人教版選修3-1優(yōu)秀教案：3.4通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力.doc

3.4 通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力教學(xué)目標(biāo)(一)知識(shí)與技能1知道什么是安培力。知道通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向與電流、磁場(chǎng)方向都垂直時(shí)，它的方向的判斷左手定則。知道左手定則的內(nèi)容，會(huì)用左手定則熟練地判定安培力的方向，并會(huì)用它解答有關(guān)問題。2會(huì)用安培力公式FBIL解答有關(guān)問題知道電流方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，電流受的安培力最小，等于零；電流方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，電流受的安培力最大，等于BIL。3了解磁電式電流表的內(nèi)部構(gòu)造的原理。(二)過程與方法通過演示、分析、歸納、運(yùn)用使學(xué)生理解安培力的方向和大小的計(jì)算。培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力。(三)情感態(tài)度與價(jià)值觀使學(xué)生學(xué)會(huì)由個(gè)別事物的個(gè)性來認(rèn)識(shí)一般事物的共性的認(rèn)識(shí)事物的一種重要的科學(xué)方法并通過對(duì)磁電式電流表的內(nèi)部構(gòu)造的原理了解，感受物理知識(shí)之間的聯(lián)系。教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：安培力的方向確定和大小的計(jì)算。難點(diǎn)：左手定則的運(yùn)用(尤其是當(dāng)電流和磁場(chǎng)不垂直時(shí)，左手定則如何變通使用)。教學(xué)用具磁鐵、電源、金屬桿、導(dǎo)線、鐵架臺(tái)、滑動(dòng)變阻器、多媒體。導(dǎo)入新課讓學(xué)生回憶在第二節(jié)中通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力大小與什么因素有關(guān)。過渡：本節(jié)我們將對(duì)安培力作進(jìn)一步的討論。推進(jìn)新課安培力：磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力。安培力是以安培的名字命名的，因?yàn)樗芯看艌?chǎng)對(duì)電流的作用力有突出的貢獻(xiàn)。1安培力的方向【演示】 按照P85圖3.13所示進(jìn)行演示。(1)改變電流的方向，觀察發(fā)生的現(xiàn)象?，F(xiàn)象導(dǎo)體向相反的方向運(yùn)動(dòng)。(2)調(diào)換磁鐵兩極的位置來改變磁場(chǎng)方向，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。現(xiàn)象導(dǎo)體又向相反的方向運(yùn)動(dòng)教師引導(dǎo)學(xué)生分析得出結(jié)論(1)安培力的方向和磁場(chǎng)方向、電流方向有關(guān)系。(2)安培力的方向既跟磁場(chǎng)方向垂直，又跟電流方向垂直。也就是說，安培力的方向總是垂直于磁感線和通電導(dǎo)線所在的平面。(圖3.41)如何判斷安培力的方向呢？人們通過大量的實(shí)驗(yàn)研究，總結(jié)出通電導(dǎo)線受安培力方向和電流方向、磁場(chǎng)方向存在著一個(gè)規(guī)律左手定則。左手定則：伸開左手，使大拇指跟其余四個(gè)手指垂直，并且跟手掌在同一個(gè)平面內(nèi)，把左手放入磁場(chǎng)中，讓磁感線垂直穿入手心，并使伸開的四指指向電流方向，那么，拇指所指的方向，就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的受力方向。(如圖)【說明】 左手定則是一個(gè)難點(diǎn)，涉及三個(gè)物理量的方向，涉及三維空間，而學(xué)生的空間想象力還不強(qiáng)，所以教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生如何將三維圖形用二維圖形表達(dá)(側(cè)視圖、俯視圖和剖面圖等)，還要引導(dǎo)學(xué)生如何將二維圖形想象成三維圖形。可將下圖從側(cè)視圖、俯視圖和剖面圖一一向?qū)W生展示。*一般情形的安培力方向法則介紹結(jié)論：電流和磁場(chǎng)可以不垂直，但安培力必然和電流方向垂直，也和磁場(chǎng)方向垂直，用左手定則時(shí)，磁場(chǎng)不一定垂直穿過手心，只要不從手背穿過就行。*至于大小法則，如果電流和磁場(chǎng)不垂直，則將磁場(chǎng)進(jìn)行分解，取垂直分量代入公式即可；從這個(gè)角度不難理解如果電流和磁場(chǎng)平行，那么安培力是多少？學(xué)生為零。引導(dǎo)學(xué)生分析判斷P94第一題補(bǔ)充練習(xí)：判斷下圖中導(dǎo)線A所受磁場(chǎng)力的方向。答案：【演示】 平行通電直導(dǎo)線之間的相互作用(圖3.43)。引導(dǎo)學(xué)生區(qū)別安培定則和左手定則，并且用這兩個(gè)定則去解釋“平行通電導(dǎo)線之間的相互作用”這一演示實(shí)驗(yàn)，解釋時(shí)應(yīng)明白左邊的通電導(dǎo)線受到的安培力是右邊的通電導(dǎo)線所產(chǎn)生的磁場(chǎng)施加的，反之亦然。2安培力的大小通電導(dǎo)線(電流為I、導(dǎo)線長(zhǎng)為L(zhǎng))和磁場(chǎng)(B)方向垂直時(shí)，通電導(dǎo)線所受的安培力的大?。篎BIL(最大)。兩種特例：即FILB(IB)和F0(IB)。一般情況：當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與導(dǎo)線成角時(shí)，有FILBsin?！咀⒁狻?在推導(dǎo)公式時(shí)，要讓學(xué)生明確兩點(diǎn)：一是矢量的正交分解體現(xiàn)兩個(gè)分量與原來的矢量是等效替代的關(guān)系，二是從特殊到一般的歸納的思維方法。還應(yīng)該注意的是：盡管公式FILB是從公式BF/IL變形而得的，但兩者的物理意義卻有不同。公式BF/IL是根據(jù)放置于給定磁場(chǎng)中的給定點(diǎn)上的檢驗(yàn)電流(電流元)受力情況，來確定這一位置的磁場(chǎng)的性質(zhì)，它對(duì)任何磁場(chǎng)中的任何點(diǎn)都是適用的。公式FILB則是在已知磁場(chǎng)性質(zhì)的基礎(chǔ)上，確定在給定位置上給定的一小段通電直導(dǎo)線的受力情況，在中學(xué)階段，它只適用于勻強(qiáng)磁場(chǎng)。教師應(yīng)該給學(xué)生指出：物理公式在作數(shù)學(xué)的等價(jià)變形時(shí)，其物理意義和適用范圍將會(huì)發(fā)生變化。這是應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問題時(shí)所要引起注意的問題，但卻往往被人們所忽視。應(yīng)該提醒學(xué)生注意安培力與庫侖力的區(qū)別。電荷在電場(chǎng)中某一點(diǎn)受到的庫侖力是一定的，方向與該點(diǎn)的電場(chǎng)方向要么相同，要么相反。而電流在磁場(chǎng)中某處受到的磁場(chǎng)力，與電流在磁場(chǎng)中放置的方向有關(guān)，電流方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，電流受的安培力最小，等于零；電流方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，電流受的安培力最大，等于BIL，一般情況下的安培力大于零，小于BIL，方向與磁場(chǎng)方向垂直。3磁電式電流表(1)電流表的組成及磁場(chǎng)分布請(qǐng)同學(xué)們閱讀課文，讓學(xué)生先看清楚磁鐵、鋁框、線圈、螺旋彈簧、極靴、指針、鐵質(zhì)圓柱等構(gòu)件，了解它們之中哪些是固定的，哪些是可動(dòng)的。然后回答：電流表主要由哪幾部分組成？數(shù)分鐘后，教師出示實(shí)物投影并課件演示如下圖。 學(xué)生答電流表由永久磁鐵、鐵芯、線圈、螺旋彈簧、指針、刻度盤等六部分組成。電流表的組成：永久磁鐵、鐵芯、線圈、螺旋彈簧、指針、刻度盤(最基本的是磁鐵和線圈)教師提示注意：a.鐵芯、線圈和指針是一個(gè)整體；b.蹄形磁鐵內(nèi)置軟鐵是為了(和鐵芯一起)造就輻向磁場(chǎng)；c.觀察鐵芯轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)螺旋彈簧會(huì)形變。實(shí)物投影課本如圖問題電流表中磁場(chǎng)分布有何特點(diǎn)呢？教師講解電流表中磁鐵與鐵芯之間是均勻輻向分布的。問題什么是均勻輻向分布呢？教師進(jìn)一步講解所謂均勻輻向分布，就是說所有磁感線的延長(zhǎng)線都通過鐵芯的中心，不管線圈處于什么位置，線圈平面與磁感線之間的夾角都是零度該磁場(chǎng)并非勻強(qiáng)磁場(chǎng)，但在以鐵芯為中心的圓圈上，各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小是相等的。(2)電流表的工作原理引導(dǎo)學(xué)生弄清楚以下幾點(diǎn)：線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)是怎樣產(chǎn)生的？線圈為什么不一直轉(zhuǎn)下去？為什么指針偏轉(zhuǎn)角度的大小可以說明被測(cè)電流的強(qiáng)弱？如何根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)的方向來確定電路上電流的方向？使用時(shí)要特別注意什么？4課堂鞏固與練習(xí)(1)將長(zhǎng)度為20 cm、通有0.1 A電流的直導(dǎo)線放入一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，電流與磁場(chǎng)的方向如圖所示，已知磁感應(yīng)強(qiáng)度為1 T。試求出下列各圖中導(dǎo)線所受安培力的大小和方向。解析：由左手定則和安培力的計(jì)算公式得：(1)因?qū)Ь€與磁感線平行，所以安培力為零；(2)由左手定則知：安培力方向垂直導(dǎo)線水平向右，大小FBIL10.10.2 N0.02 N；(3)安培力的方向在紙面內(nèi)垂直導(dǎo)線斜向上，大小FBIL0.02 N。答案：(1)0；導(dǎo)線與磁感線平行。(2)0.02 N；安培力方向垂直導(dǎo)線水平向右。(3)0.02 N；安培力的方向在紙面內(nèi)垂直導(dǎo)線斜向上。說明：求安培力的大小時(shí)，要注意公式FBIL中B與I要垂直；用左手定則判定安培力的方向時(shí)，要注意安培力既與導(dǎo)線垂直又與磁感線垂直，但B與I可以成任意夾角。 (2)如圖所示，一根長(zhǎng)為L(zhǎng)的細(xì)鋁棒用兩個(gè)倔強(qiáng)系數(shù)為k的彈簧水平地懸吊在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里，當(dāng)棒中通以向右的電流I時(shí)，彈簧縮短y；若通以向左的電流，也是大小等于I時(shí)，彈簧伸長(zhǎng)y，則磁感應(yīng)強(qiáng)度B為()Aky/ILB2ky/ILCkIL/y D2IL/ky解析：設(shè)不通電時(shí)，彈簧長(zhǎng)為x，則通向右的電流時(shí)，有2k(xy)mgBIL通向左的電流時(shí)，有2k(xy)mgBIL解得B2ky/IL答案：B(3)完成課本“問題與練習(xí)”2、4題。5課堂小結(jié)：先由學(xué)生自主小結(jié)整理，分組展示，教師點(diǎn)評(píng)歸納。6作業(yè)布置：課本“問題與練習(xí)”第3題?！半妼W(xué)中的牛頓”安培物理學(xué)家安培，1775年生于法國里昂。他從小就具有驚人的記憶力，幾乎可以過目不忘，尤其在數(shù)學(xué)方面具有非凡的天賦，13歲就發(fā)表第一篇數(shù)學(xué)論文，論述了螺旋線?？墒?，在法國大革命時(shí)期，他的父親被斬首。這一打擊不僅使年輕的安培精神痛苦，并導(dǎo)致家境貧窮，使他失學(xué)了在彷徨中，他讀了哲學(xué)家盧梭的一本關(guān)于植物學(xué)的著作，它像火炬一樣重新燃起了他對(duì)科學(xué)的熱情，從此他更加刻苦地投入到自學(xué)中去。安培在學(xué)習(xí)和研究問題時(shí)，思想高度集中，專心致志，簡(jiǎn)直達(dá)到了那種忘我的癡迷程度。為了專心研究問題，怕別人來打擾他，安培就在自己的家門口貼上了一張“安培先生不在家”的字條。這樣，來找他的人看到字條后就不會(huì)再敲門打擾他。有一天，他在家中思考一個(gè)問題，百思不得其解，便走出家門，一邊散步一邊思考這個(gè)問題。他在馬路上走著走著，好像突然想起了什么便轉(zhuǎn)回身向家走去。他一邊走一邊還在聚精會(huì)神地思考著問題。當(dāng)他返回