1、教师姓名：李子尚 学校：北京市第十二中学 课题名称磁感应强度指导思想与理论依据高中物理课程标准选修 3-1 模块指出：物理学有自己的实验基础和逻辑结构，有广泛的技术应用，它是人类文化的重要组成部分，它的发展深刻地影响着人类的生产和生活方式。在本模块中，学生将比较全面地学习物理学及其技术应用，了解它与社会发展以及人类文化的互动作用。场是除实物以外物质存在的另一种形式。学生将通过电场和磁场的学习加深对于世界的物质性和物质运动的多样性的认识。磁感应强度，是电磁学的基本概念之一，是本章的重点。“磁感应强度”是电磁学的核心概念之一，它对于磁场及其后续内容的学习，都有着关键性的作用。“磁感应强度”概念的学
2、习过程，也是一个典型的物理知识的建构过程，其中蕴含着丰富的物理思想和方法。让学生经历这样的过程，将有助于提高他们的物理素养。本模块中的概念和规律是进一步学习物理学的基础，是高中物理核心内容的一部分。电磁学的研究成果及其技术应用改变了人类的生活。现代生活中处处都会遇到电的知识。学生在初中已经初步了解了磁场的存在和基本性质，也通过高中电场一章的学习初步了如何研究看不见、摸不着的场的性质。通过本章的学习，进一步激发学生对磁场与电场之间联系的兴趣，促进学生深入认识物理现象之间的联系，引导学生逐步建立起物理学科中看不见但是却真实存在的场的概念。教学背景分析将静止电荷作为试探电荷置于电场中时，它必然受到电
3、场的库仑力作用，电场强度矢量因此定义为 E=F/q，即单位试探电荷电场中受到的力。磁感应强度矢量的定义类似于电场强度矢量的定义，将电流元置于磁场中，根据其受力情况定义出磁感应强度矢量。但与静止的试探电荷不同，磁感应强度矢量定义中的电流元是有方向的，这就导致磁感应强度矢量的定义更加复杂，学生在学习时对磁场、电流元及其在磁场中受到的力各个量之间彼此关系的理解有一定的困难。在传统授课中，对“磁感应强度”概念的建立，历来是在定性叙述的基础上，得出B=F/IL。在教学方面，在定义电场强度的概念时，我们就经历了这样的尴尬“比值是一个定值” ，这个比值真的是一个定值吗？学生不会被轻易说服。在教育方面，科学家
4、发现物理规律的过程中所经历的艰辛和富有创造性的研究智慧都被人为地削去了，学生只是被动地接受知识，而没有体会到科学探究过程中的发展和变革。改变这种被动的局面，关键问题是设法让学生相信比值 B=F/IL 的确是一个定值。通过探究性实验，让学生通过观察实验现象，记录实验数据，进行数据分析处理，寻找能够描述磁场强弱的定值，并用函数图像的形式显示出来。这样，既增强了所传授知识的可信度，更让学生在通过类似科学研究的过程中，认识到引入磁感应强度的必要性和科学性，经历并体验探究的过程，享受学习的快乐，并在自主探究与合作学习的过程中，增强了发现问题、分析问题和解决问题的能力。学生情况分析学生已有的认知水平和能力
5、基础：1. 对现象的描述不准确，没有磁场的概念。2. 能够准确描述现象，有磁场的基本概念，但是不能通过磁场的性质对现象进行解释。3. 知道磁场的概念和基本性质，能够用磁场的基本性质解释看到的实验现象，但是对于如何研究磁场的性质没有思路。4. 能够想到类比电场的研究方法研究磁场的性质，但是具体操作方法存在问题。5. 知道电场强度的定义，包括方向的规定。为了更好地激发学生发挥学习的主动性，教学设计中设计了多处让学生亲自参与探究的活动，从而在促使学生关注思维方向的同时，也增强了问题发现意识，提高了分析解决问题的能力。6. 对于用比值法定义新的物理量已有一定的认识。如密度、电势等。7. 知道磁场有强弱
6、和方向。初中了解了磁感线，与电场线十分类似。8. 具有较强的逻辑思维能力，能质疑和猜想，有实验探究的基本素养。通过实验、生活实例和视频引出问题，让学生在获得丰富的感性认识的过程中，激起强烈的认知冲突和求和欲望。学生可能遇到的困难和问题：1. 通电导线的摆放对其受力大小的影响。2. 如何进行探究实验并通过分析数据寻找到一个定值作为描述磁场强弱的物理量。3. 对于电流元概念的理解。教学目标与重点、难点设计为学生设计进阶的路径，既要遵循学习科学知识的客观规律，也要针对学生的实际情况。在给学生讲解场和磁场强度的概念时，这些定义对于学生就是新事物，将要取代之前头脑中尚不明确的经验定义。场是物质的特殊情况
7、，具有抽象性，较难理解。不能急功近利，也不能好高骛远，应当引导学生，从具体的事物，具体的认识开始，例如从磁铁磁性的强弱，反应磁场强度的大小，一步步划定进阶层次，逐步学习新知识。此外，也要结合学生的具体情况。学生学习了电场中场的概念，也在初中解除了磁场的一些性质，因此要结合学生原有的认识水平，引导学生在探究中将旧的认识转变为新认识，实现学习进阶。从概念的引入、建立从定性分析到定量分析，以及概念的应用，设计多个实验降低学生理解的门槛，提高学生对概念的认识度。知识与技能1. 知道磁感应强度的定义2. 知道磁感应强度的方向、大小、定义式和单位3. 应用磁感应强度的定义式进行有关计算过程与方法1. 通过
8、类比电场强度概念的建立过程，寻找探究磁场性质的方法，促进学生深入认识物理现象之间的联系2. 参与演示实验设计过程，并通过实验得出磁场对通电导线的作用力与电流、导线长度和磁场的关系情感态度与价值观1. 进一步体会通过比值法定义物理量的方法2. 通过讨论猜想、实验探究、分析归纳等步骤，体验科学探究过程，增强创新意识和实践能力3. 培养自主探究的能力，体现学生主体性，让学生实现由学会到会学的转变重点：基于对教材分析及普通高中物理课程标准的要求，本节教学的重点是，磁感应强度的概念的形成过程，以及应用磁感应强度的定义式进行有关计算。难点：磁感应强度概念的建立。在定量探究实验中，通电导线的摆放对其受力大小
9、的影响可能是学生测量受力过程中的干扰项。如何通过分析数据，寻找到一个定值作为描述磁场强弱的物理量，这对于学生的数字敏感度和归纳分析能力都是考验。通过与电场强度定义的类比，以实验为基础通过理论推导说明磁场对电流元的力跟电流和导线长度的关系，并进一步引入磁感应强度的定义，从而突破难点。教学过程与教学资源设计磁感应强度是电磁学的基本概念之一，是本章的重点。同时，磁场对磁极和电流的作用力( 本质上是磁场对运动电荷的作用力) 远比电场对电荷的作用力复杂，如何寻找描述磁场强弱和方向的物理量是本章教学的一个难点。学生已经知道了磁场的方向定义，也知道了电场强度的定义，类似地，用小磁针 N 极受力方向定义磁感应
10、强度的方向，用电流元受磁场力与电流元之比定义磁感应强度，将磁感应强度与电场强度结合起来，符合学生的认知水平。在教学的时候，注意将电场强度与磁感应强度类比地讲，让学生理解电场与磁场的密不可分。学生在初中已经初步了解了通电导体在磁场中受力以及电磁感应现象，借助与电场的类比，进一步激发学生对磁场与电场之间联系的兴趣，促进学生深入认识物理现象之间的联系，同时辅以启发式教学，引导学生应用常用的研究方法进行探究，并在实验的基础上理解磁感应强度的概念和定义。从概念的引入到建立，从定性分析到定量分析，以及概念的应用，设计多个实验降低学生理解的门槛，提高学生对概念的认识度。通过讨论猜想、实验探究、分析归纳等步骤
11、，体验科学探究过程，增强创新意识和实践能力，培养自主探究的能力，体现学生主体性，让学生实现由学会到会学的转变。在教师与学生相互合作、共同探讨的过程中，观察现象，引导学生得出结论，给出定义，完成这节课的学习。导入新课：实验一：创建情景，建立概念实验器材：条形磁铁、强磁铁实验目的：感受磁场强弱设计意图：通过直观的实验现象，通过直观的实验现象，使学生知道磁场有强弱之分提髙学习的积极性和探究欲望明确本节课的教学意图，拓展学生思维的空间。两个条形磁铁吸在一起，用手可以很容易拉开。但是两个强磁铁吸在一起，请力气很大的男生都很难徒手拉开。 （钕铁硼）不同的磁铁，磁场强弱相同吗？不同。同一磁铁不同位置磁场强弱
12、也不同。那么到底哪点强哪点弱呢？今天我们就来想办法来描述磁场的强弱和方向。一 描述磁场的强弱1. 研究方法：类比电场我们还学过看不见摸不着的什么？电场。问题 1：我们怎么定量地描述电场强弱？（电场强度）得出电场强度研究的过程？1. 引入检验电荷 q，观察受力。2. 同一电荷放在电场中的不同位置受力不同，说明电场强弱不同；3. 在同一位置放不同电荷，观察到 q 大，F 大，q 小，F 小，而 F/q 为常数。因此，F/q 这一比值能反映电场本身的强弱，与 q 无关。问题 2：如果要描述磁场呢？引入在磁场中受力的物体。在磁场中同一位置放入不同的物体，通过研究受力找到不变量，即为描述磁场强弱的物理量
13、。可以放什么？小磁针问题 3：磁场的强弱能不能从小磁针受力的情况来研究？1. 小磁针静止时，两个磁极所受合力为零，小磁针不会单独存在一个磁极因此无法从小磁针受力的角度研究磁场的强弱。2. 检验电荷的电量 q 能够量化。但是小磁针不容易量化。问题 3：除了小磁针，磁场还对哪些物体有力的作用呢？而且这个对象要方便测量。磁场对通电导线也有力的作用，而且电流的大小容易控制和测量。问题 4：能不能用通电导线去研究磁场强弱？类比电场，在磁场中的同一位置放入不同的通电导线，看受力。怎么测力？实验二：设计探究方案 1. 研究对象：通电导线，这些是接线柱，连不同的接线柱长度不一样。我们现在把中间的两个接线柱连入
14、电路，导线长 4cm。2. 磁场：将 6 个相同的马蹄形磁铁并排放置，我们用 NS 极之间的这一部分磁场。 ；3. 电源、滑动变阻器、电流表等构成这样一个电路。4. 测力：通电之后，利用左手定则分析导线受力方向（竖直向下） 。用电子秤（精度0.01g）测量通电导线所力的大小。调零后，电子称显示的是克数，用克力表示。问题 5：导线有长度，怎么在磁场中放通电导线？导线在磁场中可能与磁场方向平行，可能垂直，还可能成某一角度。1. 现在把导线平行放入，电流为 2.5A，观察力的大小。记住（0.00g）不受力。2. 垂直放置，记住力的大小（0.12g）3. 成约 45等角度时，受力比垂直时小； 结果：垂
15、直时力最大，而且简单，因此我们将导线垂直放入磁场中。设计意图：初中学生已经知道通电导线在磁场要受到力的作用，力的方向跟电流的方向、磁感线的方向都有关系。高中教材中，本节的演示实验，就直接要求将一根导线水平悬挂在磁铁的两极间使导线的方向与磁场的方向垂直。这样很可能会引起学生的疑惑，为什么不能平行放置或斜向放置呢？因此，在这里有必要通过实验将这个疑惑解决，并且让学生学习的知识更加具有连贯性，实现知识和能力的进阶。2. 实验实验三：定量探究磁场强弱问题：若 I 不同，L 不同，在同一位置受力如何？保持通电导线的位置不变(放置在磁铁下方 2cm 处) ，测量力并将数据记录在表格中。L= cmI/A电子
16、称/克力I= AL/10-2m电子称/克力3. 数据分析学生分组讨论问题 1：观察表 1，你能看出什么？（成正比）比值是常数，能否用 F/I 描述磁场强弱？不能。表 1 中长度都是 16cm，力还受导线长度的影响。当长度改变，F/I 将不是定值，不能用来描述同一位置的磁场强弱。问题 2：观察表 2，你能看出什么？（成正比）能否用 F/L 描述磁场强弱？同样的，表 2 中电流都是 2A，不能用来描述同一位置的磁场强弱。问题 3：要不然我们把 I 和 L 绑在一起，你能发现什么规律？发现 F/IL 是个常数。用 excel 拟合，找到磁场中同一点的 F/IL 为一定值，能够反映磁场本身的性质。IL
17、/10-2mA 48 40 32 24 16 0F 安 /10-3N 5.292 4.508 3.626 2.744 1.764 0IL/10-2mA 32 28 20 16 8 0F 安 /10-3N 3.626 2.94 1.96 1.47 0.784 04. 结果：F/IL 可以表示磁场的强弱问题 4：这个比值是否与磁场有关？在磁场中不同位置，这个比值还相同吗？将通电导线远离磁铁，放置在磁铁下方 5cm 处，重复上述实验。问题 5：这两个比值一样吗？小了？离磁铁远了磁场弱了。充分说明了这个比值能够反映磁场强弱，比值大磁场强，比值小磁场弱。(1)在磁场中同一位置，不管 I、L 如何改变，比
18、值总是不变的。(2)在磁场中不同位置，比值是不同的。设计意图：这个实验是本节课的重点，让学生积极参与到解决问题的全过程中来，让学生在经历自主、探究和合作学习的过程中，提高分析解决问题的能力，在探究的过程中获得成就感，享受学习的快乐。把 IL 称为电流元，比值 F/IL 起名叫做磁感应强度。二 磁感应强度(1) 定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的磁场力 F 跟电流 I 和导线长度 L 的乘积 IL 的比值叫磁感应强度，即 B 。FIL(2) 方向：磁场方向，即小磁针静止时 N 极所指的方向。(3) 单位：特斯拉，简称特，国际符号是 T。我们刚刚测得的 F-IL 图线的斜率即为磁感应强
19、度。在磁铁下方 2cm，B 约为11.5mT，下方 5cm，约为 4.5mT，地磁场约为 0.05mT， 1T 是非常强的磁场。了解一些磁场的磁感应强度小结：这节课我们找到了一个描述磁场强弱的物理量。类比电场的研究，我们在磁场中放置受力物体通电导线，通过实验研究出磁场中某一位置 F/IL 为常数，不同位置 F/IL 为不同常数，得到能够反映磁场本身性质的物理量磁感应强度。板书设计第二节 磁感应强度一 描述磁场的强弱1. 研究方法：类比电场小磁针通电导线：受力？2. 实验：把通电导线垂直放入磁场中3. 数据分析结果：F/IL 可以表表式磁场强弱学习效果评价设计本节课的总体思路是通过类比在学校电场
20、时的方法，探究如何描述同样看不见、摸不着的磁场，寻找表现磁场能力的宏观效果和描述磁场强弱的方法。学生在初中已经初步了解了通电导体在磁场中受力以及电磁感应现象，运用类比推理的方法，让学生主动地探究磁场的性质，从提出假设到演绎推理，再到实验证明，一步一步地激发学生磁与电之间联系的兴趣，让学生懂得不同的物理现象之间存在的对立统一。同时辅以启发式教学，不是直接把知识讲给学生，而是引导学生应用物理学的研究方法，进行实验探究物理学的原理，相比普通的课堂授课，将学习的主动权交给学生，更能以学生的好奇心激发学习的动机，培养学生思考的习惯。在课堂上由学生参与讨论，设计实验并参与其中，在实验的基础上理解磁感应强度
21、的概念和定义。通过讨论猜想、实验探究、分析归纳等步骤，体验科学探究过程，增强创新意识和实践能力，培养了学生自主探究的能力，体现学生主体性和学习的能动性。让学生实现由学会到会学的转变。不仅让学生在充满活跃气氛的课堂中摆脱课业的重担，又不失让学生对科学的探索保持着浓烈的兴趣。在教师与学生相互合作、共同探讨的过程中，观察现象，引导学生得出结论，给出定义，完成这节课的学习。教学效果：（后测）（1）认识磁场，能够用磁场及相关概念准确解释生活中的应用。（2）知道磁场的性质，会判断通电直导线和通电线圈周围磁场的方向，会用磁感应强度及磁感线描述磁场的强弱，体会研究磁场的性质的方法。（3）建立起物理学科中场的概
22、念，认识到看不见、摸不着的场在生活、生产中有着方方面面的应用，体会物理学科的研究方法。教学设计特色说明与教学反思方法探究：通过让学生亲身体验拉拽磁铁的感觉，直观地通过吸引力体现了马蹄形磁铁和强磁铁的磁场，明白到磁场有强弱之分，进而引入本节课的主题寻找描述磁场强弱的方法。通过初中的学习，学生已经了解到磁场与电场同样是看不见、摸不着，但是又真实存在的物质场。这种不易被观察到却又客观存在的物质，与生活经验相违背，为了让学生接受这种物质，要避免教师通过课本主观定义，让学生被动地接受知识，忽略了磁场和电场的客观性。而要让学生发挥学习的能动性。要让学生能动地学习这些物理规律，就要教导学生掌握认识的规律。认
23、识的根本任务是透过现象把握事物的本质和规律，由感性认识上升到理性认识。只有实践才能获得认识，要培养学生在认识事物时，不能离开实验的基础。二 磁感应强度1. 定义式：B 。 （垂直）FIL2. 方向：磁场方向即小磁针静止时 N 极指向。3. 单位：特斯拉，简称特，T。物理意义即使是学生已经了解的知识，也不能放弃实践的检验，要坚持实践与理论相结合的原则。在实践的过程中，要注意与以前的经验和理论相结合，从以前所学习的知识中提炼出规律，引导学生回顾研究电场强弱的方法，让学生通过类比，一步步的猜想和讨论，得出研究磁场强弱的方法。这个环节是引导学生主动思考的过程，在设问中，学生回答与预设不同的答案，更加能
24、够体现学生的思维过程。比如引入在磁场中受力的物体，学生回答了可以引入小磁针和铁屑，顺着学生的思路引发进一步思考和讨论，让他们自己发现其中的问题，进而猜想是否可以放入通电导线。从对电场研究方法的回顾到通过磁场中受力的物体去研究磁场强弱，再从研究小磁针的受力到研究通电导线在磁场中的受力，学生在这一连串的启发式思维训练中，逻辑思维能力得到了提升，也体会了物理学科对于看不见但是真实存在的物质的研究方法。演示实验和数据处理：通电导线与小磁针不同，有一定长度，学生初中已经了解左手定则，他们会猜想放入磁场中的角度可能影响受力。通过定性的演示实验证明了猜想，并得出将通电导线垂直放入磁场中的实验方案。在两组分别
25、改变电流和导线长度，测量通电导线在磁场中受力的实验中，学生是全程积极参与的。在读数记录数据的过程中，学生的思维是活跃的，实验过程中，他们甚至会在初步发现规律之后猜想下一组数据的磁场力大小。对于数据的处理进而得出结论的过程完全放开，让学生分组讨论。这个班级的学生程度较好，对于数字规律较为敏感，能够积极观察数据、发现规律、延伸思考。学生很容易就发现了数据中磁场力分别与电流或导线长度成正比，也能够通过两个表格的对比判断出不能单纯考虑一个因素得到不变的比值；经过引导，能够猜想出将电流强度和导线长度相乘的办法将两个因素相结合；最后，通过电脑软件对数据进行拟合，验证了学生的猜想。学生在这个过程中，有自己的
26、观察和思考，有同学间的讨论和探究，也有猜想得到证实的落实和放松。通过数据处理的过程，培养了学生数据分析的基本科学素养和主动思考的习惯。物理概念的建立：磁场中的同一位置找到了 F/IL 是一个常数，将磁铁和通电导线间的距离增大，发现F/IL 是不同的常数，而且在距离远的地方比值变小了，这充分说明了这一比值能够描述磁场的强弱，进而得出磁感应强度的定义。了解学生现有认知和教学目标之间的差距，逐层设计教学进阶目标。顺着学生的思路引发思考和讨论，学生在一连串的启发式思维训练中，逻辑思维能力得到了提升，也能够体会物理学科的研究方法。将教学中的探究过程完全放开，让学生分组讨论。能够积极观察现象、发现规律、延伸思考。经过引导，能够猜想出将电流强度和导线长度相乘的办法将两个因素相结合；最后，验证了学生的猜想学生在这个过程中，有自己的观察和思考，有同学间的讨论和探究，也有猜想得到证实的落实和放松。通过数据处理的过程，培养了学生数据分析的基本科学素养和主动思考的习惯。改进和展望：学生的讨论非常有力，应给学生更多的机会和时间进行讨论。由于受课堂教学时空的限制和学校实验配备方面的制约，在实验探究方案的制定和实验探究过程中，还无法充分放手让学生以探究性学习方式展开学习的过程，在自主、探究和合作学习方式的展开方面也受到了一定的限制。在今后的教学中，应尽量让学生积极主动地投身到课堂教学的全过程中来。
