1、磁場對通電導線的作用教學設計 執教人：pc【計劃課時】1.5課時【教學時間】 40分鐘+20分鐘【教學對象】 江西師大附中濱江校區高二（15）班【 教 材】 人教版高中物理選修3-1第三章第四節一、【教材分析】本節是在學習磁場基本概念的基礎上，進一步通過實驗探究和邏輯推理讓學生了解磁場對通電導線的力的作用。本節的重點是判斷安培力的方向和對安培力計算公式的理解。空間想象能力對本節的學習至關重要。本節內容為后面學習“運動電荷在磁場中受到的洛倫茲力”做鋪墊。教材設置了多種實驗探究,激發學生思考，探究物理規律，并通過實例分析讓學生認識生活中常見現象和科學技術，學會應用物理知識解決實際問題，體現了從“生

2、活走向物理，物理走向社會”的新課程理念。二、【學情分析】學生已經學習了磁場、磁感應強度的相關知識和用安培定則判斷電流的磁場，并在第三章第二節磁感應強度這節中初步了解了垂直于磁場放置的電流元受到的安培力計算公式。但還不知道安培力方向的判斷。本節中的左手定則設計三個物理量的方向，三維圖形立體感強，而學生的空間想象力還不夠。因此，教學中應注重對三維圖形的識別訓練。教師通過例舉適當例子，從側視圖、俯視圖、正視圖等方向，強化學生對左手定則的運用。三、【教學目標】1、知識與技能（1）掌握安培力概念；（2）通過觀察安培力方向與哪些因素有關的實驗，記錄實驗現象并得出相關結論；（3）會用左手定則判斷安培力方向和

3、解決實際問題；（4）推導勻強磁場中安培力的一般表達式，并會解決實際問題；（5）理解安培力計算公式中各物理量真正的含義；（6）知道安培力在生活中的運用，并了解磁電式電流表的基本構造以及運用它測量電流大小和方向的基本原理；2、過程與方法（1）通過實驗演示，培養學生總結歸納的能力，得出左手定則；（2）通過適當的練習判斷安培力方向，熟練掌握左手定則；（3）通過推導安培力的計算公式，體會其中涉及的科學思想方法，包括等效替代和從特殊到一般的思維方法；3、情感態度與價值觀（1）通過探究學習使學生體驗到探究自然規律的艱辛與喜悅；（2）通過了解安培力在生活中的運用，感受物理知識的相互聯系；四、【教學重點與難點】

4、教學重點：左手定則，安培力大小，對通電導線有效長度理解；教學難點：安培力、電流、磁感應強度三者方向的空間關系；五、【教學策略設計】1、教學組織方式新課改提倡“自主、合作、探究”的教學方式，本節課在教師的引導下，以學生為主體，通過實驗現象和學生自主建立立體模型，共同探究安培力的方向。在教學中，主要借助多媒體PPT為學生呈現出生動直觀的實驗現象和安培力、電流、磁感應強度三者方向形成的三維空間圖，以便更好的幫助學生理解所學知識。2、教學方法（1）實驗探究法本節主要通過實驗來探究安培力的方向與哪些因素有關，通過實驗現象分析，小組討論，教師引導得出相關結論。（2）講授法通過教師形象生動、引導式的語言引導

5、，輔以有趣的演示實驗、各種直觀的教學工具和現代教育技術，啟發誘導學生開動腦筋深入思考，使學生逐步認識物理概念、規律并發展學生的觀察和思維能力。六、【教學資源】1、教學用具：2、多媒體課件七、【教學過程】1、創設情境，導入新課師：同學們是否記得2010年元宵晚會上魔術師劉謙表演了一個魔術，他在不接觸螺絲螺帽的情況下，用意念讓螺絲自己轉出來。（學生觀看視頻）師：真的可以通過意念來控制事物嗎？當然不可能，這只存在 于科幻片中。那這魔術的真相又是什么呢？學習完本堂課的內容，大家就能明白其中的奧秘了。今天我們要學習的是第四節的磁場對通電導線的作用。2、新課教學（一）引入安培力師：我們知道丹麥物理學家奧斯

6、特發現了通電導線對磁體有力的作用，揭示了電與磁的聯系。自打這一偉大的發現公諸于世后，很多物理學家就想，反過來，磁體能不能對通電導線有力的作用呢？法國物理學家安培等人做了大量的實驗研究，發現如果把一段指導線懸掛在蹄形磁鐵的兩極間，通以電流，導線就會移動，后人把通電導線在磁場中受的力稱為安培力。（二）探究安培力方向的影響因素師：既然是力，就有大小和方向。那么安培力的方向與哪些因素有關呢？同學們以小組的形式相互討論一下。（學生討論，進行猜想）師：好，我叫幾位同學來說說討論結果。生甲：可能與電流的方向有關。生乙：可能與磁場方向有關。生丙：師：既然我們猜想出安培力方向與多個因素有關，那么我們該利用什么樣

7、的研究方法來研究安培力方向與單因素的關系呢？生：控制變量法師：非常好，那么這個實驗需要哪些器材呢？生：電源、蹄形磁鐵、鐵架臺、導體棒、開關、若干導線。師：那么具體該如何來操作呢？請同學們相互討論設計實驗操作步驟。（學生討論，教師下臺指導）師：好，這位同學你來說一下你們組討論的結果。生：固定電流的方向，通過上下交換磁極的位置來改變磁場方向，觀察受力是否改變。接下來固定磁場方向，改變導線中電流方向，觀察受力是否改變。師：說的很好，那我們接下來進行實驗，同學們仔細觀察現象，并把記錄表格填好。（教師進行演示實驗，學生觀察實驗現象）師：好，老師把實驗結果展示出，同學們看看自己的表格與老師一不一樣。師：好

8、，接下來同學們根據實驗結果，分析你能得出什么結論?生甲：安培力方向與電流方向有關。 師：嗯，你是從哪組實驗看出的呢？生甲：1，2或3，4。師：那還能得出什么嗎？生：從1,3或2,4可以得出安培力方向與磁場方向有關。師：好，還能得出其他結論嗎？生：師：看來大家還沒想到，為了讓大家更直觀的看出這三者方向的關系，老師設計了一個模型，有四個正方體，還有一些紙箭，紅色的箭頭表示電流方向， 黃色的箭頭表示磁場方向， 綠色箭頭表示安培力方向，我請四位同學來按照表格的數據，把模型搭建好。其他同學完成學案上的模型。（四位學生上臺搭建模型，教師在旁邊指導）師：好，我們的模型搭建完了，很容易看出來這三者的方向是處在

9、于三維空間的，并且我們仔細觀察一下安培力的方向與磁場方向與電流方向所在的平面，是不是垂直的呀。師：這就是我們得到的第二個結論。安培力方向垂直于磁場方向與電流方向所在的平面。如果我們將立體圖形畫在二維平面內的空間坐標系內，就應該是這樣的。（展示PPT,空間坐標系）（三）、左手定則師：我們看到安培力的方向一下向左一下向右的，是否有一個判定發則來確定安培力的方向呢？看看同學們能不能找出這一規律來？（學生思考，估計很難相出）師：看來大家想不出來，有人就總結出了一條定則叫左手定則，具體這個人是誰，查了相關資料沒有說明，讓我們來看下具體是怎么操作的。好，大家現在都伸出你的左手來，使拇指與其余四個手指垂直,

10、并且都與手掌在同一平面內，讓磁感應線從掌心進入,并使四指指向電流的方向。拇指所指的方向就是通電導線在磁場中所受安培力的方向。師：同學們可以看到物理的魅力，簡潔的幾句話就概括了這么些復雜的數據。師：好，老師在PPT上圈出了電流的方向，那么電流有方向嗎？生：有。規定正電荷移動的方向為電流的方向。師：那好，既然電流有方向，又有大小，這么說電流就是矢量嘍？生：師：我們說矢量遵循平行四邊形定則，而電流的運算只是代數相加減，所以電流還只是標量。這需要同學們注意了。師：我們可以稍微來驗證一下這一定則。（翻到上張PPT）（四）、左手定則的訓練師：下面有幾道題，同學們來判斷一下安培力的方向。 （學生回答A、B、

11、C、D的安培力方向，教師引導E、F的回答）師：圖E是圖A的俯視圖，已知安培力的方向和磁場的方向來確定電流的方向，是只有一個解的。我們可以通過假定一個方向來判斷它的正確性。比如說假定電流向外，左手定則判斷的安培力向右，說明假設正確。所以電流就是垂直紙面向外。圖F看起來似乎是圖A的正視圖，但要注意磁場的方向一定垂直安培力的方向但不一定與導體垂直，也就是我們在用左手定則的時候，磁感線不一定是要垂直穿過掌心，斜著穿過也是可以的，但安培力的方向一定會垂直于兩者的方向，我們數學里學過一條直線垂直于一個平面，那么這條直線垂直于這一平面的任意直線。所以F圖正確的解是磁場方向在oyz平面內且與z的正方向夾角不超

12、過±90°范圍內。（五）、通電導線間的安培力師：好，訓練了幾道題，大家應該熟練掌握了左手定則的應用，那么大家現在來思考一個問題，這里有兩對導線，分別通以同向電流和方向電流，那么會發生什么奇妙的現象呢？（學生思考，老師叫幾位學生回答思考結果。有些學生會認為同向相斥，異向相吸）師：好，我們習慣了電荷之間、磁極之間的同斥異吸的規律，但這里確正好相反。為什么會這樣呢？我們來分析一下每根導線受到的安培力的方向。（教師黑板板書分析同向電流的情況）師：好，我們發現這兩根導線的安培力都指向內側，導線向內彎曲。分析到這里，不知道同學們有沒有疑問，（對于同向電流分析）我們考慮A導線受到的安培力

13、時只畫出了B導線的磁場，但我們知道A導線也會產生磁場，也就是復合磁場，通過安培定則可以判斷磁場方向相反，那豈不是判斷錯了。師：其實我們判斷某個導線受到的安培力，是外磁場對它產生的作用，如果說自己的磁場也會給自己一個力，那平常看到的導線就在自己那里動起來了。所以考慮的是外磁場，那什么時候是考慮這兩根導線的復合場呢？就是再來一根導線，問第三根導線所受安培力的情況。這時A、B導線的復合場就是外磁場。師：好，同學們在學案上完成反向電流的安培力情況分析。老師叫一位同學來黑板上畫。（一位學生黑板上畫，老師點評）師：通過分析，我們看出反向電流的導線安培力方向指向外側，所以導線向外彎曲。接下來，我們總結這道題

14、的結論：同向電流相吸，異向電流相斥。（六）、安培力的大小師：在第二節磁感應強度的學習中，我們已經知道垂直于磁場放置，長為L的一段導線，通過電流為I時，所受安培力F=BIL。那同學們用左手定則判斷一下電流方向與磁場方向平行時師：我看到同學的左手很糾結啊，滿足了磁感線穿過手心，又顧不上四指指向電流方向，滿足了四指指向電流方向，磁感線又穿不過手心。很矛盾。問題出在哪呢？是左手定則有問題嗎？師：當然不是，其實這時候F=0。師：這只是兩種特殊情況，那對于一般情況下，當直導線與磁場方向夾角為時，安培力又該如何計算呢？生：可以將磁感應強度B沿導線和垂直導線分解。師：這利用了什么思想呢？生：等效替代。師：非常

15、好，我們看看分解之后的情況是怎樣的，B1=Bsin，B2=Bcos。平行于導線的分量B2不對通電導線產生作用力，通電導線所受作用力僅由B1決定。所以最后一般情況下的安培力公式為F=ILBsin。同學們可不要記住這個公式，我們說這個角是磁感應強度方向與電流方向成的角度，有時候題目已知的這個角并不是這個角，很可能是它的余角。這時同學們還是老老實實的分析一遍，不要直接帶公式。師：為了不容易出錯，老師建議大家記這兩個公式。F=ILB，B指垂直于電流方向的磁感應強度。我們不僅可以分解磁感應強度，還可以分解導線長度L,就可以得到公式，F=IBL，注意L指垂直于磁場方向的有效長度。這里有效長度是什么我們接下

16、來會涉及到。（七）、安培力的計算練習師：好，接下來同學們來挑戰一道稍微有點難度的題目。老師叫兩位同學來黑板上來寫，其他同學在草稿紙上計算。師：好，這兩位同學做的對不對呢？我們先來分析一下，這是導線ab與bc相互垂直，電流方向從a到c，我們先用左手定則判斷ab段的導線安培力方向是向右的，bc導線的安培力方向向上。并且我們知道安培力大小都相同，都是BIL。那么整條導線所受的安培力就是這兩個力的合力吧，所以是 。方向就是在紙面內垂直于ac向上。一定要描述準確，這個在紙面內這三個字很重要。師：好，我們看看這兩位同學做對了沒。（教師做出相關點評）（八）、導線的有效長度師：老師現在又要增加難度了，如果說我

17、這條導線變成了一個半圓形，讓你求這條導線的安培力大小。改怎么求呢？同學們可以思考一下。師：這就涉及到導線的有效長度，很多時候我們知道導線并不是直線，而是彎彎曲曲的曲線，那么有效長度L，等于兩端點所連直線的長度。相應的電流方向，沿L由始端流向末端。所以如果一條彎曲導線與磁場方向不垂直放置，那么我們得先求出有效長度，再將有效長度沿磁場方向和垂直磁場方向分解。師：那同學考慮一下這么一條閉合導線在磁場中所受安培力的大小為多少？生：0。師：任意形狀的閉合線圈，其有效長度L0，所以通電后在與它垂直的勻強磁場中，受到的安培力的矢量和一定為零。（九）、安培力的應用師：學習物理是為了運用到我們的生活中來，那么安

18、培力能為我們做些什么呢？首先是電磁炮，是利用電磁發射技術制成的先進動能殺傷武器。與傳統大炮將火藥燃氣壓力作用于彈丸不同，電磁炮是利用載流導體在磁場中受到電磁力作用的基本原理來加速彈丸的。其作用的時間要長得多，可大大提高彈丸的速度和射程。電磁炮可分為導軌炮和線圈炮。電磁導軌炮是由導軌、電樞及電源所組成。 電樞由導電金屬或等離子材料制成，位于兩金屬軌道之間，它的前端裝著彈丸。 電磁線圈炮是由環繞炮膛的一系列固定線圈與環繞彈丸的彈體線圈所組成。炮彈發射時，電源依次給環繞炮膛的一系列固定線圈供電，產生一個沿炮管運動的移動磁場，使得在環繞彈丸的彈體線圈中產生感應電流，感應電流也形成一個磁場，產生加速力，

19、使彈丸在炮管整個長度上得到加速。彈丸就這樣高速地被發射了出去。（關于這一部分不會過于詳細介紹）師：可能男生對中這一方面比較感興趣，那么課后可以查找相關資料了解電磁炮。那么第二個應用是需要我們了解的，就是我們經常使用的磁電式電流表。我們可以看到書本上的構造圖，我們可以看出它的基本組成有 刻度盤、指針、蹄形磁鐵、極靴（軟鐵制成） 、螺旋彈簧、線圈、圓柱形鐵芯（軟鐵制成）。那么這里有個非常重要的元件叫極靴，它的作用又是什么呢？師：磁鐵與鐵芯之間的磁場是均勻輻向分布的。所有磁感線的延長線都通過鐵芯的中心。無論轉到什么位置，線圈平面與磁感線平行。接下來我們分析一下線圈的轉動是怎么產生的？師：PPT上的圖

20、是正視圖，只分析一條線圈，當電流方向是這樣的，用左手定則判斷安培力方向是這樣的，所以線圈就會向右偏轉。那為什么不會一直轉動下去呢？是因為螺旋彈簧起到阻礙作用。我們知道指針的零刻度是在中間的，那指針會不會向右偏轉呢？生：會。師：在什么情況下？生：電流反向。師：所以我們可以通過指針偏轉的方向來判斷電路上電流的流向。這將會在講選修3-2楞次定律時涉及到。那同學們是否想過為什么電流表的刻度是均勻的呢？師：這我們稍微了解一下。安培力力矩：M1=nBILd螺旋彈簧扭轉力矩：M2=k當M1=M2時，線圈平衡。師：安培力在生活中還有其他應用嗎？生：動圈式揚聲器，電動機。（十）、課堂總結師：同學們，這堂課我們先通過實驗來探究影響安培力的方向的因素，得出安培