高中物理-通电导线在磁场中受到的力教学设计学情分析教材分析课后反思

一、教学设计思路本节是规律探究课，在教学方法上，采用“任务驱动”教学法，即以学生为中心，以任务为载体，把教学内容巧妙地隐含在一个个具体任务之中，学生通过独立或协作完成任务，学习新知识和新技能.主要特色为：（1）本文设计了实验探究安培力的方向与磁场、电流的方向关系；理论探究安培力大小的表达式；揭秘电磁轨道炮和了解磁电式电表的工作原理等学习任务，使学生在任务解决中学习到新知识和新技能.（2）设计了分组实验：观察通电导线在磁场中的受力情况，用不同颜色的笔芯分别代表安培力、磁场和电流的方向，用橡皮泥固定塑料棒，得出这三个方向的立体关系，学生体验到空间关系构建方法.二、教材及前情简析本节教材系人教版物理选修3-1第三章第4节的内容，磁场对电流的作用——安培力，在教材中起着承上启下的作用，因为它不仅是与上节知识（磁场性质）的联系点，而且是学习电流表工作原理和推导洛伦兹力公式的基础.安培力方向与电流、磁场方向的关系的实验探究是采用控制变量法探究物理基本规律的一节课，涵盖了科学探究的基本因素，有助于培养学生的物理学科的核心素养.学生在学习本章节之前，已经学习了磁场，知道了磁体和电流周围磁场的性质及特点，了解到磁体间的相互作用、电流周围存在着磁场以及电与磁之间有联系.另外，学生通过高一物理“必修”课程的学习，经历了牛顿第二定律等实验探究过程，已经掌握了变量控制实验探究的一些科学研究方法，为本节的探究性学习做了铺垫.鉴于大部分学生基本功扎实、已有知识掌握熟练到位，本节课可以在教师引导下采用“任务驱动”教学法完成教学内容.三、教学目标1.文化基础（1）知道安培力，会计算安培力的大小（2）知道安培力的方向与电流、磁场方向都垂直，会用左手定则判断安培力的方向；（3）知道磁电式电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.自主发展（1）经历推导磁场中安培力的表达式，感受逻辑的力量；（2）通过学生分组实验，经历探究磁场对电流的作用力的方向和电流方向、磁场方向的关系这一过程，体验控制变量探究物理规律的方法。3.社会参与（1）了解安培力在生产、生活中的作用，培养学生将科学技术服务于人类社会的意识；（2）经历磁场对电流的作用力的方向和电流方向、磁场方向的关系这一过程，培养学生的科学探究意识和正确的科学态度以及责任心。四、教学准备演示器材：电动机模型、安培力演示仪（、两平行的通电直导线安培力演示仪.分组实验器材：会动的铝箔“天桥”（包括：铜导线、1号电池组、蹄型磁铁、导线若干）、橡皮泥、彩色塑料杆（三色）五、教学过程【活动一】创设情境，提出本节课的核心任务创设情景（1）演示：电动机模型。（磁铁、电池、导线、线圈，把线圈搭建在支架上，线圈快速旋转）（2）提出1820年4月，奥斯特在一次讲课中，偶然的把导线沿南北方向放置，在一个带玻璃罩的指南针的上方，通电时磁针转动了，7月宣布发现了电流的磁效应。这个看似偶然的发现实际上经历了将近二十年的探究。机会从来不会轻易的出现，他必然是只会提供给有准备的人。安培在得到电流磁效应的消息时，反过来想：电流对磁针有力的作用，力都是相互的，磁针肯定对电流也有力的作用，并进行了大量的实验证实这个力的存在。正是这个力推动了线圈的转动，推进了电气化时代的到来，为了纪念安培，后人就以他的名字来命名了这个力------安培力。线圈能在磁场中旋转正是安培力的作用。要想改变线圈转动的方向，必须改变安培力的方向，如何改变安培力的方向呢？设计意图：亲手制作的“小玩具”引入新课，学生感觉很新奇，可以有效激发学生学习兴趣，将学生的注意力集中到课堂。提出课题电磁轨道炮，是一种新式武器，既安全精准又威力巨大，各国正在争相研发，它与常规炮弹靠化学剂的推动不同，电磁轨道炮利用的是一种新型的推进方式，它的原理是怎样的呢？这节课，我们就来揭秘“电磁轨道炮”。【活动二】实验探究安培力的方向与磁场方向和电流方向的关系（1）演示：实验改变电流的方向，观察到通电导体棒向另一方向运动，说明什么？（生答：安培力的方向发生了变化）如果电流方向不变改变磁场的方向，观察到导体棒将向另一方向运动，说明安培力的方向发生了变化.（2）提出猜测：通过刚才的演示，你认为安培力的方向跟哪些因素有关呢？（生答：安培力方向与磁场、电流方向有关系）接下来我们通过分组实验来探究安培力方向与磁场、电流方向之间有怎样的关系.（3）设计方案提问：要研究磁场方向、电流方向对安培力方向的影响，可以分为几大步？（生答：采用控制变量法，分两大步：第一步是保持电流方向不变，探究安培力与磁场的方向关系；第二步是保持磁场方向不变，探究安培力与电流方向的关系）（4）为了便于同学们记录三者的方向关系，为每个小组准备了红、黄、绿三色的笔芯杆和一小块橡皮泥，统一用红色代表安培力方向，统一用绿色代表磁场的方向，统一用绿色代表电流方向.（5）学生分组实验学生按照设计的方案，进行实验，并用橡皮泥记录下三者的方向关系.（6）交流实验结果各小组展示自己的记录结果（各组做出的结果都一样），如图4所示，安培力的方向与另两个量的方向均垂直.（7）归纳、总结问1：改变电流方向，安培力方向会变化，改变磁场方向，电流方向也会变化，是不是要做出很多个“雕塑”，为什么？（生答：不需要，不管是哪种情况，三个量之间的空间位置一样）问2：请一位同学给大家演示一下？（同学展示他们的“雕塑”）问3：确实，虽然电流方向、磁场方向会影响安培力的方向，但这三个量方向的相对位置不变，三个量的方向关系是相对固定的，可以统一用图4来表示.以后判断安培力方向时，只要拿出雕塑比划一下就可以，是不是？（生答：是的）问4：每天带着这个雕塑方便吗？（生答：不方便）问5：有没有更简洁的方法表达这个关系呢？最好是什么都不带就能把它们的关系表述清楚？（学生陷入思考中）（引导）问6：前面我们学过右手螺旋定则，来表达电流方向和磁场的关系，这个方法很简洁的，我们能不能也类似的用手来表达这种关系呢？（8）提炼规律（学生兴奋地用左手在磁场中不断尝试）得到左手定则（内容略）.（9）应用规律①判断以下几种情况的安培力方向（教师请同学拿出左手判断）②两条平行的通电直导线之间会通过磁场发生相互作用.在什么情况下两条导线相互吸引，什么情况下相互排斥？（引导学生先理论分析，得到同向电流相互吸引，反向电流相互排斥.再用实验验证，实验装置）（10）提出探究分任务二：在刚才的实验中，我们仅仅改变了电流和磁场的方向来研究安培力，如果我们改变的是电流或磁场强度的大小，会有什么现象发生哪？我们不妨试一试！设计意图：学生分组实验探究，经历规律发现过程，尝试用“左手”归纳判断安培力方向的方法，可以让学生最大程度的参与课堂；②借助小工具立体展现三个量的方向关系，体验空间关系构建方法.【活动三】理论探究安培力大小的表达式（1）教师演示：改变电流大小、磁场强弱、电流与磁感应强度的，夹角等I得到安培力大小与I、B、θ的定性关系，同时布置课下任务，探究安培力与导线长度的关系。（2）回顾B的定义提问：磁感应强度是怎样定义的？（生答：B=FIL）问2：对导线的放置有什么要求？（生答：要求导线垂直磁场放置）问3：如果导线平行磁场放置，安培力是多大？（生答：零）问4：如果导线与磁场既不平行也不垂直，安培力是多大？（介于零和垂直放置之间）下面，请同学们推导安培力的表达式.（2）理论推导特殊情况问1：如图6（a），当通电导线垂直磁场放置时，安培力大小？问2：当通电导线平行磁场放置时，安培力大小？（这两种情况，学生一般没有问题）（3）理论推导一般情况如图6（b），如果磁场与电流成θ角时，安培力表达式怎样？请各小组先讨论，并给出结论？（学生讨论后给出两种方法，一种是分解B，另一种分解L，得到相同的结果F=BILsinθ，并认识到垂直和平行是两种特殊情况.）设计说明：在定义磁感应强度时，学生经历了实验探究的过程，所以此处只进行演示得到定性关系、理论探究推导出安培力大小的定量表达式。【活动四】学以致用观察磁电式电表，让学生观察磁铁、铝框、线圈、螺旋弹簧、极靴、指针、铁质圆柱等构件，了解它们之中哪些是固定的，哪些是可以动的。分组讨论（屏幕上显示如下问题）问1：表中磁场分布有何特点呢？问2：线圈的转动是怎样产生的？问3：线圈为什么不能一直转动下去？联系生活列举安培力在生活中的应用。视频：中国电磁炮50000次测试成功。设计意图：让学生认识到用今天所学习的知识可以制作好玩的玩具、实用的工具，更能够提升一个国家的军事地位。我国在电磁炮技术上虽然起步晚，但已经转弯式超过美国。厉害了，我的国！虽然实验适应同学们，少年强则国强，少年智则国志，十八而志，用你的青春梦，共筑我们的中国梦，祖国的未来就看同学们的了。学生在学习本章节之前，已经学习了磁场，知道了磁体和电流周围磁场的性质及特点，了解到磁体间的相互作用、电流周围存在着磁场以及电与磁之间有联系.另外，学生通过高一物理“必修”课程的学习，经历了牛顿第二定律等实验探究过程，已经掌握了变量控制实验探究的一些科学研究方法，为本节的探究性学习做了铺垫.鉴于大部分学生基本功扎实、已有知识掌握熟练到位，本节课可以在教师引导下采用“任务驱动”教学法完成教学内容。本节课信息量较大，教师演示实验占据了一定的时间，如何让演示变得简洁可观，是以后课堂要注意提高的；在学习左手定则时，应让学生参与到实验中，把实验和定则理论再次结合，活用定则，既验证定则的正确性，又应用了定则。本节教材课标有三个目标1.文化基础（1）知道安培力，会计算安培力的大小（2）知道安培力的方向与电流、磁场方向都垂直，会用左手定则判断安培力的方向；（3）知道磁电式电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.自主发展（1）经历推导磁场中安培力的表达式，感受逻辑的力量；（2）通过学生分组实验，经历探究磁场对电流的作用力的方向和电流方向、磁场方向的关系这一过程，体验控制变量探究物理规律的方法。3.社会参与（1）了解安培力在生产、生活中的作用，培养学生将科学技术服务于人类社会的意识；（2）经历磁场对电流的作用力的方向和电流方向、磁场方向的关系这一过程，培养学生的科学探究意识和正确的科学态度以及责任心。本节设计主要突出新课程中重过程、重方法，重体验的理念，始终以情境问题为依托，引导学生来思考、总结、归纳，凸显了学生分析能力、思维探究能力、实验能力和评价能力的培养，注重了信息技术与物理学科教学的总结。教学中尽可能多的让学生参与课堂教学活动，加深课堂教学的实效，体现了以学生为主体的教学理念。本节课信息量较大，教师演示实验占据了一定的时间，如何让演示变得简洁可观，是以后课堂要注意提高的；在学习左手定则时，应让学生参与到实验中，把实验和定则理论再次结合，活用定则，既验证定则的正确性，又应用了定则。本节教材系人教版物理选修3-1第三章第4节的内容，磁场对电流的作用——安培力，在教材中起着承上启下的作用，因为它不仅是与上节知识（磁场性质）的联系点，而且是学习电流表工作原理和推导洛伦兹力公式的基础.安培力方向与电流、磁场方向的关系的实验探究是采用控制变量法探究物理基本规律的一节课，涵盖了科学探究的基本因素，有助于培养学生的物理学科的核心素养.梁老师：上课教总体设计思想上符合核心素养的要求，重难点把握到位。在突破安培力方向的影响因素这个难点时，运用演示、学生实验相结合的方法，还引导学生建立空间模型，有利于培养学生空间思维，让学生经历左手定则得出的过程。可能由于时间关系，安培力大小结论的得出稍显仓促。整体来讲环节完整，衔接恰当。王老师：这节课的亮点很多：1）引入用了教师自制的电动机模型，很简单的一个小玩具就吸引了全体同学的眼球，他们甚至有立即自己动手制作的欲望。激发了学生学习物理的兴趣。2）空间模型的建立。对于这个阶段的学生，缺乏空间能力，利用常见的橡皮泥、不同颜色的圆珠笔芯很轻松的就攻克了这个难题。甚至教师课堂授课中引导学生数学、化学都要建立空间模型，建立学科间的练习，也凸显了教师的水平。3)以往我们都把两根通电导线之间的相互作用作为演示实验，今天的课堂作为左手定则的验证实验，实验作用不同，意义也就不同。我们教学中就得换个角度来看问题。4）教师从自制电动机开始，最后以我国电磁炮测试功视频结束，引导学生要肩负起富国强民的责任。完整的课堂，饱满的信息，情感的教育。磁场对通电导线的作用力评测练习基础达标1.图3-4-8中的通电导线在磁场中受力分析正确的是（）图3-4-82.在赤道上空,沿东西水平方向放置一根导线，通以由西向东的电流，则导线受地磁场的作用力的方向向__________.3.在一匀强磁场中放一通电直导线，方向与磁场成30°角，导线为0.2m,通以10A电流，测得它受到的磁场力为0.4N.该磁场的磁感应强度为__________.4.下列叙述正确的是（）A.放在匀强磁场中的通电导线受到恒定的磁场力B.沿磁感线方向，磁场逐渐减弱C.磁场的方向就是通电导体所受磁场力的方向D.安培力的方向一定垂直磁感应强度和直导线所决定的平面图3-4-95.如图3-4-9所示，A为一水平旋转的橡胶盘，带有大量均匀分布的负电荷，在圆盘正上方水平放置一通电直导线，电流方向如图.当圆盘高速绕中心轴OO′转动时，通电直导线所受磁场力的方向是（）A.竖直向上B.竖直向下C.水平向里