磁场对通电导线的作用教案

1、磁场对通电导线的作用教学设计 执教人：pc【计划课时】1.5课时【教学时间】 40分钟+20分钟【教学对象】 江西师大附中滨江校区高二（15）班【 教 材】 人教版高中物理选修3-1第三章第四节一、【教材分析】本节是在学习磁场基本概念的基础上，进一步通过实验探究和逻辑推理让学生了解磁场对通电导线的力的作用。本节的重点是判断安培力的方向和对安培力计算公式的理解。空间想象能力对本节的学习至关重要。本节内容为后面学习“运动电荷在磁场中受到的洛伦兹力”做铺垫。教材设置了多种实验探究,激发学生思考，探究物理规律，并通过实例分析让学生认识生活中常见现象和科学技术，学会应用物理知识解决实际问题，体现了从“生

2、活走向物理，物理走向社会”的新课程理念。二、【学情分析】学生已经学习了磁场、磁感应强度的相关知识和用安培定则判断电流的磁场，并在第三章第二节磁感应强度这节中初步了解了垂直于磁场放置的电流元受到的安培力计算公式。但还不知道安培力方向的判断。本节中的左手定则设计三个物理量的方向，三维图形立体感强，而学生的空间想象力还不够。因此，教学中应注重对三维图形的识别训练。教师通过例举适当例子，从侧视图、俯视图、正视图等方向，强化学生对左手定则的运用。三、【教学目标】1、知识与技能（1）掌握安培力概念；（2）通过观察安培力方向与哪些因素有关的实验，记录实验现象并得出相关结论；（3）会用左手定则判断安培力方向和

3、解决实际问题；（4）推导匀强磁场中安培力的一般表达式，并会解决实际问题；（5）理解安培力计算公式中各物理量真正的含义；（6）知道安培力在生活中的运用，并了解磁电式电流表的基本构造以及运用它测量电流大小和方向的基本原理；2、过程与方法（1）通过实验演示，培养学生总结归纳的能力，得出左手定则；（2）通过适当的练习判断安培力方向，熟练掌握左手定则；（3）通过推导安培力的计算公式，体会其中涉及的科学思想方法，包括等效替代和从特殊到一般的思维方法；3、情感态度与价值观（1）通过探究学习使学生体验到探究自然规律的艰辛与喜悦；（2）通过了解安培力在生活中的运用，感受物理知识的相互联系；四、【教学重点与难点】

4、教学重点：左手定则，安培力大小，对通电导线有效长度理解；教学难点：安培力、电流、磁感应强度三者方向的空间关系；五、【教学策略设计】1、教学组织方式新课改提倡“自主、合作、探究”的教学方式，本节课在教师的引导下，以学生为主体，通过实验现象和学生自主建立立体模型，共同探究安培力的方向。在教学中，主要借助多媒体PPT为学生呈现出生动直观的实验现象和安培力、电流、磁感应强度三者方向形成的三维空间图，以便更好的帮助学生理解所学知识。2、教学方法（1）实验探究法本节主要通过实验来探究安培力的方向与哪些因素有关，通过实验现象分析，小组讨论，教师引导得出相关结论。（2）讲授法通过教师形象生动、引导式的语言引导

5、，辅以有趣的演示实验、各种直观的教学工具和现代教育技术，启发诱导学生开动脑筋深入思考，使学生逐步认识物理概念、规律并发展学生的观察和思维能力。六、【教学资源】1、教学用具：2、多媒体课件七、【教学过程】1、创设情境，导入新课师：同学们是否记得2010年元宵晚会上魔术师刘谦表演了一个魔术，他在不接触螺丝螺帽的情况下，用意念让螺丝自己转出来。（学生观看视频）师：真的可以通过意念来控制事物吗？当然不可能，这只存在 于科幻片中。那这魔术的真相又是什么呢？学习完本堂课的内容，大家就能明白其中的奥秘了。今天我们要学习的是第四节的磁场对通电导线的作用。2、新课教学（一）引入安培力师：我们知道丹麦物理学家奥斯

6、特发现了通电导线对磁体有力的作用，揭示了电与磁的联系。自打这一伟大的发现公诸于世后，很多物理学家就想，反过来，磁体能不能对通电导线有力的作用呢？法国物理学家安培等人做了大量的实验研究，发现如果把一段指导线悬挂在蹄形磁铁的两极间，通以电流，导线就会移动，后人把通电导线在磁场中受的力称为安培力。（二）探究安培力方向的影响因素师：既然是力，就有大小和方向。那么安培力的方向与哪些因素有关呢？同学们以小组的形式相互讨论一下。（学生讨论，进行猜想）师：好，我叫几位同学来说说讨论结果。生甲：可能与电流的方向有关。生乙：可能与磁场方向有关。生丙：师：既然我们猜想出安培力方向与多个因素有关，那么我们该利用什么样

7、的研究方法来研究安培力方向与单因素的关系呢？生：控制变量法师：非常好，那么这个实验需要哪些器材呢？生：电源、蹄形磁铁、铁架台、导体棒、开关、若干导线。师：那么具体该如何来操作呢？请同学们相互讨论设计实验操作步骤。（学生讨论，教师下台指导）师：好，这位同学你来说一下你们组讨论的结果。生：固定电流的方向，通过上下交换磁极的位置来改变磁场方向，观察受力是否改变。接下来固定磁场方向，改变导线中电流方向，观察受力是否改变。师：说的很好，那我们接下来进行实验，同学们仔细观察现象，并把记录表格填好。（教师进行演示实验，学生观察实验现象）师：好，老师把实验结果展示出，同学们看看自己的表格与老师一不一样。师：好

8、，接下来同学们根据实验结果，分析你能得出什么结论?生甲：安培力方向与电流方向有关。 师：嗯，你是从哪组实验看出的呢？生甲：1，2或3，4。师：那还能得出什么吗？生：从1,3或2,4可以得出安培力方向与磁场方向有关。师：好，还能得出其他结论吗？生：师：看来大家还没想到，为了让大家更直观的看出这三者方向的关系，老师设计了一个模型，有四个正方体，还有一些纸箭，红色的箭头表示电流方向， 黄色的箭头表示磁场方向， 绿色箭头表示安培力方向，我请四位同学来按照表格的数据，把模型搭建好。其他同学完成学案上的模型。（四位学生上台搭建模型，教师在旁边指导）师：好，我们的模型搭建完了，很容易看出来这三者的方向是处在

9、于三维空间的，并且我们仔细观察一下安培力的方向与磁场方向与电流方向所在的平面，是不是垂直的呀。师：这就是我们得到的第二个结论。安培力方向垂直于磁场方向与电流方向所在的平面。如果我们将立体图形画在二维平面内的空间坐标系内，就应该是这样的。（展示PPT,空间坐标系）（三）、左手定则师：我们看到安培力的方向一下向左一下向右的，是否有一个判定发则来确定安培力的方向呢？看看同学们能不能找出这一规律来？（学生思考，估计很难相出）师：看来大家想不出来，有人就总结出了一条定则叫左手定则，具体这个人是谁，查了相关资料没有说明，让我们来看下具体是怎么操作的。好，大家现在都伸出你的左手来，使拇指与其余四个手指垂直,

10、并且都与手掌在同一平面内，让磁感应线从掌心进入,并使四指指向电流的方向。拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。师：同学们可以看到物理的魅力，简洁的几句话就概括了这么些复杂的数据。师：好，老师在PPT上圈出了电流的方向，那么电流有方向吗？生：有。规定正电荷移动的方向为电流的方向。师：那好，既然电流有方向，又有大小，这么说电流就是矢量喽？生：师：我们说矢量遵循平行四边形定则，而电流的运算只是代数相加减，所以电流还只是标量。这需要同学们注意了。师：我们可以稍微来验证一下这一定则。（翻到上张PPT）（四）、左手定则的训练师：下面有几道题，同学们来判断一下安培力的方向。 （学生回答A、B、

11、C、D的安培力方向，教师引导E、F的回答）师：图E是图A的俯视图，已知安培力的方向和磁场的方向来确定电流的方向，是只有一个解的。我们可以通过假定一个方向来判断它的正确性。比如说假定电流向外，左手定则判断的安培力向右，说明假设正确。所以电流就是垂直纸面向外。图F看起来似乎是图A的正视图，但要注意磁场的方向一定垂直安培力的方向但不一定与导体垂直，也就是我们在用左手定则的时候，磁感线不一定是要垂直穿过掌心，斜着穿过也是可以的，但安培力的方向一定会垂直于两者的方向，我们数学里学过一条直线垂直于一个平面，那么这条直线垂直于这一平面的任意直线。所以F图正确的解是磁场方向在oyz平面内且与z的正方向夹角不超

12、过±90°范围内。（五）、通电导线间的安培力师：好，训练了几道题，大家应该熟练掌握了左手定则的应用，那么大家现在来思考一个问题，这里有两对导线，分别通以同向电流和方向电流，那么会发生什么奇妙的现象呢？（学生思考，老师叫几位学生回答思考结果。有些学生会认为同向相斥，异向相吸）师：好，我们习惯了电荷之间、磁极之间的同斥异吸的规律，但这里确正好相反。为什么会这样呢？我们来分析一下每根导线受到的安培力的方向。（教师黑板板书分析同向电流的情况）师：好，我们发现这两根导线的安培力都指向内侧，导线向内弯曲。分析到这里，不知道同学们有没有疑问，（对于同向电流分析）我们考虑A导线受到的安培力

13、时只画出了B导线的磁场，但我们知道A导线也会产生磁场，也就是复合磁场，通过安培定则可以判断磁场方向相反，那岂不是判断错了。师：其实我们判断某个导线受到的安培力，是外磁场对它产生的作用，如果说自己的磁场也会给自己一个力，那平常看到的导线就在自己那里动起来了。所以考虑的是外磁场，那什么时候是考虑这两根导线的复合场呢？就是再来一根导线，问第三根导线所受安培力的情况。这时A、B导线的复合场就是外磁场。师：好，同学们在学案上完成反向电流的安培力情况分析。老师叫一位同学来黑板上画。（一位学生黑板上画，老师点评）师：通过分析，我们看出反向电流的导线安培力方向指向外侧，所以导线向外弯曲。接下来，我们总结这道题

14、的结论：同向电流相吸，异向电流相斥。（六）、安培力的大小师：在第二节磁感应强度的学习中，我们已经知道垂直于磁场放置，长为L的一段导线，通过电流为I时，所受安培力F=BIL。那同学们用左手定则判断一下电流方向与磁场方向平行时师：我看到同学的左手很纠结啊，满足了磁感线穿过手心，又顾不上四指指向电流方向，满足了四指指向电流方向，磁感线又穿不过手心。很矛盾。问题出在哪呢？是左手定则有问题吗？师：当然不是，其实这时候F=0。师：这只是两种特殊情况，那对于一般情况下，当直导线与磁场方向夹角为时，安培力又该如何计算呢？生：可以将磁感应强度B沿导线和垂直导线分解。师：这利用了什么思想呢？生：等效替代。师：非常

15、好，我们看看分解之后的情况是怎样的，B1=Bsin，B2=Bcos。平行于导线的分量B2不对通电导线产生作用力，通电导线所受作用力仅由B1决定。所以最后一般情况下的安培力公式为F=ILBsin。同学们可不要记住这个公式，我们说这个角是磁感应强度方向与电流方向成的角度，有时候题目已知的这个角并不是这个角，很可能是它的余角。这时同学们还是老老实实的分析一遍，不要直接带公式。师：为了不容易出错，老师建议大家记这两个公式。F=ILB，B指垂直于电流方向的磁感应强度。我们不仅可以分解磁感应强度，还可以分解导线长度L,就可以得到公式，F=IBL，注意L指垂直于磁场方向的有效长度。这里有效长度是什么我们接下

16、来会涉及到。（七）、安培力的计算练习师：好，接下来同学们来挑战一道稍微有点难度的题目。老师叫两位同学来黑板上来写，其他同学在草稿纸上计算。师：好，这两位同学做的对不对呢？我们先来分析一下，这是导线ab与bc相互垂直，电流方向从a到c，我们先用左手定则判断ab段的导线安培力方向是向右的，bc导线的安培力方向向上。并且我们知道安培力大小都相同，都是BIL。那么整条导线所受的安培力就是这两个力的合力吧，所以是 。方向就是在纸面内垂直于ac向上。一定要描述准确，这个在纸面内这三个字很重要。师：好，我们看看这两位同学做对了没。（教师做出相关点评）（八）、导线的有效长度师：老师现在又要增加难度了，如果说我

17、这条导线变成了一个半圆形，让你求这条导线的安培力大小。改怎么求呢？同学们可以思考一下。师：这就涉及到导线的有效长度，很多时候我们知道导线并不是直线，而是弯弯曲曲的曲线，那么有效长度L，等于两端点所连直线的长度。相应的电流方向，沿L由始端流向末端。所以如果一条弯曲导线与磁场方向不垂直放置，那么我们得先求出有效长度，再将有效长度沿磁场方向和垂直磁场方向分解。师：那同学考虑一下这么一条闭合导线在磁场中所受安培力的大小为多少？生：0。师：任意形状的闭合线圈，其有效长度L0，所以通电后在与它垂直的匀强磁场中，受到的安培力的矢量和一定为零。（九）、安培力的应用师：学习物理是为了运用到我们的生活中来，那么安

18、培力能为我们做些什么呢？首先是电磁炮，是利用电磁发射技术制成的先进动能杀伤武器。与传统大炮将火药燃气压力作用于弹丸不同，电磁炮是利用载流导体在磁场中受到电磁力作用的基本原理来加速弹丸的。其作用的时间要长得多，可大大提高弹丸的速度和射程。电磁炮可分为导轨炮和线圈炮。电磁导轨炮是由导轨、电枢及电源所组成。 电枢由导电金属或等离子材料制成，位于两金属轨道之间，它的前端装着弹丸。 电磁线圈炮是由环绕炮膛的一系列固定线圈与环绕弹丸的弹体线圈所组成。炮弹发射时，电源依次给环绕炮膛的一系列固定线圈供电，产生一个沿炮管运动的移动磁场，使得在环绕弹丸的弹体线圈中产生感应电流，感应电流也形成一个磁场，产生加速力，

19、使弹丸在炮管整个长度上得到加速。弹丸就这样高速地被发射了出去。（关于这一部分不会过于详细介绍）师：可能男生对中这一方面比较感兴趣，那么课后可以查找相关资料了解电磁炮。那么第二个应用是需要我们了解的，就是我们经常使用的磁电式电流表。我们可以看到书本上的构造图，我们可以看出它的基本组成有 刻度盘、指针、蹄形磁铁、极靴（软铁制成） 、螺旋弹簧、线圈、圆柱形铁芯（软铁制成）。那么这里有个非常重要的元件叫极靴，它的作用又是什么呢？师：磁铁与铁芯之间的磁场是均匀辐向分布的。所有磁感线的延长线都通过铁芯的中心。无论转到什么位置，线圈平面与磁感线平行。接下来我们分析一下线圈的转动是怎么产生的？师：PPT上的图

20、是正视图，只分析一条线圈，当电流方向是这样的，用左手定则判断安培力方向是这样的，所以线圈就会向右偏转。那为什么不会一直转动下去呢？是因为螺旋弹簧起到阻碍作用。我们知道指针的零刻度是在中间的，那指针会不会向右偏转呢？生：会。师：在什么情况下？生：电流反向。师：所以我们可以通过指针偏转的方向来判断电路上电流的流向。这将会在讲选修3-2楞次定律时涉及到。那同学们是否想过为什么电流表的刻度是均匀的呢？师：这我们稍微了解一下。安培力力矩：M1=nBILd螺旋弹簧扭转力矩：M2=k当M1=M2时，线圈平衡。师：安培力在生活中还有其他应用吗？生：动圈式扬声器，电动机。（十）、课堂总结师：同学们，这堂课我们先通过实验来探究影响安培力的方向的因素，得出安培