大學物理課程教案授課時間第周星期第節(jié)課次授課形式理論課R討論課□實驗課□習題課□其他□學時安排授課題目（教學章、節(jié)或主題）：第8章：恒定磁場§8.1恒定電流電流密度和電動勢§8.2磁感應強度畢奧-薩伐爾定律磁感應強度疊加原理教學目標與要求：1.理解非靜電力、電源和電動勢的概念；理解電流與電流密度的定義；2.了解磁場的特點，理解磁場與電場的異同；3.掌握運用畢奧-薩伐爾定律計算磁感應強度的方法。教學重點與難點：重點：電動勢的概念、畢奧-薩伐爾定律；難點：熟練、正確的運用畢奧——薩伐爾定律，計算典型問題中的磁感應強度B。教學設計：主題引入：自然現象中的磁現象：從地球本身的磁場、指南針的指向性，到鳥類遷徙、海洋生物導航等自然界中廣泛存在的磁現象，磁場無時無刻不在影響著我們的生活與自然界的行為。技術應用中的磁技術：現代科技中，從電動機、發(fā)電機到磁懸浮列車、核磁共振成像（MRI）等，磁場的應用遍布各個領域，展示了其在推動科技進步中的關鍵作用。第10章：恒定磁場穩(wěn)恒磁場指的是磁場強度和方向在時間和空間上均保持不變的磁場。這種磁場通常由恒定電流產生，是電磁學研究中的一個重要理想模型。首先介紹電流的相關概念?！?.1穩(wěn)恒電流電流密度和電動勢一.電流與電流密度1.電流：帶電粒子的宏觀定向運動形成電流。電流產生條件：a.有大量可移動的自由電荷（電子、空穴、正負離子等）；b.有電場力的作用；c.構成回路;2.電流的分類：a.傳導電流：金屬為第一類導體，自由電子為載流子；電解質溶液（酸、堿、鹽）為第二類導體，正負離子為載流子導電。b.運流電流：電子、離子宏觀帶電體運動所形成電流，如氣體放電、帶電圓盤轉動、電子繞核運動等。3.電流強度：描寫電流強弱的物理量。a.定義：單位時間內通過某一橫截面的電量。b.表達式：（恒定電流：）說明：(1)電流強度是標量，但電流有流向，正電荷的定向移動方向為電流的流向；(2)電流強度只反映通過導體截面的整體電流特征，不能描述導體每一點電流的情況。4.電流密度：描寫電流分布的物理量。a.定義：垂直穿過單位面積的電流。b.表達式：（方向：該點正電荷定向運動的方向。）二.電動勢1.非靜電力與電源：2.電動勢：。由于電源外部為零，所以電源電動勢又可定義為把單位正電荷繞閉合回路一周時，電源中非靜電力作的功。即?！?0.2磁感應強度畢奧-薩伐爾定律磁感應強度疊加原理一.基本磁現象1820年丹麥物理學家奧斯特發(fā)現電流的磁效應。磁場和電場一樣具有能量、動量和質量，是一種特殊的物質，叫場物質。二.磁感應強度磁場對外的重要表現是：(1)磁場對進入場中的運動電荷或載流導體有磁力的作用；(2)載流導體在磁場中移動時，磁場的作用力將對載流導體作功，表明磁場具有能量。(3)試驗線圈在磁場中受到的磁力矩。矢量：運動電荷在磁場中受力討論：承啟:安培假說強調：理想化模型——電流元三.畢奧－薩伐爾（B-S）定律1．電流元的磁場B－S律：比較：靜電場：有源無旋場靜磁場：無源有旋場迭加原理：電流在p點場為電流元在p點產生的的疊加．2．運動電荷的磁場：（畢奧——薩伐爾定律的微觀形式）（選講）磁場電流電荷運動：=注意：電荷正負四．B-S定律應用：求實際電流磁場處理手段例題講解（熟記結論）1.通電直導線的磁場；2.通電圓環(huán)在過圓心與圓面垂直軸上磁場；3.通電密繞螺線管在軸線上磁場；習題練習：教材P267-269習題8.2（1）、8.9、8.11課程思政融入點：(1)通過對1820年7月至1820年12月這段經典磁學發(fā)展的歷史簡介引入思維慣性的辯證討論；(2)結合電場與磁場性質的分析，培養(yǎng)學生用比較法分析物理問題的科學研究方法；(3)結合電荷元的電場表達式，類比分析電流元的磁場表達式，幫助學生掌握類比的分析方法。作業(yè)：教學后記：大學物理課程教案授課時間第周星期第節(jié)課次授課形式理論課R討論課□實驗課□習題課□其他□學時安排授課題目（教學章、節(jié)或主題）：§8.3穩(wěn)恒磁場中的高斯定理和安培環(huán)路定理教學目標與要求：1.理解磁場的無源性（磁場的高斯定理）2.正確理解安培環(huán)路定理的物理意義。3.熟練掌握應用安培環(huán)路定理求具有一定對稱分布的磁場的方法教學重點與難點：重點：理解安培環(huán)路定理的數學表達式和物理意義，掌握其在磁場計算中的應用；難點：如何準確判斷電流路徑和性質，以及選擇合適的閉合回路進行計算，理解安培環(huán)路定理的適用條件，避免誤用。教學設計：§8.3穩(wěn)恒磁場中的高斯定理和安培環(huán)路定理主題引入：對比靜電場的高斯定理，理解穩(wěn)恒磁場的高斯定理。一.穩(wěn)恒磁場的高斯定理1.磁力線（磁感線）：描述空間磁場分布的假想曲線。方向：磁力線切線方向；大小：磁力線數密度，。2.磁力線的特征：a.無頭無尾的閉合曲線；b.與電流相互套連，服從右手螺旋定則；c.磁力線不相交。3.磁通量：穿過磁場中某一曲面的磁力線（磁感線）條數。表達式：4.磁場中的高斯定理：（磁場是無源場，又叫渦旋場）物理意義：自然界中沒有磁單極子存在。主題引出提出問題：“如果一個導線中流過電流，它周圍會產生怎樣的磁場？如果電流分布復雜，我們如何描述和計算這種磁場？”明確指出本節(jié)課的教學主題：為了更精確地描述和計算復雜電流分布產生的磁場，我們將學習一個非常重要的定理——安培環(huán)路定理。二.安培環(huán)路定理1.內容：在穩(wěn)恒電流的磁場中，磁感應強度B沿任何閉合回路L的線積分，等于這閉合回路所包圍的所有電流強度代數和的倍。2.表達式：（磁場為非保守場）3.討論：a.安培環(huán)路定理只適用于穩(wěn)恒電流（閉合或伸展到無窮遠處）；b.B是環(huán)路上的磁感應強度，環(huán)路上各點的磁感應強度為空間所有電流的貢獻；但是環(huán)流只與被閉合回路包圍的電流有關；c.電流符號的規(guī)定：I流向與L繞向成右手關系時I為正，I流向與L繞向成左手關系時為負；d.包圍：電流穿過以閉合回路為邊的曲面；4.安培環(huán)路定理的驗證：（以長直載流導線為例分析）習題講解：教材P270習題8.16三.安培環(huán)路定理的應用（條件：電流的分布具有一定的對稱性）關鍵：利用對稱，優(yōu)選環(huán)路，注意講清回路的選取原則。例題講解：1.無限長均勻載流圓柱面（圓柱體）的磁場；2.長直載流密繞螺線管的磁場；（注意磁場為勻強磁場）3.密繞載流螺繞環(huán)的磁場；習題練習：教材P271習題8.18、8.19課程思政融入點：(1)科學精神與態(tài)度：通過介紹安培等科學家在探索電磁現象時的不懈努力和嚴謹態(tài)度，培養(yǎng)學生不畏困難、勇于探索的科學精神。強調實驗和實證在物理學中的重要性，引導學生形成實事求是的科學態(tài)度。(2)辯證唯物主義世界觀：通過安培環(huán)路定理的學習，引導學生理解電流與磁場之間相互作用的辯證關系，培養(yǎng)學生的辯證思維能力。強調自然界中的普遍聯系和相互作用，幫助學生樹立唯物主義的世界觀。作業(yè)：教學后記：大學物理課程教案授課時間第周星期第節(jié)課次授課形式理論課R討論課□實驗課□習題課□其他□學時安排授課題目（教學章、節(jié)或主題）：§8.4安培定律§8.5洛倫茲力教學目標與要求：1.熟練使用安培定律計算載流導線或載流回路所受的磁力和磁力矩；2.掌握洛侖茲力公式，并能用此求解運動問題。教學重點與難點：重點：洛倫茲力和安培力的計算；難點：正確理解和運用安培定律，計算載流導體和載流平面線圈在磁場中所受到的安培力和力矩。教學設計：承啟：磁場對外表現之一：磁場力§8.3安培定律一.安培定律磁場對載流導線的作用力為安培力電流元的安培力：寫成矢量式為：載流導線的安培力：==習題練習：教材P2718.21二.無限長兩平行載流直導線間的相互作用力電流單位“安培”的定義1.平行載流直導線間的相互作用力單位長受力：2.“安培”的定義規(guī)定：真空中的兩條無限長平行直導線，通有相等的穩(wěn)恒電流I，當兩導線相距1米，每一導線每米長度上受力為2×牛頓時，各導線中的電流強度為1安培．（A）三.磁場對載流線圈的作用1.均勻磁場對載流線圈的作用補充磁矩的概念：多圈電流：磁力矩：=討論：(1)當=，與垂直，Mmax=NBIS，磁力矩使有減少趨勢．(2)當=0，與同向，M=0,線圈處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)．(3)當=π，與反向，M=0,線圈處于非穩(wěn)定平衡狀態(tài)平面載流剛性線圈在均勻磁場中，只發(fā)生轉動，不會發(fā)生整個線圈的平動。習題練習：教材P272習題8.232.非均勻磁場對載流線圈的作用因為磁場不均勻，所以一般線圈受的合力，合力指向磁場強的方向，所以線圈除轉動外還要平動．四.磁力的功1.載流導線在磁場中運動時磁力所做的功：2.載流線圈在磁場中轉動時磁力矩所做的功：勻強磁場中,M作正功，使減少：dW===磁力矩所做的總功為：W=當電流不變時：W=§8.5洛倫茲力一.洛侖茲力由安培定律出發(fā)推導電流元單位帶電粒子數的安培力：==矢量式為：=注意：(1)q的正負影響洛倫茲力的方向。(2)·=0，因此洛侖茲力不做功(3)同時存在電場和磁場時，則：=稱為洛侖茲關系式。啟發(fā)學生概括：洛侖茲力是安培力的微觀原因，安培力是洛侖茲力的宏觀表現。二.帶電粒子在勻強磁場中的運動(1)與平行或反平行：帶電粒子仍作勻速直線運動；(2)與垂直：洛侖茲力的方向始終與速度垂直帶電粒子作勻速圓周運動；(3)與斜交成角：帶電粒子做螺旋運動。介紹“磁聚焦”技術．三.霍耳效應1.金屬導體的霍耳效應2.金屬導體的霍耳效應的解釋3.半導體的霍耳效應半導體有兩種：a.空穴型的P型半導體、載流子是+e；b.電子型的N型半導體、載流子是-e。注意：在霍耳效應中空穴導電不能用電子導電來等效。習題練習：教材P274習題8.29課程思政融入點：現代科技應用與愛國情懷的培養(yǎng)：結合磁場對運動電荷的作用在現代科技領域的應用，如質譜儀、回旋加速器、核磁共振成像技術等，讓學生認識到物理學的廣泛應用價值。通過介紹這些技術的發(fā)明者和應用實例，激發(fā)學生的民族自豪感和愛國情懷，鼓勵他們?yōu)樽鎳目萍歼M步貢獻力量。作業(yè)：教學后記：大學物理課程教案授課時間第周星期第節(jié)課次授課形式理論課R討論課□實驗課□習題課□其他□學時安排授課題目（教學章、節(jié)或主題）：§8.6有磁介質存在時的磁場教學目標與要求：1.理解磁介質的分類及磁化機制；2.理解磁介質中的安培環(huán)路定理；3.理解鐵磁介質的特性；教學重點與難點：重點：磁介質的概念與分類、磁化現象與磁化強度、磁介質對磁場的影響、磁介質中的安培環(huán)路定理。難點：抗磁質的磁化機理，涉及到電子磁矩的進動效應，這對學生來說可能較為抽象；磁化電流與傳導電流的區(qū)別；磁介質中的安培環(huán)路定理的應用。教學設計：§8.6有磁介質存在時的磁場問題教學法承啟:生活中的磁介質一.磁介質的分類1.物質磁化：磁化是磁場和介質相互作用的結果，一切物質均會被磁化=+。2.三類磁介質磁介質的相對磁導率定義為：=，(1)抗磁質：＜1，與方向相反，＜．如汞、銅、鉍、氫、鋅、鉛等；(2)順磁質：＞1，與同方向，＞．例如錳、鉻、鉑、氧等；(3)鐵磁質：1，與同方向，且，．例如鐵、鎳、鈷、釓等。二.抗磁質與順磁質的磁化1.分子電流及分子磁矩2.在外磁場作用下分子的附加磁矩(1)軌道磁矩為的電子的進動：(2)分子的附加磁矩：3.順磁質與抗磁質的磁矩：順磁質分子的；抗磁質分子的內因：電子運動（軌道旋＋自旋）等效分子電流分子磁矩外因：外磁場三.磁化強度矢量M與磁化規(guī)律1.磁化強度矢量M：對順磁質定義：M=對抗磁質定義：M=2.磁化規(guī)律：對均勻各向同性的磁介質、有：M=。其中稱為磁介質的磁化率，只與磁介質的性質有關。四.磁介質中的安培環(huán)路定理、磁場強度1.磁化強度與磁化電流的關系：。2.有磁介質時的安培環(huán)路定理：s是回路圍出的面積，是穿過s的傳導電流的代數和。五.B與H的關系六.鐵磁質（可以不講）鐵磁質具有高磁導率；=(H)不是常數；存在“磁滯現象”三個顯著特征。1.磁化特性曲線2.磁滯現象與磁滯回線（1）磁滯回線：（2）磁滯損耗：（3）硬磁質與軟磁質：3.磁疇（1）磁疇：鐵磁質中相鄰原子靠電子“交換耦合效應”使原子（2）鐵磁質磁性解釋：（3）居理點：習題練習：教材P274習題8.30、8.31………………………..課堂章節(jié)測試1.能不能把磁場作用于運動電荷的力的方向，定義為磁感強度的方向？2.電流元的磁場在空間的所有點上磁感強度均不為零，這結論是否正確？為什么？3.從畢奧─薩伐爾定律求得無限長直電流的磁場為，但當a→0時，B→∞，是沒有物理意義的，原因是什么？4.一根有限長的載流直導線，環(huán)繞有一回路c，對這一回路c能否使用安培環(huán)路定理？為什么？5.能否用磁場對帶電粒子作用力做功來增大粒子的動能?6.磁場強度H只與傳導電流有關，這種說法對嗎？7.磁場中的磁介質，表面形成面磁化電流，該磁化電流能否產生楞次─焦耳熱？為什么？8.為什么磁鐵能吸引一塊未被磁化的鐵塊?課程思政融入點：(1)科學探索中的使命感、責任感，激發(fā)創(chuàng)造創(chuàng)新活力——培養(yǎng)學生“科技報國”的理想和“為建設中國特色社會主義偉大事業(yè)奮斗終生”的堅定信念；(2)通過對磁性材料和電子信息時代的前沿介紹引入科學研究方法，引導學生樹立破解科技領域“卡脖子”難題的信心。作業(yè)：教學后記：大學物理課程教案授課時間第周星期第節(jié)課次授課形式理論課R討論課□實驗課□習題課□其他□學時安排授課題目（教學章、節(jié)或主題）：第9章：變化的電磁場§9.1法拉第電磁感應定律§9.2動生電動勢和感生電動勢渦旋電場（1）教學目標與要求：1.理解法拉第電磁感應定律的內容、表達式；2.理解楞次定律的物理意義；3.掌握動生電動勢的定義及計算；理解動生電動勢的非靜電力。教學重點與難點：重點：電磁感應定律及楞次定律、動生電動勢；難點：掌握動生電動勢的計算方法。教學設計：主題引出：1．靜電場、穩(wěn)恒磁場——>變化?2．奧斯特發(fā)現電流磁效應，磁場是否能產生電流？§9.1法拉第電磁感應定律一．法拉第電磁感應定律1．內容：當穿過一個閉合導體回路磁通量發(fā)生變化時，回路中就會產生感應電流，閉合電路中的感應電動勢與穿過回路的磁通量的變化率成正比。2．表達式：若線圈密繞N匝，則：，其中叫磁通鏈討論：a．負號是楞次定律的數學表達；b．意義：說明在一定條件下，磁場變化產生電場理論上：反映電的本質聯系（電磁場）；工程上：為大規(guī)模利用電能奠定基礎c．三個感應量：感應電動勢、感生電流、感應電量。磁通計原理：設回路為純電阻R的電路，則電流I與電動勢同位相，在從到t時間內，通過電路的電量二．楞次定律閉合回路中感應電流的方向，總是使感應電流的磁場通過閉合回路的磁通量去補償或反抗引起感應電流的磁通量的變化。注意：“補償或反抗”的是磁通量的變化，而不是磁通量。楞次定律還可以表述為：電磁感應的“效果”總是抵消引起電磁感應的“原因”。討論：楞次定律的負反饋機制本質：是能量守恒和轉化律在電磁感應中的具體體現例題講解：教材P279-280例題9.1、9.2§9.2動生電動勢和感生電動勢渦旋電場一．動生電動勢1．在磁場中運動的導線內的感應電動勢：，為非靜電場。2．動生電動勢：洛侖茲力充當產生動生電動勢的非靜電力：。討論：a.洛倫茲力做不做功？（洛倫茲力不做功）b.能量的轉換（洛侖茲力起到了能量轉換的橋梁作用）例題講解：教材P282例題9.3、9.4習題練習：教材P298習題9.16課程思政融入點：(1)通過物理學史介紹法拉第發(fā)現電磁感應現象的過程，引導學生成功在于堅持；(2)結合電磁感應定律的建立過程，培養(yǎng)學生在處理復雜問題時對稱思維和對稱分析問題的方法；(3)介紹我國的風力發(fā)電和水力發(fā)電技術，重點介紹當今世界最大的水利水電工程三峽大壩，激發(fā)學生的民族自感豪和愛國熱情。作業(yè)：教學后記：大學物理課程教案授課時間第周星期第節(jié)課次授課形式理論課R討論課□實驗課□習題課□其他□學時安排授課題目（教學章、節(jié)或主題）：§9.2動生電動勢與感生電動勢（2）§9.3自感和互感教學目標與要求：1.理解靜電場與感生電場的區(qū)別；理解渦旋電場的概念，掌握感生電動勢的計算方法；2.理解動生電動勢和感生電動勢的非靜電力；了解自感和互感現象及其規(guī)律，了解自感系數和互感系數的計算方法。教學重點與難點：重點：理解渦旋電場的概念、自感系數和互感系數的定義；難點：渦旋電場的性質，感生電動勢的計算；教學設計：新課導入：1.當穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化時，會產生感應電流。那么，感應電流的強弱如何確定呢？2.感應電動勢的產生條件是什么？它與感應電流的產生條件有何不同？§9.2動生電動勢和感生電動勢渦旋電場一.感生電動勢：1.定義：由于磁場隨時間變化而產生的電動勢稱感生電動勢。2.感生電場（渦旋電場）：變化的磁場在其周圍空間激發(fā)的電場。Maxwell1861年首先從理論上預言渦旋電場的存在，后被Hertz的電磁波實驗所證實。感生電場（渦旋電場）與靜電場的區(qū)別：渦旋電場靜電場變化磁場產生靜止電荷產生電力線閉合不閉合，正起負終非保守，有旋保守，無旋討論：a.變化的磁場激發(fā)電場，形成統(tǒng)一物質：電磁場b.渦電流c.3.感生電動勢的計算：例題講解：教材P284例題9.5習題練習：教材P297-298習題9.15、9.18……………§9.3自感和互感一.自感1.自感現象：線圈電流變化產生變化的磁場穿過自身磁通變化在線圈中產生感應電動勢2.自感系數：自感系數L是一個與電流I無關，僅由回路的匝數、幾何形狀和大小以及周圍介質的磁導率決定的物理量。3.自感電動勢：二.互感1.自感現象：線圈1的電流變化產生變化的磁場穿過線圈2的磁通變化在線圈2中產生感應電動勢；線圈2的電流變化產生變化的磁場穿過線圈1的磁通變化在線圈1中產生感應電動勢；2.互感系數：互感系數是由回路的幾何形狀、相對位置、周圍介質磁導率決定，與載流與否無關。可以證明：3.互感電動勢：；計算1.求螺線管L；例題講解：教材286例題9.6習題練習：教材P296習題9.32.求緊耦合共軸螺線管原、副線圈間M。例題講解：教材288例題9.7課程思政融入點：(1)理論聯系實際：講解感生電動勢在日常生活和工業(yè)生產中的應用實例，如變壓器、發(fā)電機等，讓學生感受到物理學與實際生活的緊密聯系。(2)辯證唯物主義的世界觀：通過自感現象的解釋，引導學生理解事物之間的普遍聯系和相互作用，培養(yǎng)學生的辯證思維。作業(yè)：教學后記：大學物理課程教案授課時間第周星期第節(jié)課次授課形式理論課R討論課□實驗課□習題課□其他□學時安排授課題目（教學章、節(jié)或主題）：§9.4磁場的能量§9.5位移電流全電流的安培環(huán)路定理麥克斯韋方程組的積分形式教學目標與要求：1.理解電感儲存的能量、磁場的能量表達式，了解電磁場的能量及計算。2.理解位移電流的物理意義，并能計算簡單情況下的位移電流3.理解麥克斯韋方程組積分形式中各方程的物理意義。教學重點與難點：重點：理解電感儲存的能量、磁場的能量表達式、理解位移電流的物理意義難點：計算簡單情況下的位移電流，理解麥克斯韋方程組積分形式中各方程的物理意義教學設計：主題引出：舉例說明磁場存在能量，討論磁場能量存儲空間和影響因素§9.4磁場的能量一.載流線圈的磁能(自感磁能)：二.磁場能量：磁能密度：磁場能量：討論:1.公式具普遍意義2.磁能定域于場中,磁場攜能磁場物質性3.比較電場能&磁場能§9.5位移電流全電流的安培環(huán)路定理麥克斯韋方程組的積分形式一.位移電流引入引出矛盾，引導學生思考？原因何在，如何解決這一矛盾？二.麥克斯韋假設組織學生討論其重要意義：1.完成了電流的連續(xù)性，即全電流處處連續(xù)2.位移電流產生磁場即變化的電場產生磁場三.位移電流與傳導電流的比較1.異同2.M方程組的積分形式麥克斯韋基本觀點3.意義：M方程組反應了電磁場的基本規(guī)律,預言了電磁波存在,為電磁的工程運用提供了理論指南。例題講解：教材P294例題9.9習題練習：教材P300習題9.22課程思政融入點：(1)通過物理學介紹麥克斯韋建立位移電流和渦旋電場的過程，引入科學之美：對稱美、簡約美，培養(yǎng)學生對復雜問題的對稱思考和對稱分析的方法；(2)通過對麥克斯韋個人簡介和他與法拉第之間的友誼合作，引入無私的、奉獻的高尚道德品質；