王麗軍

（北京師范大學良鄉(xiāng)附屬中學 北京 1024 88 ）

1 教材介紹

人教版高中《物理·選修3－1》第三章“磁場”前四節(jié)的內容是：磁現(xiàn)象和磁場；磁感應強度；幾種常見的磁場；通電導線在磁場中受到的力．教材編寫的內容線索，如圖1．

圖1

這樣編寫的原因（選自選修3－1教師教學用書）：“以往教科書多把磁現(xiàn)象和幾種典型電流磁場的磁感線分布設為一節(jié)．在本書第三章磁場里把這些內容分為兩節(jié)（第一節(jié)、第三節(jié)），而且還在這兩節(jié)之間安排一節(jié)磁感應強度．這是出于什么考慮呢？因為這部分內容不僅信息量較多，而且蘊含有豐富的三維目標，特別是“情感、態(tài)度與價值觀”方面的教育素材．在課文中，我們用較大的篇幅介紹了電流磁效應的發(fā)現(xiàn)歷史．這是因為，電流磁效應的發(fā)現(xiàn)是一個劃時代的發(fā)現(xiàn)．它不是一個一般的科技進步，而是一次科學革命．奧斯特的發(fā)現(xiàn)改變了人們的自然觀、世界觀和思維方式（從相互聯(lián)系中考察事物）．同時，這段科學史也是科學思維中傳統(tǒng)與創(chuàng)新交鋒和突破的生動事例，它同時還展示了創(chuàng)新思維的重要和時代局限性對創(chuàng)新的羈絆．因此，是科學史上不可多得的優(yōu)秀素材，在課文中應有恰當?shù)谋硎觯?/p>

另外，這樣安排也是為了讓教科書編排上有一些張馳相間的節(jié)奏感．第一節(jié)、第三節(jié)的內容都比較容易，定性的闡釋比較多，也不涉及復雜的定量計算．將其連貫安排也不是不可以，但顯得太松，而后面幾節(jié)都是傳統(tǒng)上的核心內容，難度較大，連續(xù)安排又會顯得太急促．現(xiàn)在這樣安排，似乎更合理一些，而且從系統(tǒng)性上也說得通，先介紹了磁場的一般現(xiàn)象，然后分別介紹描述磁場的兩種方式（磁感應強度和磁感線），再繼續(xù)研究磁場對電流和運動電荷的作用力及其廣泛的應用．應該說，邏輯線索還是比較清晰的．”

歸納起來教材這樣編排的原因：

（1）電流磁效應的發(fā)現(xiàn)是一個劃時代的發(fā)現(xiàn)，在教學中應予以應有的重視．

（2）磁現(xiàn)象、磁場和幾種常見的磁場比較容易，另外兩節(jié)比較難，教材這樣編排有張馳相間的節(jié)奏感．

（3）理論上邏輯線索比較清晰．

2 教學順序的調整建議

2．1 教學順序調整

第一節(jié)至第四節(jié)的順序分別為，“一、磁現(xiàn)象和磁場；二、幾種常見的磁場（地磁場）；三、通電導線在磁場中受到的力；四、磁感應強度 磁通量”．

將教材上的第三節(jié)調整到第二節(jié)，第二節(jié)調到第四節(jié)，第四節(jié)調到第三節(jié)，并將原第一節(jié)地磁場的知識放到幾種常見的磁場中，將第三節(jié)磁通量與磁感應強度放在一節(jié)．

2．2 順序調整原因

（1）把教材上的第三節(jié)調整到第二節(jié)

雖然學生在初中已較深入地學習了磁場的基本性質及磁場的定性描述，但遺忘很嚴重．對于直導線和電流環(huán)磁場方向的判斷方法掌握得不牢固，對磁感線分布特點的認識也不夠精準，同時對于磁體內部磁場的認識也不夠．此外，學生的空間感知能力比較弱，想象不出磁場的空間分布，也不容易畫出平面圖．所以這部分內容并不簡單．

教材中勻強磁場的概念出現(xiàn)在第三節(jié)，但是在第二節(jié)“探究影響通電導線受力因素”的實驗中卻出現(xiàn)了勻強磁場的詞，而且實際上也是用勻強磁場來做的實驗，教學內容邏輯有些混亂．教學順序調整后“勻強磁場”的概念如何定義呢？仍然可以用教材中的說法，“它是強弱、方向處處相同的磁場．距離很近的兩個平行的異名磁極之間的磁場，除邊緣部分外，可以認為是勻強磁場．勻強磁場的磁感線是一些間隔相同的平行直線．”

教材中在第三節(jié)講“磁感線”，但在第一節(jié)卻出現(xiàn)了“地磁場”的磁感線．

這樣安排仍然是重視三維課程目標的落實，前兩節(jié)內容仍然安排兩課時．

（2）把引入“磁感應強度”概念放在安培力之后

在初中學生對安培力已有接觸，在第一節(jié)也做了實驗，但學生僅僅知道磁場對通電導線有力的作用，不清楚安培力產生的條件和大小特點，在引入磁感應強度時重點強調“導線應與磁場垂直放置”就沒有根據(jù)，只能硬給學生，或者說下節(jié)課再繼續(xù)研究．

按照原來的教材順序講，在“磁感應強度”一節(jié)中要做探究實驗：影響電流在磁場中受力的相關因素有哪些？在“安培力”一節(jié)也要做類似的實驗，只不過明確了安培力與電流、磁場夾角的關系．部分教學內容是重復的．

從知識學習的角度看，對安培力的大小和方向的認識不僅是引入磁感應強度概念的基礎，也是聯(lián)系力學問題與電磁感應現(xiàn)象的紐帶，有著承上啟下的作用，用磁感應強度矢量描述磁場是本章重點．這兩部分順序調整從知識的邏輯關系上更合理．調整后的內容線索如圖2．

圖2

3 調整后各節(jié)的教學要點

第一節(jié) 磁現(xiàn)象和磁場

由于學生在初中已較深入地學習了磁場的基本性質及磁場的定性描述，所以，本部分內容建議采用復習加閱讀的方式進行．

可在教材內容基礎上補充一些與奧斯特實驗有關的歷史背景材料，幫助學生更好地理解該實驗的重大意義，體現(xiàn)學史教育的人文功能．

第二節(jié) 幾種常見的磁場

在做好實驗的基礎上，闡明磁感線的繪制方法，歸納特點．

在本章的學習中，營造學生的空間感是十分重要的．利用三維動畫使學生建立磁感線的立體圖景．

熟練掌握安培定則，繪制電流磁場的三視圖（側視圖、俯視圖、剖面圖）．

定義勻強磁場：磁場強弱和方向都不變的那部分磁場區(qū)域稱為勻強磁場，用磁感線表示，就是“磁感線平行且間距相等的磁場區(qū)域是勻強磁場”．由于所有磁場的磁感線都是閉合曲線，因此，真正的勻強磁場是不存在的，它只在一定的范圍內可以近似看作勻強磁場．可以看作勻強磁場的區(qū)域包括兩個異名磁極間的區(qū)域、通電螺線管的內部區(qū)域、兩個平行放置的電流同向線圈之間的區(qū)域．說明：蹄形磁鐵兩股之間的區(qū)域不是勻強磁場，但其靠近磁極的前區(qū)域常?？梢越谱鳛閯驈姶艌鰧Υ?/p>

知道分子電流假說的內容，但更重要的是使學生認識到它的思想價值，感受物理學理論的和諧與統(tǒng)一．

第三節(jié) 通電導線在磁場中受到的力

做好以下有關實驗：

演示實驗1：通電的方形線圈在磁場中受力

實驗儀器：蹄形磁鐵，懸掛在鐵架臺上的矩形線圈，導線，電源，開關，滑動變阻器．

實驗目的：通過實驗使學生認識安培力，說明安培力的方向與電流方向和磁場方向有關．

結論：通電線圈在磁場中受力，使線圈偏離豎直位置．線圈加速的方向是合外力的方向，不一定是安培力方向．如何準確確定安培力的方向呢？還需要再研究安培力方向的特點．

演示實驗2：通電銅棒在磁場中受力

實驗儀器：強磁場，導體棒，由電容器放電提供電流．（如圖3所用儀器為原大峪中學教師自制）

圖3

（1）銅棒與磁場方向垂直放置，閉合開關，銅棒豎起向上跳起，俯視圖如圖4所示．

圖4

圖5

說明：安培力的方向豎直向上，并且和電流方向垂直，也和磁場方向垂直．

（2）銅棒與磁場方向不垂直放置（也不平行），閉合開關，銅棒仍然豎直向上跳起，俯視圖如圖5所示．

說明：安培力的方向仍然是豎直向上的．

結論：安培力和電流方向垂直，也和磁場方向垂直，即安培力垂直于電流和磁場決定的平面．

根據(jù)這個實驗結論可以得出演示實驗1中安培力的準確方向，并提出可以用左手記憶三者之間的關系．

演示實驗3：研究通電導線受到的安培力的大小與電流和磁場之間夾角的關系

實驗儀器及注意事項（如圖6所用儀器為原大峪中學教師自制）：將矩形線框懸掛在電子稱上，為排除線框重力的影響，可以先對電子稱調零．將線框與電源、滑動變阻器連接構成回路，將線框的下邊放在強磁場中，強磁場安放在一個轉盤上，可以調整電流和磁場方向的夾角．

圖6

調節(jié)電流到2．5A左右，電流、線圈長度不變，依次改變電流和磁場之間的夾角分別為90 °，60 °，45 °，30 °和0°，學生觀察安培力的變化并記錄角度及與之對應的安培力的大?。?/p>

結論：1）當磁場方向與導體棒中電流方向垂直時受到的安培力最大，電流方向與磁感線之間的夾角減小時，安培力隨之減?。?/p>

2）當電流方向與磁感線方向平行時，安培力的大小為零．

演示實驗4：研究通電導線受到的安培力的大小與電流大小和導線長度的關系

實驗裝置如圖6，調整電流和磁場之間的夾角為90 °，逐漸增大導線中的電流大小，測量安培力的大?。?，改變線圈的大小，測量安培力的大小．

結論：安培力的大小與電流大小、導線長度成正比．

電流、磁場、安培力三者方向的空間關系對學生來講是個難點，可以用簡單的教具展示這個空間關系．在分析時將立體圖畫成平面圖，即畫成俯視圖、剖面圖或側視圖等，使較為抽象的物理問題簡單化．

第四節(jié) 磁感應強度 磁通量

通過上一節(jié)的實驗數(shù)據(jù)，分析得出在勻強磁場中，F(xiàn)∝I L，即是恒量；磁場改變時，比值也改變反映了通電導線所在處磁場的強弱．對于非勻強磁場，建立電流元I L的理想化模型，分析其受力特點，定義磁感應強度．

歸納、類比、深化對“引入探測物”和比值法定義物理量的認識．

由磁感應強度的定義推導安培力公式，并結合矢量分解的思想拓展到B與I不垂直的情況．

了解自然界磁場與人工磁場，體會“1特斯拉”究竟有多大．

初步了解電動機和磁電式電表的工作原理．

建立正確的磁通量概念，明確與磁感應強度的關系，會簡單計算在勻強磁場中磁通量的大?。?/p>