实验：探究定义磁感应强度的方法 教学设计.docx

实验：探究定义磁感应强度的方法安庆市第二中学李娇玲一、教学内容分析本节实验课程源自普通高中物理课程标准（2017年版2019年审查通过）必修课程必修3模块中第十三章“电磁感应与电磁波初步”主题下第二节磁感应强度磁通量中的重要实验内容。课程标准要求为：通过实验了解磁感应强度，体会实验中所用科学探究方法,加深对比值法定义新物理量的科学研究方法。普通高中物理课程标准（2017年版）解读对课程标准的解读为：知道磁场有强弱，知道磁感应强度是用于描述磁场强弱的物理量，有大小和方向。磁感应强度是电磁学的基本概念之一，是学习的重点。学习磁感应强度概念，可以将磁场和重力场、电场进行类比，启发学生回忆重力加速度和电场强度的定义方法，利用相同的方法引入磁场中的探测器“小磁针”和“通电导线”及磁感应强度的概念。通过多组实验相互搭配，层层递进，结合教材，再用电流元所受磁场力和电流元的比值定义磁感应强度，更加符合中学生的认知水平，进一步深化用物理量之比定义新概念的思维方法。木节的教学重点是磁感应强度概念的建立，理解磁感应强度的物理意义。二、学情分析学生在静电场部分学习了在电场中引入试探电荷，通过研究试探电荷受到的静电力与试探电荷电量的关系定义了电场强度概念（重力场中的重力加速度亦然），磁感应强度的引入可类比重力加速度和电场强度的定义，结合学生已有的磁场相关知识很容易找到磁场中的探测器一一小磁针和通电导线，分析小磁针受力特点不可测量，而通电导线受力容易测量，研究通电导线在磁场中受到的力的变化特点，定义磁感应强度B为通电导线受到的力F与电流元的比值。中学生喜欢进行实验探究，热爱亲自动手操作，课前要准备好实验器材，通过演示、分组和创新实验吸引学生的学习兴趣，激发学生主动思考的品质，将概念建立在对实验数据的分析上，培养学生的科学探究素养。三、教学目标1 .学生通过类比、实验和分析，寻找描述磁场强弱和方向的物理量一一磁感应强度。2 .通过实验探究进一步寻找比值定义物理量的方法，提高学生实验能力和学科思维能力3.培养学生学习物理的兴趣，发展学生求同和变异的思维能力四、教学重难点教学重点：磁感应强度概念的建立，理解磁感应强度的物理意义教学难点：引导学生寻找描述磁感应强度强弱和方向的物理量一一磁感应强度教学方法：问题导学与实验探究相结合实验器材：小磁针、条形磁铁、蹄形磁铁、电流表、学生电源、滑动变阻器、多匝线圈、导线、细线、曲别针、电流传感器、力传感器等五、教学流程（一）引入新课1、回顾前面磁场相关基本特性，提出磁场也是有方向和强弱之分的，为了描述磁场方向和强弱从而引入一个新的物理量“磁感应强度”，点名主题一一本节课我们主要为了探究如何定义“磁感应强度:引导学生寻找类似物理量的定义方法。2、复习类比重力场一物体f受力方向及大小f重力加速度电场f试探电荷一检验电场的方向和强弱一电场强度。（二）新课学习1、演示实验：观察小磁针N极的受力方向通过静、动结合的方式，让学生直接观察在磁场中不同位置小磁针N极受力方向不同，并且当磁场方向发生改变时，小磁针N极受力方向也会随之改变。指出：我们可以用小磁针N极的受力方向来定义磁感应强度的方向。（为了降低实验探究难度，指导学生先探究匀强磁场中通电导线的受力影响因素。体现出物理中常用的一套探究方法一一般一特殊一回归一般）2、分组实验（先由学生分组实验得出定性结果）（1）实验目的：定性探究通电导线在磁场中受力影响因素（2）猜想：影响通电导线受力的因素可能是什么？（磁场强弱、电流大小、导线长度及摆放角度）（3）知识准备：用控制变量法，只改变一个因素，研究其对导线受磁场力的影响。蹄形磁铁两极之间较小范围内，可认为磁场强弱和方向处处相同，即匀强磁场。当悬线摆角很小时，偏移距离d可以表示磁场力尸的大小（转化法思想）。线圈平衡时，受力如图：F=mgtan,当。很小时，有tan。2Sin族F=mgOCdO通过改变悬挂边从而改变通电导线在磁场中的长度，可以改变磁铁的位置放置，摸索磁场方向与导线夹角对磁场力的影响，得出保持通电导线与磁场方向垂直，磁场力最大。通电导线与磁场方向平行，磁场力为零。（4）实验器材：蹄形磁铁，线圈（各边带轻质柔软导线）、滑动变阻器、电流表、电源、导线、开关、铁架台等。（5）实验步骤：按图连接实验装置保持磁场和直导线长度不变，改变电流大小，逐个观察导线的偏移角度大小关系结论：通电导线与磁场方向垂直时，导线中的电流/避大，受力的大小产越大。保持磁场和导线中的电流不变（如=0.4A）,改变磁场中的那一部分通电直导线的长度，逐个观察导线的偏移角度。实验结论：通电导线与磁场方向垂直时，导线的长度L越长,受力大小尸越大。（6）实验结果：实验表明，通电导线与磁场方向垂直时，受力的大小与导线的长度L、导线中的电流I有关。3、创新实验：（1）实验目的：定量探究通电导线在匀强磁场中受力影响因素（2）猜想：磁场力F与电流I、通电导线长度成正比。（3）知识准备：传统实验中是通过偏角大小来定性比较的，但是角度不易测量且每次偏角不一样，通电导线的位置也会随之改变，很难保证磁场绝对的相同，不符合控制变量法的要求。基于以上问题，指导学生对原有的实验进行改造再利用，拓展学生的思维广度，结合学生的思路方法，给予鼓励和肯定，再给出教师的创意，并指导学生共同完成，让学生参与进来，并进行方法评比，指出优缺点。（4）、实验器材及步骤：按图连接电路，采用控制变量法，依次探究磁场力F与电流I及导线长度L（匝数替代）的关系。通电线圈受到的磁场力F利用相同的曲别针的重力来进行平衡等效替代，从而只需数曲别针的个数即可判断磁场力的大小，让不易测量的力变成可测且简单直观，学生更易于接受。（5）、实验数据匝数：20匝电流I/A0.40.81.2OFocI力F（曲别针个数）123长度L/（匝数）102030力F/（曲 别针个数）123二FocL电流：0.8A即：FocLLF所以，我们可以用比值法来定义磁感应强度的大小：B=IL4、拓展实验：探究在非匀强磁场中通电导线受力影响因素强调前面的定义针对的是匀强磁场，那么非匀强磁场是否也可以用这个比值来定义磁场强弱呢？引导学生进行思考，采用假设法，如果可以定义，那么意味着位置变化磁场变，这个比值也应该发生变化，且磁场越强这个比值理应越大。根据这一思路设计了课本之外的拓展实验，依然沿用了上述器材进行探究：依次改变磁铁与线圈的间距，发现在电流I及长度L（匝数）不变情况下，受力F发生了变化，即以上比值发生了变化，所以这个比值可以用来定义磁感应强度的大小。再次引导，由于我们需要知道磁场中某一点某一位置的磁场强弱，所以引入的通电导线需要足够的小即短，明确“电流元”这一理想化模型的定义。为了完善学生们的知识体系，除了学习传统实验中所用的实验方法,充分发挥个人长处,提高独立思考的能力外，我们也应该让学生了解到现代实验技术的方便快捷。5传感器实验法：定量探究通电导线在匀强磁场中受力影响因素利用传感器进行连续采集数据，利用DIS数字化系统软件对实验数据进行处理，易于得到理想的实验结果,在长度关系影响因素下有所欠缺,所以可以指导学生尽力加以改正,利用自制线圈提高实验效果。让学生感受科技带来的便捷性。（六）、教学反思本节课采用类比法引入新课，将探究磁感应强度问题转化为研究磁场中的探测器“小磁针”和“通电导线”受力方向和大小影响因素问题，与本课题密切相关。通过演示和分组实验激发了学生的好奇心和求知欲，调动了学生学习的自主性、能动性和创造性，引导学生去观察、分析和思考，给学生足够大的空间去独立摸索。再利用创新和拓展实验的教学拓宽学生的思想，抛砖引玉，让学生也能积极思考可行方案与老师进行PK,这样能够大大激发学生的思考积极性，及时进行肯定和鼓励，在无形中提高了学生的科学探究精神，对物理实验方法也有很好的巩固效果。总之，通过本节实验课教学，提升了学生的科学思维方法。在定量探究磁场力F的影响因素上，采用的依然是传统实验方法，因为我认为传统实验能够更好的训练学生们的思维，激发学生们探索的灵感，也更符合学生们认知的实际情况。但是课本上所采用的实验只是一个定性实验，并不能定量分析，这是其缺点也是我认为最大的优点，所谓教材有所讲有所不讲，不讲是为了更好的激发学生们创造的潜能，将主动性留给学生，才能让学生收获想要获得的知识和能力。那么本实验的一个小小创新解决了定量探究磁场力F的影响因素关系，但是是在导线和磁场垂直时得到的关系，至于磁场力与这两者偏角定量关系还需进一步优化，创新实验的缺点也可以启发学生们课下进行思考，丰富学生们的业余时间。令一关注有礼令学科网中小学资源库扫码关注可免费领取80套PPT教学模版令海量教育资源一触即达令新鲜活动资讯即时上线学学科网