你當(dāng)前所在位置:
文章內(nèi)容 / Article Content

鄧放明老師自制“磁場中不同點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度”演示探究儀

發(fā)布:物理教研組 來源:物理教研組 日期:2017-06-01 人氣:

<磁場中不同點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度>演示探究儀
 
這是一臺全新自制教學(xué)儀器,能演示測量磁體對通電導(dǎo)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的規(guī)律,對我們認(rèn)識磁場分布圖中各磁場強(qiáng)弱實(shí)際的理解。該實(shí)驗(yàn)儀是利用電流元放大的特點(diǎn),制作螺線形線圈,由于螺線管形在非均勻磁場中,線圈上各電流元所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度不同,受力不同,其合力矩不為零,合力也就不為零,因此載流線圈在非均勻場中除了轉(zhuǎn)動外還有平動,但是當(dāng)轉(zhuǎn)動到與磁矩與磁場方向一致時(shí)合力矩為零,但合力不會為零,而且指向磁場方向的反方向,因此就是利用相互作用,作用力的方向磁場的反方向,其表現(xiàn)就是異性相吸的原理,制作的<磁場中不同點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度>教學(xué)演示探究儀用來測量非均勻磁場強(qiáng)度。
名稱解釋
1.磁體:嵌入式圓柱形體磁體,外層用塑料層保護(hù)磁體。
2.受力左右調(diào)節(jié)器:用于調(diào)節(jié)L形狀活動滑塊使電流元受力體可在磁場中左右移動。
3.電流傳感器: 是用來測量磁體用的電流元探測器中的電流變化。
4.電源: 采用6節(jié)1.5伏干電池作為直流9v電源。也可以用9v開關(guān)直流電源。
5.數(shù)據(jù)采集器:用于將采集到的數(shù)據(jù)傳入到計(jì)算機(jī)。
6.電流調(diào)節(jié)滑動變阻器: 是通過滑動改變電阻大小來限制電流大小的作用。線圈導(dǎo)線:采用兩根長度基本一致的銅線繞成環(huán)形線圈,用于實(shí)驗(yàn)中改變導(dǎo)線長度。
7.力傳感器:用于直接測量通電導(dǎo)線在磁場中的受力情況。
8.實(shí)驗(yàn)平臺:用于支承各個(gè)部件構(gòu)成一臺實(shí)驗(yàn)裝置。
9.電流源探測器:用于探測圓柱體磁場中的磁場不同點(diǎn)的磁場強(qiáng)弱變化。
10.支架主體:是整臺器材的聯(lián)結(jié)主體,使圓柱體磁體與電流元探測器相互作用力之間支承架。
11.上下調(diào)節(jié)器:通過旋轉(zhuǎn)旋鈕可使電流元上下移動,改變與磁體之間的距離。
實(shí)驗(yàn)工作原理:
如圖,這是一個(gè)很理想的實(shí)驗(yàn)測量裝置圖。磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)知識點(diǎn)的教學(xué),一直以來沒有理想的實(shí)驗(yàn)器材,主要是孤立的電流元是不存在的,而用較短的導(dǎo)線視為電流元來做實(shí)驗(yàn),其所受的力太小不易測出。在此,我們把電流元換成較小的通電線圈,通過線圈來放大電流元的所受作用力。磁體采用薄圓柱形超強(qiáng)磁體,通電線圈放置在其正下方且與其平行,線圈在通電的情況下可產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場,這樣通電線圈產(chǎn)生的磁場與磁體產(chǎn)生的磁場就會產(chǎn)生相互吸引或相互排斥力,這個(gè)力F用傳感器可以測量出來。通過增減線圈的匝數(shù)來改變L的長短,通過調(diào)節(jié)滑動變壓器來改變電流I的大小。通過移動磁體來檢驗(yàn)在不同位置磁場B的作用。實(shí)驗(yàn)中采用控制變量法來測量多組I、L、F,通過比較F/IL的比值關(guān)系,來引出磁感應(yīng)強(qiáng)度B的概念。
 
磁體采用圓柱薄形超強(qiáng)磁體,磁體磁場磁力線N磁極中心最強(qiáng)且向下,由于環(huán)形線圈與磁力線為垂直的導(dǎo)線,線圈在通電的情況下可產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場,兩個(gè)磁場之間就會產(chǎn)生相互吸引或相互排斥力,這個(gè)力用力傳感器測出來實(shí)現(xiàn)。
在這里只能把線圈看作是一個(gè)受力體,通電線圈在磁場中會受到磁力的作用,也可以定性的分析線圈的受力情況。
當(dāng)電流I線圈長度為L時(shí)測出力為F
當(dāng)電流2I線圈長度為L時(shí)測出力為2F
當(dāng)電流I線圈長度為2L時(shí)測出力為2F
當(dāng)電流I或2I線圈為L或2L時(shí)可以測出磁體中不同位置的不同點(diǎn)(A、B、C)F力來。
操作步驟:
  1. 連接各器件,打開計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)調(diào)整數(shù)據(jù)顯示如下圖所示:接通電路電源可直接在9v上,調(diào)節(jié)滑動變壓器并調(diào)節(jié)線圈與磁體之間距離,得到有一定的受力顯示。

2. 驗(yàn)證線圈L與2L的關(guān)系,首先斷開電源將力傳感器清零,第一步測量0—L線圈導(dǎo)線的受力并記錄,第二步測量L—2L線圈導(dǎo)線的受力并記錄,如上圖所示:比較兩個(gè)線圈導(dǎo)線受力情況,根據(jù)計(jì)算表格中數(shù)據(jù)說明兩個(gè)線圈導(dǎo)線長度基本相等。
科教版教材中分析安培力實(shí)驗(yàn)有關(guān)數(shù)據(jù),進(jìn)行實(shí)驗(yàn)論證,在磁場中某一點(diǎn)(如B點(diǎn)),安培力與電流和導(dǎo)線乘積的比值是一個(gè)定值,與導(dǎo)線的長度、通過導(dǎo)線的電流無關(guān);而在磁場中的不同點(diǎn)(A、B、C點(diǎn)),安培力與電流和導(dǎo)線長度乘積的比值不相等,與所在位置的磁場強(qiáng)弱有關(guān),因此,我們可以用這個(gè)比值來描述磁場的性質(zhì),把它稱為磁感應(yīng)強(qiáng)度(magnetic induction),用符號B表示,寫成公式是
 
實(shí)驗(yàn)探究:
1.根據(jù)上圖確定電流I與導(dǎo)線L不變,通過受力上下調(diào)節(jié)器上的旋扭上下移動距離,分別測量記錄3FF、0.5F所受的力,進(jìn)行分析,(力也不一定要是倍數(shù)關(guān)系)。
分析數(shù)據(jù): 電流保持不變,改變導(dǎo)線與磁體距離,在磁場中的不同點(diǎn)(1、2、3分別代表A、B、C)點(diǎn)的力就可說明力與電流和導(dǎo)線長度乘積的比值不相等,與所在位置磁場強(qiáng)弱有關(guān)。
 
2.在磁場中某一點(diǎn)(如B點(diǎn))的導(dǎo)線所受的力實(shí)驗(yàn),如下圖數(shù)據(jù)得來,第一步;當(dāng)電源連接在(0—2L)導(dǎo)線中電流在0.5A時(shí)顯示0.19N的力,當(dāng)然0.19的力,是電流I導(dǎo)線2L時(shí)測得的。第二步; 保持B點(diǎn)位置不變,當(dāng)電源連在(0—L)導(dǎo)線中調(diào)節(jié)電流為2I數(shù)據(jù)顯示力仍然不變。
當(dāng)然以上兩個(gè)實(shí)驗(yàn)也可直接測量計(jì)算出磁場中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度,在計(jì)算表格中輸入變量,輸入公式,就可以直接由數(shù)據(jù)采集器計(jì)算出磁感應(yīng)強(qiáng)度。
 
基于中學(xué)課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)與教具研發(fā)第三部分繼續(xù)稿
用自制教學(xué)儀器對磁感應(yīng)強(qiáng)度進(jìn)行教學(xué)
這是另一種磁感應(yīng)強(qiáng)度演示儀,是在第一種基礎(chǔ)上改進(jìn)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)儀,該實(shí)驗(yàn)儀特點(diǎn)采用2 cm長的線段,實(shí)際由100匝200匝即2m和4m線長組成,線圈的工藝制作采用Φ0.33mm的漆包線,兩根并繞100匝,原后線圈首尾相連為中間抽頭就行成了放大的電流源,磁體直徑為30mm,并嵌入在Φ40mm塑料棒中,磁體的實(shí)際磁力線分布還是比較大,因此導(dǎo)線長度完全在磁場中, 通過對導(dǎo)線通電就能反應(yīng)導(dǎo)線受到安培力。通過調(diào)節(jié)滑動變阻器阻組可改變導(dǎo)線電流的變化,受到安培力也隨著變化。

 
 
 
 
 
 
 
 
 
儀器結(jié)構(gòu)
1.導(dǎo)線
2.力傳感器: 測量通電導(dǎo)體在磁場中受力大小。
3.旋轉(zhuǎn)平臺: 使導(dǎo)線與磁場形成0-90度旋轉(zhuǎn)變化反應(yīng)受力大小的變化規(guī)律。
4.左右或者前后滑動體: 通過滑動體可改變導(dǎo)線與磁長距離0-60mm的變動。
5.圓型滑動變阻器: 通過旋鈕可改變電阻0-220
6.旋轉(zhuǎn)平臺座: 通過旋轉(zhuǎn)平臺座可方便使整臺儀器與底座360度任意轉(zhuǎn)動。
7.電流傳感器: 測量通電導(dǎo)體的電流大小。
8.上下升降旋鈕: 用來改變導(dǎo)線上下高度,改變距離范圍50mm。
用自制創(chuàng)新磁場中不同點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度進(jìn)行<磁感應(yīng)強(qiáng)度>教學(xué)設(shè)計(jì)
一、教材分析
1.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)要求:了解磁場,知道磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁通量。
2.本節(jié)內(nèi)容在物理知識體系中的地位與作用
本節(jié)內(nèi)容是人民教育出版社高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理選修3-1第三章第二節(jié)。在第一節(jié)中,學(xué)生對生活中常見的磁現(xiàn)象有了初步的了解;接受了磁場的概念:磁體或通電導(dǎo)線周圍存在的客觀物質(zhì);理解了磁場的基本性質(zhì):對放入磁場的其他磁體或通電導(dǎo)線產(chǎn)生磁場力的作用。本節(jié)內(nèi)容為磁感應(yīng)強(qiáng)度,磁感應(yīng)強(qiáng)度是電磁學(xué)基本概念之一,是本章的重點(diǎn)。磁感應(yīng)強(qiáng)度與許多日常生活現(xiàn)象中有關(guān),教材將這節(jié)內(nèi)容安排在磁現(xiàn)象和磁場之后,是學(xué)生對于磁現(xiàn)象知識能力的提升,讓學(xué)生明白磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向和大小可以用磁體和通電導(dǎo)線在磁場中所受到的力來描述。學(xué)生要通過對本節(jié)的學(xué)習(xí)理解描述磁場強(qiáng)弱和方向的物理量(磁感應(yīng)強(qiáng)度)是如何定義的,理解根據(jù)磁場對放入其中的磁體北極的作用力方向來規(guī)定磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向;根據(jù)磁場對放入其中的電流元的作用力大小來定義磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。
3.教材內(nèi)容與流程安排
教材的本節(jié)內(nèi)容遵循“從生活走向物理,從物理走向社會”的新課程理念。教材對于本節(jié)內(nèi)容的設(shè)計(jì)流程是:
①.通過日常生活中的磁現(xiàn)象說明磁場有強(qiáng)弱之分、磁場的強(qiáng)弱表現(xiàn)為對磁性物質(zhì)和通電導(dǎo)線作用力的強(qiáng)弱。
②.類比電場強(qiáng)度的定義引導(dǎo)學(xué)生通過分析磁體或通電導(dǎo)線在磁場中所受的力找出表示磁場強(qiáng)弱和方向的物理量。
③.用放入磁場的小磁針受到的磁場力來定義磁場方向:規(guī)定小磁針北極受力方向?yàn)榇鸥袘?yīng)強(qiáng)度的方向
④.實(shí)驗(yàn)探究放入磁場的電流元受到的磁場力的決定因素,得到:
F I ,    F L   F   IL   寫成F=BIL其中B為比例系數(shù)
⑤.在不同的磁場中,或在非勻強(qiáng)磁場的不同位置,B值不同。
B值就是表征磁場強(qiáng)弱的物理量—磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小:
4.教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)分析
教學(xué)重點(diǎn)在磁感應(yīng)強(qiáng)度方向和大小的定義及實(shí)驗(yàn)探究電流元在磁場中的受到的磁場力的決定因素
教學(xué)難點(diǎn)在理解“電流元”理想模型、為什么不用磁針受到的磁場力大小定義磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小、為什么不用電流元的受到的磁場力方向定義磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向
 
二、學(xué)生學(xué)情分析
1.認(rèn)知層面
初中課本只簡單的介紹了電生磁、磁生電的基本關(guān)系,并沒有說明磁場的描述方法,學(xué)生在日常生活中對一些有關(guān)磁場強(qiáng)弱的現(xiàn)象只是有了感性的認(rèn)識,沒有理性分析,可能已經(jīng)忘記用磁感應(yīng)線粗略描述磁場強(qiáng)弱和方向的方法,在第一章,學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了描述電場強(qiáng)弱的物理量——電場強(qiáng)度,可以類比學(xué)習(xí)描述磁場的物理量。
2.能力層面
電磁學(xué)對于中學(xué)學(xué)生來說總體感覺太過于抽象,很多原理不能有直觀的感受,本節(jié)內(nèi)容磁感應(yīng)強(qiáng)度概念抽象、理解困難,挑戰(zhàn)學(xué)生抽象思維能力和理解能力。
三、教學(xué)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新
1. 教學(xué)思路設(shè)計(jì)
磁場對磁極和電流的作用力(本質(zhì)上是磁場對運(yùn)動電荷的作用力)遠(yuǎn)比電場對電荷的作用力復(fù)雜,如何尋找描述磁場強(qiáng)弱的物理量是全章教學(xué)的難點(diǎn),教材上用小磁針在磁場中受力方向定義磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向、用電流元在磁場中受力大小定義磁感應(yīng)強(qiáng)度大小是符合中學(xué)生認(rèn)知水平的。在教學(xué)中應(yīng)重點(diǎn)思考和關(guān)注如何激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情和求知欲望、怎樣減低學(xué)生理解難度,把抽象的概念具體化。考慮設(shè)計(jì)引人入勝的引入小實(shí)驗(yàn)來激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,在概念的理解上類比電場強(qiáng)度的定義方法來突破難點(diǎn),在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的定義上通過精心設(shè)計(jì)的演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)來探究電流元在磁場中受力的決定因素。演示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)注重應(yīng)用傳感器提高實(shí)驗(yàn)精度,使實(shí)驗(yàn)操作快速準(zhǔn)確,學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)注重訓(xùn)練學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作訓(xùn)練,和對實(shí)驗(yàn)方法的體會。引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果,得到合理的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。
2.創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
①引入實(shí)驗(yàn)
引人入勝、對比效果明顯的引入實(shí)驗(yàn)會極大的激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情,讓學(xué)生認(rèn)識到同一個(gè)磁場中的不同位置,磁性強(qiáng)弱不同的磁體激發(fā)的磁場中的同一位置,磁場強(qiáng)弱都不同,從而引入課題:尋找描述磁場強(qiáng)弱的物理量
②學(xué)生實(shí)驗(yàn)
旨在說明磁場對通電導(dǎo)線的作用力與電流大小成正比與導(dǎo)線長度成正比。我設(shè)計(jì)了一個(gè)勻強(qiáng)磁場,采用寬度較小的線圈代表電流元,利用多匝線圈放大安培力,通過改變匝數(shù)來改變導(dǎo)線長度,通過調(diào)節(jié)滑動變阻器來改變電流大小。學(xué)生實(shí)驗(yàn)中刻意沒有使用朗威DISLab軟件采集數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù),而是使用顯示模塊顯示電流大小讀數(shù)和安培力大小讀數(shù),主要是為了培養(yǎng)學(xué)生自行采集數(shù)據(jù),自行設(shè)計(jì)表格記錄數(shù)據(jù),自行分析數(shù)據(jù)的能力。
③演示實(shí)驗(yàn)
磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)知識點(diǎn)的教學(xué),一直以來沒有理想的定量實(shí)驗(yàn)器材,主要是孤立的電流元是不存在的,而用較短的導(dǎo)線視為電流元來做實(shí)驗(yàn),其所受的力太小不易測出。我設(shè)計(jì)制作了這樣的演示實(shí)驗(yàn):采用寬度較小的通電線圈代表電流元,通過增加線圈匝數(shù)來放大電流元的所受作用力。磁體采用釹鐵硼強(qiáng)磁鐵片疊加,其磁場類似條形磁鐵,通電線圈放置在其正前方,采用穩(wěn)壓電源,線圈在通以穩(wěn)定電流后受到磁場的穩(wěn)定作用力,把這個(gè)力F用微力傳感器測量出來。通過增減線圈的匝數(shù)來改變L的長短,通過調(diào)節(jié)滑動變壓器來改變電流I的大小。我們利用朗威DISLab軟件采集數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù),實(shí)驗(yàn)操作簡單便利,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)精準(zhǔn),實(shí)驗(yàn)效果很好。
 
3.預(yù)期效果
從生活小實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行知識遷移,用電場強(qiáng)度的定義方法作類比來引導(dǎo)學(xué)生尋找描述磁場強(qiáng)弱的物理量。鼓勵(lì)學(xué)生觀察思考,勤于提問,培養(yǎng)科學(xué)精神,以學(xué)生為本,通過交流討論和實(shí)驗(yàn)探究的方式,使學(xué)生在做中學(xué)、學(xué)中玩,玩中思。有效攻破難點(diǎn),突出重點(diǎn),應(yīng)能很好完成本堂課預(yù)定的三維教學(xué)目標(biāo)。
一、教學(xué)三維目標(biāo):
1.知識與技能
⑴知道并理解磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義,知道其方向、大小、定義式和單位
⑵知道磁場的強(qiáng)弱與激發(fā)磁場的磁體和在磁場中的位置有關(guān),與通電導(dǎo)線的長度、電流、和所受的力無關(guān)。
2.過程與方法
⑴體驗(yàn)科學(xué)探究的一般方法(觀察、猜想、驗(yàn)證),尋找描述磁場強(qiáng)弱和方向的物理量---磁感應(yīng)強(qiáng)度
⑵進(jìn)一步體會通過比值定義法定義物理量的方法;
3.情感態(tài)度與價(jià)值觀
⑴通過演示性探究實(shí)驗(yàn),激發(fā)學(xué)生求知欲,經(jīng)歷探究過程,體會物理學(xué)研究的科學(xué)性;
⑵通過實(shí)驗(yàn)探究,讓學(xué)生體會科學(xué)之美,體驗(yàn)合作的重要性。通過在實(shí)驗(yàn)中大量使用傳感器,體會科技進(jìn)步給實(shí)驗(yàn)帶來的便利,體現(xiàn)科學(xué)理論與科學(xué)技術(shù)共同發(fā)展
二、重點(diǎn)、難點(diǎn):
教學(xué)重點(diǎn):1. 實(shí)驗(yàn)探究電流元在磁場中的受到的磁場力的決定因素
2. 磁感應(yīng)強(qiáng)度方向和大小的定義
 
教學(xué)難點(diǎn):1. 實(shí)驗(yàn)探究電流元在磁場中的受到的磁場力的決定因素
2. 理解“電流元”理想模型
三、教學(xué)用具
   1.實(shí)驗(yàn)儀器:
自制《磁感應(yīng)強(qiáng)度》演示探究儀1套(含:電流元探測器、力傳感器、電流傳感器、滑動變阻器、底座、磁體、電源、數(shù)據(jù)采集器等)。
學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)安培力實(shí)驗(yàn)器Ⅱ4套(含微力傳感器、電流傳感器、數(shù)據(jù)采集器、滑動變阻器、學(xué)生電源、開關(guān)等)
自制引入實(shí)驗(yàn)儀器:磁鐵手套、磁鐵和大頭針
 
2.多媒體:PPT,DISLab8.0軟件、電腦。
四、教學(xué)過程
教學(xué)環(huán)節(jié) 教師活動 學(xué)生活動 設(shè)計(jì)意圖
【一
創(chuàng)
設(shè)

境        
導(dǎo)


 課】       
【新課引入】
通過磁鐵吸引大頭針的數(shù)量讓學(xué)生定性觀察磁場強(qiáng)弱引入新課。
同學(xué)們觀察實(shí)驗(yàn),三次實(shí)驗(yàn)有什么不一樣呢?
 
同一磁體周圍,不同距離磁場強(qiáng)弱不同,距離越遠(yuǎn)磁場越強(qiáng)。
相同距離,磁性越強(qiáng)的磁體激發(fā)的磁場越強(qiáng)。
我們需要尋找一個(gè)物理量來描述磁場的強(qiáng)弱
【回答】
第一次沒有吸起來,第二次吸的大頭針少,第三次將大頭針全部吸起來了。
 
 
 
【引發(fā)思考】
同學(xué)們觀察實(shí)驗(yàn),對比實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)規(guī)律并進(jìn)行思考。
用簡單情景設(shè)置激發(fā)學(xué)生的好奇心,符合高中生的認(rèn)知規(guī)律,確定本節(jié)課的主線:尋找描述磁場強(qiáng)弱的物理量。
【二類
 

 

 
想】
 
 
 
 
 
 
 
 
 
【三
 

 

 

 

 
應(yīng)
 
強(qiáng)
 

 

 

 
向】
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
【四
 

 

 

 

 
應(yīng)
 
強(qiáng)
 

 

 

 
小】
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
【四
 

 

 

 

 
應(yīng)
 
強(qiáng)
 

 

 

 
小】
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
【五
 

 

 

 
結(jié)
 

 

 
習(xí)】
 
 
 
 
 
 
類比電場提出猜想
【提問】
電場的基本性質(zhì)是什么?
 
我們通過研究檢驗(yàn)電荷在電場中的受力,定義了一個(gè)物理量用來描述電場的強(qiáng)弱和方向,叫做電場強(qiáng)度。
 
【提問】
與電場類似,磁場的基本性質(zhì)是什么?
 
 
【引導(dǎo)思考】
我們是否可以通過分析次磁體或通電導(dǎo)線在磁場中所受的力來找出表示磁場強(qiáng)弱和方向的物理量呢?
【板書標(biāo)題】
磁場強(qiáng)弱和方向的描述:
 
【引導(dǎo)思考】
與電場強(qiáng)度相對應(yīng),我們先給描述磁場強(qiáng)弱和方向的物理量取個(gè)中文名
 
【講述】
物理學(xué)歷史上磁場強(qiáng)度已經(jīng)用來表示另一個(gè)物理量,所以這里就取名為磁感應(yīng)強(qiáng)度(magnetic induction)至于磁場強(qiáng)度是什么,同學(xué)們課后可以自己查閱相關(guān)資料
【板書標(biāo)題】
磁場強(qiáng)弱和方向的描述:磁感應(yīng)強(qiáng)度
【提問】
為了研究磁場強(qiáng)弱和方向,我們可以先選用比較簡單的檢驗(yàn)磁體:一枚可以轉(zhuǎn)動的小磁針,把它放入磁場中某一點(diǎn)來觀察它的受力。大家注意,看到了什么?
【講述】
小磁針轉(zhuǎn)動是因?yàn)樗艿搅舜艌隽Φ淖饔茫〈裴橃o止后的指向顯示出磁場對小磁針N極和S極作用力的方向,反映出磁場的方向
物理學(xué)中規(guī)定:小磁針靜止時(shí)N極所指方向?yàn)樵擖c(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向
【板書】
一、磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向:
小磁針靜止時(shí)N極所指的方向
【提問】
那小磁針S極受力的方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向是什么關(guān)系?
 
【引導(dǎo)思考】
沒有磁單極子的存在,所以不能通過測量N極受力的大小來確定磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。怎么辦呢?
我們可以用很小一段通電導(dǎo)線來檢驗(yàn)磁場的強(qiáng)弱。
【類比檢驗(yàn)電荷概念講述】
為了反映電場強(qiáng)弱我們可以放入一個(gè)很小的點(diǎn)電荷成為檢驗(yàn)電荷。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的乘積叫做電流元。和檢驗(yàn)電荷一樣,電流元也是一個(gè)理想模型。
把一段可以看做電流元的通電導(dǎo)線放入磁場中,通電導(dǎo)線受到的磁場力會與哪些因素有關(guān)?具體是什么關(guān)系呢?下面我們用實(shí)驗(yàn)來探究
【板書】  實(shí)驗(yàn)探究1:
【引導(dǎo)學(xué)生探討實(shí)驗(yàn)原理】
要分析通電導(dǎo)線受力與電流大小和導(dǎo)線長度兩個(gè)因素的關(guān)系,應(yīng)該采用什么樣的實(shí)驗(yàn)方法?
【介紹學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)裝置】
 
說明:電流元是個(gè)
理想模型,實(shí)驗(yàn)中
采用的一小段通電
導(dǎo)線可以近似看成
電流元。
 
【組織學(xué)生按控制變量法要求分步進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】
1.  保持導(dǎo)線長度(匝數(shù))不變,改變電流,分析通電導(dǎo)線受到的磁場力與電流的變化關(guān)系
2.  保持電流不變,改變導(dǎo)線長度(匝數(shù)),分析通電導(dǎo)線受到的磁場力與電流的變化關(guān)系
實(shí)驗(yàn)結(jié)束,要求學(xué)生斷開電源
【引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論】
分析了很多實(shí)驗(yàn)事實(shí)后我們認(rèn)識到:
1.導(dǎo)線長度不變時(shí),通電導(dǎo)線受到的磁場力與電流的成正比。
【板書】    I不變    F I
2.  電流不變時(shí),通電導(dǎo)線受到的磁場力與導(dǎo)線長度成正比
【板書】     L不變  F L
綜合起來就是磁場力與電流和導(dǎo)線長度的乘積成正比
【板書】即 F   IL  寫成F=BIL
其中B為比例系數(shù)
【引入演示實(shí)驗(yàn)】
在同一個(gè)磁場中的同一位置,磁場強(qiáng)弱是確定的,B值是恒定的,它與導(dǎo)線長度和電流的大小都沒有關(guān)系,那么在同一磁場的不同位置或不同磁場中的同一位置,磁場強(qiáng)弱一般會不同,B值還是恒定的嗎?我用同樣的原理設(shè)計(jì)了一個(gè)演示實(shí)驗(yàn),我們一起來探究吧
【板書】  實(shí)驗(yàn)探究2:
搬上演示實(shí)驗(yàn)儀器,切換課件頁面
【介紹演示實(shí)驗(yàn)裝置和使用方法】
 
 
【分三步進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)操作、組織學(xué)生討論:】
  1. 在同一磁場的同一位置,磁場強(qiáng)弱確定,F(xiàn)與IL的比值不變,與電流大小和導(dǎo)線長度無關(guān)
  1. 同一磁鐵激發(fā)的磁場中離磁極越遠(yuǎn)的位置,磁場越弱,F(xiàn)與IL的比值越小
  2. 磁性越弱的磁鐵激發(fā)的磁場中離磁極相同距離處,磁場越弱,F(xiàn)與IL的比值越小
【板書】1.同一磁場同一位置:B相同
2.同一磁場不同位置:B不同
3.不同磁場同一位置:B不同
【提問】
通過剛才的實(shí)驗(yàn),大家是否找到了表示磁場強(qiáng)弱的物理量?
它就是---------F與IL的比值
我們稱之為磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小
再一次運(yùn)用比值定義法,我們定義:
【板書】
二、磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小
單位由F、I、L的單位決定,在國際單位制中,磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是特斯拉(tesla),簡稱特,符號是T
【板書】         單位:1T=1N/A·m
【拓展實(shí)驗(yàn)】
 
在前面的實(shí)驗(yàn)中,我們的通電導(dǎo)線都是與磁場方向垂直的,若改變通電導(dǎo)線的方向,磁場力的大小會減小甚至可能變成零,大家可以一起來驗(yàn)證一下
這是怎么回事呢?
這個(gè)問題我們留到第四節(jié)再來學(xué)習(xí)
撤下演示實(shí)驗(yàn)儀器,切換課件頁面。要求學(xué)生整理好實(shí)驗(yàn)器材
特斯拉是一個(gè)比較大的單位,常見磁場中的磁感應(yīng)強(qiáng)度大家可以參考一下教材第84頁的表格。
至于特斯拉何許人也,請大家課后自行查閱相關(guān)資料
 
【課堂小結(jié)】
本節(jié)課我們學(xué)到了什么?
1.磁場的強(qiáng)弱和方向可以用磁體或通電導(dǎo)線在磁場中受到的力來表示
2.描述磁場強(qiáng)弱和方向的物理量是磁感應(yīng)強(qiáng)度
3.磁感應(yīng)強(qiáng)度方向規(guī)定為小磁針N極受到的磁場力方向
4.在通電導(dǎo)線與磁場方向垂直時(shí):
磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小用F與IL的比值來定義
 
【課堂練習(xí)】
根據(jù)今天所學(xué)的內(nèi)容,我們來解決一些實(shí)際問題
【例題】在赤道上,地球表面附近的地磁場可看成是沿南北方向的勻強(qiáng)磁場,如果赤道上有一根沿東西方向架在跨度20m的電線桿間的直導(dǎo)線,此時(shí)通有大小為30A、方向由西向東的電流。若測得地磁場對這根導(dǎo)線施加的磁場力為3×10-2N。則赤道表面地磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小是多少?方向如何?
【回答】
電場的基本性質(zhì)是對放入其中的電荷產(chǎn)生電場力的作
 
【回答】
磁場的基本性質(zhì)是對放入其中的磁體或通電導(dǎo)線產(chǎn)生磁場力的作用
 
【思考】
怎樣通過分析磁體或通電導(dǎo)線在磁場中受到的力來尋找表示磁場強(qiáng)弱和方向的物理量
 
【回答】
可以叫做磁場強(qiáng)度?
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
【觀察實(shí)驗(yàn),回答】
小磁針轉(zhuǎn)動一定角度后靜止了
 
 
 
 
 
 
 
 
 
【回答】
相反
 
 
【思考討論】
磁場除了對磁體有作用力之外,還對通電導(dǎo)線有力的作用
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
【回答】
控制變量法
 
【觀察與思考】
觀察實(shí)驗(yàn)儀器,并思考如何進(jìn)行探究性實(shí)驗(yàn)。
 
 
【實(shí)驗(yàn)操作、
設(shè)計(jì)表格、
記錄數(shù)據(jù)】
 
 
【總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論】
1.  導(dǎo)線長度不變時(shí),通電導(dǎo)線受到的磁場力與電流的成正比。
2.  電流不變時(shí),通電導(dǎo)線受到的磁場力與導(dǎo)線長度成正比
 
【引發(fā)學(xué)生思考】
磁場強(qiáng)弱與B值有什么聯(lián)系?
 
 
 
 
 
【觀察與思考】
觀察演示實(shí)驗(yàn)儀器并思考應(yīng)該分幾步進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)
 
 
 
 
 
【觀察、思考與討論】
觀察演示實(shí)驗(yàn)過程,討論磁場強(qiáng)弱與B值得對應(yīng)關(guān)系,根據(jù)演示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)思考F與IL的比值的物理意義
 
 
 
【回答】
找到了,就是F與IL的比值
 
 
【學(xué)生實(shí)驗(yàn)】
轉(zhuǎn)動通電導(dǎo)線,觀察通電導(dǎo)線受力變化
 
 
 
 
 
 
查看常見磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度表,體會特斯拉單位大小
 
【討論與總結(jié)】
 
【學(xué)生練習(xí)】
學(xué)生分組計(jì)算例題,若時(shí)間允許,選部分學(xué)生上臺展示。
 
 
 
 
引導(dǎo)學(xué)生采用類比法進(jìn)行問題思考,提高學(xué)生知識遷移能力和類比分析能力。
 
 
 
 
 
 
 
 
確定描述磁場強(qiáng)弱和方向的物理量的名稱,引導(dǎo)學(xué)生了解物理學(xué)史。
 
在演示實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)學(xué)生細(xì)致的觀察能力
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
說明研究磁場方向時(shí)以小磁針為對象比較方便;研究磁場強(qiáng)弱時(shí)以電流元為對象比較方便
 
 
 
 
體現(xiàn)控制變量法要求
 
 
 
 
 
 
 
訓(xùn)練學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作、合作探究、數(shù)據(jù)分析的能力
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
對比實(shí)驗(yàn)結(jié)果,學(xué)生實(shí)實(shí)仔在在的看到:磁場強(qiáng)弱相同時(shí)F與IL的比值就相同;磁場強(qiáng)弱不同時(shí)F與IL的比值就不同。所以,用F與IL的比值來表示磁場的強(qiáng)弱是理所當(dāng)然。
 
 
拓展到通電導(dǎo)線與磁場不垂直時(shí)的情況,為第四節(jié)的學(xué)習(xí)打下伏筆,激發(fā)學(xué)生探究熱情。
引導(dǎo)學(xué)生了解實(shí)際生活中常見磁場強(qiáng)弱,了解相關(guān)物理學(xué)史
 
 
 
 
 
加深學(xué)生理解,練習(xí)運(yùn)用相關(guān)原理解決實(shí)際問題