上海地区优秀教案：第10章 a 电流的磁场

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高考资源网第十章 A 电流的磁场
一、 教学任务分析
本设计关于磁场的知识是高中阶段学习磁学的开始，磁场以及电流的磁场的知识是整个经典电磁学的基础和核心内容之一，同时也为以后学习磁场对电流的作用、磁感应强度、电磁感应等知识奠定基础。
本设计关于电流磁场的学习，应以初中对磁场概念的认识和电流的有关知识为基础。对于电流周围存在磁场的现象，初高考资源网中阶段已初步涉及，本设计的重点是学习用磁感应线来描述磁体和电流周围磁场的分布，以及应用右手螺旋定则来判断电流磁场的方向。
本设计充分运用实验、多媒体课件和教具模型来突破难点。
本设计强调学生的参与和亲身体验，在学习过程中运用观察、分析和空间想象等科学方法，从演示所呈示的现象中得出有关现象的本质和规律，感受建立科学模型方法在物理学研究中的重要作用。
二、教学目标
1．知识与技能
（1）知道基本的磁现象。
（2）理解磁场不仅有强弱，而且有方向，学会用磁感应线来形象表示磁场的强弱分布和方向。
（3）知道电流的磁场；学会应用右手螺旋定则判断电流磁场的方向。
（4）知道几种常见的电流磁场的磁感应线分布情况。
2．过程与方法
（1）在学习用磁感应线描述磁场的过程中，感受建立模型的方法在物理研究中的重要意义。
（2）通过展示磁感应线分布的图像、模型，感受分析、模拟、空间想象等科学方法。
3．情感、态度与价值观
（1）通过我国古代对磁现象的研究应用和对世界科技的贡献的介绍，激发爱国热情和民族自豪感。
（2）通过对磁感应线的观察，感悟磁感应线图像的对称美、形式美。
（3）通过磁场对大脑影响（STS）的介绍，增强关爱生命的意识。
三、教学重点与难点
教学重点：电流的磁场和磁感应线。
教学难点：用磁感应线描述电流的磁场，以及判断电流磁场的方向。
四、￥资%源~网教学资源
1、器材：铜管，强磁体，条形磁铁，蹄形磁铁，磁感应线空间演示器，直导线，线圈，螺线管，实物投影仪，电脑等。
2、课件：自制课件。
五、教学设计思路
本设计包括磁场和电流的磁场、用磁感应线表示磁场的强弱和方向、应用右手螺旋定则判电流断磁场的方向等三部分内容。
本设计的基本思路是：从演示实验的情景入手，在确认磁体和电流周围存在磁场的基础上，以磁体为研究对象，通过演示实验和有关磁感应线分布教具的应用，建立磁感应线的概念和分布情况，再通过对几种常见电流磁场的观察，引导学生学会应用右手螺旋定则判断电流磁场的方向。
本设计要突破的重点是：电流的磁场和形象地描述磁场的方法——磁感应线。方法是：通过演示实验和相关教具的应用，让学生通过观察和分析，确认磁体和通电导线的周围存在磁场，让学生感受建模的方法，学会用磁感应线来形象地表示磁场的强弱和方向。
本设计要突破的难点是：用磁感应线描述电流的磁场，以及判断电流磁场的方向。方法是：通过学生实验，让学生观察到电流周围铁屑的排列和使用多媒体课件进行右手螺旋定则的教学，让学生了解不同电流周围的磁场的分布，并学会应用右手螺旋定则判断磁场方向。
本设计强调演示实验和学生实验探究；多媒体、自制教具等多种教学策略的应用，强调通过学生主动参与，培养学生观察能力、分析能力和空间想象能力来感受演示实验，感受建立科学模型方法在物理学研究中的重要作用。形成初步把抽象物理问题变为形象的方法论。
完成本设计的内容为1课时。
六、教学流程：
1、教学流程图
2．流程图说明
情景 实验演示
演示一：将一不带磁性的小球放入铜管后，观察到小球很快掉出。再放入一强磁体小球，同学都认为也会很快掉出，但是等了较长时间才掉出。
演示二：两磁石撞击发出眼镜蛇的响声。
活动Ⅰ 磁体周围磁感应线分布
让学生先画条形磁体和蹄形磁体磁感应线的分布，然后利用铁屑和小磁针来辅助矫正。
活动Ⅱ 学生探究实验1——直线电流周围磁感应线分布
利用铁屑和小磁针研究直线电流周围磁感应线的分布情况，以及磁感应线的方向，并用立体图、俯视图和正视图分别画出。
活动Ⅲ 学生探究实验2——环型电流周围磁感应线分布
利用铁屑和小磁针研究环形电流和通电螺线管周围磁感应线的分布情况，以及磁感应线的方向的确定，并用立体图、俯视图和正视图分别画出。
活动Ⅳ STS、磁场对大脑影响
通过STS知识的介绍，巩固所学知识。
3、教学的主要环节 本设计采用“情景——问题——活动——归纳——应用”的模式组织教学，整个教学过程可分为三个主要的教学环节：
第一环节，通过情景和演示实验，确认磁体和通电导线周围存在磁场，进一步建立磁感应线的概念。
第二环节，通过学生探究实验，画出常见几种电流磁场的磁感应线分布情况和磁感应线方向，指导学生学会应用右手螺旋定则判断磁场分布和方向。
第三环节，通过STS知识的介绍，巩固所学知识，同时进行关爱生命的教育。
七、教案示例
情景 实验演示
演示实验一： 将一不带磁性的小球放入铜管后，观察到小球很快掉出。再放入一强磁体小球，同学都认为也会很快掉出，但是等了较长时间才掉出。思考，为什么会这样？
演示实验二： 两磁石撞击发出眼镜蛇的响声。同学们好奇为什么会这样。
教师指出这两种现象都与磁体性质有关。
一、磁场
简单介绍关于“场”的背景知识。
问题：磁体和磁体间不需要接触就可发生作用，那它是怎么发生的呢？
根据讨论得出磁体周围有一种特殊的物质，它能对其中的磁体等产生力的作用，这特殊物质就是“场“。
设问：“场”是看不见摸不着的，为什么说它是物质呢？
小组讨论。
介绍流行的哲学观点：“物质是标志客观实在，这种客观实在它不依赖于我们的感觉而存在”。“场”是看不见摸不着的客观存在，但是，我们可以通过磁体间相互作用的“力”来间接感知“磁场”这种特殊物质的存在。
根据上述方法很容易发现磁体周围存在着磁场。但电流周围是否存在磁场呢？
回顾电流周围存在磁场的发现（初中内容）：丹麦物理学家奥斯特首先发现电流周围也存在着磁场。
演示实验（课件）：当直导线中通有电流时，置于导线周围的小磁针会发生转动，说明电流周围也有磁场。
磁极与磁极之间、电流与磁极之间、电流与电流之间通过演示看出都会发生相互作用，这种作用都是通过磁场这种特殊物质发生作用的。
二、磁场的性质
设问：根据初中所学的知识和从多种渠道获得的信息，你认为磁场有什么特性？
小组讨论。
演示或幻灯图片展示：在磁铁周围的不同位置放置一些小磁针，发现小磁针静止时，指向各不相同如图所示，这表明磁场中不同位置力的作用方向不同，因此磁场具有方向性。
问题：小磁针有N、S两个磁极，那么如何规定磁场的方向呢？
规定：在磁场中的任意一点小磁针北极受力的方向亦即小磁针静止时北极所指的方向，就是该点处磁场的方向。
根据磁场方向的规定，小磁针静止时N极所指的方向就是N极受力的方向，也就是小磁针所在处磁场的方向；S极所指的方向就是S极受力的方向，与小磁针所在处磁场的方向相反。
三、磁感应线
1、磁感应线概念
为了形象描述磁场大小、方向及空间分布，法拉第在研究磁场时，最早引入了磁感应线这一概念。
问题: 在实验中常用铁屑在磁场中被磁化的性质,来显示磁感应线的空间分布，但磁感应线是否真实存在？
规定：磁感应线是一组有方向的曲线，在这些曲线上，每一点的切线方向都跟该点的磁场方向相同（即为小磁针的北极指向）。
利用磁感应线可以比较直观地描述磁场的方向性。
注意：与磁感应线的指向与磁场方向是不同的概念。
2、几种常见磁场的磁感应线分布
展示幻灯图片：条形、蹄形磁铁的磁感应线分布；直线电流、环形电流、通电螺线管的磁感应线分布。
活动Ⅰ 磁体周围磁感应线分布
小组议论：根据对上述磁感应线分布的观察，上述磁感应线的分布有什么不同（形状、疏密程度）？有没有共同处（封闭曲线）？
学生活动：请学生先画条形磁体和蹄形磁体磁感应线的分布，然后利用铁屑和小磁针来辅助矫正有困难的学生。
不同的磁场，磁感应线的空间分布是不一样的，常见的磁场的磁感应线空间分布情况如下：
A：条形磁铁磁场的磁感应线分布
B：蹄形磁铁磁场的磁感应线分布
说明: 右图是磁铁外部磁感应线分布情况。
设问：那么电流周围的磁场磁感应线分布有什么特点？有没有什么规律呢？
活动Ⅱ 学生探究实验1——直线电流周围磁感应线分布
分组实验：利用铁屑和小磁针研究直线电流周围磁感应线的分布情况，以及磁感应线的方向，并能用立体图、俯视图和正视图分别画出。
问题：回忆初中学过的有关知识，能否应用简单、直观的方法判断磁感应线的方向？
介绍右手定则：用右手握住导线，让伸直的大姆指所指的方向跟电流的方向一致，弯曲四指的方向就是磁感应线的环绕方向。
问题：如何判断电流磁场周围磁感应线的分布？
通电直导线磁场感线的立体图，侧视图和正视图：（如下图）
活动Ⅲ 学生探究实验2——环型电流周围磁感应线分布
利用铁屑和小磁针研究环形电流和通电螺线管周围磁感应线的分布情况，以及磁感应线的方向，并能用立体图、俯视图和正视图分别画出。
环形电流磁场感受线的分布。
介绍右手定则：让右手弯曲的四指和环形电流的方向一致，那么伸直的大姆指所指的方向就是环形导线中心轴线上磁感应线的方向。环形导线磁场磁感应线的正视图,侧视图，如下图所示：
实验探究: 通电螺线管磁场感受线的分布。
右手定则:用右手握住螺线管,让弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致。伸直大姆指所指的方向就是螺线管内部磁感应线的方向。也就是说,大姆指指向通电螺线管的北极.(如右图)
设问：比较磁感应线与电场线的异同。
活动Ⅳ STS、磁力对大脑影响
（通过STS知识的介绍，巩固所学知识）
介绍磁力对大脑的影响：
美国佐治亚州亚特兰大E－mory大学的神经学专家查尔斯做了一个实验．查尔斯让他的同事拉赫大声地数数，而他将一个手机大小的磁线圈对准拉赫的前额。“一、二、三”，拉赫数着。但当查尔斯把线圈开关打开后，拉赫很快说不出话了，而是含混地重复着类似四的声音。查尔斯把开关关上后，拉赫又“四、五、六”地数下去了。
太奇怪了！拉赫说：“单词就在嘴边却说不出来，”和做梦时手脚不听使唤的感觉一样。
在这个实验中，查尔斯通过磁场刺激，影响了拉赫的一部分大脑。他使用的方法叫穿颅磁力刺激法，简称TMS。TMS的工作原理非常简单：8字形线圈内短暂电流在千分之一秒内产生强磁场，它在小范围内又产生一个电场，作用于大脑表皮下几厘米的地方，从而使大脑的神经细胞反应异常。
科学家们一直致力于电磁场对大脑活动影响的研究。TMS可用来刺激运动神经，从而测试受损的大脑和脊椎，并用来治疗抑郁症．通过研究还发现大脑某个特定部位的活动，决定了某一特定的感觉和行为，这是解开大脑如何动作和思维之谜的第一步。手机振铃声刚结束时，天线附近电磁场最强，鉴于磁力对大脑的影响，科学家建议不要在振铃声结束后立即听话，应停顿几秒再接听，影响要小得多。
小组议论：如何避免进入在强电磁环境？如何安全使用手机，尽可能减小电磁场对人体的伤害？
4、布置作业：略
活动II
学生探究
直线电流
活动III
学生探究
环型电流
电流的
磁场
右手螺旋定则
活动IV
STS、磁力对大脑影响
磁感应线
情景
实验演示
设问1
磁场的
存在
磁场的
性质
活动I
学生探究
磁体磁场
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