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磁感应强度教案(人教版选修3-1)

时间:2018-01-12 13:51:48作者:佚名教案来源:网络
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2.磁感应强度

三维目标
知识与技能
1.理解磁感应强度B的定义,掌握磁感应强度的方向和大小,知道B的单位是特斯拉;
2.会用磁感应强度的定义式进行有关计算。
过程与方法
1.使学生知道物理中研究问题时常用的一种科学方法──控制变量法;
2.通过演示实验、分析总结、获取知识;
3.通过观察、类比(与电场强度的定义的类比)使学生理解和掌握磁感应强度的概念,为学生形成物理概念奠定了坚实的基础。
情感、态度与价值观
1.使学生学会由个别事物的个性来认识一般事物的共性的科学方法;
2.培养学生探究物理现象的兴趣,提高综合学习能力。
教学重点
磁感应强度的物理意义。
教学难点
磁感应强度概念的建立。
教学方法
实验分析法、讲授法。
教学用具
磁铁、电源、金属杆、导线、铁架台、投影仪、投影片。
教学过程
[新课导入]
磁场不仅有方向,而且也有强弱。巨大的电磁铁能够吸引成吨的钢铁,小的磁铁只能吸引小铁钉。为表征磁场的强弱和方向,就要引入一个物理量。怎样的物理量能够起到这样的作用呢?
问题:用哪个物理量来描述电场的强弱和方向?
用电场强度来描述电场的强弱和方向。 
问题:电场强度是如何定义的?其定义式是什么?
电场强度是通过将一检验电荷放在电场中分析电荷所受的电场力与检验电荷量的比值来定义的,其定义式为E= 。
电场对其中的电荷有电场力的作用,研究电场强弱的时候,我们从分析电荷在电场中的受力情况着手,找到了表示电场强弱的物理量──电场强度。类似地,磁场对其中的电流有磁场力的作用,研究磁场的强弱,我们要从分析电流在磁场中的受力情况着手,找出表示磁场强弱的物理量。
[新课教学]
与电场强度相对应,我们本可以把描述磁场强弱的物理量叫做磁场强度。但历史上磁场强度已经用来表示另一个物理量,因此物理学中用磁感应强度来描述磁场的强弱。
一、磁感应强度的方向 
人们很容易想到,把一枚可以转动的小磁针作为检验用的磁体放在磁场中的某一点,观察它的受力情况,由此来描述电场。
让小磁针处于条形磁铁产生的磁场和竖直方向通电导线产生的磁场中的各个点时,小磁针的N极所指的方向不同,来认识磁场具有方向性,明确磁感应强度的方向的规定。
小磁针总有两个磁极,它在磁场中受力后,一般情况下将会转动。小磁针静止后,它的指向也就确定了,显示出这一点的磁场对小磁针N极和S极的作用力的方向。
物理学中把小磁针静止时N极所指的方向规定为该点的磁感应强度的方向,简称磁场的方向。
二、磁感应强度的大小
磁感应强度的大小能否从小磁针受力的情况来研究?
N极不能单独存在,因而不可能测量N极受力的大小,小磁针静止时,两个磁极所受合力为零,因此无法从小磁针受力的角度确定磁场的强弱,也就不可能确定磁感应强度有大小了。怎么办?
磁场除了对磁体有作用力,还对通电导线有作用力。能不能用很小一段通电导线来检验磁场的强弱呢?看来解决问题的办法还是有的!
1.电流元
在物理学中,把很短一段通电导线中的电流I与导线长度L的乘积IL叫做电流元。
要使导线中有电流,就要把它连接到电源上,所以孤立的电流元是不存在的,实际上仍要使用相当长的通电导线。不过如果做实验的那部分磁场的强弱、方向都是一样的,也就是说磁场是匀强磁场,我们也可以用比较长的通电导线进行实验,从结果中推知一小段电流元的受力情况。
2.探究影响通电导线受力的因素
【演示】如图所示,三块相同的蹄形磁铁并列放在桌上,可以认为磁极间的磁场是均匀的,将一根直导线水平悬挂在磁铁的两极间,导线的方向与磁感应强度方向(由下向上)垂直。
有电流通过时导线将摆动一个角度,通过摆动角度的大小可以比较导线受力的大小。分别接通“2、3”和“1、4”可以改变导线通电部分的长度,电流强度由外部电路控制。

 

 

 

(1)先保持导线通电部分的长度不变,改变电流的大小。
结论:通电导线长度一定时,电流越大,导线所受磁场力就越大。
(2)然后保持电流不变,改变导线通电部分的长度。
结论:电流一定时,通电导线越长,磁场力越大。
精确的实验表明,通电导线与磁场方向垂直时,通电导线在磁场中受到的磁场力的大小,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的乘积成正比,用公式表示为
F=ILB
式中B为比例系数。
3.磁感应强度
问题:B有何物理意义呢?在不同的蹄形磁铁的磁场中重复上面的实验。
结论:(1)在同一磁场中,不管I、L如何改变,比值B总是不变的。
(2)I、L不变,但在不同的磁场中,比值B是不同的。
(3)可见,B是由磁场本身决定的,在电流I、导线长度L相同的情况下,电流所受的磁场力越大,比值B越大,表示磁场越强。
(1)定义
在磁场中垂直于磁场方向的通电导线,所受的磁场力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值叫磁感应强度。
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的通电导线来研究磁场。如果导线很短很短,B就是导线所在处的磁感应强度。
(2)公式
B= (量度式)
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,这种提法有什么问题?错在哪里?
这种提法不对。因为实验证明,F和IL的乘积成正比,故比值(F/IL)在磁场中某处是一个恒量,反映了磁场本身的特性,不随F及IL的变化而变化。
(3)单位
在国际单位制中,磁感应强度的单位是特斯特,简称特,国际符号是T。
1T=1
常见的地磁场磁感应强度大约是0.3×10-4T~0.7×10-4T,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。
了解一些磁场的磁感应强度(教材第84页)。
(4)物理意义
磁感应强度B是表示磁场强弱和方向的物理量,由磁场本身决定,与电流元无关。
要使学生了解比值F/IL是磁场中各点的位置函数。换句话说,在非匀强磁场中比值F/IL是因点而异的,也就是在磁场中某一确定位置处,无论怎样改变I和L,F都与IL的乘积大小成比例地变化,比值F/IL跟IL的乘积大小无关。因此,比值F/IL的大小反映了各不同位置处磁场的强弱程度,所以人们用它来定义磁场的磁感应强度。还应说明F是指通电导线电流方向跟所在处磁场方向垂直时的磁场力,此时通电导线受到的磁场力最大。
有的学生往往单纯从数学角度出发,由公式B=F/IL得出磁场中某点的B与F成正比,与IL成反比的错误结论。
应强调说明对于确定的磁场中某一位置来说,B并不因探测电流和线段长短(电流元)的改变而改变,而是由磁场自身决定的;比值F/IL不变这一事实正反映了所量度位置的磁场强弱程度是一定的。
【例题1】下列关于磁感应强度大小的说法中正确的是(    )
A.通电导线受磁场力大的地方磁感应强度一定大
B.通电导线在磁感应强度大的地方受力一定大
C.放在匀强磁场中各处的通电导线,受力大小和方向处处相同
D.磁感应强度的大小和方向跟放在磁场中的通电导线受力的大小和方向无关
解析:正确答案是D。因为磁场中某点的磁感应强度的大小和方向由磁场本身决定,与通电导线的受力及方向都无关。所以A选项错,D选项正确。因为通电导线在磁场中受力的大小不仅与磁感应强度有关,而且与通电导线的取向有关,故B选项错,对C选项虽然匀强磁场中磁感应强度处处相等,但当导线在各个位置的方向不同时,磁场力是不相同的(导线与磁场垂直时受磁场力最大,与磁场平行时受磁场力为零),而C选项中没有说明导线在各个位置的取向是否相同,所以C选项错。答案:D
【说明】磁场中某点磁感应强度的大小与通电导线的受力无关,由磁场本身决定。通电导线在磁场中的受力不仅与磁感应强度有关,还跟导线的位置取向有关。
【例题2】下列说法中错误的是(    )
A.磁场中某处的磁感应强度大小,就是通以电流I、长为L的一小段导线放在该处时所受磁场力F与I、L的乘积的比值。
B.一小段通电导线放在某处不受磁场力作用,则该处一定没有磁场。
C.一小段通电导线放在磁场中A处时受磁场力比放在B处大,则A处磁感应强度比B处的磁感应强度大。
D.因为B =F/IL,所以某处磁感应强度的大小与放在该处的通电小段导线IL乘积成反比。
答案:ABCD
【例题3】一根导线长0.2m,通过3A的电流,垂直放入磁场中某处受到的磁场力是6×10-2N,则该处的磁感应强度B的大小是_____T;如果该导线的长度和电流都减小一半,则该处的磁感应强度的大小是_____T。
解析:由磁感应强度的定义式: 得B=0.1T ,当导线的长度和电流都减小一半,磁感应强度的大小不变,仍为0.1T。答案:0.1T;0.1T。
[小结]
一是电场力与磁场力在方向上是有差异的。电场力的方向总是与电场强度E的方向相同或相反;而磁场力的方向恒与磁感应强度B的方向垂直。
二是E和B在引入方法上也是有差异的。在电场强度E的引入中,考虑到的是电场中检验电荷所受的力F与检验电荷所带电量q之比;而在磁感应强度B的引入中,考虑的是磁场中检验电流元所受的力F与乘积IL之比。
本节课进一步认识磁场的强弱,引入了磁感应强度来描述磁场,根据磁场力的性质用定义法定义B描述磁场的强弱和方向。
[布置作业]
阅读“科学漫步”《地球磁场与古地质学》。
教材第85页“问题与练习”。


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