资源简介

教学设计
《磁场 磁感线》
人教版高中物理新教材必修三第十三章《电磁感应与电磁波初步》
第一节《磁场 磁感线》
【课标分析】
在《普通高中物理课程标准(2017 年版 2020 年修订) 》中，本节《磁场 磁感线》属于课程内 容必修课程中“电磁场与电磁波初步”主题之下。《普通高中物理课程标准(2017 年版 2020 年修订)》 中对本节的内容要求为： “能列举磁现象在生产生活中的应用。了解我国古代在磁现象方面的研究成 果及其对人类文明的影响。关注与磁相关的现代技术发展。通过实验， 认识磁场。会用磁感线描述磁 场。体会物理模型在探索自然规律中的作用。”，学业要求为： “能用磁感线模型分析磁场中比较简 单的问题，并得出结论。在分析和论证过程中，能使用证据说明自己的观点。”
【教材分析】
本节内容包括磁场和磁感线两部分。教科书在初中知识的基础上进一步揭示了电现象和磁现象之 间的联系， 引导学生对事物之间的内在联系有更深刻的思考， 并进一步强化“场”的研究方法。本节 内容作为《电磁场与电磁波初步》单元的开篇， 是单元学习活动的基础， 理清课时学习思路， 明确课 时学习任务，使后续的学习更有针对性和目的性。
本节有大量的物理学史内容， 体现了重要的科学思想方法， 是丰富的科学方法和人文教育结合的 好素材。可以结合演示实验，对初中知识复习概括并从科学与人文两个角度提升认识， 为后续学习打 下基础。磁感线、几种常见的磁场的磁感线分布是基本的重要知识， 有助于学生了解物理模型在人探 索自然规律中的作用。由于磁感线的分布不是平面的，而是空间的，应该通过演示实验来加深认识， 有条件的情况下可以让学生分组实验。教学中应注意培养学生的空间想象力， 使学生形成经典物理的 物质观、运动观和相互作用观等物理观念，并能用这些观念解释自然现象和解决实际问题。
在真实情境任务“小磁针怎样才能偏转”的引领下，本节重点解决的问题是如何科学地描述磁 场。从真实情境出发，以解决问题为目标，遵循科学描述运动的方法，建立磁感线模型逐步深入认 识直线电流、环形电流的磁场，并在运用所学的过程中生成新的问题，为下一课时任务做好铺垫。
【学情分析】
学生在初中已经接触过磁现象和磁场的相关知识，对磁相互作用有了初步认识。在以往学习中 经历过质点、点电荷、电场线等物理模型的建构过程，他们已经具备选用恰当的模型解决问题的经 验，能将简单的实际问题转化为物理模型、并用来分析常见的物理问题，获得解释和结论。但是很 多磁现象是比较抽象的，大部分学生知道电与磁之间是有联系的，但是不能用一种普遍联系的观点
来看待电与磁的关系。“场”是一个十分抽象的概念，理解“场是一种物质”是从了解建构物理模 型的抽象思维过程，到上升“描述事物本质属性”的高度，因而存在一定困难。
【学习目标】 1、通过观察生活中的真实情境了解磁现象，了解电和磁的联系，体会奥斯特发现的重要意义。
2、通过实验，知道磁场的基本特性，体会如何用形象化的手段描述物理现象。
3、经历探究的过程，知道几种常见磁场磁感线的空间分布情况，能够判断磁场方向。 【教学重点和难点】
1. 教学重点：
(1)磁感线模型的建构
(2)会应用安培定则判断通电直导线和通电线圈周围磁场的方向
2. 教学难点：
对磁场物质性的认识
【教学方法】
在深度学习理论指导下，本课时教学运用“循环递进式探究”教学法，设置问题串，通过对比、 实验(分组)、建模开展教学。以情境导入， 任务驱动， 问题嵌入， 活动贯穿， 促进深度学习， 实现 学习进阶。
【教学策略】
1.智慧课堂 “云互动”：基于智慧课堂全程跟踪探究活动，即时推送学习任务，对学生当堂建模、 实验探究大数据收集、反思研讨过程在线及时处理反馈， 发布个性化的批注讲解， 确保探究活动的针 对性。
2.问题串策略：通过设计一个个前后有逻辑关系和递进关系的问题来启发学生，引导学生逐步深入学 习，推进任务的达成。
3.项目化学习策略：将问题前置，以结果为导向，学生在一段时间内通过对连续的、真实的、有挑战 的问题进行持续探究，达到核心知识的再建构和思维迁移。
【课时安排】 1 课时
【教学准备】
媒体设备： PPT 课件、白板、计算机、智慧平台；
实验器材：磁体、铁屑、小磁针、电源、导线、开关、电流相互作用演示仪、线圈、金属导
体、磁悬浮地球仪、 VR 眼镜、计算机。
【教学流程】
【教学过程】
(一) 走进情境，产生疑问
情境问题：
同学们，我们今天上课的地方是学校新建的一栋实验楼，但是老师的方向感不太好，想知道哪 个方向是北边，如果我手边只有一节电池和一段导线以及指南针，但是指南针的南、北极脱落了。
你觉得有什么办法确定这个指南针的南、北极呢
任务一：初步探究电磁发现指针问题
问题 ：电流可以改变小磁针的指向吗？
问题预设：学生认为电流周围有磁场，所以小磁针会发生偏转
活动① ：试一试——通电导线可以改变小磁针的指向吗？
实验器材：一节干电池(1.5V)、电池盒、导线、小磁针
实验现象：
智慧课堂平台的同屏展示功能：利用智慧云平台的拍照功能实现同屏展示小组实验现象。
发现问题：有的小组实验中小磁针的指向发生了偏转，有的小磁针没有偏转！
发生偏转的小磁针指向也并不同！
学生猜想：可能与小磁针放在通电导线附近的位置有关
初步判断：在一定条件下，通电导线可以使小磁针发生偏转
问题 ：既然有的小磁针的指向发生了偏转，说明小磁针受到了力的作用，力的作用是相互的，电流
是否会受到磁体的作用呢？
(二) 观察实验，初识磁场
任务二：观察实验现象，寻找磁场特性
活动②：探究电流和磁体相互作用的联系
实验现象： (1)磁体对通电导线也存在作用力
(2)磁体与磁体间、通电导线与通电导线间存在作用力
问题 ：这些物体之间并没有接触，是如何实现相互作用的呢？
学生猜想：磁体和通电导线周围存在磁场
产生疑问：磁场看不见，摸不到，是实际存在的物质吗？
情境：展示磁悬浮地球仪的底座，思考如何判断它的周围是否存在磁场？
讨论预设：结合电场对放入其中的电荷有作用力，可以通过磁体或电流是否受力来感知磁场 的存在，来研究磁场。
达成共识：在底座附近放置一个磁体看会不会受到力的作用
评价目标 评价标准 评价方式
评价学生对提炼知识迁移 的能力 能够通过磁悬浮地球仪认识到这些 磁场的是客观存在的物质 学生观察磁悬浮地球仪深刻感 知磁场的存在
表格 1：持续性评价 1
列宁曾说：“物质是不以人的意志为转移的客观存在”。将一张纸从地球仪和底座之间穿过， 二者之间没有相互接触，但是地球仪仍然受到磁力的作用，所以磁场是实际存在的物质。
总结：磁场是存在于磁体或电流周围空间的一种特殊物质，对放入其中的磁体或电流会产生力的作
用。
(三) 科学探究，描述磁场
任务三：构建物理模型，形象描述磁场
引导：小磁针可以在通电导线附近的磁场发生偏转，但是小磁针在不同的位置偏转方向不同，是什么 原因造成的？
讨论：可能是在距离通电导线不同位置的磁场分布的方向不同
问题 ：怎样研究磁场的分布？
讨论预设：撒铁屑来研究磁场的整体分布
小磁针可以判断磁场的方向
达成共识：用铁屑和小磁针共同研究
评价目标 评价标准 评价方式
评价学生对研究问题提出 解决方案的能力 能够认识到铁屑可以反映出磁铁在 所处整个平面内的磁场分布，小磁 针可以确定某点的方向 学生讨论交流提出研究磁场的 方法
表格 2：持续性评价 2
活动③：分组实验，观察磁体铁屑分布
四个实验小组分别探究不透明塑料板下放置的同种磁铁四个侧面的磁场分布， 不同小组分别在塑
料板上均匀地撒一层细铁屑，仔细观察，猜想是哪种磁铁。
活动④：揭开不透明塑料板，验证猜想，根据学生实验效果，利用学生讲功能，引导学生描绘出铁屑 在磁场中的分布曲线。
评价目标 评价标准 评价方式
评价学生对电场知识迁移与初中学 习知识的应用能力，能用一些曲线 和箭头来形象描述磁场 学生能否结合电场线的引入，提 出磁感线来描述磁场的特点 学生讨论交流仔细观察实 验现象，尝试从不同方面 总结磁感线的特点
表格 3：持续性评价 3
总结：实验描绘出的曲线是铁屑在条形磁铁周围磁场中分布曲线，可以反映条形磁铁周围磁场分布， 曲线上的箭头反映了磁场的方向，这样的曲线称为磁感线。
尝试总结磁感线的特点：
1. 在磁体两极，细铁屑分布较多，磁感线较密，磁场较强；
2. 小磁针放入磁场中不同位置， N 极所指的方向不同，但都沿着磁感线切线方向；
3. 磁体内部也有磁场，磁感线是闭合曲线；
4. 磁感线是为研究问题方便而假想的一系列曲线。
结合不同小组所画的条形磁铁不同侧面的磁感线，演示立体空间磁场
发现:磁场不是只分布在平面上，磁体周围空间都存在磁场分布
问题 ：在情境问题中，我们看到有些小磁针在通电导线周围也发生了偏转，电流周围的磁场分布有
什么特点呢？怎样研究它呢？
(四) 归纳总结，发现规律
任务四：探究直线电流周围磁场分布
结合情景问题，重新认识电流周围的磁场
活动⑤：沿着电流方向观察
智慧课堂平台的同屏展示功能：将不方便观察到的实验现象借助智慧课堂的同屏功能展示到大屏幕 上，学生可以直观的、及时的看到实验现象，便于分析、总结。
实验现象：发现小磁针偏转方向和角度一致
活动⑥：垂直电流方向观察
利用智慧课堂的批注答题功能， 学生在平板上画出通电直导线周围的磁感线， 收集学生的实验结 果， 对比分析， 让学生尝试用右手来判断电流的方向和磁感线方向的关系， 在符合学生认知规律下进 行学习活动的展开。
总结：用右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与电流的方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁
感线环绕的方向
任务五：探究环形电流周围磁场分布
问题 ：日常见到的电流更多是环形的，“环形电流”周围磁感线的空间分布与“通电直导线”周围
磁感线的空间分布有联系吗？
引导：观察直线电流周围磁场分布模拟道具，判断环形电流的磁场方向。
活动⑦：探究环形电流周围的磁场分布
总结：让右手弯曲的四指与环形(或螺线管) 电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导
线(或螺线管) 轴线上磁场的方向。
(五) 回顾历史，展望未来
任务六：运用安培定则，解答情境问题
活动⑧：解释小磁针为何这样偏转？利用本节课所学知识判断小磁针的偏转方向。
讨论预设： (1) 可以将导线取其中的一小段看作直导线，两端接在电源的正负极上，直导线中 的电流方向从正极流向负极方向，把指南针放在直导线附近，利用安培定则判断指南针的北极方向。
(2)小磁针不偏转的原因可能是离导线太远，磁场较弱
(3)没有发生偏转可能是因为该处的磁场方向在竖直面上使得小磁针无法偏转
.........
评价目标 评价标准 评价方式
评价学生对安培定则的应用能力， 能否解释课堂开始做的实验中小磁 针为何有的偏转 学生能否找出小磁针不发生偏转 的原因，并且提出判断依据。 学生讨论交流，结合实验 现象，尝试从不同方面总 结判断小磁针偏转的可能 方法。
表格 4：持续性评价 4
问题 ：指南针为什么可以指明方向呢？
任务七：介绍物理学史，了解电磁应用
活动⑨：用 VR 眼镜观看地磁场的 3D 视频以及电磁在生产生活中的应用
问题 ：磁体和电流都能产生磁场，它们的磁场是否有联系呢？
介绍：安培分子电流假说
问题 ：我们通过今天的学习定性描述磁场的强弱，以及判断磁场的方向，关于磁场，你还想了解什
么？
【课堂小结】
【板书设计】
【作业布置】
(注：作业布置分 A、B 两组，其中 A 组为基础题，要求全体学生完成， B 组为提高题，供学有余 力的同学选做。)
《磁场 磁感线》课后作业 (A组)
题目编号 A-01 作业性质 练习作业 完成时长 3 分钟
具体 内容 题目1 (多选)地球上之所以存在生命，其原因之一是地球具有地磁场，该磁场可以使从太 阳发出的高能带电粒子流射向地球时发生偏转，保护了生命。地磁场的示意图如图
所示，下列说法正确的是( ) A．地球北极相当于条形磁铁的北极 B．地球北极相当于条形磁铁的南极 C．两极比赤道的磁场弱 D．赤道比两极的磁场弱
答案 BD
作业评价 知识获取能力：能够学以致用，举一反三，理 解现象背后的物理道理。 □优秀 □良好 □合格
实践操作能力：能够积极参与，分析、处理信 息。 □优秀 □良好 □合格
思维认知能力：能独立思考，通过对地磁场分 析，加深理解地磁场。 □优秀 □良好 □合格
设计意图 了解地磁场产生的原理
作 业 分析 难度 团 较易 □中等 □较难
来源 引用 团 改编 □原创
题目编号 A-02 作业性质 练习作业 完成时长 3 分钟
具体 内容 题目2 如图所示，系在细线下端的回形针受磁铁吸引悬在空中，在回形针的下方用点 燃的蜡烛加热回形针。过一段时间可以观察到回形针不再受磁铁吸引，细线回到竖
直方向。试解释这一现象。
答案 这是因为回形针被磁化时，其内部分子电流的取向变得大致相同，而激烈的热 运动使分子电流的取向又变得杂乱无章，使回形针失去磁性
作业评价 知识获取能力：能够认识退磁。 □优秀 □良好 □合格
实践操作能力：能够积极参与，分析回形针退 磁的原因，应用安培分子电流假说解释问题。 □优秀 □良好 □合格
思维认知能力：能独立思考，通过分析实验现 象理解安培分子电流假说。 □优秀 □良好 □合格
设计意图 会用安培分子电流假说解释实验现象
作 业 分析 难度 较易 团中等 □较难
来源 团引用 改编 □原创
《简谐运动》课后作业 (B组)
题目编号 B-01 作业性质 练习作业 完成时长 3分钟
具体 内容 题目3 电子绕氢原子核顺时针高速旋转，如图所示，角速度为w ，下列说法正确的是 ( ) A．由于只有一个电子定向运动，不能形成电流 B．虽然只有一个电子定向运动，能形成大小为I =电流 C．在原子核处存在方向垂直纸面向里的磁场 D．在原子核处存在方向垂直纸面向外的磁场
答案 D
作业评价 知识获取能力：能够学以致用，从微观角度来 认识电流和磁场 □优秀 □良好 □合格
实践操作能力：能够积极参与，认识电与磁 □优秀 □良好 □合格
思维认知能力：理解等效电流，会用安培定则 解决问题 □优秀 □良好 □合格
设计意图 知道等效电流的方向与电子的运动方向相反为逆时针，根据安培定则知道环形电 流在核处产生的磁场垂直纸面向外。
作 业 分析 难度 □较易 团中等 □较难
来源 引用 团改编 □原创
题目编号 作业性质 练习作业 完成时长 4分钟
题目4 如图所示， A 为橡胶圆盘，其盘面竖直 B 为紧贴 A 的 毛皮，在靠近盘的中轴上有一个小磁针静止于图示位 11
具体 内容 置。当沿图中箭头的方向转动把手 C 时，小磁针将发生什么现象？
答案 当转动把手时， A 盘边缘处与毛皮摩擦而带有负电荷，随盘做圆周运动形成一 个环形电流，电流方向与盘转动方向相反。因为电流周围产生磁场，故对小磁针有 力的作用，根据安培定则可知，环形电流的磁场方向沿垂直圆盘平面的中心轴的方 向向外，所以小磁针的 N 极将发生偏转，即小磁针的 N 极沿垂直盘面的轴向外背离 圆盘， S 极沿垂直盘面的轴向里指向圆盘。
作业评价 知识获取能力：能够学以致用，理解电流与磁 场的关系 □优秀 □良好 □合格
实践操作能力：能够积极参与，分析在小磁针 偏转方向，应用安培定则解决问题。 □优秀 □良好 □合格
思维认知能力：能独立思考，通过分析结合安 培定则，判断小磁针发生的现象。 □优秀 □良好 □合格
设计意图 认识罗拉圆盘实验，体会电与磁的联系。
作 业 分析 难度 较易 □中等 团较难
来源 □引用 团 改编 □原创
课时学习情况评价表
评价内 容 分值 评价指标 第一组 第二组 第三组 第四组
得分 得分 得分 得分
兴趣态 度 20 20 分 对学习有浓厚兴趣，小组成员积极参与，分 工明确，配合默契
15 分 对学习有较大兴趣，小组成员都能参与，分 工合理，能相互配合
10 分 对学习兴趣一般，小组成员大部分参与，有 分工，交流不够，配合不够默契
5 分 对学习缺乏兴趣，小组成员参与度不高，分 工不明，基本不合作
实验能 力 30 30 分 实验数据准确，合理运用知识，操作规范， 能得出十分准确而有效结论。
20 分 实验数据比较准确，操作较规范，能得出较 准确的结论
10 分 实验数据基本合理，操作基本正确，能完成 实验步骤。
0 分 实验没有完成，不会操作实验器材，没有实 验结论。
表达表 现 30 30 分 表述清晰易懂，能完整表述观点、思路和想 法，得到多数人赞同。
20 分 表述较完整，能表述出自己的观点、思路和 想法，得到部分人认可。
10 分 表述混乱，观点和思路不清晰。
结果解 释 20 20 分 知识、规律运用合理，思路清楚，能很好地 解释问题。
10 分 能运用所学进行解释，基本能解释清楚问 题。
0 分 不能进行合理有效解释。
总分
(注：上表用于学生互评和教师评价)
【教学反思】
本节课以小磁针会不会发生偏转引入，为完成课时目标做铺垫，从生活中的情境出发，虽然初 中已经接触过电与磁的相关知识，但是真正应用时仍然与学生的认知有冲突图，激发学生的求知 欲，从而引出学习内容。教学过程中始终依托情境问题贯穿始终，学习过程始终围绕真实问题的解 决。关于磁场和磁感线的教学过程中教师重视概念的自然生成，利用教师自制的教具和学具以及较 强互动性的智慧教育平台，学生真切地体会到了从不同视角描述电流与磁场的关系，类比电场和电 场线的相关知识，顺其自然的想到磁感线描述磁场，从形象的手段描述抽象的概念。
【学习任务单】
课程基本信息
学科 物理 年级 高二 学期 秋季
课题 磁场 磁感线
教科书 书 名：物理必修第三册 出版社：人民教育出版社 出版日期： 2019 年 6 月
学生信息
姓名 学校 班级 学号
学习目标
1、通过观察生活中的真实情境了解磁现象，了解电和磁的联系，体会奥斯特发现的重要意义。 2、通过实验，知道磁场的基本特性，体会如何用形象化的手段描述物理现象。 3、经历探究的过程，知道几种常见磁场磁感线的空间分布情况，能够判断磁场方向。
课前学习任务
复习初中学习的电与磁相关知识
课上学习任务
【学习任务一】： 初步探究电磁 发现指针问题
问题①：电流可以改变小磁针的指向吗？ 活动①：试一试——通电导线可以改变小磁针的指向吗？ 问题②：既然有的小磁针的指向发生了偏转，说明小磁针受到了力的作用，力的作用是相互的，电流是否会受到 磁体的作用呢？ 【学习任务二】： 观察实验现象，寻找磁场特性 活动②：探究电流和磁体相互作用的联系 问题③：这些物体之间并没有接触，是如何实现相互作用的呢？
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【学习任务三】： 构建物理模型，形象描述磁场 问题④：怎样研究磁场的分布？ 活动③：分组实验，观察磁体铁屑分布 活动④：揭开不透明塑料板，验证猜想，描绘出铁屑在磁场中的分布曲线。 问题⑤：在情境问题中， 我们看到有些小磁针在通电导线周围也发生了偏转， 电流周围的磁场分布有什么特点呢？ 怎样研究它呢？ 【学习任务四】： 探究直线电流周围磁场分布 活动⑤：沿着电流方向观察 活动⑥：垂直电流方向观察 【学习任务五】： 探究环形电流周围磁场分布 问题⑥：日常见到的电流更多是环形的，“环形电流”周围磁感线的空间分布与“通电直导线”周围磁感线 的空间分布有联系吗？ 活动⑦：探究环形电流周围的磁场分布 【学习任务六】： 运用安培定则，解答情境问题 活动⑧：解释小磁针为何这样偏转？利用本节课所学知识判断小磁针的偏转方向。 问题⑦：指南针为什么可以指明方向呢？ 【学习任务七】： 介绍物理学史，了解电磁应用 活动⑨：用 VR 眼镜观看地磁场的 3D 视频以及电磁在生产生活中的应用 问题⑧：磁体和电流都能产生磁场，它们的磁场是否有联系呢？ 问题⑨：我们通过今天的学习定性描述磁场的强弱，以及判断磁场的方向，关于磁场，你还想了解什么？
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