《安培力的大小》作业设计方案_第1页
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文档简介

《安培力的大小》作业设计方案一、作业目标1、让同学们真正理解安培力的概念,就像理解自己喜欢的游戏规则一样清楚。2、熟练掌握安培力大小的计算公式,能够像背自己偶像的生日一样熟练运用。3、学会用安培力的知识去解决一些实际问题,就像用钥匙开锁一样自然。二、作业内容(一)基础题1、填空题(1)安培力是指放在磁场中的通电导线所受到的力。其方向由左手定则判定。(2)当通电导线与磁场方向垂直时,安培力的大小计算公式为F=BIL(这里的F表示安培力,B表示磁感应强度,I表示电流强度,L表示导线长度)。如果一根长为0.5米的导线,通过的电流是2安,放在磁感应强度为0.4特的磁场中,且导线与磁场垂直,那么根据公式计算,这根导线受到的安培力大小是F=0.4×2×0.5=0.4牛。2、选择题(1)关于安培力的说法正确的是()A.安培力的方向总是垂直于磁场方向和电流方向B.安培力的大小与通电导线的长度无关C.只要有电流通过导线就一定受到安培力D.安培力的方向总是与磁场方向相同(答案:A。同学们可以想象一下,就像你走路的时候,你向前走(电流方向),风(磁场方向)从侧面吹来,那风对你的力(安培力)肯定是既垂直于你走的方向又垂直于风的方向呀。)(2)一根导线长为L,通以电流I,放在磁感应强度为B的匀强磁场中,当导线与磁场方向的夹角为θ时,安培力的大小为()A.F=BILsinθB.F=BILcosθC.F=BILD.F=0(答案:A。这就好比你拿着一根小棍(导线)在一个有倾斜角度(θ)的斜坡(磁场)上,受到的某种特殊的力(安培力)肯定要考虑这个倾斜角度啦。)(二)提高题1、简答题(1)请详细解释安培力大小的计算公式F=BILsinθ中每个字母代表的物理意义,并且举例说明在什么情况下θ等于0度、90度和其他角度。(答案:F代表安培力,是通电导线在磁场中受到的力;B代表磁感应强度,就像磁场的强度有多大的一个衡量标准;I代表电流强度,电流越大,就像水流越大一样,产生的安培力可能就越大;L代表导线长度;θ是导线与磁场方向的夹角。当θ=0度的时候,就像导线和磁场方向是平行的,就像两根铁轨平行放置,这时候安培力F=0,因为它们之间几乎没有相互作用。当θ=90度的时候,就像一根小棍垂直插在地上,磁场和电流方向完全垂直,这时候安培力最大,就是F=BIL。当θ是其他角度的时候,就像小棍斜着放在地上,安培力的大小就要用F=BILsinθ来计算啦。)(2)有一根长为2米的通电导线,放在磁感应强度为0.3特的磁场中,电流强度为3安。当导线与磁场方向夹角为30度时,求安培力的大小。并且说明如果要增大安培力,可以改变哪些物理量,如何改变?(答案:根据公式F=BILsinθ,可得F=0.3×3×2×sin30°=0.9牛。要增大安培力,可以增大磁感应强度B,比如换一个更强的磁体;也可以增大电流强度I,就像把水龙头开得更大一点让水流更大;还可以增大导线长度L,或者让导线与磁场方向的夹角θ更接近90度。)2、计算题(1)一个矩形线圈abcd,长ab=0.4米,宽bc=0.3米,共100匝,放在磁感应强度为0.5特的匀强磁场中,线圈平面与磁场方向成60度角。如果线圈中通以电流为2安,求线圈所受安培力的合力大小。(答案:先求单匝线圈一边所受安培力大小。对于ab边,F1=BILsinθ=0.5×2×0.4×sin60°=0.3464牛(保留四位小数);对于cd边,F2=BILsinθ=0.5×2×0.4×sin60°=0.3464牛,方向与F1相反。对于bc边,F3=BILsinθ=0.5×2×0.3×sin30°=0.15牛;对于da边,F4=BILsinθ=0.5×2×0.3×sin30°=0.15牛,方向与F3相反。所以合力大小为F=F1-F2+F3-F4=0.3464-0.3464+0.15-0.15=0牛。这里就像一群小伙伴在不同方向拉一个物体,最后互相抵消了。)(2)一根弯曲的导线abc,其中ab段长为0.3米,与磁场方向垂直,bc段长为0.4米,与磁场方向夹角为30度。导线中通以电流为1.5安,磁场的磁感应强度为0.6特。求导线所受安培力的大小。(答案:ab段所受安培力F1=BIL=0.6×1.5×0.3=0.27牛;bc段所受安培力F2=BILsinθ=0.6×1.5×0.4×sin30°=0.18牛。所以导线所受安培力的大小为F=F1+F2=0.27+0.18=0.45牛。就像把两段不同的小棍受到的力加起来一样。)(三)拓展题1、论述题(1)在实际生活中,安培力有很多应用,比如电动机。请详细论述电动机的工作原理中安培力是如何发挥作用的,并且结合安培力大小的影响因素,说明如何提高电动机的效率。(答案:电动机是利用通电线圈在磁场中受到安培力的作用而转动的原理工作的。当线圈中通以电流后,根据安培力的计算公式F=BILsinθ,线圈的边就会受到安培力的作用。由于线圈是可以绕轴转动的,这些安培力就会产生一个力矩,使线圈转动起来。要提高电动机的效率,可以从安培力大小的影响因素考虑。首先可以提高磁感应强度B,比如使用更好的磁体材料。增大电流I也可以,但要考虑到电流太大会产生更多的热量,可能会损坏电机,所以要在合适的范围内增大。还可以合理设计线圈的长度L和形状,使θ在转动过程中尽量接近90度,这样就能让安培力更大,从而提高电动机的效率。就像我们要让一辆车跑得更快更省油一样,要从各个方面去优化。我有一次拆一个小的电动机玩具,发现里面的线圈很细,我就在想如果把线圈加粗,电流可能就可以增大,那是不是就可以让这个小电动机转得更快呢,这就和我们说的增大电流来提高效率有点关系啦。)(2)假设我们要设计一个电磁炮(一种利用电磁力发射炮弹的装置),请从安培力的角度出发,阐述设计思路,包括需要考虑哪些安培力相关的因素,以及如何控制这些因素来达到理想的发射效果。(答案:从安培力的角度设计电磁炮,首先要考虑安培力的大小。根据F=BILsinθ,要产生足够大的安培力来推动炮弹。我们需要很强的磁感应强度B,可以使用特殊的磁体材料或者设计特殊的磁场结构来实现。电流I也要足够大,这就需要强大的电源供应系统。导线的长度L和形状设计也很重要,要让电流在合适的路径上流动,并且使导线与磁场方向的夹角θ尽量合适,可能接近90度比较好,这样能使安培力最大。同时,要考虑安培力的方向,要让安培力的方向始终朝着炮弹发射的方向。我记得有一次看一个关于电磁炮的科幻电影,里面的电磁炮发射的时候超级酷炫,我就在想它背后肯定有很多物理知识在支撑,安培力肯定就是其中很关键的一个。我们在设计的时候,就像搭积木一样,要把各个因素都考虑好,才能让这个电磁炮顺利地把炮弹发射出去。)2、实验设计题(1)请设计一个实验来验证安培力大小与电流强度的关系。要求写出实验器材、实验步骤、实验数据记录表格和预期结果。(答案:实验器材:电源、导线、滑动变阻器、电流表、蹄形磁铁、小磁针、轻质金属棒(可导电)、铁架台等。实验步骤:1、按照电路图连接好电路,将金属棒用导线连接在电路中,悬挂在铁架台上,让金属棒处于蹄形磁铁的磁场中,并且使金属棒与磁场方向垂直,在旁边放一个小磁针用来指示磁场方向。2、调节滑动变阻器,使电流表读数为I1,记录此时小磁针的偏转情况(可定性表示安培力的方向),同时用弹簧测力计测量金属棒受到的安培力F1(可通过测量使金属棒静止时弹簧测力计的拉力来间接得到安培力大小,因为金属棒静止时,弹簧测力计的拉力与安培力平衡)。3、改变滑动变阻器的阻值,使电流表读数为I2(I2>I1),重复步骤2,记录安培力F2。4、多次改变电流强度,重复上述步骤,记录多组数据。实验数据记录表格:|电流强度I(安)|安培力F(牛)||---|---||I1|F1||I2|F2||I3|F3|...|...|预期结果:在磁场强度B和导线长度L以及导线与磁场方向夹角θ不变的情况下,随着电流强度I的增大,安培力F也增大,并且它们之间可能成正比例关系。就像你给气球吹气(电流强度增大),气球就会变得更大(安培力增大)。)(2)设计一个实验来探究安培力大小与导线长度的关系。同样要写出实验器材、实验步骤、实验数据记录表格和预期结果。(答案:实验器材:电源、导线(不同长度的几根导线)、滑动变阻器、电流表、蹄形磁铁、小磁针、铁架台等。实验步骤:1、选择一根长度为L1的导线,按照前面实验的方式连接电路,将导线悬挂在铁架台上,处于蹄形磁铁磁场中且与磁场垂直,小磁针指示磁场方向。2、调节滑动变阻器,使电流表读数为一个定值I,记录小磁针偏转情况(安培力方向),用弹簧测力计测量安培力F1。3、更换为长度为L2(L2>L1)的导线,重复步骤2,记录安培力F2。4、多次更换不同长度的导线,重复上述步骤,记录多组数据。实验数据记录表格:|导线长度L(米)|安培力F(牛)||---|---||L1|F1||L2|F2||L3|F3|...|...|预期结果:在磁场强度B、电流强度I以及导线与磁场方向夹角θ不变的情况下,随着导线长度L的增大,安培力F也增大,它们之间也可能成正比例关系。这就好比你用更长的棍子(导线)去推东西(受到安培力),能使上的劲儿可能就更大。)三、作业要求1、基础题要认真仔细,不能马虎,就像走在平地上也要看清楚路一样,要保证高正确率。2、提高题要多动动脑筋,把所学的知识都用上,就像厨师做菜要把各种调料都放得恰到好处。3、拓展题要发挥自己的想象力和创造力,结合实际生活或者自己的思考来回答,不要害怕犯错,就像探险家在探索新的地方,可能会遇到一些小挫折但不要放弃。4、无论是哪种题,书写都要工整,就像自己的脸要洗得干干净净一样,这样老师批改起来也舒服,自己看起来也清晰。四、作业评价1、评价标准(1)基础题:主要看答案的正确性,如果全对就像考试得了100分一样棒,错一两个就像有点小瑕疵的美玉。(2)提高题:答案的正确性占一部分,更重要的是看解题思路是否清晰,就像看一个人走路是不是有方向一样。如果答案正确但思路混乱,那也不能算很好;如果思路清晰,即使答案有点小错误也可以得到较好的分数。(3)拓展题:主要看创新思维和对知识的综合运用能力。如果能提出独特的见解,就像发现了新大陆一样值得表扬;如果只是简单地把知识拼凑在一起,就像把不同颜色的布随便缝在一起,那就不太好。2、评价方式(1)教师批改:老师会像一个细心的检查员一样,认真检查同学们的作业,在错误的地方标出来,并且给出评语。(2)学生互评:同学们可以互相交换作业,看看别人是怎么做的,就像互相分享美食一样。在互评的过程中,可以学习别人的优点,也能发现自己的不足。(3)自我评价:同学们自己也要对自己的作业进行评价,就像每天照镜子看看自己有没有进步一样。可以想想自己在哪些地方做得好,哪些地方还需要改进。五、作业反馈1、同学们在做完作业后,要把自己在做作业过程中遇到的问题写下来,比如是哪个知识点不太理解,或者是哪道题不知道怎么做。就像你在旅行

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