如何分布? 結(jié)論: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。 問題:環(huán)形電流的方向跟磁感線方向之間的關(guān)系如何判斷呢? 結(jié)論: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:讓右手彎曲的四指與環(huán)形電流的方向一致,伸直的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。 (5)通電螺線管磁場的磁感線 問題:通電螺線管外部的磁場和什么相似? 結(jié)論:通電螺線管外部的磁感線和條形磁鐵外部的磁感線相似,一端相當于南極,一端相當于北極。 問題:通電螺線管內(nèi)部的磁場如何? 結(jié)論:通電螺線管內(nèi)部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。通電螺線管內(nèi)部的磁場比兩極處的磁場更強。 問題:通電螺線管的磁感線方向和什么因素有關(guān)系? 結(jié)論:通電螺線管的磁感線方向和螺線管的電流方向有關(guān)。 問題:如何判斷通電螺線管的極性? 結(jié)論: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,大拇指所指的方向就是螺線管內(nèi)部磁感線的方向。也就是說,大拇指指向通電螺線管的北極。 與天然磁體的磁場相比,電流磁場的強弱容易控制,因而在實際中有很多重要的應(yīng)用。電磁起重機、電話、電動機、發(fā)電機,以及在自動控制中普通應(yīng)用的電磁繼電器,都離不開電流的磁場。 2.磁感線的特點 (1)磁感線上任意一點的切線方向表示該位置的磁場方向,亦即小磁針在該位置時N極的受力方向,或小磁針在該位置靜止時N極的指向; (2)磁感線的疏密程度表示磁場的強弱。磁感線密集處磁場強,稀疏處磁場弱。 (3)磁感線為閉合曲線,無起點和終點。在磁體的外部磁感線由N極發(fā)出,回到S極。在磁體的內(nèi)部磁感線則由S極指向N極。 (4)在穩(wěn)定的磁場中,某一點只有惟一確定的磁場方向,所以兩條磁感線不能相交。 (5)磁感線也不相切。若磁感線相切,則切點處的磁場將趨近于無窮大,這是不可能的。 三、安培分子電流假說 磁鐵和電流都能產(chǎn)生磁場。它們的磁場是否有什么關(guān)系呢?我么已經(jīng)知道,通電螺線管和條形磁鐵的磁場分布十分相似,法國學(xué)者安培由此受到啟發(fā),提出了著名的分子電流假說。 1.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)相當于兩個磁極,這就是分子電流假說。 2.用安培假說解釋磁現(xiàn)象 閱讀課文,回答以下問題。 (1)一根鐵棒在未被磁化時為什么對外界不顯磁性? 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。 (2)什么是磁化?如何去理解磁化和磁極? 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,對外界顯示出較強的磁作用,在兩端形成磁極。 (3)永磁體為什么具有磁性? 永磁體之所以具有磁性,是因為它內(nèi)部的環(huán)形分子電流本來就排列整齊。 (4)永磁體如何失去磁性? 永磁體受到高溫或猛烈的敲擊會失去磁性,這是因為在激烈的熱運動或機械振動的影響下,分子電流的取向又變得雜亂無章了。 (5)為什么無論把磁棒折成多小的一段,它總有兩個磁極? 每個環(huán)形分子電流的兩個側(cè)面必定同時出現(xiàn),一面相當于N極,另一面相當于S極。 3.磁現(xiàn)象的電本質(zhì) (1)羅蘭實驗 1876年,羅蘭把大量的電荷加在一個橡膠圓盤上,然后使盤繞中心軸高速轉(zhuǎn)動,在盤的附近用小磁針來檢驗磁場的存在,如圖所示。 結(jié)果他發(fā)現(xiàn),當帶電盤轉(zhuǎn)動時,小磁針果然發(fā)生了偏轉(zhuǎn),而且改變盤的轉(zhuǎn)動方向或改變所帶電荷的正負時,小磁針的偏轉(zhuǎn)方向也改變,磁針的偏轉(zhuǎn)方向跟運動電荷所形成的電流方向間的關(guān)系同樣符合安培定則。 (2)磁現(xiàn)象的電本質(zhì) 電流產(chǎn)生磁場,其磁場是運動電荷產(chǎn)生的。磁體中的分子電流是由原子內(nèi)部電子的運動形成的。安培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,都是由電荷的運動產(chǎn)生的。 運動的電荷(電流)產(chǎn)生磁場,磁場對運動的電荷(電流)有磁場力的作用,所有的磁現(xiàn)象都可以歸結(jié)為運動電荷(電流)通過磁場而發(fā)生的相互作用。 四、勻強磁場 什么是勻強電場?勻強電場的產(chǎn)生條件是什么?勻強電場的電場線有何特點? 在電場的某一區(qū)域,如果場強的大小和方向都相同,這個區(qū)域的電場叫做勻強電場;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電荷,它們之間的電場除邊緣附近外就是勻強電場;勻強電場的電場線是距離相等的平行直線。 1.勻強磁場 如果磁場的某一區(qū)域里,磁感應(yīng)強度的大小和方向處處相同,這個區(qū)域的磁場叫勻強磁場。 2.產(chǎn)生方法 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)可認為是勻強磁場。 3.磁感線的特點 勻強磁場的磁感線是間距相等的平行直線。 五、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 在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中,有一個與磁場方向垂直的平面,面積為S,則B與S的乘積叫做穿過這個面的磁通量。 2.公式 Ф=BS 3.單位 在國際單位制中,磁通量的單位是韋伯,簡稱韋,符號是Wb。 1Wb=1T1m2=1Vs 4.物理意義 磁通量表示穿過這個面積的磁感線條數(shù)。 對于同一個平面,當它跟磁場方向垂直時,磁場越強,穿過它的磁感線條數(shù)越多,磁通量就越大。當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 Ф=BSsinθ=BS⊥(θ為平面與磁場方向之間的夾角)。 5.磁通密度 將磁通量的定義式Ф=BS變形得:B=,這個比值反映了什么意義?單位是什么? B為垂直磁場方向單位面積上的磁通量,反映磁場的強弱。又叫磁通密度。單位Wb/m2 【問題思考】 磁通量是標量,但具有雙向性,是雙向標量。在規(guī)定正方向后有正、負之分。 【做一做】 [小結(jié)] 本節(jié)課學(xué)習了以下主要內(nèi)容: 1.引入磁感線形象直觀地描述磁場的強弱和方向的分布情況; 2.了解了常見磁場及其磁感線的分布情況,掌握了電流方向與磁場方向關(guān)系的左右螺定則; 3.學(xué)習了安培的分子電流假說,掌握了磁現(xiàn)象的電本質(zhì); 4.學(xué)習了勻強磁場的概念、產(chǎn)生及其磁感線分布的特點; 5.學(xué)習了磁通量的概念、公式,為學(xué)習電磁感應(yīng)做準備。 [布置作業(yè)] 閱讀科學(xué)漫步《有趣的右螺旋》; 教材第90-91頁“問題與練習”。- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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