磁感应强度、磁通量教学设计

课题：磁感应强度磁通量

【教学目标】

1、知识与技能

⑴．理解磁通量，知道磁通量可以粗略描述某一区域磁场的分布情况；

⑵．理解磁感应强度，知道磁感应强度的定义方法；

⑶．知道磁感应强度和磁通量的关系。

2、过程与方法

⑴．回顾库仑、奥斯特、法拉第、安培等物理学家对磁现象的研究历程，感受大师们研

究物理问题的科学态度和思维方法。

⑵．充分利用电场的知识和磁场进行类比，加强对磁场这一抽象概念的理解。

3、情感态度价值观

⑴．从物理学家们身上看出科学研究的魅力，体会他们为探索真理而孜孜不倦、不断思

考、追求真相的历程，激发学生敬仰之心；

⑵．培养学生深入思考、勤于实验、实事求是的科学态度和科学精神，激发学习物理兴趣和动力。

【教学重点】

⑴．探寻“如何定量描述磁场”的过程中，体验科学设想和科学实验相结合的方法，感悟

科学大师们给我们带来的启迪的反思；

⑵．通过电场和磁场的描述方法进行类比，加深理解电场和磁场的联系和区别。

【教学难点】

⑴．“磁场”概念非常抽象，对学生来说思维要求较高，深刻理解有难度；

⑵．电场和磁场的概念类比，要求学生对场（特别是电场）的知识有扎实的基础。

【教学流程】

O、引入

近期我们学习了上一种既抽象又有趣的物质——磁场，按照物理研究的精神，我们必然要想方设法去描述它，大家说说看，我们描述物理现象和规律一般要用到那些方法？

我们现在用到了哪些方法描述磁场呢？对于看不见摸不着的磁场，我们又应该用什么科学思维方法去认识它呢？

根据从简单到复杂、从定性到定量的科学研究轨迹，利用电场的知识作类比，我们今天一起来探讨一下如何定量的描述磁场？

一、回顾电场的描述

电场的方向描述方法：电场线的切线方向，正电荷受力方向。

磁场的方向描述方法：磁感线的切线方向，N磁极受力方向，左手定则。

从上面同学们的回答可以看得出，电场和磁场有极大的相似之处，非常适合运用“类比”的科学思想方法。那么，磁场的强弱描述是否也可以从电场进行类比获得启发呢？

大家分组讨论：如果赋予我们这么一项科学使命，定义一个物理量描述磁场的强弱，你们会如何思考？

二、磁荷和磁库仑定律

1785年库仑曾成功的通过电荷的概念获得库仑定律，从而建立点电荷的场强公式，进而通过场强叠加推广到复杂电场的强弱描述，这种描述方式在磁场里可以复制吗？

其实，库仑当年就直觉地感到磁极之间的相互作用也服从类似的关系，于是提出了磁荷、磁库仑定律、磁场强度等一系列的概念和规律。

1931年，近代科学家狄拉克用量子理论也推导出来单个磁荷（磁单极子）存在的必然性。然而，物理规律必须建立在实验的基础上，200多年过去了，科学上至今也没找到单个磁荷，人们不得不寻求其他更合适的方式描述磁场强弱。

三、磁通量和磁通密度

我们知道，为了形象的描述电场和磁场，大科学家法拉第系统地提出了电场线和磁感线的概念，电场线的疏密可以描述电场的强弱。那么，我们是否也可以用磁感线的疏密来描述磁场的强弱呢？如果可行，又该如何用物理量描述磁感线的疏密呢？

科学家还真做过这样的系统研究，他们先定义了一个磁通量的概念，描述某一平面的磁感线的多少（条数），用符号Φ表示，单位为韦伯（Wb）。如果从某个面进入的磁感线记为正方向，那么从这面出来的磁通量就是负方向，反之亦然。那么，磁通量是矢量还是标量呢？显然，磁通量的方向是人为规定的，不具有矢量性，也不遵循平行四边形定则，是标量。比如，从某个面垂直进入100根磁感线和斜着进入100根磁感线，磁通量是相等的。

有了磁通量的概念，描述磁感线的疏密就水到渠成了，科学上把垂直穿过单位面积的磁感线的多少定义为磁通密度，用符号表示B，它从数量上反映磁场的强弱。其表达

Wb/m2）。

这里首先要注意磁通量和磁通密度的区别，如左图中比较a 、b 、c 三幅图中磁通量及磁通密度的大小关系。还要注意式中S 是垂直于磁感线方向的有效面积，如右图中有效面积是指矩形a ′b ′cd 的面积。

磁通量和磁通密度的概念在电磁学的研究中起到了极为重要的作用，但是用磁通密度描述磁场的强弱，有没有美中不足之处呢？显然由于磁通量无法直接测量，磁通密度只能粗略描述某一区域里的磁场强弱，有没有更合适的方式来描述磁场强弱呢？

四、磁感应强度

1820年，奥斯特发现电流的磁效应给人们带来了极大的启发，既然磁荷找不到，我们何不另辟蹊径，改用磁场对电流的作用来描述磁场的强弱？由于安培在这方面做出了极大的贡献，科学上把磁场对电流的作用力称作安培力，科学家引进一段极短的载流导线称作检验电流元，垂直于磁场放置，研究安培力和该处磁场强弱的关系。

我们今天利用钕磁铁和DIS 系统来设计一个实验方案来体验一回。

⑴．将一只电流传感器和一只力传感器分别接

入数据采集器。

⑵．将力传感器固定在铁架台上，把力传感器

的测钩更换成专用吊架，调整传感器的高度，使线

圈的长边刚好置于强磁场中。

⑶．用分压法将滑动变阻器、学生电源、线圈、

电流传感器组成闭合电路。

⑷．点击教材专用软件主界面上的实验条目

“磁场对通电导线的作用”，打开该软件。

⑸．点击“开始记录”，关闭学生电源，对两传

感器进行软件调零。

⑹．闭合学生电源开关，改变滑动变阻器的触点，使线圈中的电流从0逐渐增大。每改变一次电流大小，记录一次数据（图2）。

⑺．点击“绘图”，对图中数据点进行线性拟合，总结安培力与流经导体电流的关系（图3）。

⑻．把线圈的短边放在强磁场中，重复上述操作，得到另一组实验数据（图4）。 实验装置图