9/9磁現(xiàn)象磁場北京市第十一中學(xué)石江春一、教學(xué)背景分析本節(jié)內(nèi)容從我國古代對磁現(xiàn)象的認識及作用、19世紀初電磁相互作用現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)、現(xiàn)代信息技術(shù)中的磁應(yīng)用以及生命物質(zhì)中的磁現(xiàn)象談起，介紹各種磁體周邊的磁場分布，進而把磁現(xiàn)象的本質(zhì)歸結(jié)為電流之間的相互作用。但是學(xué)生對磁的認識不足，沒有一個具體的形象感知，所以最好能形象地展現(xiàn)各種磁場的模型以激發(fā)學(xué)生的興趣。二、教學(xué)目標(biāo)（一）知識與技能1．了解磁現(xiàn)象的廣泛性和磁現(xiàn)象的電本質(zhì)。2．理解磁相互作用是通過磁場來實現(xiàn)的，知道用磁感線描述磁場，掌握直線電流、環(huán)形電流和通電螺線管磁場的空間分布情況。3．掌握安培定則，并能用安培定則熟練地判定電流以及電流產(chǎn)生的磁場方向。4．通過磁場現(xiàn)象的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、分析能力和空間想象能力。（二）過程與方法學(xué)生通過互聯(lián)網(wǎng)查閱資料，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力；通過類比電場和磁場的性質(zhì)與特征，拓展學(xué)生的知識關(guān)聯(lián)能力；學(xué)生自己動手設(shè)計完成實驗，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力。（三）情感、態(tài)度與價值觀1．通過小組合作完成實驗，培養(yǎng)學(xué)生的合作意識。2．通過學(xué)生的探究，培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度。三、教學(xué)重點、難點及解決措施教學(xué)重點：使學(xué)生掌握磁場對磁體有力作用的性質(zhì)，明白磁場的空間分布情況。教學(xué)難點：學(xué)生能比較熟練地將畫在平面上的磁感線圖形與磁場的空間分布情況對應(yīng)起來。這需要一定的空間想象力，會有一定的困難。解決措施：通過實驗演示，學(xué)生動手自制實驗用具，以及視頻演示，動畫演示來幫助學(xué)生在腦海中建立模型，理解磁場及磁感線。本節(jié)課的導(dǎo)入方式新穎別致，采用了一個吸引學(xué)生注意力的小實驗，教師準(zhǔn)備了一個錄音機，一盒磁帶，先播放一段音樂，然后將磁帶拉出，用磁鐵磁化其中的兩小段，并提出問題，讓學(xué)生猜測被磁化過的磁帶再放回錄音機播放，會聽到什么聲音：雜音還是沒有聲音，或者是繼續(xù)原來的音樂聲？學(xué)生們非常感興趣，各抒己見。而通過這樣的課前引入，就能夠抓住他們的注意力，從而把他們帶進了磁的世界。授課過程中，教師旁征博引，通過詳實的圖片和資料，為學(xué)生介紹從古代到現(xiàn)代，從中國到世界，歷史上人類對于磁現(xiàn)象、磁科學(xué)的逐步深入的認識。從學(xué)生熟知的中國四大發(fā)明之一司南，到古代藥學(xué)家對磁能治療多種疾病的發(fā)現(xiàn)；然后視角開拓到世界，介紹科學(xué)家奧斯特的生平并引出奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)的軼事，還有法拉第的成長生涯，以及他對磁生電這一現(xiàn)象的孜孜追求，這些都深深地吸引了學(xué)生，并增加了他們的知識。隨后教師介紹磁帶錄音的原理以及生命物質(zhì)中的磁現(xiàn)象，鴿子識歸途，醫(yī)院的核磁共振儀及其成像圖，大大地開闊了學(xué)生的視野，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)磁學(xué)知識的熱情。在磁場的學(xué)習(xí)過程中，教師始終不忘和學(xué)生們所熟悉的電場進行類比。以及磁感線和電場線的類比，既回顧了以往所學(xué)，又加深了對磁場的認識，明白了磁場和電場的區(qū)別，以及磁感線和電場線的區(qū)別與聯(lián)系。在學(xué)習(xí)磁感線的過程中，教師充分使用實物儀器來形成磁感線讓學(xué)生親身體會，同時利用多媒體的輔助，圖片以及視頻來加深學(xué)生對磁感線的認識，特別是它們的三維分布情況，從不同角度，全方位地展示條形、蹄形磁鐵磁感線分布，以及通電直導(dǎo)線，通電環(huán)形電流和通電螺線管的磁感線分布情況。在磁感線的學(xué)習(xí)過程中，教師還讓學(xué)生親手畫出條形磁鐵和通電螺線管的磁感線，強調(diào)學(xué)生自己實踐，真正掌握磁感線的畫法以及垂直于紙面向里和垂直于紙面向外兩個特殊方向的畫法，增強學(xué)生的動手能力，并在此過程中靈活地掌握了知識。最后介紹磁現(xiàn)象的電本質(zhì)，把磁體的磁場和電流的磁場進行大統(tǒng)一。讓學(xué)生對磁體的磁場了解達到一個新的層次。四、教學(xué)過程（一）磁現(xiàn)象1．我國古代對磁現(xiàn)象的認識和應(yīng)用我國古代對磁現(xiàn)象的認識和應(yīng)用。我們的祖先在春秋戰(zhàn)國時期已發(fā)現(xiàn)磁現(xiàn)象，史書有記載：“山上有磁石者，其下有金銅”——《管子》；“慈石招鐵，或引之也”——《呂氏春秋》。春秋戰(zhàn)國時期發(fā)現(xiàn)天然磁石具有吸引鐵和指南北的特征，并發(fā)明了指南針，指南針是我國古代四大發(fā)明之一。中國使用指南針導(dǎo)航不久，就被阿拉伯海船采取，并經(jīng)阿拉伯人把這一偉大發(fā)明傳到歐洲。恩格斯在《自然辯證法》中指出，“磁針從阿拉伯人傳至歐洲人手中在1180年左右”。中國人首先將指南針應(yīng)用于航海比歐洲人至少早80年。北宋著名科學(xué)家沈括(《夢溪筆談》著者)，在制作和應(yīng)用指南針的科學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)了磁偏角的存在。他精辟地指出，這是因為地球上的磁極不正好在南北兩極的緣故。指南針及磁偏角理論在遠洋航行中發(fā)揮了巨大的作用，使人們獲得了全天候航行的能力，人類第一次得到了在茫茫大海中航行的自由。從此開辟了許多新的航線，縮短了航程，加速了航運的發(fā)展，促進了各國人民之間的文化交流與貿(mào)易往來。古代我們的先輩還發(fā)現(xiàn)磁石能夠治病保健：在東漢的《神農(nóng)本草》(約公元2世紀)藥書中便講到利用味道辛寒的慈(磁)石治療風(fēng)濕、肢節(jié)痛、除熱和耳聾等疾病，南北朝陶弘景著的《名醫(yī)別錄》(公元51O年)醫(yī)藥書中講到磁石可以養(yǎng)腎臟，強骨氣，通關(guān)節(jié)，消痛腫等。唐代著名醫(yī)藥學(xué)家孫思邈著的《千金方》(公元652年)藥書中還講到用磁石等制成的蜜丸，如經(jīng)常服用可以對眼力有益。明代著名藥學(xué)家李時珍著的《本草綱目》關(guān)于醫(yī)藥用磁石的記述內(nèi)容豐富并具總結(jié)性，對磁石形狀、主治病名、藥劑制法和多種應(yīng)用的描述都很詳細。2．信息技術(shù)中的磁現(xiàn)象利用某些物質(zhì)對于信息的記錄、存貯和復(fù)現(xiàn)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于科學(xué)研究、生產(chǎn)以及人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€方面，這些極大地改變了人類生產(chǎn)生活和科學(xué)研究的環(huán)境，推動人類各方面的發(fā)展。向?qū)W生演示大家熟悉的計算機硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，記錄數(shù)據(jù)的原理，以及磁錄音原理，演示錄音帶的原理。3．生命物質(zhì)中的磁現(xiàn)象從動物習(xí)性中的磁現(xiàn)象到人體器官中的磁現(xiàn)象，人們正在深入研究和應(yīng)用之中，這將進一步揭示自然的奧秘，增進人體健康，構(gòu)筑人與自然的和諧。舉出一個實例：現(xiàn)年76歲的迪諾里厄頓是英格蘭一名退休工程師，酷愛養(yǎng)鴿。1998年，剛剛退休的迪諾將3歲的“回飛鏢”送給了遠在西班牙的一位朋友。認人始料未及的是，“同飛鏢”不久竟然飛越1200英里(約1931公里)，返回了遠在英吉利海峽另一端的主人家。消息一傳出，名不見經(jīng)傳的“同飛鏢”立即成為“名鴿”，登上英國各報的頭條。同一年年底，迪諾橫下心來，將“回飛鏢”送給了他遠在蘭開夏郡(約2200公里)的朋友阿爾夫潘寧頓，從此迪諾再也沒有見過“回飛鏢”。闊別10年，回家過父親節(jié)。6月15日父親節(jié)這天，迪諾驚訝地發(fā)現(xiàn)，他家鴿舍前不知從何處飛來一只灰色的信鴿，不時發(fā)出“咕咕”聲朝他打招呼。迪諾仔細檢查了來者的腳環(huán)，不禁喜出望外。原來，它竟是闊別10年的愛鴿“回飛鏢”。掐指一算，它已是13歲“高齡”。醫(yī)院現(xiàn)在所使用的核磁共振儀來檢查患者器官的截面圖，大大方便了醫(yī)生對患者病情的把握。4．電與磁的相互作用關(guān)于電與磁相互作用現(xiàn)象，教科書用圖3-1-1對電流的磁效應(yīng)、磁對電流的作用力以及電磁感應(yīng)現(xiàn)象加以概括，它們導(dǎo)致電與磁的廣泛應(yīng)用，迎來了人類歷史上的第二次產(chǎn)業(yè)革命，開創(chuàng)了電氣化技術(shù)的時代，大大促進了生產(chǎn)力以至整個人類社會的發(fā)展。在這里演示電流的周圍存在磁場，通電導(dǎo)線在磁場中有力的作用，以及電磁感應(yīng)現(xiàn)象，并向?qū)W生介紹兩位偉大的物理學(xué)家奧斯特和法拉第，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神。（二）磁場引入磁場，指出磁的相互作用(即磁體的相互作用、電流的相互作用以及電流和磁鐵的相互作用)是通過磁場實現(xiàn)的，磁場是客觀存在的物質(zhì)，電流，磁體產(chǎn)生磁場，磁場對電流、磁極產(chǎn)生作用力。磁場用磁感線來描述，一方面可以同電場情形相類比，電場用電場線來描述，類比它，引入磁感線，另一方面用鐵粉演示更容易使學(xué)生理解磁場。然后讓學(xué)生熟悉直線電流、環(huán)形電流和通電螺線管的磁感線分布特點；最后介紹磁感線方向與電流方向的右手定則(安培定則)。1．磁場(1)定義：磁場是存在于磁極(或電流)周圍的一種特殊物質(zhì)。(2)磁場的方向規(guī)定：在磁場中的任一點的小磁針北極受力的方向，即是小磁針靜止時，北極所指的方向。(3)磁場的基本性質(zhì)：對放入其中的磁體和電流有力的作用。注意：磁極與磁極之間、磁極和電流之闖、電流和電流之間的相互作用都是通過磁場來傳遞的。2．認識磁場的形象描述方法——磁感線由于初中已有一定的基礎(chǔ)，在學(xué)習(xí)磁場的基本知識時學(xué)生會比較容易接受。但是在學(xué)習(xí)用磁感線來描述磁場以及相關(guān)的幾個特殊磁場的磁感線分布時會感到一定的困難。使用磁感線分布的三維動畫，有助于學(xué)生對磁感線空間形象的準(zhǔn)確把握。類比電場線和磁感線。靜電場的電場線靜磁場的磁感線相同點用幾何線形象描述場的手段相同點用疏密表示場的強弱，切線方向表示場的方向不同點起始于正電荷或無窮遠，終止于負電荷或無窮遠閉合曲線對磁感線進行認識。(1)定義：在磁場中畫出的一系列有向曲線，曲線上每一點的切線方向都跟該點的磁場方向相同。(2)特征：在磁體外部磁感線都是從北極出來進入南極，在磁體的內(nèi)部由南極通向北極形成一條閉合曲線；任兩條磁感線永不相交。(3)應(yīng)用：表示磁場方向和強弱的分布（磁感線越密的地方磁場越強）。兩個表示方向的特殊符號：叉表示垂直紙面向里，點表示垂直紙面向外。3．了解典型磁場的磁感線分布，安培定則對典型磁場的學(xué)習(xí)，看似不困難，但是學(xué)生的問題出在空間想象，必須要求學(xué)生親自動手畫出同一磁場不同觀察角度的觀察圖來。通過練習(xí)，使得學(xué)生對磁場有一個了解。電流產(chǎn)生的磁場的方向判定：應(yīng)用安培定則(右手螺旋定則)進行判定。注意：在直線電流和環(huán)節(jié)電流（通電螺線管）兩種情況下“四指”和“拇指”指向所代表的方向是什么的方向。還需要注意的是：①磁感線疏密分布、方向。②各種側(cè)視圖、投影圖、立體圖等的磁感線畫法。③地球本身是一個大磁體，地磁場的N極在地球地理南極附近，S極在地球地理北極附近。（三）磁現(xiàn)象的電本質(zhì)1．安培假說提問：磁場是一種物質(zhì)的存在形式，存在于何處？回答：(1)磁體周圍空間存在磁場；(2)電流周圍空間存在磁場。教師演示實驗：磁體對小磁針的作用；電流對小磁針的作用。師生推理分析：電流周圍空間存在磁場，電流是大量運動電荷形成的，所以運動電荷周圍空間也有磁場。進而提出安培假說：導(dǎo)體中的電流是由大量自由電子的定向移動而形成的，而電流的周圍又有磁場，所以電流的磁場應(yīng)該是由于電荷的運動產(chǎn)生的。那么，磁體的磁場是否也是由電荷的運動產(chǎn)生的？在磁體中分子、原子存在著一種環(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。這在當(dāng)時是一種大膽的猜想。因為那時候人們對于原子結(jié)構(gòu)還一無所知。2．認識磁現(xiàn)象的電本質(zhì)用安培假說解釋磁體磁性的產(chǎn)生：磁體的分子電流的取向大致相同時，對外顯磁性；磁鐵的分子電流取向雜亂無章時，對外不顯磁性。為了進一步鞏同對電本質(zhì)的理解，進行演示實驗并用安培假說進行解釋。①小鋼針被磁化。演示：軟鐵棒未被磁化前無磁性；磁化后有磁性，能懸掛起來指南北；②把小鋼針放在酒精燈上加熱至燒紅然后冷卻它，再用它去指示南北，觀察小磁針偏轉(zhuǎn)情況。解釋看到的現(xiàn)象。（四）小結(jié)：1．通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)你學(xué)到哪些知識？2．通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)你有哪些想法或者感受？五、板書設(shè)計3-1磁現(xiàn)象磁場一、磁現(xiàn)象二、磁場1．定義：磁場是存在于磁極（或電流）周圍的一種特殊物質(zhì)。2．方向：在磁場中的任一點的小磁針北極受力的方向(即是小磁針靜止時，北極所指的方向)。3．基本性質(zhì)：對放入其中的磁體和電流有力的作用。4．磁感線：為形象地描述磁場強弱和方向的一簇假想曲線。5．安培定則：右手定則。三、磁現(xiàn)象的電本質(zhì)1．安培假說：分子電流。2．磁現(xiàn)象的電本質(zhì)。六、教學(xué)流程示意圖七、點評“磁現(xiàn)象磁場”這節(jié)課在教學(xué)設(shè)計上有幾個突出的特點：第一，注重從生活、生產(chǎn)及身邊實例出發(fā)創(chuàng)設(shè)情境，生動活潑，激發(fā)興趣。本節(jié)課的引入新穎別致：教師準(zhǔn)備了一個錄音機，一盒磁帶，播放了一段學(xué)生熟悉的音樂，然后將磁帶拉出，用磁鐵將其中一部分磁化，并提出問題，讓學(xué)生猜測被磁化的磁帶再放同錄音機播放，會聽到什么聲音？教師設(shè)計的這個實驗和提出的問題極大的調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生思維活躍，各抒己見，在生動活潑、輕松愉快的氛圍中走進了磁的世界。第二，旁征博引，開闊視野，激發(fā)學(xué)生了解學(xué)史、學(xué)習(xí)磁科學(xué)的熱情。本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容豐富多彩，從古到今，從中國到世界，從學(xué)生熟知的中國四大發(fā)明，到古代藥學(xué)家對磁的利用；從奧斯特的電生磁，到法拉第的磁生電；從乘車使用的交通卡，到醫(yī)院先進的核磁共振儀；從飛鴿的導(dǎo)航，到計算機硬盤……教師思路順暢、旁征博引，通過詳實的圖片和資料，大大的開闊了學(xué)生的視野，使學(xué)生知道了物理學(xué)家的思維與靈感，了解了人類對于磁現(xiàn)象，磁科學(xué)的探索過程，增強了學(xué)生對科學(xué)家的熱愛及學(xué)習(xí)磁科學(xué)的熱情。第三，注重學(xué)生的親身感受，讓學(xué)生動手實驗，參與其中。為了使學(xué)生對電與磁的關(guān)系有更直觀的認識，教師將奧斯特實驗設(shè)計成由學(xué)生分組、合作完成的學(xué)生實驗，在實驗的過程中，學(xué)生親身感受到了物理現(xiàn)象的神奇，體會了成功的喜悅，培養(yǎng)了合作意識。第四，靈活的選擇教學(xué)手段，恰到好處地使用計算機課件輔助教學(xué)。本節(jié)課中磁場的概念抽象枯燥，磁感線的分布不易想象，教師充分考慮到了這些問題，靈活的選擇教學(xué)手段，恰到好處的使用了計算機課件。通過圖片、視頻、三維動畫，從不同角度，全方位的展示了條形、蹄形磁鐵磁感線分布，以及通電直導(dǎo)線、通電環(huán)形電流和通電螺線管的磁感線分布情況，將看不見摸不著的磁感線直觀形象的展示