《安培力的大小》作業(yè)設(shè)計方案一、作業(yè)目標(biāo)1、讓同學(xué)們真正理解安培力的概念，就像理解自己喜歡的游戲規(guī)則一樣清楚。2、熟練掌握安培力大小的計算公式，能夠像背自己偶像的生日一樣熟練運用。3、學(xué)會用安培力的知識去解決一些實際問題，就像用鑰匙開鎖一樣自然。二、作業(yè)內(nèi)容（一）基礎(chǔ)題1、填空題（1）安培力是指放在磁場中的通電導(dǎo)線所受到的力。其方向由左手定則判定。（2）當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場方向垂直時，安培力的大小計算公式為F=BIL（這里的F表示安培力，B表示磁感應(yīng)強度，I表示電流強度，L表示導(dǎo)線長度）。如果一根長為0.5米的導(dǎo)線，通過的電流是2安，放在磁感應(yīng)強度為0.4特的磁場中，且導(dǎo)線與磁場垂直，那么根據(jù)公式計算，這根導(dǎo)線受到的安培力大小是F=0.4×2×0.5=0.4牛。2、選擇題（1）關(guān)于安培力的說法正確的是（）A.安培力的方向總是垂直于磁場方向和電流方向B.安培力的大小與通電導(dǎo)線的長度無關(guān)C.只要有電流通過導(dǎo)線就一定受到安培力D.安培力的方向總是與磁場方向相同（答案：A。同學(xué)們可以想象一下，就像你走路的時候，你向前走（電流方向），風(fēng)（磁場方向）從側(cè)面吹來，那風(fēng)對你的力（安培力）肯定是既垂直于你走的方向又垂直于風(fēng)的方向呀。）（2）一根導(dǎo)線長為L，通以電流I，放在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，當(dāng)導(dǎo)線與磁場方向的夾角為θ時，安培力的大小為（）A.F=BILsinθB.F=BILcosθC.F=BILD.F=0（答案：A。這就好比你拿著一根小棍（導(dǎo)線）在一個有傾斜角度（θ）的斜坡（磁場）上，受到的某種特殊的力（安培力）肯定要考慮這個傾斜角度啦。）（二）提高題1、簡答題（1）請詳細解釋安培力大小的計算公式F=BILsinθ中每個字母代表的物理意義，并且舉例說明在什么情況下θ等于0度、90度和其他角度。（答案：F代表安培力，是通電導(dǎo)線在磁場中受到的力；B代表磁感應(yīng)強度，就像磁場的強度有多大的一個衡量標(biāo)準；I代表電流強度，電流越大，就像水流越大一樣，產(chǎn)生的安培力可能就越大；L代表導(dǎo)線長度；θ是導(dǎo)線與磁場方向的夾角。當(dāng)θ=0度的時候，就像導(dǎo)線和磁場方向是平行的，就像兩根鐵軌平行放置，這時候安培力F=0，因為它們之間幾乎沒有相互作用。當(dāng)θ=90度的時候，就像一根小棍垂直插在地上，磁場和電流方向完全垂直，這時候安培力最大，就是F=BIL。當(dāng)θ是其他角度的時候，就像小棍斜著放在地上，安培力的大小就要用F=BILsinθ來計算啦。）（2）有一根長為2米的通電導(dǎo)線，放在磁感應(yīng)強度為0.3特的磁場中，電流強度為3安。當(dāng)導(dǎo)線與磁場方向夾角為30度時，求安培力的大小。并且說明如果要增大安培力，可以改變哪些物理量，如何改變？（答案：根據(jù)公式F=BILsinθ，可得F=0.3×3×2×sin30°=0.9牛。要增大安培力，可以增大磁感應(yīng)強度B，比如換一個更強的磁體；也可以增大電流強度I，就像把水龍頭開得更大一點讓水流更大；還可以增大導(dǎo)線長度L，或者讓導(dǎo)線與磁場方向的夾角θ更接近90度。）2、計算題（1）一個矩形線圈abcd，長ab=0.4米，寬bc=0.3米，共100匝，放在磁感應(yīng)強度為0.5特的勻強磁場中，線圈平面與磁場方向成60度角。如果線圈中通以電流為2安，求線圈所受安培力的合力大小。（答案：先求單匝線圈一邊所受安培力大小。對于ab邊，F(xiàn)1=BILsinθ=0.5×2×0.4×sin60°=0.3464牛（保留四位小數(shù)）；對于cd邊，F(xiàn)2=BILsinθ=0.5×2×0.4×sin60°=0.3464牛，方向與F1相反。對于bc邊，F(xiàn)3=BILsinθ=0.5×2×0.3×sin30°=0.15牛；對于da邊，F(xiàn)4=BILsinθ=0.5×2×0.3×sin30°=0.15牛，方向與F3相反。所以合力大小為F=F1-F2+F3-F4=0.3464-0.3464+0.15-0.15=0牛。這里就像一群小伙伴在不同方向拉一個物體，最后互相抵消了。）（2）一根彎曲的導(dǎo)線abc，其中ab段長為0.3米，與磁場方向垂直，bc段長為0.4米，與磁場方向夾角為30度。導(dǎo)線中通以電流為1.5安，磁場的磁感應(yīng)強度為0.6特。求導(dǎo)線所受安培力的大小。（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。所以導(dǎo)線所受安培力的大小為F=F1+F2=0.27+0.18=0.45牛。就像把兩段不同的小棍受到的力加起來一樣。）（三）拓展題1、論述題（1）在實際生活中，安培力有很多應(yīng)用，比如電動機。請詳細論述電動機的工作原理中安培力是如何發(fā)揮作用的，并且結(jié)合安培力大小的影響因素，說明如何提高電動機的效率。（答案：電動機是利用通電線圈在磁場中受到安培力的作用而轉(zhuǎn)動的原理工作的。當(dāng)線圈中通以電流后，根據(jù)安培力的計算公式F=BILsinθ，線圈的邊就會受到安培力的作用。由于線圈是可以繞軸轉(zhuǎn)動的，這些安培力就會產(chǎn)生一個力矩，使線圈轉(zhuǎn)動起來。要提高電動機的效率，可以從安培力大小的影響因素考慮。首先可以提高磁感應(yīng)強度B，比如使用更好的磁體材料。增大電流I也可以，但要考慮到電流太大會產(chǎn)生更多的熱量，可能會損壞電機，所以要在合適的范圍內(nèi)增大。還可以合理設(shè)計線圈的長度L和形狀，使θ在轉(zhuǎn)動過程中盡量接近90度，這樣就能讓安培力更大，從而提高電動機的效率。就像我們要讓一輛車跑得更快更省油一樣，要從各個方面去優(yōu)化。我有一次拆一個小的電動機玩具，發(fā)現(xiàn)里面的線圈很細，我就在想如果把線圈加粗，電流可能就可以增大，那是不是就可以讓這個小電動機轉(zhuǎn)得更快呢，這就和我們說的增大電流來提高效率有點關(guān)系啦。）（2）假設(shè)我們要設(shè)計一個電磁炮（一種利用電磁力發(fā)射炮彈的裝置），請從安培力的角度出發(fā)，闡述設(shè)計思路，包括需要考慮哪些安培力相關(guān)的因素，以及如何控制這些因素來達到理想的發(fā)射效果。（答案：從安培力的角度設(shè)計電磁炮，首先要考慮安培力的大小。根據(jù)F=BILsinθ，要產(chǎn)生足夠大的安培力來推動炮彈。我們需要很強的磁感應(yīng)強度B，可以使用特殊的磁體材料或者設(shè)計特殊的磁場結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。電流I也要足夠大，這就需要強大的電源供應(yīng)系統(tǒng)。導(dǎo)線的長度L和形狀設(shè)計也很重要，要讓電流在合適的路徑上流動，并且使導(dǎo)線與磁場方向的夾角θ盡量合適，可能接近90度比較好，這樣能使安培力最大。同時，要考慮安培力的方向，要讓安培力的方向始終朝著炮彈發(fā)射的方向。我記得有一次看一個關(guān)于電磁炮的科幻電影，里面的電磁炮發(fā)射的時候超級酷炫，我就在想它背后肯定有很多物理知識在支撐，安培力肯定就是其中很關(guān)鍵的一個。我們在設(shè)計的時候，就像搭積木一樣，要把各個因素都考慮好，才能讓這個電磁炮順利地把炮彈發(fā)射出去。）2、實驗設(shè)計題（1）請設(shè)計一個實驗來驗證安培力大小與電流強度的關(guān)系。要求寫出實驗器材、實驗步驟、實驗數(shù)據(jù)記錄表格和預(yù)期結(jié)果。（答案：實驗器材：電源、導(dǎo)線、滑動變阻器、電流表、蹄形磁鐵、小磁針、輕質(zhì)金屬棒（可導(dǎo)電）、鐵架臺等。實驗步驟：1、按照電路圖連接好電路，將金屬棒用導(dǎo)線連接在電路中，懸掛在鐵架臺上，讓金屬棒處于蹄形磁鐵的磁場中，并且使金屬棒與磁場方向垂直，在旁邊放一個小磁針用來指示磁場方向。2、調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電流表讀數(shù)為I1，記錄此時小磁針的偏轉(zhuǎn)情況（可定性表示安培力的方向），同時用彈簧測力計測量金屬棒受到的安培力F1（可通過測量使金屬棒靜止時彈簧測力計的拉力來間接得到安培力大小，因為金屬棒靜止時，彈簧測力計的拉力與安培力平衡）。3、改變滑動變阻器的阻值，使電流表讀數(shù)為I2（I2>I1），重復(fù)步驟2，記錄安培力F2。4、多次改變電流強度，重復(fù)上述步驟，記錄多組數(shù)據(jù)。實驗數(shù)據(jù)記錄表格：|電流強度I（安）|安培力F（牛）||---|---||I1|F1||I2|F2||I3|F3|...|...|預(yù)期結(jié)果：在磁場強度B和導(dǎo)線長度L以及導(dǎo)線與磁場方向夾角θ不變的情況下，隨著電流強度I的增大，安培力F也增大，并且它們之間可能成正比例關(guān)系。就像你給氣球吹氣（電流強度增大），氣球就會變得更大（安培力增大）。）（2）設(shè)計一個實驗來探究安培力大小與導(dǎo)線長度的關(guān)系。同樣要寫出實驗器材、實驗步驟、實驗數(shù)據(jù)記錄表格和預(yù)期結(jié)果。（答案：實驗器材：電源、導(dǎo)線（不同長度的幾根導(dǎo)線）、滑動變阻器、電流表、蹄形磁鐵、小磁針、鐵架臺等。實驗步驟：1、選擇一根長度為L1的導(dǎo)線，按照前面實驗的方式連接電路，將導(dǎo)線懸掛在鐵架臺上，處于蹄形磁鐵磁場中且與磁場垂直，小磁針指示磁場方向。2、調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電流表讀數(shù)為一個定值I，記錄小磁針偏轉(zhuǎn)情況（安培力方向），用彈簧測力計測量安培力F1。3、更換為長度為L2（L2>L1）的導(dǎo)線，重復(fù)步驟2，記錄安培力F2。4、多次更換不同長度的導(dǎo)線，重復(fù)上述步驟，記錄多組數(shù)據(jù)。實驗數(shù)據(jù)記錄表格：|導(dǎo)線長度L（米）|安培力F（牛）||---|---||L1|F1||L2|F2||L3|F3|...|...|預(yù)期結(jié)果：在磁場強度B、電流強度I以及導(dǎo)線與磁場方向夾角θ不變的情況下，隨著導(dǎo)線長度L的增大，安培力F也增大，它們之間也可能成正比例關(guān)系。這就好比你用更長的棍子（導(dǎo)線）去推東西（受到安培力），能使上的勁兒可能就更大。）三、作業(yè)要求1、基礎(chǔ)題要認真仔細，不能馬虎，就像走在平地上也要看清楚路一樣，要保證高正確率。2、提高題要多動動腦筋，把所學(xué)的知識都用上，就像廚師做菜要把各種調(diào)料都放得恰到好處。3、拓展題要發(fā)揮自己的想象力和創(chuàng)造力，結(jié)合實際生活或者自己的思考來回答，不要害怕犯錯，就像探險家在探索新的地方，可能會遇到一些小挫折但不要放棄。4、無論是哪種題，書寫都要工整，就像自己的臉要洗得干干凈凈一樣，這樣老師批改起來也舒服，自己看起來也清晰。四、作業(yè)評價1、評價標(biāo)準（1）基礎(chǔ)題：主要看答案的正確性，如果全對就像考試得了100分一樣棒，錯一兩個就像有點小瑕疵的美玉。（2）提高題：答案的正確性占一部分，更重要的是看解題思路是否清晰，就像看一個人走路是不是有方向一樣。如果答案正確但思路混亂，那也不能算很好；如果思路清晰，即使答案有點小錯誤也可以得到較好的分數(shù)。（3）拓展題：主要看創(chuàng)新思維和對知識的綜合運用能力。如果能提出獨特的見解，就像發(fā)現(xiàn)了新大陸一樣值得表揚；如果只是簡單地把知識拼湊在一起，就像把不同顏色的布隨便縫在一起，那就不太好。2、評價方式（1）教師批改：老師會像一個細心的檢查員一樣，認真檢查同學(xué)們的作業(yè)，在錯誤的地方標(biāo)出來，并且給出評語。（2）學(xué)生互評：同學(xué)們可以互相交換作業(yè)，看看別人是怎么做的，就像互相分享美食一樣。在互評的過程中，可以學(xué)習(xí)別人的優(yōu)點，也能發(fā)現(xiàn)自己的不足。（3）自我評價：同學(xué)們自己也要對自己的作業(yè)進行評價，就像每天照鏡子看看自己有沒有進步一樣。可以想想自己在哪些地方做得好，哪些地方還需要改進。五、作業(yè)反饋1、同學(xué)們在做完作業(yè)后，要把自己在做作業(yè)過程中遇到的問題寫下來，比如是哪個知識點不太理解，或者是哪道題不知道怎么做。就像你在旅行