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
数据点的线性拟合同样证明了导体所受的安培力与流过导体的电流成正比关系（图5）。

从实验结果来看，我们得到电流
I和导线长度L变化，安培力大小也会变化，但它
们的比值F
IL
保持不变，与I、L无关。

我们换一个磁场做实验，F
IL
仍保持一个新的数
值不变，说明比值F
IL
仅由磁场本身决定，与其他因素无关，科学上就把这个比值定义
为磁感应强度，用符号B表示，用来比较准确的描述磁场强弱。

单位为特斯拉（T），1
T=1N/(A∙m)=1 Wb/m2。

显然，磁感应强度和磁通密度本质上是一样的，所以后来磁
通密度这一说法就逐渐从科学中淡出了。

从原理准确性和测量方便性来看，现在通常认
为磁感应强度和磁通量的定义式为：F
B BS
IL
Φ
==
，。

需要注意的是，这两个公式中，B与IL、B与S都必须互相垂直，否则要求有效长
度或有效面积；另外，由于数学水平的局限，这两个公式在高中阶段只能限于匀强磁场
中应用。

如图所示，在水平虚线上方有磁感强度为2B，方向水平向右的匀强磁场，
水平虚线下方有磁感强度为B，方向水平向左的匀强磁场．边长为l的正方形
线圈放置在两个磁场中，线圈平面与水平面成θ角，线圈处于两磁场中的部分
面积相等，则穿过线圈平面的磁通量大小为多少？
解答：
222
12
2sin sin sin
222
l l Bl
B B
ΦΦΦθθθ
=+=⋅-⋅=
磁感应强度和磁通量的概念建立成功建立以后，电磁学理论得到了飞速发展，经历
短短三四十年的时间，1865年麦克斯韦方程组的问世，宣告电磁学大厦的建成，为第
二次工业革命奠定了理论基础，把人类文明带入了电气时代。

图3 安培力-电流关系图线（长边）图2 记录数据（长边）
图4 记录数据（短边）图5 安培力-电流关系图线（短边）
B
2B
θ
五、总结、启迪和反思
引导同学们一边体验科学大师探寻“如何准确描述磁场强弱”的非凡又艰辛的过程，感悟大师们带来的智慧光芒和无尽启迪。

特别是他们的科学研究方法，深远地影响到自然科学突飞猛进，人类科技和文明得到了飞速发展。

最后强调人类在探索自然过程中，任何科学规律的得来都是既饱含艰辛的历程又充满智慧的光芒，我们应当珍惜科学成果，尊重科学方法、弘扬科学精神，为祖国、为人类培养可持续发展的科学人才。

六、作业：
分别布置四种侧重不同类型的作业（阅读、思考、练习、实验），多元化培养学生能力。

⑴．查阅关于电磁学理论的发展历史资料，加深理解和认识。

⑵．自学磁场的相关知识，思考有没有更好的方式来描述磁场的强弱？
⑶．完成练习册P71- P73基本训练A组1-12题。

⑷．设计一个实验方案，用DIS系统测定长直导线周围磁感应强度B与电流I及离
导线距离r的关系。

下次实验课上可以进行实验，并分析总结。

【教学设计思路】
⑴．用学生已有的电场知识进行类比引发“如何描述磁场强弱”物理课题。

让学生面对原
始问题，身临历史研究过程，参与课题的步步揭开过程，引导学生在比较、质疑中
选择，在获得知识的同时，领悟方法，求真尚美，产生对科学大师们的敬仰之心。

⑵．以“如何描述磁场强弱”的设疑为载体，将所学知识进行巩固、迁移、类比、综合运
用，增加思维的广度和深度，提升学生综合解决问题的能力。

教后反思：
本堂课是高二磁场部分新课，因为磁场内容在高中三大场（重力场、电场、磁场）中是最抽象的，所以学生初学理解难度最大，加上检验磁场的方向用的是小磁针，而引进磁感应强度和磁通量分别用到电流元和小线圈，对学生来说有点混乱。

所以我试图通过突出两个方面来解决这些问题：1、引导学生从电场和磁场的相似性多进行类比，减低理解的难度，也加深对场的统一性和关联的理解；2、尊重科学史实、还原科研历程，让学生更好地理清研究磁场过程的困难和解决方法，体验科学大师探寻科学规律的非凡又艰辛的过程，感悟大师们带来的智慧光芒和无尽启迪。

特别是他们的科学研究方法，深远地影响到自然科学突飞猛
进，人类科技和文明得到了飞速发展。

这样本节课的容量是比较多的，教学构思上既要使同学们在知识点上能够落实，很好的把知识脉络理顺理清，又希望避免“满堂灌”，让同学们能够充分思考，有所感悟。

教学过程中同学们思考深入，分析问题比较投入、细致、深刻、周全，很好地达到了预期的目标。

特别是在整堂课中，同学们有针对性地用电场和磁场类比，既落实了这节课的新知识点，又把电场的一些特性认识的更加深刻，同时也为今后甚至大学阶段对电磁场的统一认识埋下了伏笔；用“如何描述磁场强弱”这一设疑贯穿整个课堂，跟着科学大师的探究轨迹，不断地遇到困难和克服困难，逐渐完善方法、解决科学难题。

较好的调动了同学们的学习积极性，营造了自主学习氛围。

由于磁场的相对复杂性和数学知识的局限，高中阶段对磁场的能的性质探究往往更多地停留在浅层次上，对比两个场的能的性质时，显得无法深入，只能通过大学阶段进一步学习加深认识。

感谢您的阅读，祝您生活愉快。