高中物理人教版1第三章磁场第4节通电导线在磁场中受到的力 教学设计（定稿）

选修3-1选修3-1第三章磁场第三章磁场44江苏省太湖高级中学朱坚江苏省太湖高级中学朱坚《通电导线在磁场中受到的力》教学设计江苏省太湖高级中学朱坚一．教材分析本节课是选修3-1教材第三章磁场第4节的教学内容，是在学习了磁感应强度、电流周围的磁场分布的基础上对磁场基本特性应用的一节课。通电导线在磁场中受到的力，是对磁场力的性质的深入研究，也是学好洛伦兹力和电磁感应的重要基础。安培力的方向和大小是本节重点，弄清安培力方向与电流方向、磁感应强度方向的空间关系是本节的难点。二．学情分析通过前几节内容的学习，学生已经了解了磁场的基本性质，学习了磁感应强度的概念，认识了几种常见磁场的分布特点。这些知识的学习，为学习通电导线在磁场中受到的力，做好了知识上的准备。安培力的方向一定与电流、磁感应强度的方向构成的平面垂直，但电流方向与磁感应强度方向可以成任意角度；当电流方向与磁感应强度方向垂直时，安培力最大。对此，学生常常混淆，例如，在解决实际问题时误以为安培力、电流、磁感应强度一定是两两垂直的等。另外，空间想象能力对本节的学习至关重要。要使学生能够看懂立体图，熟悉各种角度的平面图，需要一定量的训练巩固。三．设计思想根据本节教材分析和学情分析，本节课准备采用实验导入、大胆猜想、设计实验、自主探究、合作交流、归纳总结等过程得出规律，探究过程遵循从特殊到一般的认识规律。然后通过一定量的训练让学生体悟规律和提高学生的空间想象能力。最后学以致用，体会安培力在生产生活实践及现代科技中的应用。本节课首先用旋转的磁钢这个分组实验，激发学生兴趣，导入新课，让学生猜测安培力的方向与哪些因素有关，师生设计验证方案，教师利用演示实验验证猜想。再让学生用安培力演示仪自主探究安培力的方向，实验中学生用三种不同颜色的彩色吸管记录安培力、电流、磁感应强度三者的方向，并让学生观察实验记录所得的四个吸管模型，教师和学生共同分析得出：四种情况可以归纳为一种，即安培力方向垂直与磁场方向和电流方向构成的平面。然后教师提出磁场方向和电流方向不垂直时此结论是否成立，师生一起理论探究磁场方向与电流方向不垂直时安培力的方向，并用演示实验验证。在此基础上，师生共同归纳得出：安培力方向垂直与磁场方向和电流方向构成的平面。随后教师和学生一起根据吸管模型的特点，引导学生得出左手定则。最后通过一组习题和通电直导线的相互作用的演示实验帮助学生理解和应用规律。安培力大小的表达式由师生一起推导得出，并通过一道例题帮助学生训练巩固。磁电式电流表则由教师结合实物和示意图进行提问和讲解。课堂的最后是利用所学知识解释引题实验中磁钢转动方向不同的根本原因，使整节课前后呼应，完满完美。本设计注重学生知识的形成过程和对知识的真正理解，采用实验探究的学习方式，培养学生收集信息、处理信息、分析论证的能力，养成实事求是的科学态度和良好的合作习惯。本节课的教学流程为：新课引入：学生分组实验（旋转的磁钢）新课引入：学生分组实验（旋转的磁钢）学生猜想：安培力的方向与哪些因素有关学生实验探究：磁场方向与电流方向垂直时安培力的方向个性分析，共性归纳：左手定则演示实验：验证猜想理论探究磁场方向与电流方向不垂直时安培力的方向，并用演示实验验证师生归纳总结：安培力的方向当堂小结，达成检测，布置作业当堂小结，达成检测，布置作业前后呼应：解释引题实验左手定则的应用：通电直导线间的作用力左手定则的应用：通电直导线间的作用力推导、归纳：安培力大小的一般表达式安培力的应用：磁电式电流表工作原理四．教学目标【知识与技能】会用实验自主探究安培力的方向与磁感应强度方向、电流方向的关系，记录实验现象并得出相关结论；知道安培力的方向与电流方向、磁感应强度的方向构成的平面垂直，会用左手定则判断安培力的方向；会推导匀强磁场中安培力大小的一般表达式，会计算匀强磁场中安培力的大小；知道磁电式电流表的基本构造及工作原理。【过程与方法】通过实验、分析、归纳、应用，使学生理解安培力的方向和大小的计算，体会控制变量法的研究方法，认识科学探究的意义。【情感态度与价值观】培养学生的动手能力、归纳能力和空间想象能力。在实验和讨论中培养学生的创新精神和合作意识，体悟从特殊到一般的认识规律。理论联系实际，开拓学生视野，树立科学的世界观。教学重点、难点教学重点：1.安培力的方向及判定2.安培力大小的计算教学难点：安培力、电流、磁感应强度三者方向的空间关系六．教具准备：干电池、磁钢、螺丝钉、导线、安培力演示仪、三种不同颜色的彩色吸管、粘土、通电直导线的相互作用演示仪、磁电式电流表、多媒体设备图1七．课时安排图11课时八.教学过程环节一：引入新课——旋转的磁钢师：介绍“旋转的磁钢”实验的器材，指导学生按图1所示进行分组实验，并记录磁钢转动情况。生：实验探究，观察并描述实验现象。师：由磁钢转动的原因引出本节课的课题，由磁钢转动方向不同引出安培力的方向。【设计意图】本实验结构简单，操作方便，现象明显而有趣（通电后磁钢能和螺丝钉一起高速转动），通过学生亲自动手，创设学习情境，激发学生学习兴趣和求知欲望。环节二：实验探究——安培力的方向与哪些因素有关师：请学生猜想安培力的方向与哪些因素有关。生：思考，猜想。师：实验探究，验证猜想（请学生设计实验方案）。【设计意图】以探究实验为载体，利用实验得出结论，强化实验在物理研究中的重要性。环节三：实验探究——探究安培力的方向师：指导学生进行探究实验并介绍利用彩色吸管记录安培力、磁场、电流方向的方法。生：自主探究，记录现象。师：请同学将记录得到四组吸管模型摆一摆，转一转，并将摆好的吸管模型拍照后投影在屏幕上。师：这是大家所记录的实验结果，请同学们来说说，你发现了什么规律？生：四组吸管模型都一样。师：但是，我们每次实验时磁场方向和电流方向是不一样的呀，怎么会得到一样的结果呢？生：经过翻转得来的。师：很好！说明安培力的方向满足一定的规律。既然这样，我们只需要研究其中一种情况就可以了，其余三种情况，都可以由这种情况翻转得来。那么，这个规律究竟是什么呢？【设计意图】研究安培力的方向与电流和磁场方向的关系是本节课的难点，借助吸管模型将原本抽象的实验结果形象具体地呈现在学生面前，一目了然，既帮助学生将看似无关的四种情况归纳成一种，方便学生研究其规律，又培养了学生的空间想象能力和分析归纳能力。师：请同学们看看，在这个模型里，安培力方向与磁场方向、电流方向有什么关系？生：安培力方向与磁场方向垂直，与电流方向垂直。师：引导学生进一步看模型，得出安培力方向与磁场方向、电流方向构成的平面垂直。师：当电流方向和磁场方向不垂直时，这个结论还成立吗？教师在黑板右侧作出磁场和电流方向不垂直时的示意图。请同学们思考一下，当两者不垂直时，可以怎么处理？生：将磁感应强度B沿平行于电流方向和垂直于电流方向进行分解，其中平行分量对电流无作用力，垂直分量对电流的安培力还是与磁场方向、电流方向构成的平面垂直。师：演示实验验证。师：现在，同学们能不能帮老师归纳安培力方向所遵循的规律呢？师生共同总结：安培力方向与磁场方向、电流方向构成的平面垂直【设计意图】采用从特殊到一般的研究方法，培养学生正确认识事物的方法，提高学生的分析归纳能力。师：实际应用时，我们应该怎样来判断安培力的方向呢？首先，我们可以用这个吸管模型来进行判断，但这个模型携带不方便，也无法带进考场。那同学们想想看，能不能在身体上找一个类似的关系，以便我们能随时使用？生：寻找身体上的关系。师：从学生的答案过渡到左手定则。【设计意图】按照学生的认知规律探索新知识的产生，引导学生将知识与形体相结合，从而对新知识有更深的体会，更快地掌握方法。环节四：问题分析——学以致用师：出示例1。AB例1.ABCCD【设计意图】引导学生运用刚学的知识去分析，讨论，使学生能够学以致用，强化学生对左手定则的掌握，帮助学生熟悉立体图和平面图。师：给两根平行直导线通以同向电流，请同学们观察实验现象。生：观察现象，发现通电后两导线相互吸引。师：请学生解释实验现象。分三个问题进行提问：（1）A导线被向右吸引肯定是受到了力的作用，这个力的施力物体是谁？（2）B导线产生的磁场是怎样的？如何判断？（3）A导线在这样的磁场中受到了向哪个方向的安培力。生：逐一回答教师提问，解释实验现象。师：导线通以反向电流的情况请同学课后去预测分析。【设计意图】让学生学以致用，在学习中感受到成功的喜悦，培养学生的学习兴趣。环节五：讨论探究——安培力的大小师：刚才我们研究了安培力的方向，接下来我们来研究安培力的大小。我们已经知道，导线与磁场垂直时安培力的大小F=ILB。而当磁感应强度B的方向与导线的方向平行时，导线受力为0。那同学们思考一下，当导线与磁场既不平行又不垂直，而是成θ角时，安培力应如何计算？生：将磁感应强度B分解后计算垂直分量对导线的作用力。师：请学生分解磁感应强度，并计算出此时的安培力F=ILBsinθ。师：同学们想一想，若θ=90º，F为何值？若θ=0º或180º，F又为何值？由此可以看出，这个表达式不仅适用于磁场和导线斜交的情况，同样适用于两者平行和垂直的情况，因此这个表达式为安培力的一般表达式，这个表达式也说明了我们前面用实验的方法得出的安培力方向是正确的。【教师】出示例题2。例2：如图所示，长为L=的导体棒静止于光滑的水平轨道上，开关闭合后回路中的电流I=2A，匀强磁场的磁感应强度B=，方向竖直向上，求开关闭合后导体棒所受安培力的大小和方向。【设计意图】在学习完安培力的方向之后，紧接着研究安培力的大小，因为有前面的学习基础，此问题难度不大，在学习过程中，教师放手让学生去讨论探究，培养学生的自主学习能力。环节六：拓展应用——磁电式电流表师：安培力与电流的关系在生产实践中有着广泛的应用。例如电动机、磁电式电流表、电磁炮、磁悬浮列车等。下面我们就来学习中学实验室使用的磁电式电流表的构造与原理。师：出示实物，屏幕上展示实物图，逐张出示磁电式电流表的结构图（图2-7），解释其工作原理。图2图2图3图4图4图5图7图7图6【设计意图】将电流表分解成基本构件，再将其逐步组装，在组装过程中解释各部分的原理和作用，更易于学生理解和接受。环节七：解答悬念——深入研究引题实验师：现在，我们可以来详细解释一开始的实验中磁钢为什么转动方向会不同。师：依次出示问题：（1）磁钢中电流方向如何？（2）磁钢所处的磁场方向如何？（3）磁钢所受的安培力方向如何？生：学生回答，教师点评。师：显然，不同的连接方式就会导致磁钢的转动方向不同。现在就请同学们自己确定一种连接方式，并预先判断磁钢的转动方向，然后动手做一做，