資源簡介

13.1 《磁場 磁感線》課時教案
學科 物理 年級冊別 高二上冊 共1課時
教材 人教版（2019）高中物理必修第三冊 授課類型 新授課 第1課時
教材分析
教材分析
本節內容位于人教版高中物理必修第三冊第十三章第一節，是電磁學的起始課。教材從生活中的磁現象引入，提出“磁場”這一抽象概念，并通過實驗觀察和模型建構的方式引導學生認識磁感線及其特點。本節內容為后續學習安培力、洛倫茲力、電磁感應等知識奠定基礎，在整個電磁學體系中具有承上啟下的關鍵作用。
學情分析
高二學生已具備一定的抽象思維能力，初中階段對磁體、磁極、磁化等已有初步了解，但對“磁場”的本質仍停留在模糊感知層面。學生普遍難以理解“看不見、摸不著”的場的概念，容易將磁場誤認為是物質實體。此外，空間想象能力有限，對三維磁感線分布的理解存在障礙。因此教學中需借助實驗演示、可視化模型與類比法降低認知門檻，幫助學生建立科學的物理觀念。
課時教學目標
物理觀念
1. 能準確說出磁場的基本性質，理解磁場是一種真實存在的特殊物質形態，能夠傳遞磁力作用。
2. 掌握磁感線的概念，能描述其方向、疏密與磁場強弱的關系，并能畫出條形磁鐵、蹄形磁鐵和通電直導線周圍的典型磁感線分布圖。
科學思維
1. 通過類比電場線構建磁感線模型，發展模型建構能力；能運用歸納法總結磁感線的基本特征。
2. 能根據實驗現象推理磁場的存在與方向，提升邏輯推理與抽象概括能力。
科學探究
1. 能設計并參與“用小磁針探測磁場方向”“鐵屑顯示磁感線”等實驗，收集證據驗證磁場的存在與分布規律。
2. 在小組合作中完成實驗操作、數據記錄與結果分析，提升動手實踐與協作交流能力。
科學態度與責任
1. 感受科學家探索磁場的歷史過程，體會科學研究的嚴謹性與創造性，增強尊重事實、勇于質疑的科學精神。
2. 認識磁場在現代科技中的廣泛應用（如MRI、電動機），激發學習興趣與社會責任意識。
教學重點、難點
重點
1. 理解磁場的基本性質及其實質——一種客觀存在的特殊物質。
2. 掌握磁感線的方向規定、疏密含義及其典型分布圖像。
難點
1. 建立“場”的抽象物理觀念，克服“只有接觸才有作用”的前概念誤區。
2. 理解磁感線是人為假想的工具而非真實存在，掌握其空間分布特征的空間想象力。
教學方法與準備
教學方法
情境探究法、實驗探究法、講授法、合作學習
教具準備
條形磁鐵、蹄形磁鐵、小磁針若干、玻璃板、鐵粉、投影儀、多媒體課件、3D磁感線動畫視頻
教學環節 教師活動 學生活動
情境導入：磁之謎蹤
【5分鐘】 一、創設問題情境，激發認知沖突 （一）、播放視頻：指南針自動偏轉與鐵釘隔空被吸起
教師播放一段精心剪輯的短視頻：畫面中一個靜止的指南針突然發生偏轉；接著是一枚鐵釘懸掛在細線下，靠近一塊未接觸的磁鐵時緩緩擺動并最終吸附上去。“同學們，請仔細觀察這兩個現象——指南針為什么會自己轉動？鐵釘明明沒有碰到磁鐵，怎么就被吸過去了？”教師停頓片刻，環視全班，“我們常說‘力的作用是相互的’，但這里既沒有手去推，也沒有繩子拉，那這個‘力’是從哪里來的呢？”
（二）、回顧舊知，引出“超距作用”困惑
教師繼續引導：“在力學中，兩個物體要產生力的作用，通常需要直接接觸，比如推桌子、踢足球。可這里的磁力卻似乎能‘隔空發力’，這是否違背了我們的常識？古希臘哲學家曾認為這是‘神秘力量’，而牛頓也因萬有引力的超距作用深感不安。那么，現代物理學是如何解釋這種非接觸力的存在的呢？”此時屏幕上緩緩浮現法拉第的一句名言：“我認為電和磁的作用必須通過某種介質來傳遞。”教師輕聲誦讀，“正是基于這樣的思考，一位偉大的科學家提出了一個革命性的概念——‘場’。”
（三）、揭示課題，明確學習任務
教師在黑板中央寫下本節課的主題——“磁場 磁感線”，并在下方標注：“今天我們就要揭開這個‘看不見的手’的神秘面紗，走進法拉第的思想世界，理解磁場的本質，并學會用一種形象的方法——磁感線，來描繪它。”過渡語自然引出：“就像風雖無形，但我們可以通過樹葉的搖曳感知它的存在一樣，磁場雖不可見，卻可通過效應顯現其蹤跡。接下來，讓我們化身小小科學家，親自去‘觸摸’這無形的磁場。” 1. 觀看視頻，描述現象。
2. 思考磁力來源，表達疑惑。
3. 回憶接觸力概念，對比非接觸力。
4. 明確本課學習目標。
評價任務 現象描述：☆☆☆
問題提出：☆☆☆
興趣激發：☆☆☆
設計意圖 以真實且富有懸念的生活現象切入，制造認知沖突，激活學生已有經驗中的矛盾點，引發深度思考。引用法拉第名言滲透科學史教育，體現科學觀念的演進過程，賦予課堂人文厚度。通過類比“風”與“樹葉”，為抽象的“場”提供直觀意象鋪墊，降低理解門檻。
探究新知：感知磁場
【12分鐘】 一、實驗探究：用小磁針感知磁場方向 （一）、演示實驗：繪制條形磁鐵周圍某點的磁場方向
教師取出一塊條形磁鐵放置于桌面中央，并在其一側固定一個小磁針支架。緩慢移動小磁針至磁鐵正上方某一位置，待其靜止后，用記號筆在桌面上沿小磁針N極指向畫一條短線并標上箭頭。“現在，這個箭頭就代表了該點磁場的方向。”隨后更換多個不同位置重復此操作，逐步形成一組方向各異的箭頭。“大家發現這些箭頭有什么規律嗎？”學生可能回答“都指向或背離磁極”。教師順勢總結：“科學上規定：磁場中某點的磁場方向，就是小磁針靜止時N極所指的方向。”
（二）、分組實驗：構建多點磁場方向圖
教師將學生分為四人小組，每組發放一塊條形磁鐵、五個小磁針和一張坐標紙。“請你們模仿老師的步驟，在磁鐵周圍選定至少六個測試點，依次擺放小磁針，記錄下每個點N極的指向，并用帶箭頭的線段表示出來。”教師巡視指導，提醒學生輕放磁針避免干擾，確保每次只測一個點以免相互影響。完成后邀請一組代表將結果投影展示。“你們繪制的方向線呈現出怎樣的整體趨勢？”引導學生發現方向線從N極出發指向S極，初步感知磁場的有序性。
二、深化理解：磁場是真實存在的特殊物質 （一）、提問辨析：磁場是否真實存在？
教師拋出問題：“剛才我們看到的是小磁針的偏轉，而不是磁場本身。有人會說：磁場只是我們為了方便描述而虛構出來的概念，真的存在嗎？”組織短暫討論后，教師嚴肅指出：“物理學告訴我們，磁場是客觀存在的！它雖然看不見摸不著，但具有能量、能施加力、可儲存信息——比如磁帶錄音、硬盤存儲都是利用磁場記錄信號。愛因斯坦曾說：‘宇宙最不可理解之處，就在于它是可以理解的。’我們不能因為感官無法直接感知，就否認其存在。正如空氣看不見，但我們呼吸依賴它；電流看不見，但燈泡因它而亮。磁場也是一種特殊的物質形態，屬于‘場物質’。”
（二）、類比強化：與電場建立聯系
教師在PPT上并列呈現“電荷→電場→檢驗電荷受力”與“磁體→磁場→小磁針偏轉”的對應關系圖。“還記得電場嗎？我們用同樣的邏輯定義了電場強度E=F/q。今天我們也可以說：磁場對放入其中的磁極有力的作用，這種作用的強弱和方向構成了磁場的屬性。兩者都是‘場’，都是物質存在的另一種形式。” 1. 觀察教師演示，記錄方向。
2. 小組合作完成方向測量。
3. 整理數據，繪制方向矢量圖。
4. 參與討論，理解磁場實在性。
評價任務 操作規范：☆☆☆
方向準確：☆☆☆
結論歸納：☆☆☆
設計意圖 通過“演示+分組”雙軌實驗模式，讓學生親歷科學探究全過程，從個別觀測到整體歸納，實現由點到面的認知躍遷。強調實驗細節控制，培養嚴謹作風。針對“場是否真實”的哲學級疑問，引入權威觀點與現代應用實例進行回應，提升說服力。通過與電場類比，打通知識遷移通道，促進結構化認知。
模型建構：描繪磁感線
【15分鐘】 一、觀察鐵屑圖案，發現磁場分布規律 （一）、經典實驗再現：鐵屑顯形磁感線
教師將一塊條形磁鐵置于投影臺上，覆蓋一塊透明玻璃板，均勻撒上細鐵粉，輕輕敲擊玻璃板邊緣。隨著震動，鐵粉逐漸排列成清晰可見的曲線狀圖案，從N極延伸至S極，中間密集兩端稀疏。教師開啟投影放大圖像，“請大家仔細觀察這些自發形成的線條——它們有沒有交叉？走向如何？疏密有何特點？”學生紛紛回答“不交叉”“從N到S”“中間密兩邊疏”。教師肯定觀察結果，并解釋原理：“每個鐵屑都被磁化成了微小磁針，它們首尾相連排列起來，就勾勒出了磁場的整體輪廓。這些曲線，我們就稱之為‘磁感線’。”
（二）、動態演示：多類型磁體磁感線對比
教師依次更換為蹄形磁鐵和通電直導線（配合電池與鐵粉），重復實驗。投影顯示蹄形磁鐵兩極間近乎平行的直線狀磁感線，以及環繞導線的同心圓狀磁感線。“比較三種情況：條形磁鐵兩端彎曲匯聚，蹄形磁鐵內部均勻，通電導線呈閉合圓圈。這說明什么？”引導學生得出結論：磁感線分布取決于磁源結構。
二、歸納特征，建立磁感線物理模型 （一）、系統總結磁感線五大特征
教師結合實驗圖像，在黑板上逐條板書：
① 磁感線上任一點的切線方向 = 該點磁場方向；
② 磁感線密處磁場強，疏處磁場弱；
③ 磁感線是閉合曲線（外部N→S，內部S→N）；
④ 磁感線永不相交（否則同一點有兩個磁場方向）；
⑤ 磁感線是假想曲線，用于形象描述磁場。
特別強調第五條：“請注意！鐵粉排成的不是真實的線，而是無數小磁針排列的結果。磁感線是我們為了研究方便而引入的理想化模型，就像地圖上的等高線一樣，并非實地存在。”
（二）、三維空間想象訓練
教師拿出立體磁感線模型或播放3D動畫：“磁場是三維的！條形磁鐵的磁感線不僅在平面上分布，更是在空間中環繞延伸。請大家閉上眼睛，想象自己站在磁鐵旁邊，四周都有無形的曲線包裹著你……睜開眼，我們一起用手勢模擬磁感線的走向。”帶領學生用手臂劃出弧線運動，增強空間感知。 1. 觀察鐵屑實驗現象。
2. 描述磁感線分布特點。
3. 歸納磁感線基本特征。
4. 動手模擬空間磁感線。
評價任務 觀察能力：☆☆☆
歸納能力：☆☆☆
空間想象：☆☆☆
設計意圖 鐵屑實驗以其強烈的視覺沖擊力成為本節課的核心亮點，將抽象磁場轉化為可視圖像，極大增強學生的感性認識。通過對比不同類型磁源的磁感線，凸顯“結構決定性質”的科學思想。系統提煉五條特征，突出“閉合性”與“不相交”等關鍵點，澄清常見誤解。借助手勢模擬突破二維局限，發展三維空間思維，體現“做中學”的理念。
鞏固應用：繪圖與判斷
【8分鐘】 一、動手繪圖：繪制典型磁感線分布 （一）、示范引領：教師板演條形磁鐵磁感線
教師在黑板左側用彩色粉筆規范繪制條形磁鐵及其外部磁感線：從N極出發，呈弧線狀彎向S極，近極處密集，遠端稀疏，箭頭統一由N指向S。邊畫邊講解要點：“注意起始點、閉合性、對稱性和疏密變化。內部磁感線也要補全，形成完整回路。”
（二）、學生練習：獨立繪制蹄形磁鐵與通電螺線管
下發練習紙，要求學生根據所學知識，分別畫出蹄形磁鐵（兩極相對）和通電螺線管（標有電流方向）的磁感線分布。提示參考教材插圖，注意方向一致性與閉合特征。教師巡視，重點關注是否遺漏內部磁感線、是否出現交叉、箭頭方向錯誤等問題，及時個別輔導。
二、辨析糾錯：識別常見錯誤圖示 （一）、展示典型錯誤案例
投影出示幾幅含有典型錯誤的學生作業圖樣：如磁感線交叉、未閉合、方向混亂、內部缺失等。“請找出下列圖形中的錯誤，并說明理由。”組織同桌互評，鼓勵大膽發言。
（二）、師生共評，強化標準
逐一分析錯誤原因，重申正確畫法標準。例如：“兩條線相交意味著該點有兩個磁場方向，違反唯一性原則。”“斷開的曲線不符合磁感線閉合的本質。”通過反例強化正確認知，達到“以錯促學”的效果。 1. 觀察教師示范畫法。
2. 獨立完成磁感線繪圖。
3. 識別并糾正錯誤圖示。
4. 同伴互評，交流改進。
評價任務 繪圖規范：☆☆☆
方向正確：☆☆☆
糾錯準確：☆☆☆
設計意圖 繪圖既是技能訓練也是思維外化過程，幫助學生將零散知識整合為系統表征。通過“示范—練習—反饋”閉環，確保技能落實。設置辨析環節直擊學習盲區，變被動接受為主動批判，深化對磁感線本質的理解。同伴互評促進合作學習，提升語言表達與評價能力。
課堂總結：無形之力，有形之美
【5分鐘】 一、結構化回顧：梳理核心知識脈絡 （一）、師生共同完成知識框架
教師引導學生齊聲回顧：“今天我們從‘隔空發力’的現象出發，認識到——磁場是真實存在的特殊物質；我們通過小磁針探測方向，用鐵屑顯現分布，最終建構起——磁感線這一理想模型；我們掌握了它的五大特征：切線定方向、疏密顯強弱、閉合不相交、外部N到S、內部S回N。”隨著學生回答，教師在黑板右側完善思維導圖式板書。
二、升華情感：致敬科學探索精神 （一）、講述法拉第的故事
“1831年，法拉第在日記中寫道：‘我終于讓磁生出了電！’但他并未止步于實驗成功，而是執著追問：‘磁力是如何跨越空間作用的？’于是他提出了‘力線’的概念，也就是今天我們所說的磁感線。當時許多人嘲笑他‘畫些虛線有何意義’，但他堅信：‘我不在乎別人怎么看，我只關心自然是怎么做的。’正是這份堅持，為麥克斯韋建立電磁場理論奠定了基石。”
（二）、激勵展望
“同學們，今天我們所畫的每一條磁感線，都承載著一位偉大科學家的智慧與勇氣。磁場雖無形，卻支撐著現代社會的運轉——從手機無線充電到核磁共振成像，無不閃耀著它的光芒。愿你們也能像法拉第一樣，敢于追問‘為什么’，善于用模型解釋未知，在未來的科學旅程中，親手描繪出更多屬于你們的‘思想之線’！” 1. 參與知識回顧。
2. 傾聽科學故事。
3. 感悟科學精神。
4. 樹立學習志向。
評價任務 知識梳理：☆☆☆
情感共鳴：☆☆☆
價值認同：☆☆☆
設計意圖 采用“結構化+升華式”雙重總結策略，既夯實基礎知識，又提升精神境界。通過法拉第的真實故事串聯整節課的探究主線，使科學知識與人文情懷深度融合。結尾寄語將個人成長與科技進步相連，激發使命感，實現“知識—能力—素養”三位一體的育人目標。
作業設計
一、基礎鞏固：填空與選擇
1. 磁場的基本性質是對放入其中的磁體或電流產生______的作用。磁場雖然看不見、摸不著，但它是一種______存在的特殊物質。
2. 磁感線上某點的切線方向表示該點的______方向；磁感線的疏密程度反映磁場的______。
3. 下列關于磁感線的說法中，正確的是（ ）
A. 磁感線是磁場中實際存在的曲線
B. 磁感線可以相交
C. 磁感線總是從N極出發，進入S極
D. 磁感線是閉合曲線
4. 在磁場中某點放置一個小磁針，其N極指向該點的______方向。若將小磁針取走，該點的磁場方向______（選填“改變”或“不變”）。
二、能力提升：繪圖與分析
5. 請在下方空白處規范畫出一個馬蹄形磁鐵（U形磁鐵）周圍的磁感線分布圖，要求：
（1）標明N、S極；
（2）畫出至少6條磁感線；
（3）體現疏密差異；
（4）箭頭指示方向。
6. 如圖所示為某未知磁體的磁感線分布，請判斷其左右兩端各為何種磁極，并簡述判斷依據。
（此處預留圖形位置：一組從左端發散、右端匯聚的曲線）
三、拓展探究：聯系生活
7. 查閱資料或實地觀察，列舉三個生活中利用磁場工作的設備或現象，并簡要說明其工作原理中涉及的磁場作用。（如：揚聲器、磁懸浮列車、信用卡磁條等）
【答案解析】
一、XXX
1. 力；客觀
2. 磁場；強弱
3. D（解析：A錯，磁感線是假想的；B錯，相交則方向不唯一；C錯，外部從N到S，但整體是閉合的）
4. 磁場；不變
二、XXX
5. 繪圖要點：磁感線從N極發出，進入S極；兩極附近密集，中間區域較疏；外部曲線，內部補全閉合；箭頭由N指向S。
6. 左端為N極，右端為S極。判斷依據：磁感線在磁體外部總是從N極出發，進入S極，圖中磁感線從左端發出，向右端匯聚，故左為N，右為S。
板書設計
13.1 磁場 磁感線
[左側] 實驗現象 → 磁場存在（特殊物質）
↓
探測工具：小磁針（N極指向=磁場方向）
↓
可視化手段：鐵屑排列 → 磁感線模型
[中部] 磁感線五大特征：
① 切線方向 = 磁場方向
② 疏密 → 強弱
③ 閉合曲線（外N→S，內S→N）
④ 不相交
⑤ 假想工具，非真實存在
[右側] 典型圖示：
條形磁鐵：弧線分布，兩極密集
蹄形磁鐵：兩極間近似平行
通電導線：同心圓，右手定則
教學反思
成功之處
1. 以“隔空發力”現象導入，有效激發學生好奇心與探究欲，課堂氛圍活躍。
2. 鐵屑實驗視覺效果顯著，成功將抽象磁場具象化，學生參與度高，理解深刻。
3. 融入法拉第科學史實，增強了課堂的人文底蘊，提升了學生的科學情感態度。
不足之處
1. 部分學生在繪制磁感線時仍忽略內部閉合路徑，需加強三維空間建模訓練。
2. 對“磁場是物質”的哲學層面解釋尚顯單薄，可補充更多現代科技實例加以佐證。
3. 時間分配略顯緊張，最后拓展環節未能充分展開，可在下一課時銜接深化。

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