磁感應強度課例借助類比遷移構建物理概念

1、借助類比遷移構建物理概念磁感應強度教學課例課例說明：普通高中課程標準實驗教科書物理選修3-1（人教版）第三章第2節(jié)磁感應強度，本課為新授課?！窘虒W設計】一、設計理念物理課程強調“將學習重心從過分強調知識的傳承和積累向獲取知識的探究過程轉化，從學生被動接受知識向主動獲取知識轉化，從而培養(yǎng)學生的科學探究能力、實事求是的科學態(tài)度和敢于創(chuàng)新的精神”。本節(jié)課以“磁感應強度”為載體，引導學生充分利用已有的知識和方法展開學習研究，通過類比推理規(guī)定磁感應強度方向，類比猜想磁場應強度大小比值法定義，探究磁感應強度磁場力F與通電電流I、導線長度L的關系的過程后，讓學生親身經歷尋找描述磁場強弱和方向的物理量，建立磁

2、感應強度概念。在新知識的形成的過程中，類比法、比值法、控制變量法等科學探究方法，培養(yǎng)主動獲取知識意識。磁感應強度用于描述磁場的強弱，與生活實際及生產實際聯系密切，教材中的表3.2-1突出了這一點。因此在課堂教學中，應該安排更多的實驗，讓學生通過實驗構建磁感應強度概念；同時引導學生運用所學的知識去認識體會磁場強弱，教師用傳感器測量條形磁體周圍的磁感應強度、例舉常見磁場的磁感應強度等與生活聯系很密切內容來激發(fā)學生的興趣和好奇心，體現新課程“從生活走向物理，從物理走向社會”的理念。根據所學知識給出看電視應該距離電視機3米以上的建議，在物理課堂滲透德育教育。二、教材處理1. 教材地位分析：磁感應強度是

3、電磁學的基本概念之一，是磁場學習的基礎。本節(jié)課學習的本章的重點。本節(jié)課的掌握情況以后學習通電導體、運動電荷在磁場中受到的力及磁通量概念等存在較大影響。2、學生情況分析：學生已定性地學習過磁場的知識，知道包括通電導體及磁體周圍存在磁場。但對用電流元受到磁場力與電流元之比定義磁感應強度的理解還是比較困難的3. 教材處理：通過復習電場、磁場類比及演示實驗來突破難點，形成磁感應強度的概念。三、教學目標1知識與技能通過類比尋找描述磁場強弱的物理量。能用小磁針判斷磁場中某點磁感應強度的方向。探究垂直于磁場的通電導線所受安培力與通電電流、導線長度之間關系，深刻理解磁感應強度的定義式。知道磁感應強度單位，利用

4、傳感器體驗特斯拉單位大小。知道常見磁場的磁感應強度大小。2. 過程與方法通過類比法遷移知識，讓學生經歷物理概念構建過程。比值定義法是物理學中經常采用的方法，培養(yǎng)學生掌握用數學工具描述物理量之間的關系的方法。大膽猜測實驗驗證，掌握控制變量法在多因素相關實驗中的使用,給予學生科學探究過程體驗。知道可以利用現代計算機技術獲取、加工、分析科學實驗數據的基本科學素養(yǎng)。3. 情感、態(tài)度與價值觀借助已有的知識與方法，類比遷移到解決不熟悉問題，培養(yǎng)學生自主學習能力。樹立正確對待實驗數據的科學態(tài)度，大膽假設，小心求證。通過了解生活中磁場的強弱，滲透不宜長時間、近距離看電視等視力保護的德育教育。四、教學重難點1.

5、 重點：引導學生通過類比、實驗和分析構建磁感應強度概念。2. 難點：通過比值法定義磁感應強度大小。五、教學準備3cm*2cm*3cm雖磁鐵兩塊，條形磁鐵兩塊，小磁針若干只，導線20cm條,DIS傳感器一副，自制探究安培力與通電電流、導線長度定量關系研究演示儀：勵磁線圈（拆至洛倫茲力演示器）一副、學生電源一只、錫箔片、量角器、耳機中的細導線。六、教學流程類比電場引課：掰磁鐵比賽提出i可題：尋找描述磁場強弱的物理量大膽猜頸設計實驗方案磁感應強度的方向（小磁針）數據收集和處理判斷通電線圈的磁場方向磁感應強度的大小結論交流常見磁場的感應強度作業(yè)【課堂實錄】、應用對比實驗引入新課師：通過上節(jié)學習，磁場主

6、要存在什么地方？【板書：磁場】生：磁體及通電導體周圍。【板書：磁體通電導體】師：磁場對放入其中的什么東西會有力的作用。生：磁體、通電導體?！景鍟捍朋w通電導體一一】師：磁體的周圍存在著磁場，看見了嗎？【教師拿岀條形磁貼示意】生：沒有。師：也摸不著啊。這和我們前面學過的什么知識比較像？生：電場。師：空間中某點的電場有強、有弱，那磁場是否也有強弱之分呢？下面請兩位同學做個實驗，來感受下磁場的強與弱。兩位學生同時拿到兩塊不同磁鐵將之掰開，左邊同學憋得滿臉通紅勉強將兩塊磁鐵掰開，右邊同學輕松地將磁鐵掰開了。如圖1、2所示。圖1圖2師：小塊磁鐵卻需要費很大的勁才能掰開，真是“磁”不可貌相哈。說明了磁場和

7、電場一樣存在強弱之分。這就是我們這節(jié)課要探討的話題一一磁場的強弱?？臻g中某點電場強弱物理學中用電場強度來表示，因此空間中某點磁場的強弱我們就可以用生：磁場強度來表示。師：遺憾的是，歷史上磁場強度這個名字已經被占用了，用于表示另一個物理量。因此物理學中就選用磁感應強度來描述磁場的強弱。這就是我們今天要學習的§3.2磁感應強度。【板書：§3.2磁感應強度1.物理意義：描述磁場強弱的物理量】、物理概念建立階段I磁感應強度的方向師：研究電場強度時，我們在電場中放入什么？生：試探電荷。師：通過研究放入試探電荷q的受力情況，得到電場強度概念，描述了電場的強弱與方向?，F在研究磁場的強弱，

8、放入什么比較好呢？生：小磁針?！窘處熌贸鰲l形磁鐵和小磁針演示】師：試探電荷有正負，在電場中的同一位置其受力方向相反。小磁針有N、S極，兩極受力有什么特點？生：相反【教師PPT放大播放條形磁鐵和小磁針，如圖3】師：小磁針在這兩個力的作用下會靜止么？生：會轉起來。師：會一直轉下去么？生：不會，會停在某個位置上。【教師PPT放大播放磁場中靜止的小磁針，如圖4】圖3圖4師:在學習電場時，物理學中規(guī)定了正電荷受力的方向為該點電場強度方向。如現在讓你規(guī)定空間某點磁場的方向，你準備怎么規(guī)定？各小組討論1分鐘，等下小組派代表上臺發(fā)表觀點。生1:可以規(guī)定小磁針N極所指的方向。生2:不對，應該是小磁針靜止時N極所

9、指的方向。生3:應該也可以規(guī)定小磁針N極的受力方向。師：物理學上規(guī)定：自由小磁針靜止時N極所指的方向為磁場該點磁感應強度方向，即小磁針N極受力方向為磁場該點磁感應強度方向?！景鍟悍较颍盒〈裴橃o止時N極所指的方向、小磁針N極受力方向】師：下面請看這里有兩個線圈，如果給線圈通了電流，在線圈的周圍就會存在磁場，我想知道線圈中間磁場的方向，你們有什么好的建議么？生：放入小磁針教師拿出一排的小磁針（如圖5所示），輕輕抖動使自由小磁針轉動至任意角度后放入線圈中，提醒學生觀察實驗現象，閉合開關（如圖6所示）。師：小磁針現在的指向說明什么問題？生：說明線圈中間磁場的方向全部向上。圖5圖6三、物理概念建立階段

10、u磁感應強度的大小1. 引入電流元物理模型師：類比電場，電場強度大小是通過研究放入電場中的試探電荷受到的力和電荷用比值法定義的。那我們可以在磁場中放入小磁針，如果測得小磁針的受力情況就可以類比電場進行比值法定義，能割去S極測得小磁針N極的受到磁場力大??？生：不行，割去S極，剩下的小磁針又會有一半變成S極。師：因為小磁針N極不能單獨存在，所以不可能測量N極受力的大小，也就不可能確定磁感應強度的大小了。怎么辦？【教師根據學生思考情況，覺得是否指著板書給予提示】生：放入通電導線。師：你們說著是這樣的通電導線么？【教師從口袋中拿出一根20cm左右的導線對學生疑惑的問，引發(fā)學生思考】怎么通過一根導線去定

11、義磁場中一點的磁感應強度呢？【板書：畫一根導線示意圖】生：可以取導線上的一點來研究。師：一點嚴格上是取不了的，可以取導線上很小的一段來研究試試。物理學上把一段通電導線中的電流I與導線長度L的乘積IL叫做電流元。電流元是一種物理模型，與電場中點電荷類似。2. 類比遷移，大膽猜想師：如果可以測得電流元的受力大小，參考電場強度定義，能否大膽猜想我們要尋找的磁感應強度可能是怎樣的？生：F/IL【板書：F/IL?】3. 實驗驗證，數據處理師：這個猜想提出后，需要用什么進行驗證。生：需要用實驗驗證。師：電流元，要求是很短的一根導線，又要求有電源供電，還要測得導線長度L，這怎么可能呢？電流元其實僅僅是一種物

12、理模型，是不能孤立存在的。如果一段電流元不能處理，那么假設n段電流元且他們的受力情況一致，如果研究出整段導線受力情況后，就可以推出某段電流元的受力情況。怎樣才能使n段的電流元受力一致？生：放入勻強磁場中。師：什么叫勻強磁場？生：空間中磁感應強度大小和方向都一樣的磁場。師：很好。已經會把勻強電場類比到勻強磁場了。我準備將這根導線就放在剛剛勵磁線圈形成的勻強磁場中，讓每一小段導線受力都一樣。其實，和試探電荷有區(qū)別的是通電導線水平放置、傾斜放置、豎直放置情況是不一樣的，我們這里先研究最簡單的和磁場垂直放置的情況。然后研究磁場力F與通電電流I、通電導線長度L三者之間的關系。要研究這三者的關系用什么方法

13、？【教師指著自制演示實驗器材照片分析，如圖7所示】生：控制變量法?？刂艻不變，研究F與L的關系；控制L不變，研究F與I的關系。師：接下來我們著重研究控制L不變，研究F與I的關系的情況。I、L都已經可以測量，現在研究如何測量F。受到磁場力后，通電導線會被拉開，F如何測量呢?生：可以通過力的平衡求的磁場力F的大小。師：如果告知大家通電導線與豎直方向夾角9及通電導線質量m各小組用3分鐘時間討論下，如何求的磁場力F。等下每個小組派代表上臺講解分享。（如圖89所示）生：通過受力分析和力的合成可以求的F=mgtan9【板書：F=mgtan9】控制不變:1, 在勻強鐵場中2. 導址勻蠱場垂直放置研究謝場力F

14、和電涼I,導線長度L的關系圖7圖8師：下面開始做實驗，看能不能通過實驗驗證我們剛才的猜想。下面請3位同學來做實驗，1位同學記錄數據至excel，2位同學負責讀取數據?！窘處煷蜷_制定好表格的excel。操作實驗，學生讀取數據，如圖10、11所示】圖10序1(A)61L(XL)1tXE刃0.000.020.403弋00.635.040.887,451.008.5實樹數誓記章圖11師：第一列電流都乘以L,即為IL數據寫入第三列；第二列9的角度全部這算為F=mgtan9寫入第四列（如圖12所示）。我們觀察第三、四列數據能否發(fā)現其中的規(guī)律？各個小組討論下，1分鐘后請小組代表發(fā)言?！窘處熝膊橐龑В瑐€別答疑

15、】生：幾乎成正比的關系，因為他們的比值基本相等。師：有沒有更加直觀、簡單的數據處理方法呢？生：描點作圖?！窘處熡胑xcel描點，擬合作圖，通過編寫如圖13所示】序1ILF<A)(XL)(心g)10.000.00.000,0020.403.00.400.0530.635.00.630.0940.S87.40.880.1351.0S8.51+080,15c實鮭數據記錄圖12圖13IL師：剛好是過原點的一條直線。這說明生：正比例關系F與IL存在什么關系?師：這根直線的斜率與通電電流I、導線長度L及磁場力F都沒有關系。在課前我也做了一組數據，我們把他們的圖像也畫出來。通過圖像，你覺得那個地方磁場

16、會更強些呢？如圖14所示。生：綠色的線表示的磁場會更強些師：說說你的理由生：去相同的IL,其綠色的磁場力更大些圖14師：在磁場中的同一位置F/IL是相同的，不隨電流I、導線長度L及磁場力F的變化而變化；而在不通的磁場中，F/IL往往是不同的。因而剛用比值法定義的B=F/IL的猜想是對的，F/IL是可以用來描述磁場的強弱?！景鍟築=F/IL擦除？】有人說：由B=F/IL得，磁場中某點的磁感應強度B跟磁場力F成正比，跟電流強度I和導線長度L成反比。對么？生：磁場中的某點的磁感應強度由磁場本身決定，與檢驗電流的大小、方向、通電導線的長度、受到的磁場力大小均無關。4. 體驗特斯拉單位大小師：你能根據

17、B=F/IL這個公式得知磁感應強度的單位么？生：N/Am師：在國際單位制中，磁感應強度有專門的單位特斯拉。1T=1N/A?m。1T到底有多大呢？【板書：特斯拉1T=1N/A?r】生：取1m的導線通1A的電流，垂直放在磁場中，如果受到的磁場力等于1N,導線所在的勻強磁場的磁感應強度為1T。師：這是磁感應強度傳感器，可以直接測得磁場中某點的磁場強弱。我們來測量條形磁鐵的兩極的磁感應強度。觀察示數，越靠近磁極，讀數越來越大；在同一個位置，不同方向其磁場大小和方向都不一樣（如圖15、16所示）這說明磁感應強度和電場強度一樣是屬于矢量。圖15圖16如果把教室里的磁體物質全部拿走，那么教室里還會有磁場存在

18、么？生：有，地磁場。師：地磁場的數量級在10-5T的數量級。人體磁場在10-13-10-9T的數量級，所以醫(yī)學上有磁療一說。日常生活、實驗室常見元件的磁場大都在1-0.1T之間，磁場較大存在于核表面（如圖17所示）。家用電器工作時形成的磁場大都在10-6T數量級，并隨距離衰弱，建議在家看電視要距電視機3m以上距離，以保護視力（如圖18所示）電機趙境細|，Q1啤上io曲門圖17嚴3USLZi*?(ihT：*)m-15-15WA3BMS-?抄理OlPLQDLaa-cia-two口弋13ftMPft.01.-ftw電更亠B-WCl124).3«>(n-A(ESiSillU.F|jo-

19、：i-ua>ftwMTftW-ftT山飢ip=nJfc5虹看亀*tri,JRfeNfc亦電視機:坪乩上；圖18圖19四、課堂小結、方法歸納師：本節(jié)課探究構建了一個物理概念一一磁感應強度。磁感應強度用于描述空間中某點磁場的強弱，是矢量，規(guī)定自由小磁針靜止時N極所指的方向為磁場該點磁感應強度方向，即小磁針N極受力方向為磁場該點磁感應強度方向。大小可以用定義式B=F/IL。應用了類比法將電場中的知識遷移應用到磁場新知識學習中來，使用控制變量法進行實驗探究，再次比值法定義出新的物理量。同時，構建了一次“大膽猜想一實驗驗證”的科學探究過程體驗（如圖19所示）?！景鍟侯惐确ū戎捣?、控制變量法、科學

20、探究過程體驗】小結口ETB;£類比法、比値法、控制變械法m叮陀!帔柴臉if的科學探悅堪程五、作業(yè)課后練習1、2、3六、板書§3左硫廚應強暝通電導線磁場磁體通電導線磁感應強度類tt潔1.物捏意義；描述施場強弱的物理量。玉大卜B/單宜：特斯拉1T=1N/Am2驗證假設匚二科學2方向；小磁針靜止時N極所指的方向（小磁針忖極的受力方向）定為該點磁感應強度方向。_世個法F電場方向大小【教學反思】“類比”是一種探究式思維方式，是根據不同事物在某些特性上的相似，推理得出它們在另一些特性上也可能相似的思維形式。在物理學習過程中，應用類比思維，可以激活知識結構生長點，搭建新舊知識的思維聯系，

21、降低感知的難度，促進知識的有序構建。一、在類比中遷移知識，培養(yǎng)學生思維能力。在本節(jié)課的教學中，如何尋找描述磁場強弱和方向的物理量是重點也是難點。為了使學生能在已有知識結構上有序構建新知識，采用類比思維學習研究。首先引導學生復習電場知識與磁現象相關知識：“電荷一電場一電荷”和“通體導線一磁場一磁電導線”，弓I入類比思維。電場的強弱用電場強度表示，磁場的強弱用磁感應強度表示。判斷有無存在電場可放入試探電荷，判斷有無磁場可放入小磁針；某點電場強度的方向用正電荷在該點所受電場力方向表示，某點磁感應強度方向用小磁針N極受力方向表示。磁感應強度和電場強度都是矢量，都需要用平行四邊形定則進行計算。學生通過應

22、用類比研究，提高了學習成就感，促進學習信心和興趣養(yǎng)成及思維能力培養(yǎng)。二、在類比中大膽猜想，體驗科學探究過程。介紹電流元概念后，類比電場強度定義式，大膽猜想磁感應強度能否用R上，表示？在這個學習目標的引領下，引導學生設計實驗驗證，放手給學生小組討論，還學生課堂主體地位。方案確定后，和學生一起做實驗，得到的數據再次給予學生充分時間分析、處理數據，體會數據規(guī)律總結過程。從“大膽猜想實驗驗證”的科學探究過程設計，放大、放慢科學探究過程，促使學生感受概念知識的形成，從而培養(yǎng)學生的科學探究能力、實事求是的科學態(tài)度和敢于創(chuàng)新的精神。三、在類比中深化理解，促使知識結構有序。引入電流元后學生希望滿滿，細致分析后電流元不能孤立存在，學生思維又跌入低谷。通過類比點電荷、質點等理想化模型雖然不存在依舊能解決物理實際問題，引導學生思考N段受力情況一致的電流元，拼接可形成一段通電導線，如果能測得該段通電導線的受力情況，即可獲得電流元的受力大小。引導學生在類比中，能夠深入理解知識模型，促使電流元理想化的物理模型在實驗設計時給予應用。在實驗設計時，告知學生磁場力的方向水平向右，同時說明與磁場方向垂直，使學生能知道這與類對象電場力方向存在區(qū)別；簡要說明導線擺放位置有很多種，實驗選擇與磁場垂直這種最簡單的方式，告知學生這與點電荷放在電場中的有區(qū)別。關注