全國(guó)優(yōu)質(zhì)課大賽一等獎(jiǎng)高中物理新課標(biāo)教材選修3《通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力》獲獎(jiǎng)教學(xué)設(shè)計(jì)+學(xué)案+反思

PAGE3-選修3-1第三章第4節(jié)、通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力一、教學(xué)目標(biāo)（一）知識(shí)與技能1、知道安培力的概念，知道左手定則的內(nèi)容，并會(huì)用它判斷安培力的方向。2、會(huì)推導(dǎo)安培力大小公式F=BILsinθ。3、了解安培力的應(yīng)用。（二）過程與方法（1）經(jīng)歷自主探究安培力方向與哪些因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)過程，體會(huì)猜想、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、觀察與記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象等實(shí)驗(yàn)探究要素。（2）通過制定探究方案體會(huì)控制變量方法。（3）體會(huì)如何從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中尋找聯(lián)系并總結(jié)出規(guī)律的科學(xué)方法。（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀1、通過了解安培力在生活中的應(yīng)用，體會(huì)物理知識(shí)對(duì)現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的貢獻(xiàn)。2、推導(dǎo)一般情況下安培力的公式F=BILsinθ，使學(xué)生形成認(rèn)識(shí)事物規(guī)律要抓住一般性的科學(xué)方法。3、通過學(xué)習(xí)左手定則體會(huì)自然界規(guī)律的和諧有序。二、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：安培力的方向的判定和大小計(jì)算。教學(xué)難點(diǎn)：用左手定則判定安培力的方向。三、教學(xué)方法實(shí)驗(yàn)觀察法、邏輯推理法、講解法四、教學(xué)流程：為了充分體現(xiàn)課程標(biāo)準(zhǔn)中要求培養(yǎng)學(xué)生自主性、探究性學(xué)習(xí)的的精神，因此在教學(xué)中應(yīng)該盡力創(chuàng)造條件，如通過創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)來探究安培力方向的影響要素的實(shí)踐活動(dòng)，讓學(xué)生自主獲取知識(shí)，發(fā)展對(duì)科學(xué)的好奇心和求知欲；由于安培力廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)和生活，則教學(xué)中學(xué)習(xí)如電動(dòng)機(jī)、電流表、電磁炮的工作原理，以體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的時(shí)代性?；谝陨峡紤]，從教學(xué)實(shí)際出發(fā)，本課設(shè)計(jì)以下教學(xué)流程：具體具體提出猜想與假設(shè)提出問題1實(shí)驗(yàn)引入觀察現(xiàn)象、思考分析提出猜想與假設(shè)提出問題1實(shí)驗(yàn)引入觀察現(xiàn)象、思考分析設(shè)計(jì)研究設(shè)計(jì)研究實(shí)驗(yàn)方案總結(jié)規(guī)律1數(shù)據(jù)采集，研究分析總結(jié)規(guī)律1數(shù)據(jù)采集，研究分析總結(jié)設(shè)疑拓展對(duì)知識(shí)的應(yīng)用邏輯推理規(guī)律2提出問題2對(duì)規(guī)律1深入研究總結(jié)設(shè)疑拓展對(duì)知識(shí)的應(yīng)用邏輯推理規(guī)律2提出問題2對(duì)規(guī)律1深入研究1指安培力方向2指安培力大小圖例：1指安培力方向2指安培力大小師生共同活動(dòng)師生共同活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)教師活動(dòng)教師活動(dòng)五、教學(xué)過程（一）引入：非常高興與連云港高級(jí)中學(xué)的同學(xué)們一起來學(xué)習(xí)一節(jié)課，今天我?guī)砹艘粋€(gè)小玩意：這是一節(jié)干電池，下面放幾個(gè)硬幣（可以導(dǎo)電），這是銅導(dǎo)線，當(dāng)我把銅導(dǎo)線一端接在電池的正極，另一端與硬幣相連，銅線就通電了，(請(qǐng)學(xué)生摸一下發(fā)熱了說明有電)，再它放入磁場(chǎng)中，觀察：現(xiàn)象：看！銅導(dǎo)線旋轉(zhuǎn)起來銅導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變，是什么使銅導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變？力！通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到力，板書：第4節(jié)、通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力為了紀(jì)念安培在這方面的研究做出了杰出的貢獻(xiàn)，人們把通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受的作用力叫做安培力。投影安培的介紹：法國(guó)科學(xué)家，電動(dòng)力學(xué)創(chuàng)始人，被譽(yù)為電學(xué)中的牛頓。這節(jié)我們將要學(xué)習(xí)安培力的方向、大小和應(yīng)用板書：一、安培力1、方向2、大小3、應(yīng)用（二）合作探究、精講點(diǎn)撥1、安培力的方向教師問：我們用以上的實(shí)驗(yàn)裝置研究通電導(dǎo)線ab在磁場(chǎng)中受安培力的方向，看！通電后ab棒的運(yùn)動(dòng)起來，它運(yùn)動(dòng)方向就是安培力的方向，它可能與什么因素有關(guān)呢？學(xué)生猜想:磁鐵的磁場(chǎng)方向(做演示實(shí)驗(yàn))，通電導(dǎo)線中電流的方向(做演示實(shí)驗(yàn))，問：當(dāng)探究的問題為與多個(gè)因素有關(guān)系時(shí)，應(yīng)該采用什么方法研究？學(xué)生回答：控制變量法：?jiǎn)枺喝绾斡每刂谱兞糠ㄔO(shè)計(jì)具體的實(shí)驗(yàn)方案：答：保持磁場(chǎng)不變，電流改變（a到b,改為b到a），觀察安培力方向保持電流不變，改變磁場(chǎng)(向下變?yōu)橄蛏?，觀察安培力方向黑板上板書表格：實(shí)驗(yàn)次數(shù)磁場(chǎng)方向電流方向安培力的方向三者方向的簡(jiǎn)化平面圖1向下a流向b向右2b流向a向左3向上a流向b向左4b流向a向右說明先研究磁場(chǎng)垂直電流的特例：（用標(biāo)有箭頭B的藍(lán)色棒表示磁場(chǎng)方向，用標(biāo)有箭頭I紅色棒代表電流方向，用標(biāo)有箭頭F的黑色棒代表安培力方向，選出一組實(shí)驗(yàn)結(jié)果插在橡皮泥上表示）學(xué)生實(shí)驗(yàn)、展示，教師引導(dǎo)學(xué)生分析得出結(jié)論：轉(zhuǎn)動(dòng)手中的橡皮泥發(fā)現(xiàn)三者的關(guān)系變成了同一個(gè)直角支架：看似不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果背后，其實(shí)隱藏著相同的規(guī)律。展示直角支架，問：安培力的方向與電流、磁場(chǎng)方向是怎樣？答：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。過渡：但每次遇到判斷安培力的方向都要攜帶這個(gè)支架嗎？這未免太麻煩了，有沒有更簡(jiǎn)便的工具呢？答：三個(gè)手指（這是外國(guó)教材判斷安培力的方式）。。。（國(guó)內(nèi)中學(xué)教材就用對(duì)中學(xué)生最簡(jiǎn)便的方法，大家一起伸出左手來做）左手定則通電直導(dǎo)線所受安培力的方向和磁場(chǎng)方向、電流方向之間的關(guān)系，可以用左手定則來判定：伸開左手，使大拇指跟其余四個(gè)手指垂直，并且都和手掌在一個(gè)平面內(nèi)，把手放入磁場(chǎng)中，讓磁感線穿入手心，并使伸開的四指指向電流的方向，那么，大拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向。（過渡）我們剛才發(fā)現(xiàn)安培力方向的涉及三維空間，是一個(gè)立體結(jié)構(gòu)，在一個(gè)平面內(nèi)畫出立體圖比較難，所以經(jīng)常在平面內(nèi)畫剖面圖、俯視圖問：讓我們畫出前面實(shí)驗(yàn)3的剖面圖、俯視圖，并且用左手定則來驗(yàn)證剛才做過的實(shí)驗(yàn)吧。注意：用“?”表示電流垂直紙面向里，用“⊙”表示電流垂直紙面向外．用“x”表示磁感線垂直紙面向里，用“.”表示磁感線垂直紙面向外)教師問:磁鐵能產(chǎn)生磁場(chǎng)，電流也能產(chǎn)生磁場(chǎng)，在電流的磁場(chǎng)中放入通電導(dǎo)線，通電導(dǎo)線會(huì)受到力嗎，接下來研究?jī)蓚€(gè)平行通電導(dǎo)線之間的力兩根靠近的平行直導(dǎo)線通入方向相同的電流時(shí)，它們相互間的作用力的方向如何?引導(dǎo)學(xué)生利用已有的知識(shí)進(jìn)行分析：電流棒間它們并不直接接觸，通過cd產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)ab的力說明：分析通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的受力時(shí)，要先確定研究的導(dǎo)線所在處的磁場(chǎng)方向，然后根據(jù)左手定則確定通電導(dǎo)線的受力方向。演示實(shí)驗(yàn)：這是安培力演示器，有兩根安裝在軸上的平行直導(dǎo)線，把它們串聯(lián)在電路中，即電流方向相反，通電后觀察到兩者互相排斥。改變電路連接方式，使電流方向相同，通電后觀察到兩者互相吸引而靠攏。結(jié)論：同向電流互相吸引反向電流互相排斥2、安培力的大小問：在前面第二節(jié)的學(xué)習(xí)中已經(jīng)得出了安培力的大小，你知道安培力的表達(dá)式嗎？（1）通電導(dǎo)線垂直于磁場(chǎng)B放置的時(shí)，它在磁場(chǎng)中受到的安培力F=BIL（2）當(dāng)導(dǎo)線與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向平行時(shí)，導(dǎo)線受力為零。問：當(dāng)導(dǎo)體棒與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向成夾角θ時(shí)，導(dǎo)線受的安培力怎么求呢？教師投影圖3.4-4，引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)：將磁感應(yīng)強(qiáng)度B分解為與導(dǎo)線垂直的分量和與導(dǎo)線平行的分量，則，因不產(chǎn)生安培力，導(dǎo)線所受安培力是產(chǎn)生的，故安培力計(jì)算的一般公式為：總結(jié)注意：安培力（F)的方向與導(dǎo)線中電流(I)方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度(B)的方向都垂直，安培力垂直B、I決定的平面，但導(dǎo)線中電流(I)方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度(B)的方向不一定垂直。3、安培力的應(yīng)用：（過渡）問：在剛才這個(gè)實(shí)驗(yàn)中有哪些方法能使導(dǎo)體棒受的的力更大，使它運(yùn)動(dòng)的更快呢？學(xué)生答：增大磁場(chǎng)、電流、增大導(dǎo)體棒的長(zhǎng)度、減少摩擦在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中把導(dǎo)體棒改為炮彈就制成了電磁炮如圖所示，電磁炮是由電源、金屬軌道、炮彈和電磁鐵組成。當(dāng)電源接通后，磁場(chǎng)對(duì)流過炮彈的電流產(chǎn)生力的作用，使炮彈獲得極大的發(fā)射速度。電磁推動(dòng)力大，彈丸速度高，威力大。電磁發(fā)射的動(dòng)力約為火炮發(fā)射力的10倍,所以用它發(fā)射的彈丸速度很高。一般火炮的射擊速度約為0.8千米/秒，步槍子彈的射擊速度為l千米/秒。而電磁炮可將3克重的彈丸加速到11千米/秒，將300克的彈丸加速到4千米/秒。有的專家甚至預(yù)言，將來的速度可達(dá)100千米/秒。（過渡）航母上的艦載機(jī)在甲板上起飛時(shí)需要很大的起飛速度，有些艦載機(jī)就安裝了電磁彈射器，飛機(jī)受到了安培力。安培力不僅在軍事上有重要作用，而且在生活中也很常見。生活中的物理：電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)汽車、電吹風(fēng)做一做：《旋轉(zhuǎn)的液體》小實(shí)驗(yàn)。安培力在的應(yīng)用磁電式電流表（老師提出綱要，學(xué)生針對(duì)綱要自主學(xué)習(xí)）（1）電流表主要由哪幾部分組成的？（2）為什么電流表可根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)測(cè)出電流的強(qiáng)弱和方向？（3）電流表中磁場(chǎng)分布有何特點(diǎn)呢？為何要如此分布？（4）磁電式儀表的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？選修3-1第三章第4節(jié)、通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力一、學(xué)習(xí)目標(biāo)1、知道安培力的概念，會(huì)推導(dǎo)安培力公式F=BILsinθ。2、知道左手定則的內(nèi)容，并會(huì)用它判斷安培力的方向。3、了解安培力在生活生產(chǎn)中的應(yīng)用。二、學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：安培力的大小計(jì)算和方向的判定。難點(diǎn)：用左手定則判定安培力的方向。三、學(xué)習(xí)過程為了紀(jì)念安培在這方面的研究做出了杰出的貢獻(xiàn)，人們把通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受的作用力叫做安培力。1、安培力的方向問：安培力的方向可能與什么因素有關(guān)呢？猜想:方法：設(shè)計(jì)方案：實(shí)驗(yàn)次數(shù)1234總結(jié)：通電平行直導(dǎo)線間的作用力方向：利用已有的知識(shí)進(jìn)行分析：如圖，兩根靠近的平行直導(dǎo)線通入方向相反的電流時(shí)，它們相互間的作用？（1）電流的方向相同時(shí)現(xiàn)象：（2）電流的方向相反時(shí)現(xiàn)象：2、安培力的大小（1）通電導(dǎo)線垂直于磁場(chǎng)B放置的時(shí)，它在磁場(chǎng)中受到的安培力__________________;（2）當(dāng)導(dǎo)線與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向平行時(shí)，導(dǎo)線受安培力力_______________;（3）當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與導(dǎo)線方向成夾角θ時(shí)，導(dǎo)線受的安培力大小和方向怎么求呢？BIBI3、安培力在的應(yīng)用磁電式電流表（1）電流表主要由哪幾部分組成的？（2）電流表中磁場(chǎng)分布有何特點(diǎn)呢？為何要如此分布？（3）為什么電流表可根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)測(cè)出電流的強(qiáng)弱和方向？（4）磁電式儀表的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？《磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力》教學(xué)反思想以實(shí)驗(yàn)為媒介點(diǎn)亮整個(gè)教學(xué)過程，使教學(xué)內(nèi)容生動(dòng)形象化。在本節(jié)課中，一共做了四個(gè)實(shí)驗(yàn)。三個(gè)教師演示實(shí)驗(yàn)，一個(gè)學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)。第一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)是通電的銅環(huán)在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)，目的是用它來引入課題，它必須具備以下特點(diǎn)：現(xiàn)象明顯，吸引學(xué)生剛上課還沒集中的注意力；簡(jiǎn)單明了，讓學(xué)生能看到磁場(chǎng)、看到通電的導(dǎo)體、看到通電導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)，從而順利的引入課題；為最后階段講安培力的應(yīng)用旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)做良好的模型鋪墊。這個(gè)實(shí)驗(yàn)分兩步去做：第一步介紹完裝置后，給銅導(dǎo)線通電了學(xué)生是看不到的，這時(shí)我讓學(xué)生摸一下銅導(dǎo)線和電池，當(dāng)感受到發(fā)熱，學(xué)生就能知道導(dǎo)線確實(shí)通電了。第二步，再把銅導(dǎo)線放入磁鐵的上方，銅導(dǎo)線旋轉(zhuǎn)起來，這個(gè)力的來源學(xué)生就一起想到磁場(chǎng)對(duì)銅導(dǎo)線（通電導(dǎo)線）的作用力了。上課過程中，我擺放的點(diǎn)不夠穩(wěn)當(dāng)，銅導(dǎo)線旋轉(zhuǎn)的時(shí)間不夠長(zhǎng)、不夠快。實(shí)驗(yàn)裝置本身就是我們幾個(gè)老師手工拉制的，相對(duì)手藝還比較粗糙，穩(wěn)定性不夠好。這個(gè)引入實(shí)驗(yàn)的另一套方案就是“自動(dòng)蕩秋千儀”：多匝線圈懸掛在鐵架臺(tái)上，當(dāng)間歇性通電時(shí)，線圈就能像秋千一樣蕩起，這個(gè)實(shí)驗(yàn)涉及多匝線圈，電流通路不明顯，而且教師通斷電的時(shí)刻會(huì)影響蕩秋千的效果，所以最后還是被否決了。第二個(gè)實(shí)驗(yàn)是學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)通電的導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)。目的是用它來探究安培力的方向，這個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置具備以下特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、研究對(duì)象明確、實(shí)驗(yàn)效果明顯。學(xué)校實(shí)驗(yàn)室只配備了演示實(shí)驗(yàn)的一套器材，當(dāng)詢問兄弟學(xué)校都沒有分組器材時(shí)，本人立刻從網(wǎng)絡(luò)上自購(gòu)了15套器材。為了使實(shí)驗(yàn)效果更明顯，我和一起的老師做了以下改進(jìn)：一關(guān)于電源和電流的問題，電流大了，才能使導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)起來。說明書上用學(xué)生電源12V3A，考慮到?jīng)]有那么多的學(xué)生電源，所以首先想到用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的8節(jié)1.5V干電池替代學(xué)生電源，這么多的電池讓整個(gè)實(shí)驗(yàn)顯得很笨重，所以我們想用最少的干電池讓導(dǎo)體動(dòng)起來，省去滑動(dòng)變阻器，用試觸法最終發(fā)現(xiàn)5節(jié)1.5V干電池恰能使導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)，但還是存在電池間接觸不良的問題。在與一位化學(xué)老師的交流中他提醒我們說：“為何不直接用9V或12V的電池呢？”最后就用了一節(jié)9V干電池。二關(guān)于導(dǎo)體材料的問題。最常見的材料是銅棒和鋁棒，通過多次試驗(yàn)各種材料總結(jié)出空心鋁管，橫截面積適當(dāng)大些的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象最明顯。在一次上課中，一個(gè)學(xué)生因?yàn)橹楞U芯也是導(dǎo)體，就想試試把2B鉛芯放入了磁場(chǎng)會(huì)怎么樣，現(xiàn)象竟然十分明顯。最終我決定用鉛芯做導(dǎo)體棒。這個(gè)實(shí)驗(yàn)要成功還要注意幾個(gè)細(xì)節(jié)：用砂紙打磨導(dǎo)體棒和導(dǎo)軌減少接觸電阻，用鱷魚夾導(dǎo)線直接夾在導(dǎo)軌上以減少電阻等等。第三個(gè)演示實(shí)驗(yàn)是演示平行通電導(dǎo)線之間的相互作用力。實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的器材是有的兩根立于軸上的平行直導(dǎo)線，通電后可直接觀察現(xiàn)象的。平行導(dǎo)線通反向電流排斥效果明顯，但同向電流的吸引作用效果不明顯。兄弟學(xué)校的本套器材都有此特點(diǎn)。為了解決此問題，我首先查閱了網(wǎng)上的安培力自制演示器，譬如用兩根鋁箔紙條替代兩條直導(dǎo)線，但鋁箔紙?zhí)p不易控制它，而且很容易破。最終我用了這樣的處理方法：學(xué)習(xí)了通電的導(dǎo)體在磁鐵的磁場(chǎng)中受到安培力后，我提出問題：磁鐵能產(chǎn)生磁場(chǎng)，電流也能產(chǎn)生磁場(chǎng)，那在電流的磁場(chǎng)中放入通電導(dǎo)體會(huì)受到力嗎？先預(yù)設(shè)的情景是平行反向通電導(dǎo)體之間的力，再演示平行反向通電導(dǎo)體之間的力，再讓學(xué)生用同樣的方法研究平行同向通電導(dǎo)體之間的力，作為課后的思考和作業(yè)。第四個(gè)演示實(shí)驗(yàn)是通電液體的旋轉(zhuǎn)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)首先是為了講安培力在身邊的應(yīng)用而做的，主要為了練習(xí)左手定則，也為下一節(jié)磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力做好了鋪墊。這個(gè)裝置是自制的，在透明的玻璃器皿中中間是一顆導(dǎo)電螺絲接電源正極，外圍是兩圈去漆的漆包線接電源負(fù)極，中間的導(dǎo)電液體是自配的氯化鈉溶液，上面撒上些小紙屑，將蹄形磁鐵的兩極分別放在器皿的上下位置，電源用9伏干電池通電后用投影能明顯看到紙屑的逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)驗(yàn)效果明顯。想讓學(xué)生成為整個(gè)教學(xué)過程的主人，讓學(xué)生動(dòng)腦、動(dòng)手、動(dòng)口、主動(dòng)積極的學(xué)。在安培力方向的教學(xué)中，我首先讓學(xué)生猜測(cè)安培力的方向與哪些因素有關(guān)，并嘗試用表格的形式記錄數(shù)據(jù)；接著讓同學(xué)自己動(dòng)手連接電路，觀察鉛芯受力運(yùn)動(dòng)情況；然后讓學(xué)生用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證自己的猜想；最后用三色筆展示電流方向、磁場(chǎng)方向、安培力的方向三者的關(guān)系，讓學(xué)生總結(jié)安培力的方向與電流方向、磁場(chǎng)方向的關(guān)系。在這部分的教學(xué)中，全部的同學(xué)都參與到實(shí)驗(yàn)中，觀察