高中物理必修第三册5.1磁场及其描述-教案 鲁科版（2019）

磁场及其描述
【教学目标】
核心素养
物理观念
科学思维
科学态度与责任

1．通过实验，认识磁场
2．了解磁感应强度
3．会用磁感线描述磁场
4．会判断通电直导线和通电线圈周围的磁场
用磁感线描绘通电直导线和通电线圈周围的磁场，体会物理模型在探索自然规律中的作用。
1．能列举磁现象在生产生活中的应用。
2．了解我国古代磁现象的研究成果及其对人类文明的影响。
3．关注与磁相关的现代科技的发展。
【教学重难点】
1．能列举磁现象在生产生活中的应用。
2．关注与磁相关的现代科技的发展。
3．用磁感线描绘通电直导线和通电线圈周围的磁场，体会物理模型在探索自然规律中的作用。
【教学过程】
一、导入新课
我们已经知道，磁体和通电导线周围都存在磁场，磁场有强弱和方向。如何描述磁场的强弱和方向？本节将学习描述磁场强弱和方向的物理量——磁感应强度，用磁感线形象地描述几种常见磁场的分布，并学习磁现象在生产生活中的应用。
二、新知学习
知识点一 磁场 磁感应强度
[观图助学]

指南针为什么指南？鸽子千里归巢是靠什么导航的呢？

用铁钉和一段导线制作一个电磁铁。将导线绕在铁钉上，把导线的两端接到一个带有开关的电源上，款数一次能吸起多少枚别针？
1．磁场
（1）磁体和电流周围的空间存在一种特殊的物质——磁场。磁场能够对磁体产生力的作用。
（2）磁场有方向，人们把磁场中某点小磁针静止时北极的指向规定为该点磁场的方向。
（3）磁场还有强弱，在磁场中的不同位置，其强弱不尽相同。
磁极：磁体上磁性最强的区域。
① 北极：自由转动的磁体，静止时指北的磁极，又叫N极。
② 南极：自由转动的磁体，静止时指南的磁极，又叫S极。
③ 性质：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。
2．磁感应强度
（1）电流元：在物理学中，把很短一段通电导线中的电流I与导线长度l的乘积Il叫做电流元。
（2）磁感应强度：将电流元Il垂直放入磁场，它受到的磁场力F与Il的比值叫做磁感应强度。
① 定义式B＝。
② 磁感应强度的单位：在国际单位制中的单位是特斯拉，简称特，符号是T。1 T＝1 。
（3）磁感应强度的方向
小磁针静止时N极所指的方向规定为该点的磁感应强度的方向，简称磁场的方向。
[思考判断]
（1）单独一个带电体可以只带正电荷（或负电荷），同样磁体也可以只有N极或S极。（×）
（2）磁场的基本性质是对处在磁场中的磁极或电流有力的作用。（√）
（3）磁感应强度的方向与小磁针静止时N极的指向一定相同。（√）
（4）磁感应强度的大小与电流成反比，与其受到的磁场力成正比。（×）
知识点二 磁感线与电流的磁场
[观图助学]

用铁屑模拟磁感线的分布，你的结论是什么？
1．磁感线
（1）定义：在磁场中画出的一些有方向的曲线，曲线上每一点的切线方向都跟该点的磁感应强度的方向一致。
（2）特点
① 磁感线的疏密表示磁场的强弱。磁场强的地方，磁感线较密；磁场弱的地方，磁感线较疏。
② 磁感线某点的切线方向表示该点磁感应强度的方向。
2．匀强磁场：在磁场的某个区域内，如果各点的磁感应强度的大小和方向都相同，这个区域的磁场称为匀强磁场，磁感线是一组平行且等距的直线。
3．电流的磁场
（1）直线电流的磁场
安培定则：用右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。（如图甲所示）
（2）环形电流的磁场
环形电流的磁场可用安培定则判断：右手弯曲的四指所指方向与环形电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线中心轴线上磁感线的方向。（如图乙所示）
（3）通电螺线管的磁场
用右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向与电流方向一致，拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向或拇指指向螺线管的北极（如图丙所示）。

[思考判断]
（1）磁感线从磁体N极出发，到S极终止。（×）
（2）磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的。（×）
（3）磁感线闭合而不相交，不相切，也不中断。（√）
（4）磁感线上某点切线所指的方向就是该点磁场的磁感应强度方向。（√）
（5）通电直导线周围磁场的磁感线是闭合的圆环。（√）
知识点三 磁的应用及意义
1．对磁技术的应用中，首屈一指的当数我国发明的指南针。指南针的发明开启了航海技术的革命，推动了航海事业的发展。
2．交通与磁：磁悬浮列车有常导电磁铁吸引方式和超导电磁铁相斥方式两种形式。常导电磁铁吸引式是在导体底部和两侧倒转向上的顶部安装磁铁，在T形导轨的上方和伸臂部分下方分别设作用板和感应钢板，使导轨钢板的吸引力与车辆重力平衡，从而使车体悬浮于轨道上运行；超导电磁铁相斥式是根据磁铁同极相斥的原理。
3．核磁共振成像技术是磁在医学诊断方面的应用。
三、核心探究
核心要点1 磁场 磁感应强度
[要点归纳]
1．磁场的性质
（1）客观存在性：与电场一样，也是一种物质，是一种看不见摸不着而又客观存在的特殊物质。存在于磁体、通电导线、运动电荷、变化电场、地球的周围。
（2）方向性：物理学中规定，磁场中任一点小磁针北极（N极）的受力方向（或小磁针静止时N极的指向）为该处的磁场方向。
（3）磁场的基本性质：磁场对放入其中的磁极或电流有力的作用。磁极与磁极之间，磁极与电流之间，电流和电流之间都是通过磁场相互作用的。
2．对磁感应强度的理解
（1）定义式的适用条件：通电导线垂直磁场放置。
（2）磁感应强度的决定因素：磁感应强度反映磁场本身的特性，其值决定于磁场。其值与放入的检验电流的电流强度、导线长度、摆放方向、检验电流是否受到磁场力及检验电流是否存在等均无关系。即使不放入载流导线，磁感应强度也照样存在，故不能说“B与F成正比”或“B与Il成反比”。
（3）磁感应强度是矢量，其方向就是磁场方向。
[试题案例]
[例1]（多选）关于磁场，下列说法正确的是（ ）
A．磁场的基本性质是对处于其中的磁体或电流有力的作用
B．磁场是看不见摸不着、实际不存在的，是人们假想出来的一种物质
C．磁场是客观存在的一种特殊物质形态
D．磁场的存在与否决定于人的思想，想其有则有，想其无则无
解析 磁场的基本性质是对放入其中的磁体和电流有力的作用，它是一种看不见、摸不着、实实在在存在的物质，A、C符合题意。
[例2]在匀强磁场中某处P垂直于磁场方向放一个长度l＝20 cm、通电电流I＝0.5 A的直导线，测得它受到的最大磁场力F＝1.0 N，其方向竖直向上。现将该通电导线从磁场中撤走，则P处的磁感应强度为（ ）
A．零 B．1 T
C．0.1 T D．10 T
解析 此时导体与磁场方向垂直，由B＝解得B＝10T，磁感应强度与导线无关，故选D。
[针对训练1]（多选）指南针是我国古代四大发明之一。关于指南针，下列说法正确的是（ ）
A．指南针可以仅具有一个磁极
B．指南针能够指向南北，说明地球具有磁场
C．指南针的指向会受到附近铁块的干扰
D．在指南针正上方附近沿指针方向放置一直导线，导线通电时指南针不偏转
解析 指南针是一个小磁体，具有N、S两个磁极，因为地磁场的作用，指南针的N极指向地理的北极，选项A错误，B正确；因为指南针本身是一个小磁体，所以会对附近的铁块产生力的作用，同时指南针也会受到反作用力，所以会受铁块干扰，选项C正确；在地磁场中，指南针南北指向，当通电直导线在指南针正上方平行于指南针南北放置时，通电导线产生的磁场在指南针处是东西方向，所以会使指南针偏转，选项D错误。
答案 BC
[针对训练2]在磁感应强度为B0、方向竖直向上的匀强磁场中，水平放置一根长通电直导线，电流的方向垂直于纸面向里。如图所示，a、b、c、d是以直导线为圆心的同一圆周上的四点，在这四点中（ ）
A．b、d两点的磁感应强度相等
B．a、b两点的磁感应强度相等
C．c点的磁感应强度的值最小
D．b点的磁感应强度的值最大
解析 如图所示，由矢量叠加原理可求出各点的合磁场的磁感应强度，可见b、d两点的磁感应强度大小相等，但方向不同，A项错误；由图知，a、b两点的磁感应强度不相等，a点的磁感应强度最大，c点的磁感应强度最小，B、D项错误，C项正确。
核心要点2 对磁感线的理解
[要点归纳]
1．磁感线的特点
（1）为形象描述磁场而引入的假想曲线，实际并不存在。
（2）磁感线的疏密表示磁场的强弱，密集的地方磁场强，稀疏的地方磁场弱。故磁感线不相切，若相切，切点处B→∞不可能。
（3）磁感线为闭合曲线：磁体外部从N极指向S极，磁体内部从S极指向N极。
（4）磁感线上任一点的切线方向表示该点的磁场方向，在稳定磁场中，某点磁场方向唯一确定，所以磁感线不能相交。
2．磁感线和电场线的区别与联系
比较项目
磁感线
电场线
相同点
意义
形象地描述磁场方向和相对强弱而假想的线
形象地描述电场方向和相对强弱而假想的线
方向
线上各点的切线方向即该点的磁场方向，是小磁针N极受力的方向
线上各点的切线方向即该点的电场方向，是正电荷受电场力的方向
疏密
表示磁场强弱
表示电场强弱
特点
在空间不相交、不中断
除电荷处外，在空间不相交、不中断
不同点
是闭合曲线
静电场中，电场线始于正电荷或无穷远处，止于无穷远处或负电荷，是不闭合的曲线
[试题案例]
[例3]（多选）关于磁感线，下列说法中正确的是（ ）
A．磁感线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向一致
B．磁感线是磁场中客观存在的、肉眼看不见的曲线
C．两条磁感线的空隙处不存在磁场，不同磁场形成的磁感线可以相交
D．匀强磁场的磁感线是等间距的平行直线
解析 磁感线上每一点的切线方向就是该点的磁场方向，A正确；磁感线是为了形象描述磁场而假想的曲线，可以用实验来模拟，但实际并不存在，B错误；磁感线的疏密反映磁场的强弱，但不表示空隙处不存在磁场，磁场是充满某个区域的；不同磁场源产生的磁场在某一区域叠加，磁感线描绘的是叠加后的合磁场，某处的磁感应强度是唯一的，磁感线不相交，C错误；匀强磁场的强弱和方向处处相同，其磁感线是等间距的平行直线，D正确。
答案 AD
[针对训练3]（多选）下列关于电场线和磁感线的说法正确的是（ ）
A．电场线和磁感线都是电场或磁场中实际存在的线
B．磁场中两条磁感线一定不相交，但在复杂电场中的电场线是可以相交的
C．电场线是一条不闭合曲线，而磁感线是一条闭合曲线
D．电场线越密的地方，电场越强，磁感线越密的地方，磁场也越强
解析 电场线与磁感线分别是为了形象描述电场、磁场而引入的假想线，实际不存在，A错误；两种场线的切线方向均表示相应的场方向，两种场线都不会相交，B错误；电场线起始于正电荷或无限远、终止于负电荷或无限远，而磁感线在磁体外部由N极指向S极，在磁体内部由S极指向N极，组成闭合曲线，C正确；电场线越密，表示该处电场越强；磁感线越密，表示该处磁场越强，D正确。
答案 CD
核心要点3 电流的磁场及磁的应用
[要点归纳]
1．条形磁铁和蹄形磁铁的磁场
2．常见电流的磁场
安培定则
立体图
横截面图
纵截面图
直线电流
以导线上任意点为圆心垂直于导线的多组同心圆，越向外越稀疏，磁场越弱
环形电流
内部磁场比环外强，磁感线越向外越稀疏
通电螺线管
内部为匀强磁场且比外部强，方向由S极指向N极，外部类似条形磁铁，由N极指向S极
3．记录与磁：利用磁我们不仅可以记录声音影像，还可以记录其他各种信息，如磁信息卡、磁防盗卡、磁签到卡等。
磁卡的使用
[试题案例]
[例4]电路没接通时三个小磁针方向如图所示，试确定电路接通后三个小磁针的转向及最后的指向。
解析 接通电源后，螺线管的磁场内部从左指向右，外部从右指向左，如图所示，故小磁针1逆时针转动，小磁针3顺时针转动，小磁针2基本不动。
答案 小磁针1逆时针转动，小磁针3顺时针转动，小磁针2基本不动
方法总结 小磁针在磁场中受力的判断方法
（1）当小磁针处于磁体产生的磁场中，或环形电流、通电螺线管外部时，可根据同名磁极相斥，异名磁极相吸来判断小磁针的受力方向。
（2）当小磁针处于直线电流的磁场中或处于环形电流、通电螺线管内部时，应该根据小磁针N极受力方向与通过该点的磁感线的切线方向相同，来判断小磁针的受力方向。
【课堂总结】
1912620189865 基本特性
690245130175 定义——特性 方向性
物质性
2482850163830磁场 大小方向
1259840204470 磁感应强度B 叠加
2063750167005 描述 特点
磁感线 电流的磁场