選修3-1選修3-1第三章磁場第三章磁場44江蘇省太湖高級中學朱堅江蘇省太湖高級中學朱堅《通電導線在磁場中受到的力》教學設計江蘇省太湖高級中學朱堅一．教材分析本節課是選修3-1教材第三章磁場第4節的教學內容，是在學習了磁感應強度、電流周圍的磁場分布的基礎上對磁場基本特性應用的一節課。通電導線在磁場中受到的力，是對磁場力的性質的深入研究，也是學好洛倫茲力和電磁感應的重要基礎。安培力的方向和大小是本節重點，弄清安培力方向與電流方向、磁感應強度方向的空間關系是本節的難點。二．學情分析通過前幾節內容的學習，學生已經了解了磁場的基本性質，學習了磁感應強度的概念，認識了幾種常見磁場的分布特點。這些知識的學習，為學習通電導線在磁場中受到的力，做好了知識上的準備。安培力的方向一定與電流、磁感應強度的方向構成的平面垂直，但電流方向與磁感應強度方向可以成任意角度；當電流方向與磁感應強度方向垂直時，安培力最大。對此，學生常常混淆，例如，在解決實際問題時誤以為安培力、電流、磁感應強度一定是兩兩垂直的等。另外，空間想象能力對本節的學習至關重要。要使學生能夠看懂立體圖，熟悉各種角度的平面圖，需要一定量的訓練鞏固。三．設計思想根據本節教材分析和學情分析，本節課準備采用實驗導入、大膽猜想、設計實驗、自主探究、合作交流、歸納總結等過程得出規律，探究過程遵循從特殊到一般的認識規律。然后通過一定量的訓練讓學生體悟規律和提高學生的空間想象能力。最后學以致用，體會安培力在生產生活實踐及現代科技中的應用。本節課首先用旋轉的磁鋼這個分組實驗，激發學生興趣，導入新課，讓學生猜測安培力的方向與哪些因素有關，師生設計驗證方案，教師利用演示實驗驗證猜想。再讓學生用安培力演示儀自主探究安培力的方向，實驗中學生用三種不同顏色的彩色吸管記錄安培力、電流、磁感應強度三者的方向，并讓學生觀察實驗記錄所得的四個吸管模型，教師和學生共同分析得出：四種情況可以歸納為一種，即安培力方向垂直與磁場方向和電流方向構成的平面。然后教師提出磁場方向和電流方向不垂直時此結論是否成立，師生一起理論探究磁場方向與電流方向不垂直時安培力的方向，并用演示實驗驗證。在此基礎上，師生共同歸納得出：安培力方向垂直與磁場方向和電流方向構成的平面。隨后教師和學生一起根據吸管模型的特點，引導學生得出左手定則。最后通過一組習題和通電直導線的相互作用的演示實驗幫助學生理解和應用規律。安培力大小的表達式由師生一起推導得出，并通過一道例題幫助學生訓練鞏固。磁電式電流表則由教師結合實物和示意圖進行提問和講解。課堂的最后是利用所學知識解釋引題實驗中磁鋼轉動方向不同的根本原因，使整節課前后呼應，完滿完美。本設計注重學生知識的形成過程和對知識的真正理解，采用實驗探究的學習方式，培養學生收集信息、處理信息、分析論證的能力，養成實事求是的科學態度和良好的合作習慣。本節課的教學流程為：新課引入：學生分組實驗（旋轉的磁鋼）新課引入：學生分組實驗（旋轉的磁鋼）學生猜想：安培力的方向與哪些因素有關學生實驗探究：磁場方向與電流方向垂直時安培力的方向個性分析，共性歸納：左手定則演示實驗：驗證猜想理論探究磁場方向與電流方向不垂直時安培力的方向，并用演示實驗驗證師生歸納總結：安培力的方向當堂小結，達成檢測，布置作業當堂小結，達成檢測，布置作業前后呼應：解釋引題實驗左手定則的應用：通電直導線間的作用力左手定則的應用：通電直導線間的作用力推導、歸納：安培力大小的一般表達式安培力的應用：磁電式電流表工作原理四．教學目標【知識與技能】會用實驗自主探究安培力的方向與磁感應強度方向、電流方向的關系，記錄實驗現象并得出相關結論；知道安培力的方向與電流方向、磁感應強度的方向構成的平面垂直，會用左手定則判斷安培力的方向；會推導勻強磁場中安培力大小的一般表達式，會計算勻強磁場中安培力的大小；知道磁電式電流表的基本構造及工作原理。【過程與方法】通過實驗、分析、歸納、應用，使學生理解安培力的方向和大小的計算，體會控制變量法的研究方法，認識科學探究的意義。【情感態度與價值觀】培養學生的動手能力、歸納能力和空間想象能力。在實驗和討論中培養學生的創新精神和合作意識，體悟從特殊到一般的認識規律。理論聯系實際，開拓學生視野，樹立科學的世界觀。教學重點、難點教學重點：1.安培力的方向及判定2.安培力大小的計算教學難點：安培力、電流、磁感應強度三者方向的空間關系六．教具準備：干電池、磁鋼、螺絲釘、導線、安培力演示儀、三種不同顏色的彩色吸管、粘土、通電直導線的相互作用演示儀、磁電式電流表、多媒體設備圖1七．課時安排圖11課時八.教學過程環節一：引入新課——旋轉的磁鋼師：介紹“旋轉的磁鋼”實驗的器材，指導學生按圖1所示進行分組實驗，并記錄磁鋼轉動情況。生：實驗探究，觀察并描述實驗現象。師：由磁鋼轉動的原因引出本節課的課題，由磁鋼轉動方向不同引出安培力的方向。【設計意圖】本實驗結構簡單，操作方便，現象明顯而有趣（通電后磁鋼能和螺絲釘一起高速轉動），通過學生親自動手，創設學習情境，激發學生學習興趣和求知欲望。環節二：實驗探究——安培力的方向與哪些因素有關師：請學生猜想安培力的方向與哪些因素有關。生：思考，猜想。師：實驗探究，驗證猜想（請學生設計實驗方案）。【設計意圖】以探究實驗為載體，利用實驗得出結論，強化實驗在物理研究中的重要性。環節三：實驗探究——探究安培力的方向師：指導學生進行探究實驗并介紹利用彩色吸管記錄安培力、磁場、電流方向的方法。生：自主探究，記錄現象。師：請同學將記錄得到四組吸管模型擺一擺，轉一轉，并將擺好的吸管模型拍照后投影在屏幕上。師：這是大家所記錄的實驗結果，請同學們來說說，你發現了什么規律？生：四組吸管模型都一樣。師：但是，我們每次實驗時磁場方向和電流方向是不一樣的呀，怎么會得到一樣的結果呢？生：經過翻轉得來的。師：很好！說明安培力的方向滿足一定的規律。既然這樣，我們只需要研究其中一種情況就可以了，其余三種情況，都可以由這種情況翻轉得來。那么，這個規律究竟是什么呢？【設計意圖】研究安培力的方向與電流和磁場方向的關系是本節課的難點，借助吸管模型將原本抽象的實驗結果形象具體地呈現在學生面前，一目了然，既幫助學生將看似無關的四種情況歸納成一種，方便學生研究其規律，又培養了學生的空間想象能力和分析歸納能力。師：請同學們看看，在這個模型里，安培力方向與磁場方向、電流方向有什么關系？生：安培力方向與磁場方向垂直，與電流方向垂直。師：引導學生進一步看模型，得出安培力方向與磁場方向、電流方向構成的平面垂直。師：當電流方向和磁場方向不垂直時，這個結論還成立嗎？教師在黑板右側作出磁場和電流方向不垂直時的示意圖。請同學們思考一下，當兩者不垂直時，可以怎么處理？生：將磁感應強度B沿平行于電流方向和垂直于電流方向進行分解，其中平行分量對電流無作用力，垂直分量對電流的安培力還是與磁場方向、電流方向構成的平面垂直。師：演示實驗驗證。師：現在，同學們能不能幫老師歸納安培力方向所遵循的規律呢？師生共同總結：安培力方向與磁場方向、電流方向構成的平面垂直【設計意圖】采用從特殊到一般的研究方法，培養學生正確認識事物的方法，提高學生的分析歸納能力。師：實際應用時，我們應該怎樣來判斷安培力的方向呢？首先，我們可以用這個吸管模型來進行判斷，但這個模型攜帶不方便，也無法帶進考場。那同學們想想看，能不能在身體上找一個類似的關系，以便我們能隨時使用？生：尋找身體上的關系。師：從學生的答案過渡到左手定則。【設計意圖】按照學生的認知規律探索新知識的產生，引導學生將知識與形體相結合，從而對新知識有更深的體會，更快地掌握方法。環節四：問題分析——學以致用師：出示例1。AB例1.ABCCD【設計意圖】引導學生運用剛學的知識去分析，討論，使學生能夠學以致用，強化學生對左手定則的掌握，幫助學生熟悉立體圖和平面圖。師：給兩根平行直導線通以同向電流，請同學們觀察實驗現象。生：觀察現象，發現通電后兩導線相互吸引。師：請學生解釋實驗現象。分三個問題進行提問：（1）A導線被向右吸引肯定是受到了力的作用，這個力的施力物體是誰？（2）B導線產生的磁場是怎樣的？如何判斷？（3）A導線在這樣的磁場中受到了向哪個方向的安培力。生：逐一回答教師提問，解釋實驗現象。師：導線通以反向電流的情況請同學課后去預測分析。【設計意圖】讓學生學以致用，在學習中感受到成功的喜悅，培養學生的學習興趣。環節五：討論探究——安培力的大小師：剛才我們研究了安培力的方向，接下來我們來研究安培力的大小。我們已經知道，導線與磁場垂直時安培力的大小F=ILB。而當磁感應強度B的方向與導線的方向平行時，導線受力為0。那同學們思考一下，當導線與磁場既不平行又不垂直，而是成θ角時，安培力應如何計算？生：將磁感應強度B分解后計算垂直分量對導線的作用力。師：請學生分解磁感應強度，并計算出此時的安培力F=ILBsinθ。師：同學們想一想，若θ=90o，F為何值？若θ=0o或180o，F又為何值？由此可以看出，這個表達式不僅適用于磁場和導線斜交的情況，同樣適用于兩者平行和垂直的情況，因此這個表達式為安培力的一般表達式，這個表達式也說明了我們前面用實驗的方法得出的安培力方向是正確的。【教師】出示例題2。例2：如圖所示，長為L=的導體棒靜止于光滑的水平軌道上，開關閉合后回路中的電流I=2A，勻強磁場的磁感應強度B=，方向豎直向上，求開關閉合后導體棒所受安培力的大小和方向。【設計意圖】在學習完安培力的方向之后，緊接著研究安培力的大小，因為有前面的學習基礎，此問題難度不大，在學習過程中，教師放手讓學生去討論探究，培養學生的自主學習能力。環節六：拓展應用——磁電式電流表師：安培力與電流的關系在生產實踐中有著廣泛的應用。例如電動機、磁電式電流表、電磁炮、磁懸浮列車等。下面我們就來學習中學實驗室使用的磁電式電流表的構造與原理。師：出示實物，屏幕上展示實物圖，逐張出示磁電式電流表的結構圖（圖2-7），解釋其工作原理。圖2圖2圖3圖4圖4圖5圖7圖7圖6【設計意圖】將電流表分解成基本構件，再將其逐步組裝，在組裝過程中解釋各部分的原理和作用，更易于學生理解和接受。環節七：解答懸念——深入研究引題實驗師：現在，我們可以來詳細解釋一開始的實驗中磁鋼為什么轉動方向會不同。師：依次出示問題：（1）磁鋼中電流方向如何？（2）磁鋼所處的磁場方向如何？（3）磁鋼所受的安培力方向如何？生：學生回答，教師點評。師：顯然，不同的連接方式就會導致磁鋼的轉動方向不同。現在就請同學們自己確定一種連接方式，并預先判斷磁鋼的轉動方向，然后動手做一做，