1.1磁场对通电导线的作用力教学设计-高二下学期物理人教版选择性

1.1磁场对通电导线的作用力教材分析本节是人教版（2019）选择性必修二第一章第一节内容，安培力的方向和大小是本节的重点，弄清安培力、电流和磁感应强度(磁场)三者方向的空间关系是本节的难点。教学中要关注学生已有的基础知识，把新知识与学生已有的知识结合起来。从物理观念这个角度讲，安培力这个概念属于物质观和相互作用观的内容。前面学习过库仑力，知道库仑力的大小和方向。安培力与库仑力有相似之处，它们都是场力。电场对电荷的作用力是库仑力，磁场对电流的作用力是安培力。教学中要抓住这两个概念相似的地方，适时帮助学生建立场的物质观。另外，库仑力与安培力也有不同的地方。库仑力的方向为：正电荷的受力方向与电场强度的方向相同，负电荷的受力方向与电场强度的方向相反；而安培力的方向不仅与磁感应强度的方向不同，而且与磁场和电流不在同一个平面内，这是本节课的难点。教学中通过实验，让学生直观地认识到安培力的方向与磁感应强度和电流的方向有关，同时在实验中，用三维坐标图呈现它们的关系，通过实验分析得出安培力的方向与磁场和电流所决定的平面垂直。安培力的方向一定与电流和磁感应强度的方向都垂直，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。另外，空间想象力对本节的学习至关重要。要使学生能够看懂三维图，认识简单物体的三视图，需要一定量的训练巩固。通过本节课的学习有助于学生加深对磁场的物质观、磁场对电流的相互作用观的认识。教学课时2课时教学目标1．知道什么是安培力，知道安培力的方向与哪些因素有关。2．知道左手定则的内容，并会用它判断安培力的方向。教学重难点教学重点安培力方向的判定。教学难点用左手定则判定安培力的方向。教学准备多媒体课件教学过程新课引入教师活动：展示电动机的图片教师口述：在现代生活中，我们的身边充满着电器：洗衣机、电冰箱、录音机、吹风机等．你知道这些电器工作时的共同特点是什么吗？它产生的原理又是什么呢？讲授新课一、安培力的方向教师引入新课：按照下图组装电路，给导体棒通电，发现导体棒发生摆动，如果把磁铁去掉，重复实验，导体棒不在发生摆动，说明了什么？学生回答：导体棒受到了力的作用。教师追问：所受力的施力物体是谁？学生回答：磁铁教师总结：我们把通电导线在磁场中受到的力叫做安培力。教师提问：力的三要素是什么？学生回答：大小，方向，作用点教师提问：下面我们通过实验来一起探究安培力的方向和大小，首先我改变电流的方向，大家发生了什么现象。学生回答：导体棒受力方向发生改变。教师提问：调换磁铁两极的位置来改变磁场方向，观察发生了什么现象？学生回答：导体棒受力方向也发生改变。教师追问：安培力的方向和磁感应强度B的方向、电流I的方向都有。那我们把三者的方向画出来，如下图，大家进一步探究，三者有什么关系？学生回答：安培力的方向和磁感应强度的方向、电流的方向都垂直。教师口述：安培力的方向和磁感应强度的方向、电流的方向垂直，也就是说，安培力的方向总是垂直于磁感应强度的方向、电流的方向所决定的平面。具体来说，安培力的方向可以用左手定则来判定（如下图所示）：左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心垂直进入，并使四指指向电流的方向，这时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。教师引导学生对安培定则(右手螺旋定则)与左手定则进行比较：安培定则(右手螺旋定则)左手定则用途判断电流的磁场方向判断电流在磁场中的受力方向适用对象直线电流环形电流或通电螺线管电流在磁场中应用方法拇指指向电流的方向四指弯曲的方向表示电流的环绕方向磁感线穿过手掌心，四指指向电流的方向结果四指弯曲的方向表示磁感线的方向拇指指向轴线上磁感线的方向拇指指向电流受到的磁场力的方向二、安培力的大小教师口述：（复习）我们已经知道，垂直于磁场B的方向放置的长为L的一段导线，当通过的电流为I时，它所受的安培力F＝BIL。当磁感应强度B的方向与通电导线的方向平行时，导线受力为0。教师提问：当通电导线中的电流方向与磁场方向既不垂直也不平行时，我们应该如何计算安培力呢？我们能不能想办法把“不平行”转化为“平行”或“垂直”呢？在匀强磁场B中，导线中的电流为I，当磁感应强度B的方向与导线成θ角时，(如图)导线所受安培力F应怎样求解?学生思考：分解磁感应强度。（可以引导学生回答）把磁感应强度B分解为两个分量：一个分量与导线垂直B1＝Bsinθ，另一分量与导线平行B2＝Bcosθ，从右向左看上图时，B与导线的关系如下图，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，即F＝IlB1，将B1＝Bsinθ代入得：F＝BIlsinθ。教师总结：这就是一般情况下的安培力公式表达式。教师拓展：F＝BILsinθ适用于匀强磁场中的通电直导线，求弯曲导线在匀强磁场中所受安培力时，L为有效长度，即导线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，如图所示。三、磁电式电流表教师展示：磁电式电流表的结构图。教师提问：大家观察磁电式电流表(如图所示)，它由哪些构件组成的呢？学生回答：磁铁、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴。教师提问：为什么电流计的指针会发生偏转？学生回答：磁场对电流的作用力教师追问：再具体一些，磁场是怎么分布的？安培力是怎么产生的？结合实际猜想指针偏角与电流存在什么关系？学生回答：两极间的极靴和极靴中间的铁质圆柱，使极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向均匀分布，使线圈平面都与磁感线平行，使表盘刻度均匀。(如图乙所示)教师归纳：（1）通电线圈在磁场中受安培力作用发生转动。螺旋弹簧变形，反抗线圈的转动。（2）线圈偏转的角度越大，被测电流就越大，所以根据线圈偏转角度的大小，可以确定被测电流的大小；根据线圈偏转的方向，可以知道被测电流的方向。（3）优缺点：优点是灵敏度高，可以测出很弱的电流；缺点是线圈的导线很细，允许通过的电流很弱。四、典例剖析例1．在如图所示的匀强磁场中，已经标出了电流I和磁场B以及磁场对电流作用力F三者的方向，其中错误的是()ABCD解析：根据左手定则可知A、B、D正确；C图中电流和磁场方向平行，不受安培力，故C错误。答案：C例2.我们再必修3学习磁场的时候，知道同向电流相互吸引，反向电流相互排斥。你能利用这节课学习的安培力的知识，来解释这样的现象吗？提示：先用安培定则判断左边直导线产生的磁场方向，再用左手定则判断右边直导线在这样的磁场中的受力情况；然后用相同的方法分析左边那条直导线的受力情况。例2．如图所示，长为2l的直导线折成边长相等、