高中物理-第三章-磁場(chǎng)-第四節(jié)-磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力示范教案-新人教版選修3-1

PAGEPAGE14磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力教學(xué)設(shè)計(jì)(一)eq\o(\s\up7(),\s\do5(整體設(shè)計(jì)))教學(xué)分析安培力的方向一定與電流、磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向都垂直，但電流方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向可以成任意角度。當(dāng)電流方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直時(shí)，安培力最大。對(duì)此，學(xué)生常?；煜?，例如在解決實(shí)際問題時(shí)誤以為安培力、電流、磁感應(yīng)強(qiáng)度一定是兩兩垂直的關(guān)系。左手定則是判斷安培力、電流、磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的一種簡(jiǎn)便、直觀的方法，可以讓學(xué)生在探究中體驗(yàn)它的方便性。另外，空間想象能力對(duì)本節(jié)的學(xué)習(xí)至關(guān)重要。要使學(xué)生能夠看懂立體圖，熟悉各種角度的側(cè)視圖、俯視圖和剖面圖，需要一定量的鞏固訓(xùn)練。教學(xué)目標(biāo)1．探究安培力方向與哪些因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并得出相關(guān)結(jié)論。知道安培力的方向與電流、磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向都垂直，會(huì)用左手定則判斷安培力的方向。2．推導(dǎo)勻強(qiáng)磁場(chǎng)中安培力的表達(dá)式，計(jì)算勻強(qiáng)磁場(chǎng)中安培力的大小。3．知道磁電式電流表的基本構(gòu)造以及運(yùn)用它測(cè)量電流大小和方向的基本原理。教學(xué)重難點(diǎn)安培力的方向和大小是本節(jié)重點(diǎn)，弄清安培力、電流、磁感應(yīng)強(qiáng)度三者方向的空間關(guān)系是本節(jié)難點(diǎn)。教學(xué)方法與手段實(shí)驗(yàn)探究、觀察法、邏輯推理法等。以演示實(shí)驗(yàn)為先導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生探究安培力、電流、磁感應(yīng)強(qiáng)度三者方向的空間關(guān)系，并尋找描述安培力方向的簡(jiǎn)便方法。展示三維空間模型，幫助學(xué)生建立安培力、電流、磁感應(yīng)強(qiáng)度三者方向的直觀關(guān)系。學(xué)生自主學(xué)習(xí)磁電式電流表的基本構(gòu)造以及運(yùn)用它測(cè)量電流大小和方向的基本原理，訓(xùn)練學(xué)生閱讀自學(xué)能力。eq\o(\s\up7(),\s\do5(課前準(zhǔn)備))教學(xué)媒體學(xué)生電源、懸掛式線圈、導(dǎo)線和開關(guān)、蹄形磁鐵若干組、玻璃器皿鹽水、鐵架臺(tái)、磁電式電表、安培力方向三維空間模型、多媒體輔助教學(xué)設(shè)備(多媒體課件、實(shí)物投影儀、視頻片斷)。知識(shí)準(zhǔn)備當(dāng)電流與磁感應(yīng)強(qiáng)度兩者方向垂直時(shí)，安培力大小為F＝ILB。eq\o(\s\up7(),\s\do5(教學(xué)過程))導(dǎo)入新課[事件1]教學(xué)任務(wù)：創(chuàng)設(shè)情景，導(dǎo)入新課師生活動(dòng)：【演示】課本P93旋轉(zhuǎn)的液體(簡(jiǎn)介器皿中的鹽水可以導(dǎo)電，相當(dāng)于導(dǎo)線，實(shí)驗(yàn)過程中滴一滴藍(lán)色墨水更易于觀察)液體向哪個(gè)方向旋轉(zhuǎn)？觀察并討論：原來靜止的液體為什么旋轉(zhuǎn)了起來？回答：肯定有力的作用，力是改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因?！緦W(xué)情預(yù)設(shè)】如果學(xué)生回答有磁場(chǎng)或電流的原因，教師都應(yīng)該給予充分肯定。結(jié)論：通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受的作用力叫做安培力。這節(jié)課我們將對(duì)安培力作進(jìn)一步的討論。通電導(dǎo)線與磁體通過磁場(chǎng)發(fā)生相互作用說明：實(shí)驗(yàn)引入新課，形象、生動(dòng)、直觀，利于調(diào)動(dòng)學(xué)生物理學(xué)習(xí)的積極性。這里也可以演示“通電電流間相互作用”的實(shí)驗(yàn)，但實(shí)際操作效果不是很好，若采用課件動(dòng)畫模擬的方法演示，效果還是不錯(cuò)的。但模擬實(shí)驗(yàn)畢竟代替不了實(shí)際試驗(yàn)所引起的震撼，所以建議引入上述實(shí)驗(yàn)，效果顯著。推進(jìn)新課[事件2]教學(xué)任務(wù)：探究安培力的方向師生活動(dòng)：探究問題：1.影響安培力方向的因素。2．怎樣描述安培力的方向？學(xué)生猜想：1.可能與電流的方向有關(guān)，與磁感線的方向有關(guān)。2．可能與電流同向，與磁感線的方向相同……實(shí)驗(yàn)儀器：懸掛式線圈，學(xué)生電源，蹄形磁鐵，導(dǎo)線設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案：提問學(xué)生試驗(yàn)方法——控制變量法探究卡片：提醒學(xué)生注意事項(xiàng)(條件為導(dǎo)線垂直于磁場(chǎng))。如上圖所示，連接好電路。1．改變電流的方向，觀察發(fā)生的現(xiàn)象；2．調(diào)換磁鐵兩極的位置來改變磁場(chǎng)方向，觀察發(fā)生現(xiàn)象。附錄：探究實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)卡片探究實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)卡片[Worksheets]編號(hào)：5820100220您小組成員姓名：______實(shí)驗(yàn)操作注意事項(xiàng)：1．實(shí)驗(yàn)用的線圈相當(dāng)于直導(dǎo)線，注意搞清研究的是哪段導(dǎo)線。2．實(shí)驗(yàn)中要求保證導(dǎo)線和磁場(chǎng)的垂直條件，你怎樣做到。3．學(xué)生電源直流電壓2V即可，注意觀察線圈連接電源的正負(fù)極。4．建議你設(shè)計(jì)表格以便信息采集。交流：和別的實(shí)驗(yàn)小組交流一下，總結(jié)一下有什么規(guī)律。你能否通過實(shí)驗(yàn)總結(jié)出一種較為方便的方法表達(dá)這種關(guān)系呢？(用手試試)你還有什么問題和想法？請(qǐng)寫在反面。學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)：建議學(xué)生自主設(shè)計(jì)表格信息采集磁場(chǎng)方向電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總結(jié)與歸納：學(xué)生小組討論互助合作(1)安培力的方向和磁場(chǎng)方向、電流方向都有關(guān)系。(什么關(guān)系？)(2)安培力的方向既跟磁場(chǎng)方向垂直，又跟電流方向垂直?！緦W(xué)情預(yù)設(shè)】學(xué)生補(bǔ)充回答，也就是說，安培力的方向總是垂直于磁感線和通電導(dǎo)線所在的平面。教師即時(shí)評(píng)價(jià)：很好，同時(shí)展示三維空間模型，如圖所示。[事件3]教學(xué)任務(wù)：描述安培力的方向的方法——左手定則師生活動(dòng)：提示問題：你能否通過實(shí)驗(yàn)總結(jié)出一種較為方便的方法表達(dá)這種關(guān)系呢？討論與交流：實(shí)驗(yàn)小組內(nèi)同學(xué)相互討論、合作交流問題引導(dǎo)：引導(dǎo)一：模仿右手螺旋定則伸出你的手試一試；引導(dǎo)二：將手伸平再試試看?！緦W(xué)情預(yù)設(shè)】學(xué)生使用左右手的表述方法實(shí)際上都是可以的，不過我們更習(xí)慣于用手心來表述(如圖所示)。結(jié)論：伸開左手，使大拇指跟其余四個(gè)手指垂直，并且都和手掌在一個(gè)平面內(nèi)，把手放入磁場(chǎng)中，讓磁感線垂直穿入手心，并使伸開的四指指向電流的方向，那么，大拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向，這就是左手定則。說明：左手定則是一個(gè)難點(diǎn)，涉及三個(gè)物理量的方向，涉及三維空間，而學(xué)生的空間想象力還不強(qiáng)，所以教師展示三維空間模型顯得尤為重要。這里教師還應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生如何將三維圖形用二維圖形表達(dá)(側(cè)視圖、俯視圖和剖面圖等)，還要引導(dǎo)學(xué)生如何將二維圖形想象成三維圖形?？蓪⑾聢D從側(cè)視圖、俯視圖和剖面圖幾個(gè)方面引導(dǎo)學(xué)生展示。一般情形的安培力方向法則介紹：電流和磁場(chǎng)可以不垂直，但安培力必然和電流方向垂直，也和磁場(chǎng)方向垂直，用左手定則時(shí)，磁場(chǎng)不一定垂直穿過手心，只要不從手背穿過就行。[事件4]教學(xué)任務(wù)：利用左手定則判斷安培力的方向師生活動(dòng)：應(yīng)用一：兩條通電平行直導(dǎo)線會(huì)通過磁場(chǎng)發(fā)生相互作用。在什么情況下兩根導(dǎo)線相互吸引？在什么情況下相互排斥？課件演示：鏈接PPT課件演示問題分析：液體向哪個(gè)方向旋轉(zhuǎn)？結(jié)論：同向電流相互吸引，異向電流相互排斥。應(yīng)用二：在[事件1]演示實(shí)驗(yàn)中原來靜止的液體向哪個(gè)方向旋轉(zhuǎn)？學(xué)生實(shí)踐：用左手定則判斷鹽水的旋轉(zhuǎn)方向。情境導(dǎo)入：剛才實(shí)驗(yàn)中你會(huì)求解安培力的大小嗎？[事件5]教學(xué)任務(wù)：求解安培力的大小師生活動(dòng)：提示問題：通過第二節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)知道(1)垂直于磁場(chǎng)B放置的通電導(dǎo)線L，所通電流為I時(shí)，它在磁場(chǎng)中受到的安培力F＝ILB；(2)當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與導(dǎo)線平行時(shí)，導(dǎo)線受力為零。思考并討論：當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與導(dǎo)線方向夾角成θ時(shí)，導(dǎo)線受的安培力多大呢？展示三維空間模型交流與討論：分解磁感應(yīng)強(qiáng)度(或等效L′＝Lsinθ)將磁感應(yīng)強(qiáng)度B分解為與導(dǎo)線垂直的分量B⊥和與導(dǎo)線平行的分量B∥，則，B⊥＝BsinθB∥＝Bcosθ因B∥不產(chǎn)生安培力，導(dǎo)線所受安培力是B⊥產(chǎn)生的。結(jié)論：一般情況下的安培力公式：F＝ILBsinθ說明：在推導(dǎo)公式時(shí)，要讓學(xué)生明確兩點(diǎn)：一是矢量的正交分解體現(xiàn)兩個(gè)分量與原來的矢量是等效替代的關(guān)系，二是從特殊到一般的歸納的思維方法。還有，盡管公式F＝ILB是從公式B＝F/IL變形而得的，但兩者的物理意義卻有不同。①公式B＝F/IL是根據(jù)放置于給定磁場(chǎng)中的給定點(diǎn)上的檢驗(yàn)電流(電流元)受力情況，來確定這一位置的磁場(chǎng)的性質(zhì)，它對(duì)任何磁場(chǎng)中的任何點(diǎn)都是適用的。②公式F＝ILB則是在已知磁場(chǎng)性質(zhì)的基礎(chǔ)上，確定在給定位置上給定的一小段通電直導(dǎo)線的受力情況，在中學(xué)階段，它只適用于勻強(qiáng)磁場(chǎng)。教師應(yīng)該給學(xué)生指出：物理公式在作數(shù)學(xué)的等價(jià)變形時(shí)，其物理意義和適用范圍將會(huì)發(fā)生變化。這是應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問題時(shí)所要引起注意的問題，但卻往往被人們所忽視。討論分析：安培力與庫侖力的區(qū)別電荷在電場(chǎng)中某一點(diǎn)受到的庫侖力是一定的，方向與該點(diǎn)的電場(chǎng)方向要么相同，要么相反。而電流在磁場(chǎng)中某處受到的磁場(chǎng)力，與電流在磁場(chǎng)中放置的方向有關(guān)，電流方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，電流受的安培力最小，等于零；電流方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，電流受的安培力最大，等于BIL，一般情況下的安培力大于零，小于BIL，方向與磁場(chǎng)和電流所在平面垂直。[事件6]教學(xué)任務(wù)：自主學(xué)習(xí)磁電式電流表構(gòu)造及工作原理師生活動(dòng)：?jiǎn)栴}引導(dǎo)：中學(xué)實(shí)驗(yàn)室里使用的電流表是磁電式電流表，下面我們來學(xué)習(xí)磁電式電流表的工作原理。[投影課本圖3.4－5,3.4－6,3.4－7]展示實(shí)物并進(jìn)行實(shí)際操作演示電流表的使用。請(qǐng)同學(xué)們閱讀課文，然后思考問題并完成應(yīng)用三。問題提示：(1)電流表主要由哪幾部分組成？(2)為什么電流表可測(cè)出電流的強(qiáng)弱和方向？(3)電流表中磁場(chǎng)分布有何特點(diǎn)？為何要如此分布？(4)磁電式儀表的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？應(yīng)用三：如圖甲所示是磁電式電流表的結(jié)構(gòu)圖。圖乙是磁極間的磁場(chǎng)分布圖。以下選項(xiàng)中錯(cuò)誤的是()甲電流表的構(gòu)造乙A．指針穩(wěn)定后，線圈受到螺旋彈簧的作用效果與線圈受到的安培力作用效果方向是相反的B．在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍內(nèi)，通電線圈中的電流越大，電流表指針偏轉(zhuǎn)的角度也越大C．在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍內(nèi)，各處的磁場(chǎng)都是勻強(qiáng)磁場(chǎng)D．在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍內(nèi)，線圈所受安培力與電流有關(guān)，可以測(cè)量大電流答案：CD【教師即時(shí)評(píng)點(diǎn)】(1)電流表的組成及磁場(chǎng)分布：電流表的組成有永久磁鐵、鐵芯、線圈、螺旋彈簧、指針、刻度盤(最基本的是磁鐵和線圈)六部分組成。a.鐵芯、線圈和指針是一個(gè)整體；b.蹄形磁鐵內(nèi)置軟鐵是為了(和鐵芯一起)造就輻形磁場(chǎng)；c.觀察發(fā)現(xiàn)鐵芯轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)螺旋彈簧會(huì)形變。(2)電流表的工作原理：引導(dǎo)學(xué)生弄清楚以上幾點(diǎn)并自己歸納總結(jié)，即知道了①線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)是怎樣產(chǎn)生的；②線圈為什么不一直轉(zhuǎn)下去；③為什么指針偏轉(zhuǎn)角度的大小可以說明被測(cè)電流的強(qiáng)弱；④如何根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)的方向來確定電路上電流的方向；⑤使用時(shí)要特別注意什么等問題。讓學(xué)生將每個(gè)選項(xiàng)逐一分析判斷，即分別回答以上所有問題。教師只要重點(diǎn)介紹一下輻形磁場(chǎng)即可，其他從略?！窘處熯M(jìn)一步講解】所謂輻形磁場(chǎng)就是指磁場(chǎng)的均勻輻向分布，就是說所有磁感線的延長(zhǎng)線都通過鐵芯的中心，不管線圈處于什么位置，線圈平面與磁感線之間的夾角都是零度。該磁場(chǎng)并非勻強(qiáng)磁場(chǎng)，但在以鐵芯為中心的圓圈上，各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小是相等的。課堂鞏固與反饋[事件7]教學(xué)任務(wù)：形成性測(cè)試1．將長(zhǎng)度為20cm、通有0.1A電流的直導(dǎo)線放入一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，電流與磁場(chǎng)的方向如圖所示，已知磁感應(yīng)強(qiáng)度為1T。試求出下列各圖中導(dǎo)線所受安培力的大小和方向。2．如圖所示，蹄形磁鐵用懸線懸于O點(diǎn)，在磁鐵的正下方有一水平放置的長(zhǎng)直導(dǎo)線，當(dāng)導(dǎo)線中通以由左向右的電流時(shí)，蹄形磁鐵的運(yùn)動(dòng)情況將是()A．靜止不動(dòng)B．向紙外平動(dòng)C．N極向紙外轉(zhuǎn)動(dòng)，S極向紙內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)D．N極向紙內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，S極向紙外轉(zhuǎn)動(dòng)3．如圖所示，一根長(zhǎng)為L(zhǎng)的細(xì)鋁棒用兩個(gè)倔強(qiáng)系數(shù)為k的彈簧水平地懸吊在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里，當(dāng)棒中通以向右的電流I時(shí)，彈簧縮短Δy；若通以向左的電流，也是大小等于I時(shí)，彈簧伸長(zhǎng)Δy，則磁感應(yīng)強(qiáng)度B為多少？參考答案：1．(1)0；導(dǎo)線與磁感線平行(2)0.02N；安培力方向垂直導(dǎo)線水平向右(3)0.02N；安培力的方向在紙面內(nèi)垂直導(dǎo)線斜向上2．解析：首先畫出導(dǎo)線所在位置的磁感線分布情況如圖所示，導(dǎo)線左邊與右邊的磁場(chǎng)方向不同，故把導(dǎo)線分為左右兩部分。由左手定則可知左邊的導(dǎo)線受到向內(nèi)的作用力，右邊的導(dǎo)線受到向外的作用力，所以導(dǎo)線左邊向內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，右邊向外轉(zhuǎn)動(dòng)，現(xiàn)在導(dǎo)線固定，蹄形磁鐵可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，磁鐵的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與導(dǎo)線的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，所以蹄形磁鐵的N極向外轉(zhuǎn)動(dòng)，S極向內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，本題選C。3．解析：設(shè)不通電時(shí)，彈簧伸長(zhǎng)為x，則通向右的電流時(shí)，有2k(x－Δy)＝mg－BIL通向左的電流時(shí)，有2k(x＋Δy)＝mg＋BIL解得B＝2kΔy/IL。eq\b\lc\\rc\(\a\vs4\al\co1(課堂小結(jié)))[事件8]教學(xué)任務(wù)：引導(dǎo)學(xué)生從知識(shí)、方法、情感三個(gè)方面小結(jié)本節(jié)課的學(xué)習(xí)活動(dòng)。1．判斷安培力的方向的方法：左手定則2．計(jì)算安培力的大小：F＝ILBsinθ3．了解磁電式電流表的構(gòu)造及基本原理eq\b\lc\\rc\(\a\vs4\al\co1(布置作業(yè)))完成課本課后“問題與練習(xí)”。eq\o(\s\up7(),\s\do5(板書設(shè)計(jì)))4磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力一、安培力1．安培力的方向：左手定則2．安培力的大?。篎＝ILBsinθ二、磁電式電流表eq\o(\s\up7(),\s\do5(活動(dòng)與探究))課題：設(shè)計(jì)制作電磁炮過程：電磁炮是一種理想的兵器，它的主要原理如圖所示。1982年，澳大利亞制成了能把2.2kg的彈體(包括金屬桿EF的質(zhì)量)加速到10km/s的電磁炮(常規(guī)炮彈的速度約為2km/s)。上網(wǎng)查找資料，根據(jù)磁場(chǎng)對(duì)電流會(huì)產(chǎn)生作用力的原理，學(xué)生自主設(shè)計(jì)制作電磁炮模型。研究了解電磁炮的工作原理，分析并改進(jìn)其發(fā)射速度與性能的辦法。小組同學(xué)之間交流合作。各小組派代表向全班同學(xué)展示匯報(bào)研究成果。eq\o(\s\up7(),\s\do5(設(shè)計(jì)說明))左手定則涉及三個(gè)物理量的方向，三維圖形立體感強(qiáng)，具有直觀、形象、逼真等特點(diǎn)，而學(xué)生的空間想象力還不強(qiáng)，通過教師展示三維圖示可以降低學(xué)生思維的難度，通過設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生探究發(fā)現(xiàn)安培力方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度及電流方向的關(guān)系，激發(fā)學(xué)生的興趣。在教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出表述安培力方向的簡(jiǎn)便方法——左手定則，更使學(xué)生富有研究的成就感。在磁電式電流表構(gòu)造及工作原理的教學(xué)中充分信任學(xué)生的自學(xué)能力，問題導(dǎo)引，習(xí)題檢驗(yàn)，使課時(shí)內(nèi)容顯得緊湊，重點(diǎn)突出。根據(jù)本節(jié)課的特點(diǎn)，教學(xué)設(shè)計(jì)中讓學(xué)生盡量多地參與到課堂活動(dòng)中來，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，在自主、探究、合作的學(xué)習(xí)過程中體會(huì)物理學(xué)習(xí)的快樂。課堂以豐富多彩的圖片、課件、實(shí)驗(yàn)輔助教學(xué)，使學(xué)生思維得到訓(xùn)練，能力得到提高。教學(xué)設(shè)計(jì)(二)eq\o(\s\up7(),\s\do5(整體設(shè)計(jì)))教學(xué)目標(biāo)(一)知識(shí)與技能1．知道什么是安培力。知道通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向與電流、磁場(chǎng)方向都垂直時(shí)，它的方向的判斷——左手定則。知道左手定則的內(nèi)容，會(huì)用左手定則熟練地判定安培力的方向，并會(huì)用它解答有關(guān)問題。2．會(huì)用安培力公式F＝BIL解答有關(guān)問題．知道電流方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，電流受的安培力最小，等于零；電流方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，電流受的安培力最大，等于BIL。3．了解磁電式電流表的內(nèi)部構(gòu)造的原理。(二)過程與方法通過演示、分析、歸納、運(yùn)用使學(xué)生理解安培力的方向和大小的計(jì)算。培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力。(三)情感態(tài)度與價(jià)值觀使學(xué)生學(xué)會(huì)由個(gè)別事物的個(gè)性來認(rèn)識(shí)一般事物的共性的認(rèn)識(shí)事物的一種重要的科學(xué)方法．并通過對(duì)磁電式電流表的內(nèi)部構(gòu)造的原理了解，感受物理知識(shí)之間的聯(lián)系。教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：安培力的方向確定和大小的計(jì)算。難點(diǎn)：左手定則的運(yùn)用(尤其是當(dāng)電流和磁場(chǎng)不垂直時(shí)，左手定則如何變通使用)。教學(xué)用具磁鐵、電源、金屬桿、導(dǎo)線、鐵架臺(tái)、滑動(dòng)變阻器、多媒體。eq\o(\s\up7(),\s\do5(教學(xué)過程))導(dǎo)入新課讓學(xué)生回憶在第二節(jié)中通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力大小與什么因素有關(guān)。過渡：本節(jié)我們將對(duì)安培力作進(jìn)一步的討論。推進(jìn)新課安培力：磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力。安培力是以安培的名字命名的，因?yàn)樗芯看艌?chǎng)對(duì)電流的作用力有突出的貢獻(xiàn)。1．安培力的方向【演示】按照P85圖3.13所示進(jìn)行演示。(1)改變電流的方向，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。[現(xiàn)象]導(dǎo)體向相反的方向運(yùn)動(dòng)。(2)調(diào)換磁鐵兩極的位置來改變磁場(chǎng)方向，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。[現(xiàn)象]導(dǎo)體又向相反的方向運(yùn)動(dòng)[教師引導(dǎo)學(xué)生分析得出結(jié)論](1)安培力的方向和磁場(chǎng)方向、電流方向有關(guān)系。(2)安培力的方向既跟磁場(chǎng)方向垂直，又跟電流方向垂直。也就是說，安培力的方向總是垂直于磁感線和通電導(dǎo)線所在的平面。(圖3.41)如何判斷安培力的方向呢？人們通過大量的實(shí)驗(yàn)研究，總結(jié)出通電導(dǎo)線受安培力方向和電流方向、磁場(chǎng)方向存在著一個(gè)規(guī)律——左手定則。左手定則：伸開左手，使大拇指跟其余四個(gè)手指垂直，并且跟手掌在同一個(gè)平面內(nèi)，把左手放入磁場(chǎng)中，讓磁感線垂直穿入手心，并使伸開的四指指向電流方向，那么，拇指所指的方向，就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的受力方向。(如圖)【說明】左手定則是一個(gè)難點(diǎn)，涉及三個(gè)物理量的方向，涉及三維空間，而學(xué)生的空間想象力還不強(qiáng)，所以教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生如何將三維圖形用二維圖形表達(dá)(側(cè)視圖、俯視圖和剖面圖等)，還要引導(dǎo)學(xué)生如何將二維圖形想象成三維圖形。——可將下圖從側(cè)視圖、俯視圖和剖面圖一一向?qū)W生展示。*一般情形的安培力方向法則介紹……結(jié)論：電流和磁場(chǎng)可以不垂直，但安培力必然和電流方向垂直，也和磁場(chǎng)方向垂直，用左手定則時(shí)，磁場(chǎng)不一定垂直穿過手心，只要不從手背穿過就行。*至于大小法則，如果電流和磁場(chǎng)不垂直，則將磁場(chǎng)進(jìn)行分解，取垂直分量代入公式即可；從這個(gè)角度不難理解——如果電流和磁場(chǎng)平行，那么安培力是多少？[學(xué)生]為零。引導(dǎo)學(xué)生分析判斷P94第一題補(bǔ)充練習(xí)：判斷下圖中導(dǎo)線A所受磁場(chǎng)力的方向。答案：【演示】平行通電直導(dǎo)線之間的相互作用(圖3.4－3)。引導(dǎo)學(xué)生區(qū)別安培定則和左手定則，并且用這兩個(gè)定則去解釋“平行通電導(dǎo)線之間的相互作用”這一演示實(shí)驗(yàn)，解釋時(shí)應(yīng)明白左邊的通電導(dǎo)線受到的安培力是右邊的通電導(dǎo)線所產(chǎn)生的磁場(chǎng)施加的，反之亦然。2．安培力的大小通電導(dǎo)線(電流為I、導(dǎo)線長(zhǎng)為L(zhǎng))和磁場(chǎng)(B)方向垂直時(shí)，通電導(dǎo)線所受的安培力的大?。篎＝BIL(最大)。兩種特例：即F＝ILB(I⊥B)和F＝0(I∥B)。一般情況：當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與導(dǎo)線成θ角時(shí)，有F＝ILBsinθ?！咀⒁狻吭谕茖?dǎo)公式時(shí)，要讓學(xué)生明確兩點(diǎn)：一是矢量的正交分解體現(xiàn)兩個(gè)分量與原來的矢量是等效替代的關(guān)系，二是從特殊到一般的歸納的思維方法。還應(yīng)該注意的是：盡管公式F＝ILB是從公式B＝F/IL變形而得的，但兩者的物理意義卻有不同。①公式B＝F/IL是根據(jù)放置于給定磁場(chǎng)中的給定點(diǎn)上的檢驗(yàn)電流(電流元)受力情況，來確定這一位置的磁場(chǎng)的性質(zhì)，它對(duì)任何磁場(chǎng)中的任何點(diǎn)都是適用的。②公式F＝ILB則是在已知磁場(chǎng)性質(zhì)的基礎(chǔ)上，確定在給定位置上給定的一小段通電直導(dǎo)線的受力情況，在中學(xué)階段，它只適用于勻強(qiáng)磁場(chǎng)。教師應(yīng)該給學(xué)生指出：物理公式在作數(shù)學(xué)的等價(jià)變形時(shí)，其物理意義和適用范圍將會(huì)發(fā)生變化。這是應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問題時(shí)所要引起注意的問題，但卻往往被人們所忽視。應(yīng)該提醒學(xué)生注意安培力與庫侖力的區(qū)別。電荷在電場(chǎng)中某一點(diǎn)受到的庫侖力是一定的，方向與該點(diǎn)的電場(chǎng)方向要么相同，要么相反。而電流在磁場(chǎng)中某處受到的磁場(chǎng)力，與電流在磁場(chǎng)中放置的方向有關(guān)，電流方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，電流受的安培力最小，等于零；電流方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，電流受的安培力最大，等于BIL，一般情況下的安培力大于零，小于BIL，方向與磁場(chǎng)方向垂直。3．磁電式電流表(1)電流表的組成及磁場(chǎng)分布請(qǐng)同學(xué)們閱讀課文，讓學(xué)生先看清楚磁鐵、鋁框、線圈、螺旋彈簧、極靴、指針、鐵質(zhì)圓柱等構(gòu)件，了解它們之中哪些是固定的，哪些是可動(dòng)的。然后回答：電流表主要由哪幾部分組成？數(shù)分鐘后，教師出示實(shí)物投影并課件演示——如下圖。[學(xué)生答]電流表由永久磁鐵、鐵芯、線圈、螺旋彈簧、指針、刻度盤等六部分組成。電流表的組成：永久磁鐵、鐵芯、線圈、螺旋彈簧、指針、刻度盤．(最基本的是磁鐵和線圈)教師提示注意：a.鐵芯、線圈和指針是一個(gè)整體；b.蹄形磁鐵內(nèi)置軟鐵是為了(和鐵芯一起)造就輻向磁場(chǎng)；c.觀察——鐵芯轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)螺旋彈簧會(huì)形變。[實(shí)物投影課本如圖][問題]電流表中磁場(chǎng)分布有何特點(diǎn)呢？[教師講解]電流表中磁鐵與鐵芯之間是均勻輻向分布的。[問題]什么是均勻輻向分布呢？[教師進(jìn)一步講解]所謂均勻輻向分布，就是說所有磁感線的延長(zhǎng)線都通過鐵芯的中心，不管線圈處于什么位置，線圈平面與磁感線之間的夾角都是零度．該磁場(chǎng)并非勻強(qiáng)磁場(chǎng)，但在以鐵芯為中心的圓圈上，各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小是相等的。(2)電流表的工作原理——引導(dǎo)學(xué)生弄清楚以下幾點(diǎn)：①線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)是怎樣產(chǎn)生的？②線圈為什么不一直轉(zhuǎn)下去？③為什么指針偏轉(zhuǎn)角度的大小可以說明被測(cè)電流的強(qiáng)弱？④如何根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)的方向來確定電路上電流的方向？⑤使用時(shí)要特別注意什么？4．課堂鞏固與練習(xí)(1)將長(zhǎng)度為20cm、通有0.1A電流的直導(dǎo)線放入一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，電流與磁場(chǎng)的方向如圖所示，已知磁感應(yīng)強(qiáng)度為1T。試求出下列各圖中導(dǎo)線所受安培力的大小和方向。解析：由左手定則和安培力的計(jì)算公式得：(1)因?qū)Ь€與磁感線平行，所以安培力為零；(2)由左手定則知：安培力方向垂直導(dǎo)線水平向右，大小F＝BIL＝1×0.1×0.2N＝0.02N；(3)安培力的方向在紙面內(nèi)垂直導(dǎo)線斜向上，大小F＝BIL＝0.02N。答案：(1)0；導(dǎo)線與磁感線平行。(2)0.02N；安培力方向垂直導(dǎo)線水平向右。(3)0.02N；安培力的方向在紙面內(nèi)垂直導(dǎo)線斜向上。說明：求安培力的大小時(shí)，要注意公式F＝BIL中B與I要垂直；用左手定則判定安培力的方向時(shí)，要注意安培力既與導(dǎo)線垂直又與磁感線垂直，但B與I可以成任意夾角。(2)如圖所示，一根長(zhǎng)為L(zhǎng)的細(xì)鋁棒用兩個(gè)倔強(qiáng)系數(shù)為k的彈簧水平地懸吊在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里，當(dāng)棒中通以向右的電流I時(shí)，彈簧縮短Δy；若通以向左的電流，也是大小等于I時(shí)，彈簧伸長(zhǎng)Δy，則磁感應(yīng)強(qiáng)度B為()A．kΔy/ILB．2kΔy/ILC．kIL/ΔyD．2IL/kΔy解析：設(shè)不通電時(shí)，彈簧長(zhǎng)為x，則通向右的電流時(shí)，有2k(x－Δy)＝mg－BIL通向左的電流時(shí)，有2k(x＋Δy)＝mg＋BIL解得B＝2kΔy/IL答案：B(3)完成課本“問題與練習(xí)”2、4題。5．課堂小結(jié)：先由學(xué)生自主小結(jié)整理，分組展示，教師點(diǎn)評(píng)歸納。6．作業(yè)布置：課本“問題與練習(xí)”第3題。eq\o(\s\up7(),\s\do5(備課資料))“電學(xué)中的牛頓”——安培物理學(xué)家安培，1775年生于法國(guó)里昂。他從小就具有驚人的記憶力，幾乎可以過目不忘，尤其在數(shù)學(xué)方面具有非凡的天賦，13歲就發(fā)表第一篇數(shù)學(xué)論文，論述了螺旋線。可是，在法國(guó)大革命時(shí)期，他的父親被斬首。這一打擊不僅使年輕的安培精神痛苦，并導(dǎo)致家境貧窮，使他失學(xué)了．在彷徨中，他讀了哲學(xué)家盧梭的一本關(guān)于植物學(xué)的著作，它像火炬一樣重新燃起了他對(duì)科學(xué)的熱情，從此他更加刻苦地投入到自學(xué)中去。安培在學(xué)習(xí)和研究問題時(shí)，思想高度集中，專心致志，簡(jiǎn)直達(dá)到了那種忘我的癡迷程度。為了專心研究問題，怕別人來打擾他，安培就在自己的家門口貼上了一張“安培先生不在家”的字條。這樣，來找他的人看到字條后就不會(huì)再敲門打擾他。有一天，他在家中思考一個(gè)問題，百思不得其解，便走出家門，一邊散步一邊思考這個(gè)問題。他在馬路上走著走著，好像突然想起了什么便轉(zhuǎn)回身向家走去。他一邊走一邊還在聚精會(huì)神地思考著問題。當(dāng)他返回自己的家門口時(shí)，抬頭看見門上貼著“安培先生不在家”的那張字條，自言自