高中物理人教版1第三章磁場第4節(jié)通電導(dǎo)線在磁場中受到的力 教學(xué)設(shè)計(jì)（定稿）

選修3-1選修3-1第三章磁場第三章磁場44江蘇省太湖高級中學(xué)朱堅(jiān)江蘇省太湖高級中學(xué)朱堅(jiān)《通電導(dǎo)線在磁場中受到的力》教學(xué)設(shè)計(jì)江蘇省太湖高級中學(xué)朱堅(jiān)一．教材分析本節(jié)課是選修3-1教材第三章磁場第4節(jié)的教學(xué)內(nèi)容，是在學(xué)習(xí)了磁感應(yīng)強(qiáng)度、電流周圍的磁場分布的基礎(chǔ)上對磁場基本特性應(yīng)用的一節(jié)課。通電導(dǎo)線在磁場中受到的力，是對磁場力的性質(zhì)的深入研究，也是學(xué)好洛倫茲力和電磁感應(yīng)的重要基礎(chǔ)。安培力的方向和大小是本節(jié)重點(diǎn)，弄清安培力方向與電流方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的空間關(guān)系是本節(jié)的難點(diǎn)。二．學(xué)情分析通過前幾節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)了解了磁場的基本性質(zhì)，學(xué)習(xí)了磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念，認(rèn)識了幾種常見磁場的分布特點(diǎn)。這些知識的學(xué)習(xí)，為學(xué)習(xí)通電導(dǎo)線在磁場中受到的力，做好了知識上的準(zhǔn)備。安培力的方向一定與電流、磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向構(gòu)成的平面垂直，但電流方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向可以成任意角度；當(dāng)電流方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直時(shí)，安培力最大。對此，學(xué)生常?；煜?，在解決實(shí)際問題時(shí)誤以為安培力、電流、磁感應(yīng)強(qiáng)度一定是兩兩垂直的等。另外，空間想象能力對本節(jié)的學(xué)習(xí)至關(guān)重要。要使學(xué)生能夠看懂立體圖，熟悉各種角度的平面圖，需要一定量的訓(xùn)練鞏固。三．設(shè)計(jì)思想根據(jù)本節(jié)教材分析和學(xué)情分析，本節(jié)課準(zhǔn)備采用實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入、大膽猜想、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、自主探究、合作交流、歸納總結(jié)等過程得出規(guī)律，探究過程遵循從特殊到一般的認(rèn)識規(guī)律。然后通過一定量的訓(xùn)練讓學(xué)生體悟規(guī)律和提高學(xué)生的空間想象能力。最后學(xué)以致用，體會安培力在生產(chǎn)生活實(shí)踐及現(xiàn)代科技中的應(yīng)用。本節(jié)課首先用旋轉(zhuǎn)的磁鋼這個(gè)分組實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生興趣，導(dǎo)入新課，讓學(xué)生猜測安培力的方向與哪些因素有關(guān)，師生設(shè)計(jì)驗(yàn)證方案，教師利用演示實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證猜想。再讓學(xué)生用安培力演示儀自主探究安培力的方向，實(shí)驗(yàn)中學(xué)生用三種不同顏色的彩色吸管記錄安培力、電流、磁感應(yīng)強(qiáng)度三者的方向，并讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)記錄所得的四個(gè)吸管模型，教師和學(xué)生共同分析得出：四種情況可以歸納為一種，即安培力方向垂直與磁場方向和電流方向構(gòu)成的平面。然后教師提出磁場方向和電流方向不垂直時(shí)此結(jié)論是否成立，師生一起理論探究磁場方向與電流方向不垂直時(shí)安培力的方向，并用演示實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)上，師生共同歸納得出：安培力方向垂直與磁場方向和電流方向構(gòu)成的平面。隨后教師和學(xué)生一起根據(jù)吸管模型的特點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生得出左手定則。最后通過一組習(xí)題和通電直導(dǎo)線的相互作用的演示實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生理解和應(yīng)用規(guī)律。安培力大小的表達(dá)式由師生一起推導(dǎo)得出，并通過一道例題幫助學(xué)生訓(xùn)練鞏固。磁電式電流表則由教師結(jié)合實(shí)物和示意圖進(jìn)行提問和講解。課堂的最后是利用所學(xué)知識解釋引題實(shí)驗(yàn)中磁鋼轉(zhuǎn)動方向不同的根本原因，使整節(jié)課前后呼應(yīng)，完滿完美。本設(shè)計(jì)注重學(xué)生知識的形成過程和對知識的真正理解，采用實(shí)驗(yàn)探究的學(xué)習(xí)方式，培養(yǎng)學(xué)生收集信息、處理信息、分析論證的能力，養(yǎng)成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和良好的合作習(xí)慣。本節(jié)課的教學(xué)流程為：新課引入：學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)（旋轉(zhuǎn)的磁鋼）新課引入：學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)（旋轉(zhuǎn)的磁鋼）學(xué)生猜想：安培力的方向與哪些因素有關(guān)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究：磁場方向與電流方向垂直時(shí)安培力的方向個(gè)性分析，共性歸納：左手定則演示實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證猜想理論探究磁場方向與電流方向不垂直時(shí)安培力的方向，并用演示實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證師生歸納總結(jié)：安培力的方向當(dāng)堂小結(jié)，達(dá)成檢測，布置作業(yè)當(dāng)堂小結(jié)，達(dá)成檢測，布置作業(yè)前后呼應(yīng)：解釋引題實(shí)驗(yàn)左手定則的應(yīng)用：通電直導(dǎo)線間的作用力左手定則的應(yīng)用：通電直導(dǎo)線間的作用力推導(dǎo)、歸納：安培力大小的一般表達(dá)式安培力的應(yīng)用：磁電式電流表工作原理四．教學(xué)目標(biāo)【知識與技能】會用實(shí)驗(yàn)自主探究安培力的方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向、電流方向的關(guān)系，記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并得出相關(guān)結(jié)論；知道安培力的方向與電流方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向構(gòu)成的平面垂直，會用左手定則判斷安培力的方向；會推導(dǎo)勻強(qiáng)磁場中安培力大小的一般表達(dá)式，會計(jì)算勻強(qiáng)磁場中安培力的大??；知道磁電式電流表的基本構(gòu)造及工作原理?！具^程與方法】通過實(shí)驗(yàn)、分析、歸納、應(yīng)用，使學(xué)生理解安培力的方向和大小的計(jì)算，體會控制變量法的研究方法，認(rèn)識科學(xué)探究的意義?！厩楦袘B(tài)度與價(jià)值觀】培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、歸納能力和空間想象能力。在實(shí)驗(yàn)和討論中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和合作意識，體悟從特殊到一般的認(rèn)識規(guī)律。理論聯(lián)系實(shí)際，開拓學(xué)生視野，樹立科學(xué)的世界觀。教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：1.安培力的方向及判定2.安培力大小的計(jì)算教學(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)系六．教具準(zhǔn)備：干電池、磁鋼、螺絲釘、導(dǎo)線、安培力演示儀、三種不同顏色的彩色吸管、粘土、通電直導(dǎo)線的相互作用演示儀、磁電式電流表、多媒體設(shè)備圖1七．課時(shí)安排圖11課時(shí)八.教學(xué)過程環(huán)節(jié)一：引入新課——旋轉(zhuǎn)的磁鋼師：介紹“旋轉(zhuǎn)的磁鋼”實(shí)驗(yàn)的器材，指導(dǎo)學(xué)生按圖1所示進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，并記錄磁鋼轉(zhuǎn)動情況。生：實(shí)驗(yàn)探究，觀察并描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。師：由磁鋼轉(zhuǎn)動的原因引出本節(jié)課的課題，由磁鋼轉(zhuǎn)動方向不同引出安培力的方向?！驹O(shè)計(jì)意圖】本實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，現(xiàn)象明顯而有趣（通電后磁鋼能和螺絲釘一起高速轉(zhuǎn)動），通過學(xué)生親自動手，創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和求知欲望。環(huán)節(jié)二：實(shí)驗(yàn)探究——安培力的方向與哪些因素有關(guān)師：請學(xué)生猜想安培力的方向與哪些因素有關(guān)。生：思考，猜想。師：實(shí)驗(yàn)探究，驗(yàn)證猜想（請學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案）。【設(shè)計(jì)意圖】以探究實(shí)驗(yàn)為載體，利用實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)在物理研究中的重要性。環(huán)節(jié)三：實(shí)驗(yàn)探究——探究安培力的方向師：指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)并介紹利用彩色吸管記錄安培力、磁場、電流方向的方法。生：自主探究，記錄現(xiàn)象。師：請同學(xué)將記錄得到四組吸管模型擺一擺，轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，并將擺好的吸管模型拍照后投影在屏幕上。師：這是大家所記錄的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，請同學(xué)們來說說，你發(fā)現(xiàn)了什么規(guī)律？生：四組吸管模型都一樣。師：但是，我們每次實(shí)驗(yàn)時(shí)磁場方向和電流方向是不一樣的呀，怎么會得到一樣的結(jié)果呢？生：經(jīng)過翻轉(zhuǎn)得來的。師：很好！說明安培力的方向滿足一定的規(guī)律。既然這樣，我們只需要研究其中一種情況就可以了，其余三種情況，都可以由這種情況翻轉(zhuǎn)得來。那么，這個(gè)規(guī)律究竟是什么呢？【設(shè)計(jì)意圖】研究安培力的方向與電流和磁場方向的關(guān)系是本節(jié)課的難點(diǎn)，借助吸管模型將原本抽象的實(shí)驗(yàn)結(jié)果形象具體地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，一目了然，既幫助學(xué)生將看似無關(guān)的四種情況歸納成一種，方便學(xué)生研究其規(guī)律，又培養(yǎng)了學(xué)生的空間想象能力和分析歸納能力。師：請同學(xué)們看看，在這個(gè)模型里，安培力方向與磁場方向、電流方向有什么關(guān)系？生：安培力方向與磁場方向垂直，與電流方向垂直。師：引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步看模型，得出安培力方向與磁場方向、電流方向構(gòu)成的平面垂直。師：當(dāng)電流方向和磁場方向不垂直時(shí)，這個(gè)結(jié)論還成立嗎？教師在黑板右側(cè)作出磁場和電流方向不垂直時(shí)的示意圖。請同學(xué)們思考一下，當(dāng)兩者不垂直時(shí)，可以怎么處理？生：將磁感應(yīng)強(qiáng)度B沿平行于電流方向和垂直于電流方向進(jìn)行分解，其中平行分量對電流無作用力，垂直分量對電流的安培力還是與磁場方向、電流方向構(gòu)成的平面垂直。師：演示實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。師：現(xiàn)在，同學(xué)們能不能幫老師歸納安培力方向所遵循的規(guī)律呢？師生共同總結(jié)：安培力方向與磁場方向、電流方向構(gòu)成的平面垂直【設(shè)計(jì)意圖】采用從特殊到一般的研究方法，培養(yǎng)學(xué)生正確認(rèn)識事物的方法，提高學(xué)生的分析歸納能力。師：實(shí)際應(yīng)用時(shí)，我們應(yīng)該怎樣來判斷安培力的方向呢？首先，我們可以用這個(gè)吸管模型來進(jìn)行判斷，但這個(gè)模型攜帶不方便，也無法帶進(jìn)考場。那同學(xué)們想想看，能不能在身體上找一個(gè)類似的關(guān)系，以便我們能隨時(shí)使用？生：尋找身體上的關(guān)系。師：從學(xué)生的答案過渡到左手定則?！驹O(shè)計(jì)意圖】按照學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律探索新知識的產(chǎn)生，引導(dǎo)學(xué)生將知識與形體相結(jié)合，從而對新知識有更深的體會，更快地掌握方法。環(huán)節(jié)四：問題分析——學(xué)以致用師：出示例1。AB例1.ABCCD【設(shè)計(jì)意圖】引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用剛學(xué)的知識去分析，討論，使學(xué)生能夠?qū)W以致用，強(qiáng)化學(xué)生對左手定則的掌握，幫助學(xué)生熟悉立體圖和平面圖。師：給兩根平行直導(dǎo)線通以同向電流，請同學(xué)們觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。生：觀察現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)通電后兩導(dǎo)線相互吸引。師：請學(xué)生解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。分三個(gè)問題進(jìn)行提問：（1）A導(dǎo)線被向右吸引肯定是受到了力的作用，這個(gè)力的施力物體是誰？（2）B導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場是怎樣的？如何判斷？（3）A導(dǎo)線在這樣的磁場中受到了向哪個(gè)方向的安培力。生：逐一回答教師提問，解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。師：導(dǎo)線通以反向電流的情況請同學(xué)課后去預(yù)測分析。【設(shè)計(jì)意圖】讓學(xué)生學(xué)以致用，在學(xué)習(xí)中感受到成功的喜悅，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。環(huán)節(jié)五：討論探究——安培力的大小師：剛才我們研究了安培力的方向，接下來我們來研究安培力的大小。我們已經(jīng)知道，導(dǎo)線與磁場垂直時(shí)安培力的大小F=ILB。而當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與導(dǎo)線的方向平行時(shí)，導(dǎo)線受力為0。那同學(xué)們思考一下，當(dāng)導(dǎo)線與磁場既不平行又不垂直，而是成θ角時(shí)，安培力應(yīng)如何計(jì)算？生：將磁感應(yīng)強(qiáng)度B分解后計(jì)算垂直分量對導(dǎo)線的作用力。師：請學(xué)生分解磁感應(yīng)強(qiáng)度，并計(jì)算出此時(shí)的安培力F=ILBsinθ。師：同學(xué)們想一想，若θ=90o，F(xiàn)為何值？若θ=0o或180o，F(xiàn)又為何值？由此可以看出，這個(gè)表達(dá)式不僅適用于磁場和導(dǎo)線斜交的情況，同樣適用于兩者平行和垂直的情況，因此這個(gè)表達(dá)式為安培力的一般表達(dá)式，這個(gè)表達(dá)式也說明了我們前面用實(shí)驗(yàn)的方法得出的安培力方向是正確的。【教師】出示例題2。例2：如圖所示，長為L=的導(dǎo)體棒靜止于光滑的水平軌道上，開關(guān)閉合后回路中的電流I=2A，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=，方向豎直向上，求開關(guān)閉合后導(dǎo)體棒所受安培力的大小和方向?！驹O(shè)計(jì)意圖】在學(xué)習(xí)完安培力的方向之后，緊接著研究安培力的大小，因?yàn)橛星懊娴膶W(xué)習(xí)基礎(chǔ)，此問題難度不大，在學(xué)習(xí)過程中，教師放手讓學(xué)生去討論探究，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。環(huán)節(jié)六：拓展應(yīng)用——磁電式電流表師：安培力與電流的關(guān)系在生產(chǎn)實(shí)踐中有著廣泛的應(yīng)用。例如電動機(jī)、磁電式電流表、電磁炮、磁懸浮列車等。下面我們就來學(xué)習(xí)中學(xué)實(shí)驗(yàn)室使用的磁電式電流表的構(gòu)造與原理。師：出示實(shí)物，屏幕上展示實(shí)物圖，逐張出示磁電式電流表的結(jié)構(gòu)圖（圖2-7），解釋其工作原理。圖2圖2圖3圖4圖4圖5圖7圖7圖6【設(shè)計(jì)意圖】將電流表分解成基本構(gòu)件，再將其逐步組裝，在組裝過程中解釋各部分的原理和作用，更易于學(xué)生理解和接受。環(huán)節(jié)七：解答懸念——深入研究引題實(shí)驗(yàn)師：現(xiàn)在，我們可以來詳細(xì)解釋一開始的實(shí)驗(yàn)中磁鋼為什么轉(zhuǎn)動方向會不同。師：依次出示問題：（1）磁鋼中電流方向如何？（2）磁鋼所處的磁場方向如何？（3）磁鋼所受的安培力方向如何？生：學(xué)生回答，教師點(diǎn)評。師：顯然，不同的連接方式就會導(dǎo)致磁鋼的轉(zhuǎn)動方向不同?，F(xiàn)在就請同學(xué)們自己確定一種連接方式，并預(yù)先判斷磁鋼的轉(zhuǎn)動方向，然后動手做一做，