1、通电导线在磁场中受到的力教学分析安培力的方向一定与电流、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关系。左手定则是判断安培力、电流、磁感应强度方向的一种简便、直观的方法，可以让学生在探究中体验它的方便性。另外，空间想象能力对本节的学习至关重要。要使学生能够看懂立体图，熟悉各种角度的侧视图、俯视图和剖面图，需要一定量的巩固训练。教学目标1探究安培力方向与哪些因素有关的实验，记录实验现象并得出相关结论。知道安培力的方向与电流、磁感应强度的方向都
2、垂直，会用左手定则判断安培力的方向。2推导匀强磁场中安培力的表达式，计算匀强磁场中安培力的大小。3知道磁电式电流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。教学重难点安培力的方向和大小是本节重点，弄清安培力、电流、磁感应强度三者方向的空间关系是本节难点。教学方法与手段实验探究、观察法、逻辑推理法等。以演示实验为先导，激发学生探究安培力、电流、磁感应强度三者方向的空间关系，并寻找描述安培力方向的简便方法。展示三维空间模型，帮助学生建立安培力、电流、磁感应强度三者方向的直观关系。学生自主学习磁电式电流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，训练学生阅读自学能力。教学媒体学生电源
3、、悬挂式线圈、导线和开关、蹄形磁铁若干组、玻璃器皿盐水、铁架台、磁电式电表、安培力方向三维空间模型、多媒体辅助教学设备(多媒体课件、实物投影仪、视频片断)。知识准备当电流与磁感应强度两者方向垂直时，安培力大小为FILB。导入新课事件1教学任务：创设情景，导入新课师生活动：【演示】 课本P93旋转的液体(简介器皿中的盐水可以导电，相当于导线，实验过程中滴一滴蓝色墨水更易于观察)液体向哪个方向旋转？观察并讨论：原来静止的液体为什么旋转了起来？回答：肯定有力的作用，力是改变运动状态的原因。【学情预设】 如果学生回答有磁场或电流的原因，教师都应该给予充分肯定。结论：通电导线在磁场中所受的作用力叫做安培
4、力。这节课我们将对安培力作进一步的讨论。通电导线与磁体通过磁场发生相互作用说明：实验引入新课，形象、生动、直观，利于调动学生物理学习的积极性。这里也可以演示“通电电流间相互作用”的实验，但实际操作效果不是很好，若采用课件动画模拟的方法演示，效果还是不错的。但模拟实验毕竟代替不了实际试验所引起的震撼，所以建议引入上述实验，效果显著。推进新课事件2教学任务：探究安培力的方向师生活动：探究问题：1.影响安培力方向的因素。2怎样描述安培力的方向？学生猜想：1.可能与电流的方向有关，与磁感线的方向有关。2可能与电流同向，与磁感线的方向相同实验仪器：悬挂式线圈，学生电源，蹄形磁铁，导线设计实验方案：提问学
5、生试验方法控制变量法探究卡片：提醒学生注意事项(条件为导线垂直于磁场)。如上图所示，连接好电路。1改变电流的方向，观察发生的现象；2调换磁铁两极的位置来改变磁场方向，观察发生现象。附录：探究实验指导卡片探究实验指导卡片Work sheets编号：5820100220您小组成员姓名：_实验操作注意事项：1实验用的线圈相当于直导线，注意搞清研究的是哪段导线。2实验中要求保证导线和磁场的垂直条件，你怎样做到。3学生电源直流电压2 V即可，注意观察线圈连接电源的正负极。4建议你设计表格以便信息采集。交流：和别的实验小组交流一下，总结一下有什么规律。你能否通过实验总结出一种较为方便的方法表达这种关系呢？
6、(用手试试)你还有什么问题和想法？请写在反面。学生分组实验：建议学生自主设计表格信息采集磁场方向电流方向安培力方向向下向右里向下向左外向上向左里向上向右外总结与归纳：学生小组讨论互助合作(1)安培力的方向和磁场方向、电流方向都有关系。(什么关系？)(2)安培力的方向既跟磁场方向垂直，又跟电流方向垂直。【学情预设】 学生补充回答，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。教师即时评价：很好，同时展示三维空间模型，如图所示。事件3教学任务：描述安培力的方向的方法左手定则师生活动：提示问题：你能否通过实验总结出一种较为方便的方法表达这种关系呢？讨论与交流：实验小组内同学相互讨论、合
7、作交流问题引导：引导一：模仿右手螺旋定则伸出你的手试一试；引导二：将手伸平再试试看。【学情预设】 学生使用左右手的表述方法实际上都是可以的，不过我们更习惯于用手心来表述(如图所示)。结论：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，让磁感线垂直穿入手心，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，这就是左手定则。说明：左手定则是一个难点，涉及三个物理量的方向，涉及三维空间，而学生的空间想象力还不强，所以教师展示三维空间模型显得尤为重要。这里教师还应引导学生如何将三维图形用二维图形表达(侧视图、俯视图和剖面图等)，
8、还要引导学生如何将二维图形想象成三维图形。可将下图从侧视图、俯视图和剖面图几个方面引导学生展示。一般情形的安培力方向法则介绍：电流和磁场可以不垂直，但安培力必然和电流方向垂直，也和磁场方向垂直，用左手定则时，磁场不一定垂直穿过手心，只要不从手背穿过就行。事件4教学任务：利用左手定则判断安培力的方向师生活动：应用一：两条通电平行直导线会通过磁场发生相互作用。在什么情况下两根导线相互吸引？在什么情况下相互排斥？课件演示：链接PPT课件演示问题分析：液体向哪个方向旋转？结论：同向电流相互吸引，异向电流相互排斥。应用二：在事件1演示实验中原来静止的液体向哪个方向旋转？学生实践：用左手定则判断盐水的旋转
9、方向。情境导入：刚才实验中你会求解安培力的大小吗？事件5教学任务：求解安培力的大小师生活动：提示问题：通过第二节课的学习，我们已经知道(1)垂直于磁场B放置的通电导线L，所通电流为I时，它在磁场中受到的安培力FILB；(2)当磁感应强度B的方向与导线平行时，导线受力为零。思考并讨论：当磁感应强度B的方向与导线方向夹角成时，导线受的安培力多大呢？展示三维空间模型交流与讨论：分解磁感应强度(或等效LLsin)将磁感应强度B分解为与导线垂直的分量B和与导线平行的分量B，则，BBsinBBcos因B不产生安培力，导线所受安培力是B产生的。结论：一般情况下的安培力公式：FILBsin说明：在推导公式时，
10、要让学生明确两点：一是矢量的正交分解体现两个分量与原来的矢量是等效替代的关系，二是从特殊到一般的归纳的思维方法。还有，尽管公式FILB是从公式BF/IL变形而得的，但两者的物理意义却有不同。公式BF/IL是根据放置于给定磁场中的给定点上的检验电流(电流元)受力情况，来确定这一位置的磁场的性质，它对任何磁场中的任何点都是适用的。公式FILB则是在已知磁场性质的基础上，确定在给定位置上给定的一小段通电直导线的受力情况，在中学阶段，它只适用于匀强磁场。教师应该给学生指出：物理公式在作数学的等价变形时，其物理意义和适用范围将会发生变化。这是应用数学知识解决物理问题时所要引起注意的问题，但却往往被人们所
11、忽视。讨论分析：安培力与库仑力的区别电荷在电场中某一点受到的库仑力是一定的，方向与该点的电场方向要么相同，要么相反。而电流在磁场中某处受到的磁场力，与电流在磁场中放置的方向有关，电流方向与磁场方向平行时，电流受的安培力最小，等于零；电流方向与磁场方向垂直时，电流受的安培力最大，等于BIL，一般情况下的安培力大于零，小于BIL，方向与磁场和电流所在平面垂直。事件6教学任务：自主学习磁电式电流表构造及工作原理师生活动：问题引导：中学实验室里使用的电流表是磁电式电流表，下面我们来学习磁电式电流表的工作原理。投影课本图3.45,3.46,3.47展示实物并进行实际操作演示电流表的使用。请同学们阅读课文
12、，然后思考问题并完成应用三。问题提示：(1)电流表主要由哪几部分组成？(2)为什么电流表可测出电流的强弱和方向？(3)电流表中磁场分布有何特点？为何要如此分布？(4)磁电式仪表的优缺点是什么？应用三：如图甲所示是磁电式电流表的结构图。图乙是磁极间的磁场分布图。以下选项中错误的是()甲电流表的构造乙A指针稳定后，线圈受到螺旋弹簧的作用效果与线圈受到的安培力作用效果方向是相反的B在线圈转动的范围内，通电线圈中的电流越大，电流表指针偏转的角度也越大C在线圈转动的范围内，各处的磁场都是匀强磁场D在线圈转动的范围内，线圈所受安培力与电流有关，可以测量大电流答案：CD【教师即时评点】 (1)电流表的组成及
13、磁场分布：电流表的组成有永久磁铁、铁芯、线圈、螺旋弹簧、指针、刻度盘(最基本的是磁铁和线圈)六部分组成。a.铁芯、线圈和指针是一个整体；b.蹄形磁铁内置软铁是为了(和铁芯一起)造就辐形磁场；c.观察发现铁芯转动时螺旋弹簧会形变。 (2)电流表的工作原理：引导学生弄清楚以上几点并自己归纳总结，即知道了线圈的转动是怎样产生的；线圈为什么不一直转下去；为什么指针偏转角度的大小可以说明被测电流的强弱；如何根据指针偏转的方向来确定电路上电流的方向；使用时要特别注意什么等问题。让学生将每个选项逐一分析判断，即分别回答以上所有问题。教师只要重点介绍一下辐形磁场即可，其他从略。【教师进一步讲解】 所谓辐形磁场
14、就是指磁场的均匀辐向分布，就是说所有磁感线的延长线都通过铁芯的中心，不管线圈处于什么位置，线圈平面与磁感线之间的夹角都是零度。该磁场并非匀强磁场，但在以铁芯为中心的圆圈上，各点的磁感应强度B的大小是相等的。课堂巩固与反馈事件7教学任务：形成性测试1将长度为20 cm、通有0.1 A电流的直导线放入一匀强磁场中，电流与磁场的方向如图所示，已知磁感应强度为1 T。试求出下列各图中导线所受安培力的大小和方向。2如图所示，蹄形磁铁用悬线悬于O点，在磁铁的正下方有一水平放置的长直导线，当导线中通以由左向右的电流时，蹄形磁铁的运动情况将是()A静止不动B向纸外平动CN极向纸外转动，S极向纸内转动DN极向纸
15、内转动，S极向纸外转动3如图所示，一根长为L的细铝棒用两个倔强系数为k的弹簧水平地悬吊在匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面向里，当棒中通以向右的电流I时，弹簧缩短y；若通以向左的电流，也是大小等于I时，弹簧伸长y，则磁感应强度B为多少？参考答案：1(1)0；导线与磁感线平行(2)0.02 N；安培力方向垂直导线水平向右(3)0.02 N；安培力的方向在纸面内垂直导线斜向上2解析：首先画出导线所在位置的磁感线分布情况如图所示，导线左边与右边的磁场方向不同，故把导线分为左右两部分。由左手定则可知左边的导线受到向内的作用力，右边的导线受到向外的作用力，所以导线左边向内转动，右边向外转动，现在导线固定，蹄
16、形磁铁可以自由转动，磁铁的转动方向与导线的转动方向相反，所以蹄形磁铁的N极向外转动，S极向内转动，本题选C。3解析：设不通电时，弹簧伸长为x，则通向右的电流时，有2k(xy)mgBIL通向左的电流时，有2k(xy)mgBIL解得B2ky/IL。事件8教学任务：引导学生从知识、方法、情感三个方面小结本节课的学习活动。1判断安培力的方向的方法：左手定则2计算安培力的大小：FILBsin3了解磁电式电流表的构造及基本原理完成课本课后“问题与练习”。4磁场对通电导线的作用力一、安培力1安培力的方向：左手定则2安培力的大小：FILBsin二、磁电式电流表课题：设计制作电磁炮过程：电磁炮是一种理想的兵器，
17、它的主要原理如图所示。1982年，澳大利亚制成了能把2.2 kg的弹体(包括金属杆EF的质量)加速到10 km/s的电磁炮(常规炮弹的速度约为2 km/s)。上网查找资料，根据磁场对电流会产生作用力的原理，学生自主设计制作电磁炮模型。研究了解电磁炮的工作原理，分析并改进其发射速度与性能的办法。小组同学之间交流合作。各小组派代表向全班同学展示汇报研究成果。左手定则涉及三个物理量的方向，三维图形立体感强，具有直观、形象、逼真等特点，而学生的空间想象力还不强，通过教师展示三维图示可以降低学生思维的难度，通过设计探究实验，让学生探究发现安培力方向和磁感应强度及电流方向的关系，激发学生的兴趣。在教学中，引导学生总结出表述安培力方向的简便方法左手定则，更使学生富有研究的成就感。在磁电式电流表构造及工作原理的教学中充分信任学生的自学能力，问题导引，习题检验，使课时内容显得紧凑，重点突出。根据本节课的特点，教学设计中让学生尽量多地参与到课堂活动中来，充分调动学生学习积极性，在自主、探究、合作的学习过程中体会物理学习的快乐。课堂以丰富多彩的图片、课件、实验辅助教学，使学生思维得到训练，能力得到提高。