資源簡介

13.2《 磁感應強度 磁通量》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二節，是電磁學的基礎核心概念之一。教材從磁場的描述入手，引入磁感應強度作為描述磁場強弱和方向的物理量，并通過類比電場強度幫助學生建立認知模型。隨后引入磁通量的概念，作為描述穿過某一面積的磁場總量的物理量，為后續法拉第電磁感應定律的學習奠定基礎。本節內容邏輯清晰，層層遞進，體現了從定性到定量、從現象到本質的科學思維過程。
學情分析
高二學生已具備一定的抽象思維能力，掌握了電場強度、電通量等類似概念，具備類比遷移的基礎。但磁感應強度是矢量且看不見摸不著，學生理解其方向性和空間分布仍存在困難。磁通量涉及面積與磁場方向夾角的矢量點積運算，對數學要求較高，部分學生在空間想象和三角函數應用方面存在障礙。此外，學生對“通量”這一抽象概念缺乏直觀體驗。因此教學中需借助實驗演示、模型建構和生活實例增強感知，突破理解難點。
課時教學目標
物理觀念
1. 理解磁感應強度是描述磁場強弱和方向的物理量，掌握其定義式B=F/(IL)及其適用條件，知道其單位為特斯拉（T）。
2. 理解磁通量的概念，掌握其定義式Φ=BS cosθ，能正確計算勻強磁場中穿過平面的磁通量。
科學思維
1. 通過類比電場強度的定義方法，經歷磁感應強度的建構過程，發展類比推理與模型建構能力。
2. 能運用矢量分解思想分析磁場方向與平面法線方向的夾角關系，提升空間想象與邏輯推理能力。
科學探究
1. 能設計簡單實驗方案探究通電導線在磁場中受力與電流、導線長度的關系，體驗控制變量法的應用。
2. 能通過觀察磁感線分布與閉合回路面積變化，定性分析磁通量的變化，培養觀察與歸納能力。
科學態度與責任
1. 在探究過程中養成實事求是、嚴謹細致的科學態度，尊重實驗數據。
2. 認識磁感應強度與磁通量在現代科技中的廣泛應用，如MRI、電動機、發電機等，增強科技服務于社會的責任意識。
教學重點、難點
重點
1. 磁感應強度的定義、方向規定及單位。
2. 磁通量的定義式Φ=BS cosθ的理解與應用。
難點
1. 理解磁感應強度是矢量，掌握其方向與磁場方向一致的規定。
2. 正確理解并計算磁通量中的有效面積與夾角θ，特別是非垂直情況下的處理。
教學方法與準備
教學方法
講授法、情境探究法、合作探究法、實驗演示法
教具準備
條形磁鐵、蹄形磁鐵、小磁針若干、鐵屑、玻璃板、通電導線受力演示裝置、多媒體課件、磁感線模型
教學環節 教師活動 學生活動
創設情境，引入課題
【5分鐘】 一、生活現象導入，激發興趣 （一）、展示生活實例，引發認知沖突。
教師手持一塊條形磁鐵靠近一堆大頭針，大頭針被迅速吸起；再將磁鐵遠離，大頭針掉落。接著提問：“我們都知道磁鐵能吸引鐵制品，但為什么有的地方吸得多，有的地方吸得少？磁鐵周圍的空間真的‘空’嗎？如果我把一根通電的導線放入這個空間，會發生什么？”此時，教師連接電路，讓一段水平導線穿過蹄形磁鐵兩極之間，閉合開關，導線突然發生偏轉。
引導語：剛才我們看到導線在沒有直接接觸的情況下發生了運動，說明它受到了力的作用。這個力從何而來？顯然是磁鐵周圍的特殊空間施加的。物理學中，我們將這種能夠產生磁力作用的空間稱為磁場。但問題來了：如何精確描述這個看不見摸不著的磁場有多強、方向如何？就像我們用溫度描述冷熱程度一樣，我們需要一個物理量來量化磁場——這就是今天我們要學習的“磁感應強度”。
（二）、回顧舊知，搭建認知橋梁。
教師引導學生回憶：“在電學中，我們用哪個物理量來描述電場的強弱和方向？”學生回答“電場強度E”。教師繼續追問：“電場強度是如何定義的？”引導學生說出“E=F/q，即單位正電荷所受的電場力”。
過渡語：偉大的物理學家法拉第曾說：“科學的真理不應在古代圣人的蒙著灰塵的書上去找，而應該在實驗中和以實驗為基礎的理論中去找。”今天，我們就沿著科學家的足跡，通過實驗的方法，來定義描述磁場的“磁場強度”——更準確地說，叫“磁感應強度”。 1. 觀察實驗現象，思考磁場的存在與作用。
2. 回憶電場強度的定義方法，準備進行類比學習。
3. 提出疑問：如何量化磁場？
4. 進入學習情境，明確本節課探究主題。
評價任務 現象描述：☆☆☆
問題提出：☆☆☆
舊知回憶：☆☆☆
設計意圖 通過直觀的磁鐵吸針和通電導線受力偏轉實驗，創設真實問題情境，激發學生好奇心與探究欲。利用“磁場是否存在？如何描述？”的認知沖突，自然引出課題。通過類比電場強度的定義方式，幫助學生建立知識遷移的橋梁，降低新概念的學習難度，體現“從已知到未知”的認知規律。
建構概念，探究規律
【18分鐘】 一、探究磁感應強度的定義 （一）、提出問題，設計實驗思路。
教師引導：“既然電場強度E=F/q，那么我們是否可以尋找一個‘磁場中的檢驗量’，讓它在磁場中受到一個力，然后用這個力除以這個‘檢驗量’來定義磁場的強弱？”學生可能提出用小磁針或通電導線作為檢驗工具。
教師點評：“小磁針可以指示方向，但難以定量測量力的大小。而通電導線在磁場中會受到安培力作用，且力的大小可測，因此更適合作為‘檢驗對象’。”接著提出核心問題：“當一段通電導線垂直放入磁場中時，它所受的安培力F可能與哪些因素有關？”
組織學生分組討論，并鼓勵提出猜想：可能與電流I、導線長度L、磁場本身的強弱有關。教師總結并強調控制變量法的重要性。
（二）、演示實驗，收集數據。
教師使用安培力演示裝置進行三組實驗：
第一組：保持導線長度L和磁鐵不變（即磁場恒定），改變電流I，記錄不同I值對應的安培力F。數據如下：I=1A，F=0.1N；I=2A，F=0.2N；I=3A，F=0.3N。
第二組：保持電流I和磁場不變，更換不同長度的導線（如L=0.1m, 0.2m, 0.3m），記錄對應的F值：F=0.1N, 0.2N, 0.3N。
第三組：保持I和L不變，換用不同強度的磁鐵（或調節電磁鐵電流），觀察F的變化：弱磁鐵F小，強磁鐵F大。
教師將三組數據整理成表格投影展示，并引導學生分析：
“從第一組數據看，F與I成什么關系？第二組呢？F與L成什么關系？而第三組說明F還與什么有關？”
學生得出結論：F ∝ I，F ∝ L，且F與磁場本身有關。
（三）、建立定義，明確矢量性。
教師總結：“實驗表明，在導線與磁場垂直的情況下，安培力F與電流I和導線長度L的乘積成正比，即F ∝ IL。因此，我們可以用比值F/(IL)來反映磁場本身的強弱。物理學中把這個比值定義為磁感應強度，用B表示，即B = F/(IL)。”
板書定義式：B = F/(IL)，條件：通電導線與磁場方向垂直。
強調：“B是矢量，它的方向就是該點磁場的方向，也就是小磁針N極在該點的受力方向。國際單位是特斯拉（T），1T = 1N/(A·m)。”
舉例說明：地球表面磁場約5×10 T，醫院MRI設備可達1.5--3T，強磁鐵可達1T以上。
二、引入磁通量概念 （一）、類比電通量，提出新問題。
教師提問：“在電場中，我們引入了‘電通量’來描述穿過某一面積的電場線多少。磁場也有磁感線，那么我們能否也定義一個物理量來描述‘穿過某一面積的磁感線的多少’？”
展示一組磁感線分布圖：同一磁鐵，分別畫出穿過較小線圈和較大線圈的磁感線數量。
引導學生觀察：“哪個線圈穿過的磁感線更多？如果我把線圈傾斜放置，穿過它的磁感線會怎么變化？”
通過動畫演示：當線圈平面從與磁場垂直逐漸旋轉到平行時，穿過的磁感線數目由最多變為零。
提出問題：“這說明穿過一個面的磁感線數量不僅與磁場強弱、面積大小有關，還與什么有關？”
學生回答：“與線圈平面和磁場方向的夾角有關。”
（二）、定義磁通量，推導公式。
教師總結：“物理學中，我們把穿過某一面積的磁感線的多少，稱為穿過該面積的磁通量，用Φ表示。”
在黑板上畫出一個矩形平面S，處于勻強磁場B中，平面法線方向n與B的夾角為θ。
講解：“為了定量計算，我們引入‘有效面積’的概念。只有垂直于磁場方向的投影面積S⊥ = S cosθ才對磁通量有貢獻。”
板書公式：Φ = B × S⊥ = B S cosθ。
強調：“當θ=0°，即B與S垂直時，Φ=BS，最大；當θ=90°，即B與S平行時，cos90°=0，Φ=0。”
舉例計算：B=0.5T，S=0.2m ，若垂直穿過，Φ=0.1Wb；若夾角60°，則Φ=0.5×0.2×0.5=0.05Wb。 1. 分組討論安培力的影響因素，提出猜想。
2. 觀察實驗數據，分析F與I、L的關系。
3. 理解B的定義式及其物理意義。
4. 觀察磁感線圖示，理解磁通量與角度的關系。
評價任務 猜想合理：☆☆☆
數據分析：☆☆☆
公式理解：☆☆☆
設計意圖 通過“提出問題—猜想假設—實驗驗證—歸納結論”的科學探究路徑，讓學生親身經歷磁感應強度的建構過程，培養科學思維與探究能力。實驗數據真實呈現，增強說服力。通過類比電通量引入磁通量，降低認知難度。利用動畫和圖示直觀展示磁通量隨角度變化的規律，突破“有效面積”這一難點，幫助學生建立空間概念。
深化理解，應用提升
【15分鐘】 一、辨析概念，澄清誤區 （一）、辨析磁感應強度與磁場力的區別。
教師提問：“磁感應強度B大，是否意味著通電導線一定受到很大的安培力？”引導學生思考并回答。
教師總結：“不一定。因為F=BIL sinθ，還取決于I、L和θ。即使B很大，若I=0或θ=0°，F仍為零。B描述的是磁場本身的屬性，而F是導線在磁場中受到的作用力，二者不能混淆。”
舉例：超導磁體B極大，但若無電流通過導線，就不會產生力。
（二）、理解磁通量的標量性與正負。
教師講解：“磁通量Φ是標量，但它有正負之分。正負表示磁感線是從哪個方向穿過面的。我們通常規定：若磁感線從面的‘正面’穿入，Φ為正；從‘背面’穿入，Φ為負。對于閉合曲面，穿入的磁通量與穿出的磁通量代數和為零，這是‘磁單極子不存在’的體現。”
展示一個立方體處于勻強磁場中，分析各面的磁通量正負及總和。
二、典型例題解析 （一）、計算磁感應強度。
例題1：將一段長為20cm的直導線通以2A的電流，垂直放入勻強磁場中，測得其所受安培力為0.4N，求該處磁感應強度的大小。
教師引導學生寫出已知量：L=0.2m，I=2A，F=0.4N，B⊥。
套用公式：B = F/(IL) = 0.4 / (2 × 0.2) = 1T。
強調單位換算與公式適用條件。
（二）、計算磁通量。
例題2：一個面積為0.5m 的矩形線圈置于磁感應強度為0.4T的勻強磁場中。若線圈平面與磁場方向夾角為30°，求穿過線圈的磁通量。
教師畫出示意圖，標出B、S、θ=30°。
引導學生使用公式Φ = B S cosθ。
計算：cos30°≈0.866，Φ = 0.4 × 0.5 × 0.866 ≈ 0.1732 Wb。
追問：“若線圈繞其一邊旋轉90°，磁通量如何變化？”引導學生分析角度變化過程。
三、小組合作，拓展探究 （一）、設計實驗方案。
教師提出挑戰性問題：“如果給你一個未知強度的磁場，一段已知長度的導線，一個電流表和電源，你能否設計一個簡易裝置來粗略測量該磁場的磁感應強度？”
組織學生4人一組，討論并寫出實驗步驟。
預設方案：將導線垂直放入磁場，串聯電流表和電源，測量不同電流下的安培力（可用彈簧測力計或力傳感器），繪制F-I圖像，斜率即為BL，從而求出B。
教師點評并鼓勵創新。 1. 辨析B與F的關系，避免概念混淆。
2. 理解磁通量正負的物理意義。
3. 獨立完成例題計算，掌握公式應用。
4. 小組合作設計測量B的實驗方案。
評價任務 概念辨析：☆☆☆
計算準確：☆☆☆
方案創新：☆☆☆
設計意圖 通過辨析題澄清學生易混淆的概念，深化對B和Φ本質的理解。典型例題由淺入深，強化公式應用能力，注重單位換算與物理情境分析。小組合作設計實驗方案，將知識轉化為實踐能力，培養創新意識與團隊協作精神，體現“做中學”的理念，提升科學探究素養。
課堂總結，升華情感
【5分鐘】 一、結構化回顧知識脈絡 （一）、梳理核心概念與公式。
教師引導學生共同回顧：“今天我們學習了兩個重要概念：磁感應強度B和磁通量Φ。”
板書核心內容：
1. 磁感應強度B：描述磁場強弱和方向的矢量，B = F/(IL)（垂直時），單位特斯拉（T）。
2. 磁通量Φ：描述穿過某一面積的磁場總量，Φ = B S cosθ，單位韋伯（Wb），1Wb = 1T·m 。
強調：“B是場的屬性，Φ是場與面的結合。二者共同構成了電磁學大廈的基石。”
二、升華科學精神與社會責任 （一）、聯系科技前沿，展望未來。
教師展示圖片：核磁共振成像（MRI）、磁懸浮列車、風力發電機內部結構。
講解：“這些高科技設備的核心都離不開對磁感應強度和磁通量的精確控制。正是無數科學家和工程師對磁場規律的深入研究，才讓這些改變生活的技術成為現實。”
引用愛因斯坦名言：“想象力比知識更重要，因為知識是有限的，而想象力概括著世界，推動進步，是知識進化的源泉。”
總結語：“今天，我們不僅學習了兩個物理公式，更是在學習一種探索未知世界的思維方式。希望同學們保持對自然的好奇心，像法拉第一樣勇于實驗，像麥克斯韋一樣善于建模，未來在科學的星空中留下屬于自己的光芒！” 1. 跟隨教師回顧本節知識框架。
2. 理解公式間的內在聯系。
3. 感受物理知識的科技應用價值。
4. 激發科學探索的志向與責任感。
評價任務 知識梳理：☆☆☆
情感共鳴：☆☆☆
未來展望：☆☆☆
設計意圖 通過結構化總結幫助學生構建清晰的知識網絡，強化記憶。結合現代科技應用實例，體現物理學科的實用價值和社會意義。引用科學家名言，升華課堂情感，激勵學生樹立科學理想，培養社會責任感和創新精神，實現知識、能力與情感態度價值觀的統一。
作業設計
一、基礎鞏固題
1. 關于磁感應強度B，下列說法正確的是（ ）
A. B與通電導線所受安培力F成正比
B. B與電流I和導線長度L的乘積成反比
C. B是矢量，方向與通電導線受力方向相同
D. B是矢量，方向與該點磁場方向相同
2. 將一段長為15cm的直導線通以3A的電流，垂直放入勻強磁場中，測得其所受安培力為0.9N，求該處磁感應強度的大小。
二、能力提升題
3. 一個面積為0.8m 的圓形線圈置于磁感應強度為0.5T的勻強磁場中。若線圈平面與磁場方向夾角為60°，求穿過線圈的磁通量。（已知cos60°=0.5）
4. 如圖所示，一個邊長為0.2m的正方形線框abcd放置在勻強磁場中，磁感應強度B=0.3T，方向水平向右。求：
（1）當線框平面與磁場方向垂直時，穿過線框的磁通量；
（2）當線框繞ab邊旋轉90°后，穿過線框的磁通量。
三、實踐探究題
5. 查閱資料，了解磁感應強度在醫學影像（如MRI）、交通運輸（如磁懸浮）或能源領域（如發電機）中的一個具體應用，寫一段200字左右的介紹，說明其中涉及的物理原理。
【答案解析】
一、基礎鞏固題
1. D （解析：B是磁場本身的屬性，與F、I、L無關；方向與磁場方向一致，與受力方向垂直）
2. 解：L=0.15m，I=3A，F=0.9N，B⊥
B = F/(IL) = 0.9 / (3 × 0.15) = 2 T
二、能力提升題
3. 解：Φ = B S cosθ = 0.5 × 0.8 × 0.5 = 0.2 Wb
4. 解：（1）Φ = B S = 0.3 × (0.2) = 0.3 × 0.04 = 0.012 Wb
（2）旋轉90°后，線框平面與磁場平行，θ=90°，cos90°=0，Φ = 0
板書設計
13.2 磁感應強度 磁通量
一、磁感應強度 B —— 描述磁場強弱和方向
1. 定義：B = F / (I L) （導線⊥磁場）
2. 單位：特斯拉（T） 1T = 1N/(A·m)
3. 矢量：方向 = 磁場方向 = 小磁針N極受力方向
二、磁通量 Φ —— 描述穿過某面積的磁場總量
1. 定義：Φ = B · S · cosθ
2. 單位：韋伯（Wb） 1Wb = 1T·m
3. θ：B 與 S 法線方向的夾角
θ=0° → Φ=BS（最大）
θ=90°→ Φ=0
三、關系：
B 是“場強”，Φ 是“通量”
→ 電磁感應定律的基礎
教學反思
成功之處
1. 通過磁鐵吸針和通電導線偏轉實驗有效創設情境，激發了學生濃厚的學習興趣，課堂參與度高。
2. 采用類比電場強度的方法建構磁感應強度概念，符合學生認知規律，降低了抽象概念的理解難度。
3. 利用動畫演示磁通量隨角度變化的過程，直觀突破了“有效面積”這一教學難點，學生反饋良好。
不足之處
1. 實驗環節時間略緊，部分學生未能充分觀察到數據變化細節，未來可考慮使用數字傳感器實時顯示力的大小。
2. 對于磁通量正負的理解，仍有少數學生感到困惑，需在后續課程中通過更多實例加以強化。
3. 小組設計實驗方案環節，個別小組討論不夠深入，教師巡視指導的覆蓋面有待加強。

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