磁場對通電導(dǎo)線的作用教案

1、磁場對通電導(dǎo)線的作用教學(xué)設(shè)計 執(zhí)教人：pc【計劃課時】1.5課時【教學(xué)時間】 40分鐘+20分鐘【教學(xué)對象】 江西師大附中濱江校區(qū)高二（15）班【 教 材】 人教版高中物理選修3-1第三章第四節(jié)一、【教材分析】本節(jié)是在學(xué)習(xí)磁場基本概念的基礎(chǔ)上，進一步通過實驗探究和邏輯推理讓學(xué)生了解磁場對通電導(dǎo)線的力的作用。本節(jié)的重點是判斷安培力的方向和對安培力計算公式的理解。空間想象能力對本節(jié)的學(xué)習(xí)至關(guān)重要。本節(jié)內(nèi)容為后面學(xué)習(xí)“運動電荷在磁場中受到的洛倫茲力”做鋪墊。教材設(shè)置了多種實驗探究,激發(fā)學(xué)生思考，探究物理規(guī)律，并通過實例分析讓學(xué)生認識生活中常見現(xiàn)象和科學(xué)技術(shù)，學(xué)會應(yīng)用物理知識解決實際問題，體現(xiàn)了從“生

2、活走向物理，物理走向社會”的新課程理念。二、【學(xué)情分析】學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了磁場、磁感應(yīng)強度的相關(guān)知識和用安培定則判斷電流的磁場，并在第三章第二節(jié)磁感應(yīng)強度這節(jié)中初步了解了垂直于磁場放置的電流元受到的安培力計算公式。但還不知道安培力方向的判斷。本節(jié)中的左手定則設(shè)計三個物理量的方向，三維圖形立體感強，而學(xué)生的空間想象力還不夠。因此，教學(xué)中應(yīng)注重對三維圖形的識別訓(xùn)練。教師通過例舉適當例子，從側(cè)視圖、俯視圖、正視圖等方向，強化學(xué)生對左手定則的運用。三、【教學(xué)目標】1、知識與技能（1）掌握安培力概念；（2）通過觀察安培力方向與哪些因素有關(guān)的實驗，記錄實驗現(xiàn)象并得出相關(guān)結(jié)論；（3）會用左手定則判斷安培力方向和

3、解決實際問題；（4）推導(dǎo)勻強磁場中安培力的一般表達式，并會解決實際問題；（5）理解安培力計算公式中各物理量真正的含義；（6）知道安培力在生活中的運用，并了解磁電式電流表的基本構(gòu)造以及運用它測量電流大小和方向的基本原理；2、過程與方法（1）通過實驗演示，培養(yǎng)學(xué)生總結(jié)歸納的能力，得出左手定則；（2）通過適當?shù)木毩?xí)判斷安培力方向，熟練掌握左手定則；（3）通過推導(dǎo)安培力的計算公式，體會其中涉及的科學(xué)思想方法，包括等效替代和從特殊到一般的思維方法；3、情感態(tài)度與價值觀（1）通過探究學(xué)習(xí)使學(xué)生體驗到探究自然規(guī)律的艱辛與喜悅；（2）通過了解安培力在生活中的運用，感受物理知識的相互聯(lián)系；四、【教學(xué)重點與難點】

4、教學(xué)重點：左手定則，安培力大小，對通電導(dǎo)線有效長度理解；教學(xué)難點：安培力、電流、磁感應(yīng)強度三者方向的空間關(guān)系；五、【教學(xué)策略設(shè)計】1、教學(xué)組織方式新課改提倡“自主、合作、探究”的教學(xué)方式，本節(jié)課在教師的引導(dǎo)下，以學(xué)生為主體，通過實驗現(xiàn)象和學(xué)生自主建立立體模型，共同探究安培力的方向。在教學(xué)中，主要借助多媒體PPT為學(xué)生呈現(xiàn)出生動直觀的實驗現(xiàn)象和安培力、電流、磁感應(yīng)強度三者方向形成的三維空間圖，以便更好的幫助學(xué)生理解所學(xué)知識。2、教學(xué)方法（1）實驗探究法本節(jié)主要通過實驗來探究安培力的方向與哪些因素有關(guān)，通過實驗現(xiàn)象分析，小組討論，教師引導(dǎo)得出相關(guān)結(jié)論。（2）講授法通過教師形象生動、引導(dǎo)式的語言引導(dǎo)

5、，輔以有趣的演示實驗、各種直觀的教學(xué)工具和現(xiàn)代教育技術(shù)，啟發(fā)誘導(dǎo)學(xué)生開動腦筋深入思考，使學(xué)生逐步認識物理概念、規(guī)律并發(fā)展學(xué)生的觀察和思維能力。六、【教學(xué)資源】1、教學(xué)用具：2、多媒體課件七、【教學(xué)過程】1、創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入新課師：同學(xué)們是否記得2010年元宵晚會上魔術(shù)師劉謙表演了一個魔術(shù)，他在不接觸螺絲螺帽的情況下，用意念讓螺絲自己轉(zhuǎn)出來。（學(xué)生觀看視頻）師：真的可以通過意念來控制事物嗎？當然不可能，這只存在 于科幻片中。那這魔術(shù)的真相又是什么呢？學(xué)習(xí)完本堂課的內(nèi)容，大家就能明白其中的奧秘了。今天我們要學(xué)習(xí)的是第四節(jié)的磁場對通電導(dǎo)線的作用。2、新課教學(xué)（一）引入安培力師：我們知道丹麥物理學(xué)家奧斯

6、特發(fā)現(xiàn)了通電導(dǎo)線對磁體有力的作用，揭示了電與磁的聯(lián)系。自打這一偉大的發(fā)現(xiàn)公諸于世后，很多物理學(xué)家就想，反過來，磁體能不能對通電導(dǎo)線有力的作用呢？法國物理學(xué)家安培等人做了大量的實驗研究，發(fā)現(xiàn)如果把一段指導(dǎo)線懸掛在蹄形磁鐵的兩極間，通以電流，導(dǎo)線就會移動，后人把通電導(dǎo)線在磁場中受的力稱為安培力。（二）探究安培力方向的影響因素師：既然是力，就有大小和方向。那么安培力的方向與哪些因素有關(guān)呢？同學(xué)們以小組的形式相互討論一下。（學(xué)生討論，進行猜想）師：好，我叫幾位同學(xué)來說說討論結(jié)果。生甲：可能與電流的方向有關(guān)。生乙：可能與磁場方向有關(guān)。生丙：師：既然我們猜想出安培力方向與多個因素有關(guān)，那么我們該利用什么樣

7、的研究方法來研究安培力方向與單因素的關(guān)系呢？生：控制變量法師：非常好，那么這個實驗需要哪些器材呢？生：電源、蹄形磁鐵、鐵架臺、導(dǎo)體棒、開關(guān)、若干導(dǎo)線。師：那么具體該如何來操作呢？請同學(xué)們相互討論設(shè)計實驗操作步驟。（學(xué)生討論，教師下臺指導(dǎo)）師：好，這位同學(xué)你來說一下你們組討論的結(jié)果。生：固定電流的方向，通過上下交換磁極的位置來改變磁場方向，觀察受力是否改變。接下來固定磁場方向，改變導(dǎo)線中電流方向，觀察受力是否改變。師：說的很好，那我們接下來進行實驗，同學(xué)們仔細觀察現(xiàn)象，并把記錄表格填好。（教師進行演示實驗，學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象）師：好，老師把實驗結(jié)果展示出，同學(xué)們看看自己的表格與老師一不一樣。師：好

8、，接下來同學(xué)們根據(jù)實驗結(jié)果，分析你能得出什么結(jié)論?生甲：安培力方向與電流方向有關(guān)。 師：嗯，你是從哪組實驗看出的呢？生甲：1，2或3，4。師：那還能得出什么嗎？生：從1,3或2,4可以得出安培力方向與磁場方向有關(guān)。師：好，還能得出其他結(jié)論嗎？生：師：看來大家還沒想到，為了讓大家更直觀的看出這三者方向的關(guān)系，老師設(shè)計了一個模型，有四個正方體，還有一些紙箭，紅色的箭頭表示電流方向， 黃色的箭頭表示磁場方向， 綠色箭頭表示安培力方向，我請四位同學(xué)來按照表格的數(shù)據(jù)，把模型搭建好。其他同學(xué)完成學(xué)案上的模型。（四位學(xué)生上臺搭建模型，教師在旁邊指導(dǎo)）師：好，我們的模型搭建完了，很容易看出來這三者的方向是處在

9、于三維空間的，并且我們仔細觀察一下安培力的方向與磁場方向與電流方向所在的平面，是不是垂直的呀。師：這就是我們得到的第二個結(jié)論。安培力方向垂直于磁場方向與電流方向所在的平面。如果我們將立體圖形畫在二維平面內(nèi)的空間坐標系內(nèi)，就應(yīng)該是這樣的。（展示PPT,空間坐標系）（三）、左手定則師：我們看到安培力的方向一下向左一下向右的，是否有一個判定發(fā)則來確定安培力的方向呢？看看同學(xué)們能不能找出這一規(guī)律來？（學(xué)生思考，估計很難相出）師：看來大家想不出來，有人就總結(jié)出了一條定則叫左手定則，具體這個人是誰，查了相關(guān)資料沒有說明，讓我們來看下具體是怎么操作的。好，大家現(xiàn)在都伸出你的左手來，使拇指與其余四個手指垂直,

10、并且都與手掌在同一平面內(nèi)，讓磁感應(yīng)線從掌心進入,并使四指指向電流的方向。拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向。師：同學(xué)們可以看到物理的魅力，簡潔的幾句話就概括了這么些復(fù)雜的數(shù)據(jù)。師：好，老師在PPT上圈出了電流的方向，那么電流有方向嗎？生：有。規(guī)定正電荷移動的方向為電流的方向。師：那好，既然電流有方向，又有大小，這么說電流就是矢量嘍？生：師：我們說矢量遵循平行四邊形定則，而電流的運算只是代數(shù)相加減，所以電流還只是標量。這需要同學(xué)們注意了。師：我們可以稍微來驗證一下這一定則。（翻到上張PPT）（四）、左手定則的訓(xùn)練師：下面有幾道題，同學(xué)們來判斷一下安培力的方向。 （學(xué)生回答A、B、

11、C、D的安培力方向，教師引導(dǎo)E、F的回答）師：圖E是圖A的俯視圖，已知安培力的方向和磁場的方向來確定電流的方向，是只有一個解的。我們可以通過假定一個方向來判斷它的正確性。比如說假定電流向外，左手定則判斷的安培力向右，說明假設(shè)正確。所以電流就是垂直紙面向外。圖F看起來似乎是圖A的正視圖，但要注意磁場的方向一定垂直安培力的方向但不一定與導(dǎo)體垂直，也就是我們在用左手定則的時候，磁感線不一定是要垂直穿過掌心，斜著穿過也是可以的，但安培力的方向一定會垂直于兩者的方向，我們數(shù)學(xué)里學(xué)過一條直線垂直于一個平面，那么這條直線垂直于這一平面的任意直線。所以F圖正確的解是磁場方向在oyz平面內(nèi)且與z的正方向夾角不超

12、過90范圍內(nèi)。（五）、通電導(dǎo)線間的安培力師：好，訓(xùn)練了幾道題，大家應(yīng)該熟練掌握了左手定則的應(yīng)用，那么大家現(xiàn)在來思考一個問題，這里有兩對導(dǎo)線，分別通以同向電流和方向電流，那么會發(fā)生什么奇妙的現(xiàn)象呢？（學(xué)生思考，老師叫幾位學(xué)生回答思考結(jié)果。有些學(xué)生會認為同向相斥，異向相吸）師：好，我們習(xí)慣了電荷之間、磁極之間的同斥異吸的規(guī)律，但這里確正好相反。為什么會這樣呢？我們來分析一下每根導(dǎo)線受到的安培力的方向。（教師黑板板書分析同向電流的情況）師：好，我們發(fā)現(xiàn)這兩根導(dǎo)線的安培力都指向內(nèi)側(cè)，導(dǎo)線向內(nèi)彎曲。分析到這里，不知道同學(xué)們有沒有疑問，（對于同向電流分析）我們考慮A導(dǎo)線受到的安培力時只畫出了B導(dǎo)線的磁場，

13、但我們知道A導(dǎo)線也會產(chǎn)生磁場，也就是復(fù)合磁場，通過安培定則可以判斷磁場方向相反，那豈不是判斷錯了。師：其實我們判斷某個導(dǎo)線受到的安培力，是外磁場對它產(chǎn)生的作用，如果說自己的磁場也會給自己一個力，那平?？吹降膶?dǎo)線就在自己那里動起來了。所以考慮的是外磁場，那什么時候是考慮這兩根導(dǎo)線的復(fù)合場呢？就是再來一根導(dǎo)線，問第三根導(dǎo)線所受安培力的情況。這時A、B導(dǎo)線的復(fù)合場就是外磁場。師：好，同學(xué)們在學(xué)案上完成反向電流的安培力情況分析。老師叫一位同學(xué)來黑板上畫。（一位學(xué)生黑板上畫，老師點評）師：通過分析，我們看出反向電流的導(dǎo)線安培力方向指向外側(cè)，所以導(dǎo)線向外彎曲。接下來，我們總結(jié)這道題的結(jié)論：同向電流相吸，異

14、向電流相斥。（六）、安培力的大小師：在第二節(jié)磁感應(yīng)強度的學(xué)習(xí)中，我們已經(jīng)知道垂直于磁場放置，長為L的一段導(dǎo)線，通過電流為I時，所受安培力F=BIL。那同學(xué)們用左手定則判斷一下電流方向與磁場方向平行時師：我看到同學(xué)的左手很糾結(jié)啊，滿足了磁感線穿過手心，又顧不上四指指向電流方向，滿足了四指指向電流方向，磁感線又穿不過手心。很矛盾。問題出在哪呢？是左手定則有問題嗎？師：當然不是，其實這時候F=0。師：這只是兩種特殊情況，那對于一般情況下，當直導(dǎo)線與磁場方向夾角為時，安培力又該如何計算呢？生：可以將磁感應(yīng)強度B沿導(dǎo)線和垂直導(dǎo)線分解。師：這利用了什么思想呢？生：等效替代。師：非常好，我們看看分解之后的情

15、況是怎樣的，B1=Bsin，B2=Bcos。平行于導(dǎo)線的分量B2不對通電導(dǎo)線產(chǎn)生作用力，通電導(dǎo)線所受作用力僅由B1決定。所以最后一般情況下的安培力公式為F=ILBsin。同學(xué)們可不要記住這個公式，我們說這個角是磁感應(yīng)強度方向與電流方向成的角度，有時候題目已知的這個角并不是這個角，很可能是它的余角。這時同學(xué)們還是老老實實的分析一遍，不要直接帶公式。師：為了不容易出錯，老師建議大家記這兩個公式。F=ILB，B指垂直于電流方向的磁感應(yīng)強度。我們不僅可以分解磁感應(yīng)強度，還可以分解導(dǎo)線長度L,就可以得到公式，F(xiàn)=IBL，注意L指垂直于磁場方向的有效長度。這里有效長度是什么我們接下來會涉及到。（七）、安培

16、力的計算練習(xí)師：好，接下來同學(xué)們來挑戰(zhàn)一道稍微有點難度的題目。老師叫兩位同學(xué)來黑板上來寫，其他同學(xué)在草稿紙上計算。師：好，這兩位同學(xué)做的對不對呢？我們先來分析一下，這是導(dǎo)線ab與bc相互垂直，電流方向從a到c，我們先用左手定則判斷ab段的導(dǎo)線安培力方向是向右的，bc導(dǎo)線的安培力方向向上。并且我們知道安培力大小都相同，都是BIL。那么整條導(dǎo)線所受的安培力就是這兩個力的合力吧，所以是 。方向就是在紙面內(nèi)垂直于ac向上。一定要描述準確，這個在紙面內(nèi)這三個字很重要。師：好，我們看看這兩位同學(xué)做對了沒。（教師做出相關(guān)點評）（八）、導(dǎo)線的有效長度師：老師現(xiàn)在又要增加難度了，如果說我這條導(dǎo)線變成了一個半圓形

17、，讓你求這條導(dǎo)線的安培力大小。改怎么求呢？同學(xué)們可以思考一下。師：這就涉及到導(dǎo)線的有效長度，很多時候我們知道導(dǎo)線并不是直線，而是彎彎曲曲的曲線，那么有效長度L，等于兩端點所連直線的長度。相應(yīng)的電流方向，沿L由始端流向末端。所以如果一條彎曲導(dǎo)線與磁場方向不垂直放置，那么我們得先求出有效長度，再將有效長度沿磁場方向和垂直磁場方向分解。師：那同學(xué)考慮一下這么一條閉合導(dǎo)線在磁場中所受安培力的大小為多少？生：0。師：任意形狀的閉合線圈，其有效長度L0，所以通電后在與它垂直的勻強磁場中，受到的安培力的矢量和一定為零。（九）、安培力的應(yīng)用師：學(xué)習(xí)物理是為了運用到我們的生活中來，那么安培力能為我們做些什么呢？

18、首先是電磁炮，是利用電磁發(fā)射技術(shù)制成的先進動能殺傷武器。與傳統(tǒng)大炮將火藥燃氣壓力作用于彈丸不同，電磁炮是利用載流導(dǎo)體在磁場中受到電磁力作用的基本原理來加速彈丸的。其作用的時間要長得多，可大大提高彈丸的速度和射程。電磁炮可分為導(dǎo)軌炮和線圈炮。電磁導(dǎo)軌炮是由導(dǎo)軌、電樞及電源所組成。 電樞由導(dǎo)電金屬或等離子材料制成，位于兩金屬軌道之間，它的前端裝著彈丸。 電磁線圈炮是由環(huán)繞炮膛的一系列固定線圈與環(huán)繞彈丸的彈體線圈所組成。炮彈發(fā)射時，電源依次給環(huán)繞炮膛的一系列固定線圈供電，產(chǎn)生一個沿炮管運動的移動磁場，使得在環(huán)繞彈丸的彈體線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流也形成一個磁場，產(chǎn)生加速力，使彈丸在炮管整個長度上得

19、到加速。彈丸就這樣高速地被發(fā)射了出去。（關(guān)于這一部分不會過于詳細介紹）師：可能男生對中這一方面比較感興趣，那么課后可以查找相關(guān)資料了解電磁炮。那么第二個應(yīng)用是需要我們了解的，就是我們經(jīng)常使用的磁電式電流表。我們可以看到書本上的構(gòu)造圖，我們可以看出它的基本組成有 刻度盤、指針、蹄形磁鐵、極靴（軟鐵制成） 、螺旋彈簧、線圈、圓柱形鐵芯（軟鐵制成）。那么這里有個非常重要的元件叫極靴，它的作用又是什么呢？師：磁鐵與鐵芯之間的磁場是均勻輻向分布的。所有磁感線的延長線都通過鐵芯的中心。無論轉(zhuǎn)到什么位置，線圈平面與磁感線平行。接下來我們分析一下線圈的轉(zhuǎn)動是怎么產(chǎn)生的？師：PPT上的圖是正視圖，只分析一條線圈

20、，當電流方向是這樣的，用左手定則判斷安培力方向是這樣的，所以線圈就會向右偏轉(zhuǎn)。那為什么不會一直轉(zhuǎn)動下去呢？是因為螺旋彈簧起到阻礙作用。我們知道指針的零刻度是在中間的，那指針會不會向右偏轉(zhuǎn)呢？生：會。師：在什么情況下？生：電流反向。師：所以我們可以通過指針偏轉(zhuǎn)的方向來判斷電路上電流的流向。這將會在講選修3-2楞次定律時涉及到。那同學(xué)們是否想過為什么電流表的刻度是均勻的呢？師：這我們稍微了解一下。安培力力矩：M1=nBILd螺旋彈簧扭轉(zhuǎn)力矩：M2=k當M1=M2時，線圈平衡。師：安培力在生活中還有其他應(yīng)用嗎？生：動圈式揚聲器，電動機。（十）、課堂總結(jié)師：同學(xué)們，這堂課我們先通過實驗來探究影響安培力的方向的因素，得出安培力