高中物理新課標版人教版選修3-1優(yōu)秀教案：通電導線在磁場中受到的力

1、 教學設計(二)教學目標(一)知識與技能1知道什么是安培力。知道通電導線在磁場中所受安培力的方向與電流、磁場方向都垂直時，它的方向的判斷左手定則。知道左手定則的內容，會用左手定則熟練地判定安培力的方向，并會用它解答有關問題。2會用安培力公式FBIL解答有關問題知道電流方向與磁場方向平行時，電流受的安培力最小，等于零；電流方向與磁場方向垂直時，電流受的安培力最大，等于BIL。3了解磁電式電流表的內部構造的原理。(二)過程與方法通過演示、分析、歸納、運用使學生理解安培力的方向和大小的計算。培養(yǎng)學生的空間想象能力。(三)情感態(tài)度與價值觀使學生學會由個別事物的個性來認識一般事物的共性的認識事物的一種重

2、要的科學方法并通過對磁電式電流表的內部構造的原理了解，感受物理知識之間的聯(lián)系。教學重點難點重點：安培力的方向確定和大小的計算。難點：左手定則的運用(尤其是當電流和磁場不垂直時，左手定則如何變通使用)。教學用具磁鐵、電源、金屬桿、導線、鐵架臺、滑動變阻器、多媒體。導入新課讓學生回憶在第二節(jié)中通電導線在磁場中受力大小與什么因素有關。過渡：本節(jié)我們將對安培力作進一步的討論。推進新課安培力：磁場對電流的作用力。安培力是以安培的名字命名的，因為他研究磁場對電流的作用力有突出的貢獻。1安培力的方向【演示】 按照P85圖3.13所示進行演示。(1)改變電流的方向，觀察發(fā)生的現(xiàn)象?，F(xiàn)象導體向相反的方向運動。(

3、2)調換磁鐵兩極的位置來改變磁場方向，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。現(xiàn)象導體又向相反的方向運動教師引導學生分析得出結論(1)安培力的方向和磁場方向、電流方向有關系。(2)安培力的方向既跟磁場方向垂直，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？人們通過大量的實驗研究，總結出通電導線受安培力方向和電流方向、磁場方向存在著一個規(guī)律左手定則。左手定則：伸開左手，使大拇指跟其余四個手指垂直，并且跟手掌在同一個平面內，把左手放入磁場中，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，就是通電導線在磁場中的受力方向。(如圖)

4、【說明】 左手定則是一個難點，涉及三個物理量的方向，涉及三維空間，而學生的空間想象力還不強，所以教師應引導學生如何將三維圖形用二維圖形表達(側視圖、俯視圖和剖面圖等)，還要引導學生如何將二維圖形想象成三維圖形?？蓪⑾聢D從側視圖、俯視圖和剖面圖一一向學生展示。*一般情形的安培力方向法則介紹結論：電流和磁場可以不垂直，但安培力必然和電流方向垂直，也和磁場方向垂直，用左手定則時，磁場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，如果電流和磁場不垂直，則將磁場進行分解，取垂直分量代入公式即可；從這個角度不難理解如果電流和磁場平行，那么安培力是多少？學生為零。引導學生分析判斷P94第一題補充

5、練習：判斷下圖中導線A所受磁場力的方向。答案：【演示】 平行通電直導線之間的相互作用(圖3.43)。引導學生區(qū)別安培定則和左手定則，并且用這兩個定則去解釋“平行通電導線之間的相互作用”這一演示實驗，解釋時應明白左邊的通電導線受到的安培力是右邊的通電導線所產生的磁場施加的，反之亦然。2安培力的大小通電導線(電流為I、導線長為L)和磁場(B)方向垂直時，通電導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：當磁感應強度B的方向與導線成角時，有FILBsin?！咀⒁狻?在推導公式時，要讓學生明確兩點：一是矢量的正交分解體現(xiàn)兩個分量與原來的矢量是等效替代的

6、關系，二是從特殊到一般的歸納的思維方法。還應該注意的是：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)放置于給定磁場中的給定點上的檢驗電流(電流元)受力情況，來確定這一位置的磁場的性質，它對任何磁場中的任何點都是適用的。公式FILB則是在已知磁場性質的基礎上，確定在給定位置上給定的一小段通電直導線的受力情況，在中學階段，它只適用于勻強磁場。教師應該給學生指出：物理公式在作數(shù)學的等價變形時，其物理意義和適用范圍將會發(fā)生變化。這是應用數(shù)學知識解決物理問題時所要引起注意的問題，但卻往往被人們所忽視。應該提醒學生注意安培力與庫侖力的區(qū)別。電荷在電場中某一點

7、受到的庫侖力是一定的，方向與該點的電場方向要么相同，要么相反。而電流在磁場中某處受到的磁場力，與電流在磁場中放置的方向有關，電流方向與磁場方向平行時，電流受的安培力最小，等于零；電流方向與磁場方向垂直時，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，方向與磁場方向垂直。3磁電式電流表(1)電流表的組成及磁場分布請同學們閱讀課文，讓學生先看清楚磁鐵、鋁框、線圈、螺旋彈簧、極靴、指針、鐵質圓柱等構件，了解它們之中哪些是固定的，哪些是可動的。然后回答：電流表主要由哪幾部分組成？數(shù)分鐘后，教師出示實物投影并課件演示如下圖。 學生答電流表由永久磁鐵、鐵芯、線圈、螺旋彈簧、指針、刻

8、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、線圈和指針是一個整體；b.蹄形磁鐵內置軟鐵是為了(和鐵芯一起)造就輻向磁場；c.觀察鐵芯轉動時螺旋彈簧會形變。實物投影課本如圖問題電流表中磁場分布有何特點呢？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？教師進一步講解所謂均勻輻向分布，就是說所有磁感線的延長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并非勻強磁場，但在以鐵芯為中心的圓圈上，各點的磁感應強度B的大小是相等的。(2)電流表的工作原理引導學生弄清

9、楚以下幾點：線圈的轉動是怎樣產生的？線圈為什么不一直轉下去？為什么指針偏轉角度的大小可以說明被測電流的強弱？如何根據(jù)指針偏轉的方向來確定電路上電流的方向？使用時要特別注意什么？4課堂鞏固與練習(1)將長度為20 cm、通有0.1 A電流的直導線放入一勻強磁場中，電流與磁場的方向如圖所示，已知磁感應強度為1 T。試求出下列各圖中導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算公式得：(1)因導線與磁感線平行，所以安培力為零；(2)由左手定則知：安培力方向垂直導線水平向右，大小FBIL10.10.2 N0.02 N；(3)安培力的方向在紙面內垂直導線斜向上，大小FBIL0.02 N。答案

10、：(1)0；導線與磁感線平行。(2)0.02 N；安培力方向垂直導線水平向右。(3)0.02 N；安培力的方向在紙面內垂直導線斜向上。說明：求安培力的大小時，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，要注意安培力既與導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，一根長為L的細鋁棒用兩個倔強系數(shù)為k的彈簧水平地懸吊在勻強磁場中，磁場方向垂直于紙面向里，當棒中通以向右的電流I時，彈簧縮短y；若通以向左的電流，也是大小等于I時，彈簧伸長y，則磁感應強度B為()Aky/ILB2ky/ILCkIL/y D2IL/ky解析：設不通電時，彈簧長為x，則通向右的電流時

11、，有2k(xy)mgBIL通向左的電流時，有2k(xy)mgBIL解得B2ky/IL答案：B(3)完成課本“問題與練習”2、4題。5課堂小結：先由學生自主小結整理，分組展示，教師點評歸納。6作業(yè)布置：課本“問題與練習”第3題。“電學中的牛頓”安培物理學家安培，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)學方面具有非凡的天賦，13歲就發(fā)表第一篇數(shù)學論文，論述了螺旋線?？墒?，在法國大革命時期，他的父親被斬首。這一打擊不僅使年輕的安培精神痛苦，并導致家境貧窮，使他失學了在彷徨中，他讀了哲學家盧梭的一本關于植物學的著作，它像火炬一樣重新燃起了他對科學的熱情，從此他更加刻苦地投入到自學中去。安培在學習和研究問題時，思想高度集中，專心致志，簡直達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再敲門打擾他。有一天，他在家中思考一個問題，百思不得其解，便走出家門，一邊散步一邊思考這個問題。他在馬路上走著走著，好像突然想起了什么便轉回身向家走去。他一邊走一邊還在聚精會神地思考著問題。當他返回自己