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(jì) 執(zhí)教人：pc【計(jì)劃課時(shí)】1.5課時(shí)【教學(xué)時(shí)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(jìn)一步通過實(shí)驗(yàn)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(diǎn)是判斷安培力的方向和對安培力計(jì)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(yùn)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(shí)驗(yàn)探究,激發(fā)學(xué)生思考，探究物理規(guī)律，并通過實(shí)例分析讓學(xué)生認(rèn)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(shí)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(qiáng)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(qiáng)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(jì)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(jì)三個(gè)物理量的方向，三維圖形立體感強(qiáng)，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(dāng)例子，從側(cè)視圖、俯視圖、正視圖等方向，強(qiáng)化學(xué)生對左手定則的運(yùn)用。三、【教學(xué)目標(biāo)】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(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)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(shí)際問題；（4）推導(dǎo)勻強(qiáng)磁場中安培力的一般表達(dá)式，并會解決實(shí)際問題；（5）理解安培力計(jì)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(yùn)用，并了解磁電式電流表的基本構(gòu)造以及運(yùn)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(shí)驗(yàn)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(dāng)?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(jì)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(jià)值觀（1）通過探究學(xué)習(xí)使學(xué)生體驗(yàn)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(yùn)用，感受物理知識的相互聯(lián)系；四、【教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)】

4、教學(xué)重點(diǎn)：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(diǎn)：安培力、電流、磁感應(yīng)強(qiáng)度三者方向的空間關(guān)系；五、【教學(xué)策略設(shè)計(jì)】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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和安培力、電流、磁感應(yīng)強(qiáng)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(shí)驗(yàn)探究法本節(jié)主要通過實(shí)驗(yàn)來探究安培力的方向與哪些因素有關(guān)，通過實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)、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(rèn)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(gè)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(dāng)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(shí)驗(yàn)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(jìn)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(gè)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(gè)實(shí)驗(yàn)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(jì)實(shí)驗(yàn)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)，同學(xué)們仔細(xì)觀察現(xiàn)象，并把記錄表格填好。（教師進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象）師：好，老師把實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(jì)了一個(gè)模型，有四個(gè)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(xì)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(gè)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(biāo)系內(nèi)，就應(yīng)該是這樣的。（展示PPT,空間坐標(biāo)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(gè)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(jì)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(gè)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(gè)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(jìn)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?yàn)殡娏鞯姆较?。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(yùn)算只是代數(shù)相加減，所以電流還只是標(biāo)量。這需要同學(xué)們注意了。師：我們可以稍微來驗(yàn)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(gè)解的。我們可以通過假定一個(gè)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(shí)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(gè)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(gè)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(rèn)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

13、時(shí)只畫出了B導(dǎo)線的磁場，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(cuò)了。師：其實(shí)我們判斷某個(gè)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(gè)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(shí)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(shí)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(diǎn)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

14、的結(jié)論：同向電流相吸，異向電流相斥。（六）、安培力的大小師：在第二節(jié)磁感應(yīng)強(qiáng)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(shí)，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(shí)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(dāng)然不是，其實(shí)這時(shí)候F=0。師：這只是兩種特殊情況，那對于一般情況下，當(dāng)直導(dǎo)線與磁場方向夾角為時(shí)，安培力又該如何計(jì)算呢？生：可以將磁感應(yīng)強(qiáng)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

15、好，我們看看分解之后的情況是怎樣的，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(gè)公式，我們說這個(gè)角是磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與電流方向成的角度，有時(shí)候題目已知的這個(gè)角并不是這個(gè)角，很可能是它的余角。這時(shí)同學(xué)們還是老老實(shí)實(shí)的分析一遍，不要直接帶公式。師：為了不容易出錯(cuò)，老師建議大家記這兩個(gè)公式。F=ILB，B指垂直于電流方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度。我們不僅可以分解磁感應(yīng)強(qiáng)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

16、來會涉及到。（七）、安培力的計(jì)算練習(xí)師：好，接下來同學(xué)們來挑戰(zhàn)一道稍微有點(diǎn)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(jì)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(gè)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(zhǔn)確，這個(gè)在紙面內(nèi)這三個(gè)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(diǎn)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

17、這條導(dǎo)線變成了一個(gè)半圓形，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(shí)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(diǎn)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(qiáng)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(yùn)用到我們的生活中來，那么安

18、培力能為我們做些什么呢？首先是電磁炮，是利用電磁發(fā)射技術(shù)制成的先進(jìn)動能殺傷武器。與傳統(tǒng)大炮將火藥燃?xì)鈮毫ψ饔糜趶椡璨煌姶排谑抢幂d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(shí)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(shí)，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(gè)沿炮管運(yùn)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(gè)磁場，產(chǎn)生加速力，

19、使彈丸在炮管整個(gè)長度上得到加速。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(xì)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(gè)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(gè)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

20、是正視圖，只分析一條線圈，當(dāng)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?yàn)槁菪龔椈善鸬阶璧K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(shí)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(dāng)M1=M2時(shí)，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(yáng)聲器，電動機(jī)。（十）、課堂總結(jié)師：同學(xué)們，這堂課我們先通過實(shí)驗(yàn)來探究影響安培力的方向的因素，得出安培