第十三章《磁感應(yīng)強度磁通量》學(xué)習(xí)活動設(shè)計三：這個巨大的電磁鐵磁場有多強？課前準(zhǔn)備：1.我們用什么辦法形象的描述磁場在空間的分布？條形磁鐵和通電螺線管的磁場是怎樣分布的？2.電場的強弱是怎樣描述的？3.你對比值定義法了解多少？4.準(zhǔn)備好如下器材：強力磁鐵、條形磁鐵、蹄形磁鐵、小磁針、小鐵釘、曲別針、花灑、線圈。課堂教學(xué)：【任務(wù)情境一】巨大的電磁鐵能吸起成噸的鋼鐵，小磁體卻只能吸起幾枚鐵釘，它們的磁性相差很大。那么，它們磁性的強弱該怎樣定量的描述呢？

【學(xué)習(xí)任務(wù)一】知道磁場是有強弱的。實驗一：讓學(xué)生使用各種磁體吸引質(zhì)量不同的物體，感受不同的磁鐵吸引起重物的情況。提問：為什么有的磁體能吸引起質(zhì)量很大的物體，而有的只能吸引起小鐵釘這樣質(zhì)量小的物體？預(yù)測學(xué)生回答：磁場有強弱。【學(xué)習(xí)任務(wù)二】知道磁場是有方向的。實驗二：讓學(xué)生在條形磁鐵或通電螺線管的磁場中的不同位置放置多個小磁針，穩(wěn)定后觀察每一個小磁針有什么不同。提問：小磁針有什么不同？為什么會這樣？預(yù)測學(xué)生回答：磁場有方向，所以小磁針指向不同?！緦W(xué)習(xí)任務(wù)三】知道用磁感線的切線方向描述磁場方向（小磁針靜止時北極的指向）；用磁感線的疏密描述磁場的強弱。提問一：如何描述磁場的強弱和方向？提示：我們學(xué)習(xí)了靜電場，電場有強弱和方向。我們當(dāng)時是如何使用電場線的描述電場的強弱和方向的？那磁場是不是也可以采用這種辦法呢？預(yù)測學(xué)生回答：磁感線切線方向表示磁場方向；磁感線疏密表示磁場強弱。教師總結(jié)強調(diào)：小磁針靜止時N極所指向為磁場方向?；蛘咝〈裴楴極受力方向為磁場方向。提問二：電場除了用電場線描述外，還可用哪個物理量來描述？引入：既然電場的強弱和方向可用電場強度來描述，那么類似磁場的強弱和方向也可用一個物理量來描述，這個量就是磁感應(yīng)強度?！緦W(xué)習(xí)任務(wù)四】學(xué)習(xí)描述磁場強弱的物理量——磁感應(yīng)強度。提問一：如圖，一個電量為+Q的點電荷，空間中A點的場強大小是客觀存在的，不隨外界條件變化而變化。這個說法是否正確？提示：若在A點的檢驗電荷電荷量q發(fā)生變化，同時觀察到它受到的庫侖力也隨之變化，A點的場強大小也發(fā)生變化嗎？預(yù)測學(xué)生回答：A點場強大小是＋Q的屬性，與檢驗電荷的電量、庫侖力無關(guān)，用這個不變的比值可量度A點場強大小，即。追問：你能找出上圖中A點的電場強度方向嗎？我們在學(xué)習(xí)電場時時如何定義電場強度方向的？預(yù)測學(xué)生回答：電場強度方向由場源電荷決定，且A點場強只有一個方向，＋q檢驗電荷受力方向始終不變，可以確定＋q的受力方向為該點場強的方向。提問二：如上圖通電螺線管右側(cè)A點是否有磁場？磁場是什么方向？提示：如何確定該點磁場方向？（使用什么工具？）預(yù)測學(xué)生回答：A點存在磁場，且只有一個方向。不同的小磁針放在A點北極受力方向始終一致，也可以說小磁針靜止時北極的指向為該點磁場方向。提問三：上圖中A點的磁場強弱如何表示？追問：能不能通過在A點換不同小磁針來量度該點磁感應(yīng)強度？追問：還可以使用什么方法？提示：通電導(dǎo)線在磁場中受力嗎？我們先來做個小實驗。實驗演示一：通電導(dǎo)線的通電方向與磁場方向一致，通電導(dǎo)線不受力。實驗演示二：通電導(dǎo)線的通電方向與磁場方向成一定角，通電導(dǎo)線受力小。實驗演示三：通電導(dǎo)線的通電方向與磁場方向垂直，通電導(dǎo)線受力最大。實驗演示四：使用控制變量法分別改變B、I、L觀察磁場力的變化與關(guān)系。提問四：

磁場力的大小與哪些因素有關(guān)？有什么樣的關(guān)系？如何用這些物理量來定義磁感應(yīng)強度？提示：我們在學(xué)習(xí)電場時如何定義電場強度的？學(xué)生討論與分析得出：當(dāng)通電導(dǎo)線通入的電流越大時，導(dǎo)線受到的磁場力也越大。當(dāng)通電導(dǎo)線的長度越長時，導(dǎo)線受到的磁場力也越大。當(dāng)導(dǎo)線方向與磁場方向的夾角改變時，導(dǎo)線的磁場力也改變。當(dāng)磁場與通電導(dǎo)線垂直時，磁場力F=BIL。師生共同總結(jié)：磁場力與電流強度和導(dǎo)線長度乘積之比，對磁場中某一點來說是一恒定值，對磁場中的不同點比值不同。這個比值反映了磁場對通電導(dǎo)線作用的特點，反映了磁場強弱。引入：磁感應(yīng)強度定義式：。在物理學(xué)中，把很短一段通電導(dǎo)線中的電流

I

與導(dǎo)線長度

L

的乘積

IL叫作電流元。方向：該點的磁場方向，即為小磁針靜止時北極所指方向。單位：在國際單位制中單位為特斯拉（T）。學(xué)生自主活動：根據(jù)力學(xué)單位制推導(dǎo)磁感應(yīng)強度的單位。翻閱教材了解各種磁場磁感應(yīng)強度的大小。學(xué)習(xí)什么是勻強磁場。問題討論：學(xué)生自行研究并小組討論得出統(tǒng)一意見。1.磁場中放一根與磁場方向垂直的通電導(dǎo)線，流過的電流是I，導(dǎo)線長度為L,受到的磁場力為F，問：（1）這個位置的磁感應(yīng)強度是多少？（2）如果把通電導(dǎo)線的電流強度增大到2I，這一點磁感應(yīng)強度和磁場力各是多少？（3）如果讓通電導(dǎo)線平行磁場方向，這時磁感應(yīng)強度和磁場力各是多少？2.如果通電導(dǎo)線不受磁場力作用，該處是否一定沒有磁場呢？3.如果空間存在多個磁場，空間中某點的磁感應(yīng)強度該如何疊加？提示：磁感應(yīng)強度是矢量還是標(biāo)量？【任務(wù)情境二】除了磁感應(yīng)強度B還可以怎樣描述磁場的強弱？【學(xué)習(xí)任務(wù)五】學(xué)習(xí)磁通量。提問一：磁感線的疏密程度表示了磁場的強弱。在上圖中，S1和S2兩處磁感線的疏密不同，這種不同是如何體現(xiàn)的呢？提示：如果S1和S2都垂直于紙面方向并且面積相同，穿過相同面積磁感線條數(shù)誰的多？預(yù)測學(xué)生回答：穿過相同面積磁感線條數(shù)多的就密，磁感應(yīng)強度就大。引入：設(shè)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如下圖，我們把B與S的乘積叫作穿過這個面積的磁通量，簡稱磁通。用字母Φ表示磁通量，則Φ＝BS。在國際單位制中，磁通量的單位是韋伯（weber），簡稱韋，符號是Wb。1Wb＝1T·m2。【實驗探究】得出決定磁通量的因素淋浴花灑，水流模擬磁感線，線圈模擬平面。改變線圈傾斜程度，噴水方式不變，線圈面積不變，穿過線圈平面的水流條數(shù)怎么能發(fā)生改變？什么情況下穿過的水流條數(shù)最多？預(yù)測學(xué)生回答：磁通量大小不僅與B、S有關(guān)，還與B與S夾角有關(guān)，且垂直時最大，平行時為零。提問二：如果磁感應(yīng)強度B不與我們研究的平面垂直，例如下圖中的S，那么我們?nèi)绾斡嬎愦磐?？學(xué)生思考討論師生共同總結(jié)：用這個面在垂直于磁感應(yīng)強度B的方向的投影面積S′與B的乘積表示磁通量。提問三：從可以得出，磁感應(yīng)強度大小的另一種含義是什么呢？學(xué)生思考討論預(yù)測學(xué)生回答：磁感應(yīng)強度的大小等于穿過垂直磁場方向的單位面積的磁通量。教師：學(xué)習(xí)了本節(jié)課內(nèi)容后，學(xué)生能夠?qū)W會描述磁場的強弱與方向。【任務(wù)情境三】中國古代在磁場研究與應(yīng)用方面有什么偉大貢獻？學(xué)生活動：閱讀指南針與鄭和下西洋。磁針能夠指向南北，是因為地磁場的存在。指南針的廣泛使用，促進了人們對地球磁場的認(rèn)識。地球的地理兩極與地磁兩極并不重合（如上圖所示），因此，磁針并非準(zhǔn)確地指南或指北，其間有一個交角，這就是地磁偏角。地磁偏角的數(shù)值在地球上的不同地點是不同的。不僅如此，由于地球磁極的緩慢移動，地磁偏角也在緩慢變化。在使用指南針確定南北方向時，只有將地磁偏角考慮在內(nèi)，才能得出準(zhǔn)確的結(jié)果。地磁偏角的發(fā)現(xiàn)，對于科學(xué)的發(fā)展和指南針在航海中的應(yīng)用有著重要作用。我國是最早在航海中使用指南針的國家。鄭和下西洋的船隊已經(jīng)裝備了羅盤，導(dǎo)航時兼用羅盤和觀星，二者互相補充、互相修正。他的航海圖叫作“針圖”，圖中的航線叫作“針路”。明清時期，我國海道針經(jīng)一類書籍相當(dāng)豐富。從1405年到1433年，鄭和先后7次下西洋，向南到達爪哇，向西到達波斯灣和紅海的麥加，最遠到達赤道以南的非洲東海岸。鄭和下西洋產(chǎn)生的影響是多方面的。它開拓了我國在南洋群島、印度洋沿岸國家的海外市場，刺激了我國的商品生產(chǎn)，對當(dāng)時我國資本主義因素的增長有一定的推動作用。它還開辟了從中國到紅海、非洲東海岸的航道，繪制了航海地圖，總結(jié)了當(dāng)時的航海技術(shù)和航海地理知識，對溝通東西方海路交通作出了重大貢獻。鄭和的航海圖連同船隊其他人的著作，介紹了他們經(jīng)過的國家的山川地貌和風(fēng)土人情，極大地開闊了中國人的地理視野。鄭和的航?；顒硬坏侵袊Ｉ咸诫U事業(yè)的巨大成就，也是世界地理發(fā)展史上的光輝記錄。【學(xué)習(xí)小結(jié)】1.在實驗的基礎(chǔ)上，類比電場強度，定義描述磁場強弱和方向的物理量——磁感應(yīng)強度，并進一步體會微元法和利用物理量之比定義物理量的方法。2.知道磁感應(yīng)強度的定義，知道其方向、大小、定義式和單位。會用磁感應(yīng)強度的定義式進行有關(guān)計算。3.知道勻強磁場的特點。4.知道磁通量，會計算在勻強磁場中通過某一面積的磁通量。5.了解中國古代在指南針使用方面的情況，激發(fā)學(xué)生民族自豪感。【學(xué)習(xí)評價自測】1.關(guān)于磁感應(yīng)強度，下列說法正確的是(

)A.若長為L、電流為I的導(dǎo)體在某處受到的磁場力為F，則該處的磁感應(yīng)強度必為B.由知，B與F成正比，與IL成反比C.由知，一小段通電導(dǎo)體在某處不受磁場力，說明該處一定無磁場D.某點磁感應(yīng)強度的方向就是小磁針北極在此點所受磁場力的方向答案：D解析：A選項，只有當(dāng)通電導(dǎo)線垂直放入磁場中，磁感應(yīng)強度才為，若導(dǎo)線與磁場不垂直，則磁感應(yīng)強度大于，故A錯誤。B選項，是采用比值定義法定義的，B與F、IL等無關(guān)，不能說B與F成正比，與IL成反比，故B錯誤。C選項，一小段通電導(dǎo)線在某處不受磁場力，該處不一定無磁場，也可能是因為導(dǎo)線與磁場平行，故C錯誤。D選項，磁感應(yīng)強度的方向就是改點的磁場方向，也就是小磁針北極所受磁場力的方向，故D正確。2.(多選)下列說法正確的是(

)A.電荷在電場中某處不受電場力的作用，則該處的電場強度一定為零B.一小段通電導(dǎo)線在某處不受磁場力的作用，則該處磁感應(yīng)強度一定為零C.把一個試探電荷放在電場中的某點，它受到的電場力與所帶電荷量的比值表示該點電場的強弱D.把一小段通電導(dǎo)線放在磁場中某處，它所受到的磁場力與該小段通電導(dǎo)線的長度和電流的乘積的比值表示該處磁場的強弱答案：AC解析：A選項，因為某點的電場強度等于位于該點的點電荷所受的電場力大小與點電荷的電荷量的比值，不受電場力，電場強度自然為0，故A項正確。B選項，一小段通電導(dǎo)線在某處不受磁場力的作用，該處磁感應(yīng)強度可能為零，也可能不為零，是由于通電導(dǎo)線與磁場平行，故B錯誤。C選項，表征電場中某點電場的強弱，是把一個試探電荷放在電場中的該點受到的電場力與所帶電荷量的比值。D選項，一小段通電導(dǎo)線在磁場中所受的磁場力方向與該處磁感應(yīng)強度方向是垂直關(guān)系，故D錯誤。3.條形磁鐵豎直放置，閉合圓環(huán)水平放置，條形磁鐵中心線穿過圓環(huán)中心，如圖所示。若圓環(huán)為彈性環(huán)，其形狀由Ⅰ擴