通电导线在磁场中受到的力教学设计

通电导线在磁场中受到的力教学设计一、教学目标1.知识与技能目标理解安培力的概念，掌握安培力大小的计算公式\(F=BIL\sin\theta\)，并能熟练应用公式进行计算。明确安培力的方向与哪些因素有关，能够用左手定则准确判断安培力的方向。了解磁电式电流表的工作原理，知道安培力在实际中的应用。2.过程与方法目标通过实验探究，培养学生观察、分析、归纳总结的能力，提高学生的实验操作技能。经历探究安培力方向的过程，让学生体会科学探究的方法，培养学生的逻辑思维能力和科学探究精神。通过安培力公式的推导，培养学生运用物理知识进行逻辑推理和数学运算的能力。3.情感态度与价值观目标通过对安培力的学习，激发学生对物理学科的兴趣，培养学生严谨的科学态度和勇于探索的精神。体会物理知识在实际中的广泛应用，增强学生将物理知识应用于实际的意识，提高学生的科学素养。

二、教学重难点1.教学重点安培力大小和方向的确定。安培力公式\(F=BIL\sin\theta\)的理解与应用。2.教学难点左手定则的应用，尤其是当电流方向与磁场方向不垂直时安培力方向的判断。安培力公式的推导过程。

三、教学方法1.讲授法：讲解安培力的概念、公式和左手定则等重要知识点，使学生系统地掌握知识。2.实验法：通过演示实验和学生分组实验，让学生直观地观察安培力的现象，探究安培力的大小和方向与哪些因素有关，培养学生的实验能力和科学探究精神。3.讨论法：组织学生讨论安培力在实际中的应用、左手定则的应用技巧等问题，激发学生的思维，培养学生的合作学习能力和交流表达能力。4.类比法：将安培力与电场力进行类比，帮助学生更好地理解安培力的概念和特点，降低学习难度。

四、教学过程

（一）导入新课（5分钟）1.展示图片展示电动机的图片，提问学生：电动机为什么能够转动？引导学生思考电动机转动的原理与电和磁之间的关系。2.回顾旧知回顾磁场对通电直导线有作用力的实验现象，提问学生：通电直导线在磁场中受到的力与哪些因素有关？激发学生的学习兴趣，引入新课。

（二）新课教学（30分钟）1.安培力的概念（3分钟）讲解：磁场对通电导线的作用力通常称为安培力，这是为了纪念法国物理学家安培在电磁学方面的杰出贡献。2.探究安培力的大小（12分钟）演示实验介绍实验装置：如图所示，将一段直导线悬挂在蹄形磁铁的两极间，导线的方向与磁场方向垂直。进行实验操作：闭合开关，观察导线的运动情况；改变电流大小，再次观察导线的运动情况；更换不同长度的导线，重复上述实验。引导学生观察并思考：导线摆动的幅度与哪些因素有关？学生分组实验分组进行实验：将学生分成若干小组，每组学生按照演示实验的装置进行操作，测量不同电流大小、不同导线长度时导线摆动的幅度。记录数据：各小组学生记录实验数据，并填写在实验表格中。分析数据：引导学生对实验数据进行分析，找出安培力大小与电流大小、导线长度之间的关系。总结归纳讲解：通过实验探究，我们发现当导线与磁场方向垂直时，安培力的大小\(F\)与电流\(I\)、导线长度\(L\)成正比，即\(F\proptoIL\)。进一步的实验和理论研究表明，安培力的大小还与导线所在处的磁感应强度\(B\)有关，其表达式为\(F=BIL\)。当导线与磁场方向不垂直时，安培力的大小\(F=BIL\sin\theta\)，其中\(\theta\)为导线与磁场方向的夹角。强调：公式\(F=BIL\sin\theta\)中各物理量的单位，\(B\)的单位是特斯拉（\(T\)），\(I\)的单位是安培（\(A\)），\(L\)的单位是米（\(m\)），\(F\)的单位是牛顿（\(N\)）。3.探究安培力的方向（10分钟）演示实验介绍实验装置：如图所示，在水平放置的平行导轨上，放置一根通电直导线，导轨处于磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向下。进行实验操作：改变电流方向，观察导线的运动方向；保持电流方向不变，将磁场方向反向，再次观察导线的运动方向。引导学生观察并思考：导线的运动方向与电流方向、磁场方向有什么关系？左手定则讲解：伸出左手，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。强调：左手定则的应用要点，尤其是要注意磁感线的方向、电流的方向和拇指所指方向之间的关系。练习巩固：通过一些简单的练习题，让学生运用左手定则判断安培力的方向，巩固所学知识。4.安培力公式的推导（5分钟）引导学生回顾电场力公式\(F=qE\)的推导过程，类比电场力公式的推导方法，推导安培力公式\(F=BIL\)。讲解：设导线中每个自由电子所受的洛伦兹力为\(f\)，导线中的电流\(I=nesv\)，其中\(n\)为导体单位体积内的自由电子数，\(e\)为电子电荷量，\(s\)为导线横截面积，\(v\)为自由电子定向移动的速率。分析：当导线与磁场方向垂直时，每个自由电子所受的洛伦兹力\(f=evB\)，则整根导线所受的安培力\(F=Nf\)，其中\(N\)为导线中自由电子的总数，\(N=nsl\)。推导：将\(N=nsl\)和\(f=evB\)代入\(F=Nf\)中，可得\(F=nsl\cdotevB=BIL\)。

（三）课堂小结（5分钟）1.知识总结回顾本节课所学的主要内容，包括安培力的概念、安培力大小的计算公式\(F=BIL\sin\theta\)、安培力方向的判断方法左手定则以及安培力公式的推导过程。2.强调重点强调安培力大小和方向的确定方法是本节课的重点内容，要求学生熟练掌握。3.布置作业布置课后作业，让学生完成教材上的练习题，加深对本节课知识的理解和应用。

（四）课堂练习（10分钟）1.基础练习已知一段通电直导线长\(L=0.5m\)，电流\(I=2A\)，导线所在处的磁感应强度\(B=0.1T\)，且导线与磁场方向垂直，求导线所受安培力的大小。一根通电直导线放在匀强磁场中，导线与磁场方向垂直，当导线中的电流为\(0.5A\)时，它受到的安培力为\(0.01N\)，求导线所在处的磁感应强度大小。2.提高练习如图所示，在磁感应强度\(B=0.2T\)的匀强磁场中，有一根与磁场方向垂直的通电直导线，导线长\(L=0.1m\)，电流\(I=5A\)。求：导线所受安培力的大小。如果将导线绕\(a\)点在纸面内转过\(60^{\circ}\)，此时导线所受安培力的大小和方向。3.拓展练习如图所示，两根平行放置的长直导线\(a\)和\(b\)，通有大小相等、方向相反的电流，\(a\)受到的安培力大小为\(F_1\)，若在\(b\)的右侧再放置一根与\(a\)、\(b\)平行的长直导线\(c\)，使三根导线共面，且\(c\)通有与\(a\)相同方向的电流，此时\(a\)受到的安培力大小为\(F_2\)，比较\(F_1\)和\(F_2\)的大小关系，并说明理由。

（五）课后作业1.教材课后练习题第1、2、3题。2.思考：如何利用安培力测量磁感应强度？请查阅资料并写出简要的测量方法。

五、教学反思通过本节课的教学，学生对通电导线在磁场中受到的力有了较为深入的理解，掌握了安培力大小和方向的确定方法以及安培力公式的应用。在教学过程中，通过实验探究和类比推理等方法，引导学生积极参与课堂活动，培养了学生的观察能力、实验能力、逻辑思维能力和科学探究精神。

然而，在教学过程中也发现了一些不足之处。例如，在实验探究环节，部分学生操作不够熟练，导致实验数据的准确性受到一定影响；在讲解左手定则时，部分学生对定则的应用还存在一些困难，需要在今后的教学中加强练习和指导。此外，在时间安排上，课堂练习部分略显仓促，部分学生没有足够的时间完成所有练习题，需要在今