全国优质课大赛一等奖高中物理新课标教材选修3《通电导线在磁场中受到的力》获奖教学设计+学案+反思

PAGE3-选修3-1第三章第4节、通电导线在磁场中受到的力一、教学目标（一）知识与技能1、知道安培力的概念，知道左手定则的内容，并会用它判断安培力的方向。2、会推导安培力大小公式F=BILsinθ。3、了解安培力的应用。（二）过程与方法（1）经历自主探究安培力方向与哪些因素有关的实验过程，体会猜想、设计实验、观察与记录实验现象等实验探究要素。（2）通过制定探究方案体会控制变量方法。（3）体会如何从实验现象中寻找联系并总结出规律的科学方法。（三）情感、态度与价值观1、通过了解安培力在生活中的应用，体会物理知识对现代社会发展的贡献。2、推导一般情况下安培力的公式F=BILsinθ，使学生形成认识事物规律要抓住一般性的科学方法。3、通过学习左手定则体会自然界规律的和谐有序。二、教学重点难点教学重点：安培力的方向的判定和大小计算。教学难点：用左手定则判定安培力的方向。三、教学方法实验观察法、逻辑推理法、讲解法四、教学流程：为了充分体现课程标准中要求培养学生自主性、探究性学习的的精神，因此在教学中应该尽力创造条件，如通过创设实验来探究安培力方向的影响要素的实践活动，让学生自主获取知识，发展对科学的好奇心和求知欲；由于安培力广泛应用于生产和生活，则教学中学习如电动机、电流表、电磁炮的工作原理，以体现教学内容的时代性。基于以上考虑，从教学实际出发，本课设计以下教学流程：具体具体提出猜想与假设提出问题1实验引入观察现象、思考分析提出猜想与假设提出问题1实验引入观察现象、思考分析设计研究设计研究实验方案总结规律1数据采集，研究分析总结规律1数据采集，研究分析总结设疑拓展对知识的应用逻辑推理规律2提出问题2对规律1深入研究总结设疑拓展对知识的应用逻辑推理规律2提出问题2对规律1深入研究1指安培力方向2指安培力大小图例：1指安培力方向2指安培力大小师生共同活动师生共同活动学生活动教师活动教师活动五、教学过程（一）引入：非常高兴与连云港高级中学的同学们一起来学习一节课，今天我带来了一个小玩意：这是一节干电池，下面放几个硬币（可以导电），这是铜导线，当我把铜导线一端接在电池的正极，另一端与硬币相连，铜线就通电了，(请学生摸一下发热了说明有电)，再它放入磁场中，观察：现象：看！铜导线旋转起来铜导线运动状态发生改变，是什么使铜导线运动状态发生改变？力！通电导线在磁场中受到力，板书：第4节、通电导线在磁场中受到的力为了纪念安培在这方面的研究做出了杰出的贡献，人们把通电导线在磁场中所受的作用力叫做安培力。投影安培的介绍：法国科学家，电动力学创始人，被誉为电学中的牛顿。这节我们将要学习安培力的方向、大小和应用板书：一、安培力1、方向2、大小3、应用（二）合作探究、精讲点拨1、安培力的方向教师问：我们用以上的实验装置研究通电导线ab在磁场中受安培力的方向，看！通电后ab棒的运动起来，它运动方向就是安培力的方向，它可能与什么因素有关呢？学生猜想:磁铁的磁场方向(做演示实验)，通电导线中电流的方向(做演示实验)，问：当探究的问题为与多个因素有关系时，应该采用什么方法研究？学生回答：控制变量法：问：如何用控制变量法设计具体的实验方案：答：保持磁场不变，电流改变（a到b,改为b到a），观察安培力方向保持电流不变，改变磁场(向下变为向上)，观察安培力方向黑板上板书表格：实验次数磁场方向电流方向安培力的方向三者方向的简化平面图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向右说明先研究磁场垂直电流的特例：（用标有箭头B的蓝色棒表示磁场方向，用标有箭头I红色棒代表电流方向，用标有箭头F的黑色棒代表安培力方向，选出一组实验结果插在橡皮泥上表示）学生实验、展示，教师引导学生分析得出结论：转动手中的橡皮泥发现三者的关系变成了同一个直角支架：看似不同的实验结果背后，其实隐藏着相同的规律。展示直角支架，问：安培力的方向与电流、磁场方向是怎样？答：安培力的方向既跟磁场方向垂直，又跟电流方向垂直，也就是说，安培力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所在的平面。过渡：但每次遇到判断安培力的方向都要携带这个支架吗？这未免太麻烦了，有没有更简便的工具呢？答：三个手指（这是外国教材判断安培力的方式）。。。（国内中学教材就用对中学生最简便的方法，大家一起伸出左手来做）左手定则通电直导线所受安培力的方向和磁场方向、电流方向之间的关系，可以用左手定则来判定：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都和手掌在一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线穿入手心，并使伸开的四指指向电流的方向，那么，大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。（过渡）我们刚才发现安培力方向的涉及三维空间，是一个立体结构，在一个平面内画出立体图比较难，所以经常在平面内画剖面图、俯视图问：让我们画出前面实验3的剖面图、俯视图，并且用左手定则来验证刚才做过的实验吧。注意：用“⊗”表示电流垂直纸面向里，用“⊙”表示电流垂直纸面向外．用“x”表示磁感线垂直纸面向里，用“.”表示磁感线垂直纸面向外)教师问:磁铁能产生磁场，电流也能产生磁场，在电流的磁场中放入通电导线，通电导线会受到力吗，接下来研究两个平行通电导线之间的力两根靠近的平行直导线通入方向相同的电流时，它们相互间的作用力的方向如何?引导学生利用已有的知识进行分析：电流棒间它们并不直接接触，通过cd产生的磁场对ab的力说明：分析通电导线在磁场中的受力时，要先确定研究的导线所在处的磁场方向，然后根据左手定则确定通电导线的受力方向。演示实验：这是安培力演示器，有两根安装在轴上的平行直导线，把它们串联在电路中，即电流方向相反，通电后观察到两者互相排斥。改变电路连接方式，使电流方向相同，通电后观察到两者互相吸引而靠拢。结论：同向电流互相吸引反向电流互相排斥2、安培力的大小问：在前面第二节的学习中已经得出了安培力的大小，你知道安培力的表达式吗？（1）通电导线垂直于磁场B放置的时，它在磁场中受到的安培力F=BIL（2）当导线与磁感应强度B的方向平行时，导线受力为零。问：当导体棒与磁感应强度B的方向成夹角θ时，导线受的安培力怎么求呢？教师投影图3.4-4，引导学生推导：将磁感应强度B分解为与导线垂直的分量和与导线平行的分量，则，因不产生安培力，导线所受安培力是产生的，故安培力计算的一般公式为：总结注意：安培力（F)的方向与导线中电流(I)方向、磁感应强度(B)的方向都垂直，安培力垂直B、I决定的平面，但导线中电流(I)方向与磁感应强度(B)的方向不一定垂直。3、安培力的应用：（过渡）问：在刚才这个实验中有哪些方法能使导体棒受的的力更大，使它运动的更快呢？学生答：增大磁场、电流、增大导体棒的长度、减少摩擦在这个实验中把导体棒改为炮弹就制成了电磁炮如图所示，电磁炮是由电源、金属轨道、炮弹和电磁铁组成。当电源接通后，磁场对流过炮弹的电流产生力的作用，使炮弹获得极大的发射速度。电磁推动力大，弹丸速度高，威力大。电磁发射的动力约为火炮发射力的10倍,所以用它发射的弹丸速度很高。一般火炮的射击速度约为0.8千米/秒，步枪子弹的射击速度为l千米/秒。而电磁炮可将3克重的弹丸加速到11千米/秒，将300克的弹丸加速到4千米/秒。有的专家甚至预言，将来的速度可达100千米/秒。（过渡）航母上的舰载机在甲板上起飞时需要很大的起飞速度，有些舰载机就安装了电磁弹射器，飞机受到了安培力。安培力不仅在军事上有重要作用，而且在生活中也很常见。生活中的物理：电动机、电动汽车、电吹风做一做：《旋转的液体》小实验。安培力在的应用磁电式电流表（老师提出纲要，学生针对纲要自主学习）（1）电流表主要由哪几部分组成的？（2）为什么电流表可根据指针的偏转测出电流的强弱和方向？（3）电流表中磁场分布有何特点呢？为何要如此分布？（4）磁电式仪表的优缺点是什么？选修3-1第三章第4节、通电导线在磁场中受到的力一、学习目标1、知道安培力的概念，会推导安培力公式F=BILsinθ。2、知道左手定则的内容，并会用它判断安培力的方向。3、了解安培力在生活生产中的应用。二、学习重点和难点重点：安培力的大小计算和方向的判定。难点：用左手定则判定安培力的方向。三、学习过程为了纪念安培在这方面的研究做出了杰出的贡献，人们把通电导线在磁场中所受的作用力叫做安培力。1、安培力的方向问：安培力的方向可能与什么因素有关呢？猜想:方法：设计方案：实验次数1234总结：通电平行直导线间的作用力方向：利用已有的知识进行分析：如图，两根靠近的平行直导线通入方向相反的电流时，它们相互间的作用？（1）电流的方向相同时现象：（2）电流的方向相反时现象：2、安培力的大小（1）通电导线垂直于磁场B放置的时，它在磁场中受到的安培力__________________;（2）当导线与磁感应强度B的方向平行时，导线受安培力力_______________;（3）当磁感应强度B的方向与导线方向成夹角θ时，导线受的安培力大小和方向怎么求呢？BIBI3、安培力在的应用磁电式电流表（1）电流表主要由哪几部分组成的？（2）电流表中磁场分布有何特点呢？为何要如此分布？（3）为什么电流表可根据指针的偏转测出电流的强弱和方向？（4）磁电式仪表的优缺点是什么？《磁场对通电导线的作用力》教学反思想以实验为媒介点亮整个教学过程，使教学内容生动形象化。在本节课中，一共做了四个实验。三个教师演示实验，一个学生分组实验。第一个演示实验是通电的铜环在磁场中旋转，目的是用它来引入课题，它必须具备以下特点：现象明显，吸引学生刚上课还没集中的注意力；简单明了，让学生能看到磁场、看到通电的导体、看到通电导体的运动，从而顺利的引入课题；为最后阶段讲安培力的应用旋转的电动机做良好的模型铺垫。这个实验分两步去做：第一步介绍完装置后，给铜导线通电了学生是看不到的，这时我让学生摸一下铜导线和电池，当感受到发热，学生就能知道导线确实通电了。第二步，再把铜导线放入磁铁的上方，铜导线旋转起来，这个力的来源学生就一起想到磁场对铜导线（通电导线）的作用力了。上课过程中，我摆放的点不够稳当，铜导线旋转的时间不够长、不够快。实验装置本身就是我们几个老师手工拉制的，相对手艺还比较粗糙，稳定性不够好。这个引入实验的另一套方案就是“自动荡秋千仪”：多匝线圈悬挂在铁架台上，当间歇性通电时，线圈就能像秋千一样荡起，这个实验涉及多匝线圈，电流通路不明显，而且教师通断电的时刻会影响荡秋千的效果，所以最后还是被否决了。第二个实验是学生分组实验通电的导体在磁场中的运动。目的是用它来探究安培力的方向，这个实验装置具备以下特点：结构简单、研究对象明确、实验效果明显。学校实验室只配备了演示实验的一套器材，当询问兄弟学校都没有分组器材时，本人立刻从网络上自购了15套器材。为了使实验效果更明显，我和一起的老师做了以下改进：一关于电源和电流的问题，电流大了，才能使导体棒运动起来。说明书上用学生电源12V3A，考虑到没有那么多的学生电源，所以首先想到用实验室现有的8节1.5V干电池替代学生电源，这么多的电池让整个实验显得很笨重，所以我们想用最少的干电池让导体动起来，省去滑动变阻器，用试触法最终发现5节1.5V干电池恰能使导体棒运动，但还是存在电池间接触不良的问题。在与一位化学老师的交流中他提醒我们说：“为何不直接用9V或12V的电池呢？”最后就用了一节9V干电池。二关于导体材料的问题。最常见的材料是铜棒和铝棒，通过多次试验各种材料总结出空心铝管，横截面积适当大些的运动现象最明显。在一次上课中，一个学生因为知道铅芯也是导体，就想试试把2B铅芯放入了磁场会怎么样，现象竟然十分明显。最终我决定用铅芯做导体棒。这个实验要成功还要注意几个细节：用砂纸打磨导体棒和导轨减少接触电阻，用鳄鱼夹导线直接夹在导轨上以减少电阻等等。第三个演示实验是演示平行通电导线之间的相互作用力。实验室现有的器材是有的两根立于轴上的平行直导线，通电后可直接观察现象的。平行导线通反向电流排斥效果明显，但同向电流的吸引作用效果不明显。兄弟学校的本套器材都有此特点。为了解决此问题，我首先查阅了网上的安培力自制演示器，譬如用两根铝箔纸条替代两条直导线，但铝箔纸太轻不易控制它，而且很容易破。最终我用了这样的处理方法：学习了通电的导体在磁铁的磁场中受到安培力后，我提出问题：磁铁能产生磁场，电流也能产生磁场，那在电流的磁场中放入通电导体会受到力吗？先预设的情景是平行反向通电导体之间的力，再演示平行反向通电导体之间的力，再让学生用同样的方法研究平行同向通电导体之间的力，作为课后的思考和作业。第四个演示实验是通电液体的旋转。这个实验首先是为了讲安培力在身边的应用而做的，主要为了练习左手定则，也为下一节磁场对运动电荷的作用力做好了铺垫。这个装置是自制的，在透明的玻璃器皿中中间是一颗导电螺丝接电源正极，外围是两圈去漆的漆包线接电源负极，中间的导电液体是自配的氯化钠溶液，上面撒上些小纸屑，将蹄形磁铁的两极分别放在器皿的上下位置，电源用9伏干电池通电后用投影能明显看到纸屑的逆时针转动，实验效果明显。想让学生成为整个教学过程的主人，让学生动脑、动手、动口、主动积极的学。在安培力方向的教学中，我首先让学生猜测安培力的方向与哪些因素有关，并尝试用表格的形式记录数据；接着让同学自己动手连接电路，观察铅芯受力运动情况；然后让学生用实验验证自己的猜想；最后用三色笔展示电流方向、磁场方向、安培力的方向三者的关系，让学生总结安培力的方向与电流方向、磁场方向的关系。在这部分的教学中，全部的同学都参与到实验中，观察