高二物理魯科版選修3-16.1探究磁場對電流的作用教案

1、6.1探究磁場對電流的作用一、教材分析安培力的方向和大小是重點，弄清安培力、電流、磁感應(yīng)強度三者方向的空間關(guān)系是難 點。安培力的方向一定與電流、磁感應(yīng)強度方向垂直，但電流方向與磁感應(yīng)強度的方向 可以成任意角度；當電流方向與磁感應(yīng)強度的方向垂直時，安培力最大。對此學(xué)生常常 混淆二、教學(xué)目標（-）知識與技能1、知道什么是安培力，會推導(dǎo)安培力公式F=8sin6。2、知道左手定則的內(nèi)容，并會用它判斷安培力的方向。3、了解磁電式電流表的工作原理。（二）過程與方法通過演示實驗歸納、總結(jié)安培力的方向與電流、磁場方向的關(guān)系左手定則。（三）情感、態(tài)度與價值觀1、通過推導(dǎo)一般情況下安培力的公式尸=8sin6,使學(xué)

2、生形成認識事物規(guī)律要抓住一 般性的科學(xué)方法。2、通過了解磁電式電流表的工作原理，感受物理知識的相互聯(lián)系。三、教學(xué)重點難點教學(xué)重點安培力的大小計算和方向的判定。教學(xué)難點用左手定則判定安培力的方向。四、學(xué)情分析安培力的方向一定與電流、磁感應(yīng)強度方向垂直，但電流方向與磁感應(yīng)強度的方向 可以成任意角度；當電流方向與磁感應(yīng)強度的方向垂直時，安培力最大。對此學(xué)生常常 混淆五、教學(xué)方法實驗觀察法、邏輯推理法、講解法六、課前準備1、學(xué)生的準備：認真預(yù)習課本及學(xué)案內(nèi)容2、教師的準備：多媒體課件制作，課前預(yù)習學(xué)案，課內(nèi)探究學(xué)案，課后延伸拓展學(xué)案 演示實驗：蹄形磁鐵多個、導(dǎo)線和開關(guān)、電源、鐵架臺、兩條平行通電直導(dǎo)線

3、七、課時安排：1課時八、教學(xué)過程（-）預(yù)習檢查、總結(jié)疑惑（二）情景引入、展示目標通過第二吊j的學(xué)習，我們已經(jīng)初步了解磁場對通電導(dǎo)線的作用力。安培在這方面的研究 做出了杰出的貢獻，為了紀念他，人們把通電導(dǎo)線在磁場中所受的作用力叫做安培力。這行 課我們對安培力作進一步的討論。（三）合作探窕、精講點播進行新課探究磁場對電流的作用（板書）我們已經(jīng)了解到通電直導(dǎo)線垂直磁場方向放入磁場，它將受到磁場力的作用，這種力 叫做安培力。安培力的大小與哪些因素有關(guān)？根據(jù)實驗可以得出：F=BIL當通電導(dǎo)線平行磁場方向放入磁場中，它所受的磁場力為零?？磥磉\用尸 =3比來計算 磁場對電流的作用力的大小是有條件的，必須滿足

4、LB.磁場力方向的確定，由左手定則來判斷。提問：如果通電導(dǎo)線與磁感應(yīng)強度的夾角為8時，如圖1所示磁場力的大小是多少？ 怎樣計算？讓學(xué)生討論得出正確的結(jié)果。我們已知，當L_L3時，通電導(dǎo)線受磁場力最大，F(xiàn)=BIL,而當L8時日），啟發(fā)學(xué) 生將8分解成垂直L的心和平行L的B”，因平行L的B對導(dǎo)線作用力為零，所以實際上 磁場8對導(dǎo)線L的作用力就是它的垂直分量兒對導(dǎo)線的作用力，如圖2所示.即Bi=Bsin 囪2F=ILB.=/LBsni8磁場對電流的作用力安培力（板書）大?。篎=/LBsin6 （9是L、8間夾角）方向：由左手定則確定。黑板上演算題：下列圖3中的通電導(dǎo)線長均為G20cm,通電電流強度均

5、為/=5A,它們放入磁感應(yīng)強度均為8=0.8T的勻強磁場中，求它們所受磁場力（安培力）。圖3讓五個同學(xué)上黑板上做，其他同學(xué)在課堂練習本上做，若有做錯的，講明錯在哪兒, 正確解應(yīng)是多少，并把判斷和描述磁場力方向的方法再給學(xué)生講解一下（如圖4示）。M M X X=0.8X0.5X0.2=0. 8NM M X X=0.8X0.5X0.2F 二 BILsin3r =0.8X5X0.2X0.5 =0.4HF=BIL=0,8X5X0.2 =0.8HB=0.8X5X0.2X=0.4-XJN 圖4F=BIL=0.8X5X0.2F=BIL=0,8X5X0.2 =0.8HB=0.8X5X0.2X=0.4-XJN

6、圖4F=BIL=0.8X5X0.2(1)電動機教師：引導(dǎo)學(xué)生.觀察直流電動機的模型，與同學(xué)討論并思考直流電動機為什么會轉(zhuǎn)動。參 與并觀察直流電動機的組裝過程，了解直流電動機的啟動。探究改變電動機轉(zhuǎn)速的方法?！緦嶒炁c探究】(1) 了解直流電動機為什么會轉(zhuǎn)動(2)通過觀察組裝直流電動機的過程了解其的結(jié)構(gòu)和原理(3)直流電動機的啟動(4)直流電動機轉(zhuǎn)速的調(diào)行注：同時通過課件演示直流電動機模型【說明】(1)直流電動機最突出的優(yōu)點是通過改變輸入電壓很容易調(diào)節(jié)它的轉(zhuǎn)速，而交流電動機的 調(diào)速就不太方便。因此，不少需要調(diào)速的設(shè)備，都采用直流電動機。如：無軌電車和電氣機 車都是用直流電動機來開動的。(2)簡單介

7、紹常見的幾種直流電動機模型以及大型的直流電動機的生產(chǎn)和維修過程。總結(jié)：1、電動機的分類：直流電動機電動機r單相交流電動機、交流電動機，I三相交流電動機2、直流電動機最突出的優(yōu)點是通過改變輸入電壓很容易調(diào)h.它的轉(zhuǎn)速。（2）磁電式電表電流表的組成及磁場分布電流表由永久磁鐵、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）注意：a、鐵芯、線圈和指針是一個整體；b、蹄形磁鐵內(nèi)置軟鐵是為了（和鐵芯一起）造就 福向磁場：c、鐵芯轉(zhuǎn)動時螺旋彈簧會形變。投影電流表中磁場分布的特點：電流表中的磁場在磁鐵與鐵芯之間是均勻輻向分

8、布的.電流表的工作原理引導(dǎo)學(xué)生弄清楚以下幾點：線圈的轉(zhuǎn)動是怎樣產(chǎn)生的？線圈為什么不一直轉(zhuǎn)下去？為什么指針偏轉(zhuǎn)角度的大小可以說明被測電流的強弱？使用時要特別注意什么？例1.兩根平行輸電線，其上的電流反向，試畫出它們之間的相互作用力。分析：如圖5所示，A、8兩根輸電線，電流方向相反。通電導(dǎo)線5處在通電導(dǎo)線A產(chǎn)生的磁場中，受到A產(chǎn)生的磁場的磁場力作用；通電導(dǎo)線A處在通電導(dǎo)線8產(chǎn)生的磁場 中，受到8產(chǎn)生的磁場的磁場力作用。我們可以先用安培定則確定通電導(dǎo)線8在導(dǎo)線A處 的磁場方向8b，再用左手定則確定通電導(dǎo)線A受到的磁場力Fa的方向；同理，再用安培定 則先確定通電導(dǎo)線A在導(dǎo)線B處的磁場方向8a，再用左手

9、定則確定通電導(dǎo)線B受到的磁場 力凡的方向。經(jīng)分析得出反向電流的兩根平行導(dǎo)線間存在的相互作用力是斥力。完成上述分析，可以讓同學(xué)在課堂作業(yè)本上畫出電流方向相同的平行導(dǎo)線間的相互作 用力，自己得出同向電流的兩根平行導(dǎo)線間存在的相互作用是引力。例2.斜角為8=30。的光滑導(dǎo)體滑軌A和4上端接入一電動勢=3V、內(nèi)阻不計的電 源，滑軌間距為L=10厘米，將一個質(zhì)量為?=30g,電阻R=0.5C的金屬棒水平放置在滑軌 上，若滑軌周圍存在著垂直于滑軌平面的勻強磁場，當閉合開關(guān)S后，金屬棒剛好靜止在 滑軌上，如圖6,求滑軌周圍空間的磁場方向和磁感應(yīng)強度的大小是多少？解：合上開關(guān)S后金屬棒上有電流流過，且金屬棒保

10、持靜止，由閉合電路歐姆定律=6A金屬棒靜止在滑軌上，它受到重力取編和滑輪支持力的作用，因軌道光滑，僅此二力 金屬棒不可能平衡，它必然還受到垂直于滑軌平面的磁場的安培力作用才能平衡，根據(jù)題意 和左手定則判斷出，磁場方向垂直滑軌面斜向下，金屬棒受到磁場的安培力沿斜而向上，如圖7所示，由進一步受力分析得出，若金屬棒平衡，則它受到的安培力E應(yīng)與重力沿斜面向下的分量加gsin。大小相等，方向相反：F-mgsiii0=O又F=BIL代入得B/L=mgsin0n mgsini9 0 03 乂10 乂0.5 八B = =0.25TIL 6x0.1例3如圖所示，兩條導(dǎo)線相互垂直，但相隔一段距離.其中A8固定，C

11、D能自由活動, 當直線電流按圖示方向通入兩條導(dǎo)線時，導(dǎo)線co將（從紙外向紙內(nèi)看）（）A.順時針方向轉(zhuǎn)動同時靠近導(dǎo)線A8B.逆時針方向轉(zhuǎn)動同時離開導(dǎo)線ABC.順時針方向轉(zhuǎn)動同時離開導(dǎo)線A8D.逆時針方向轉(zhuǎn)動同時靠近導(dǎo)線A8解析 根據(jù)電流元分析法，把CD的電流等效成CO、0。兩段電流.由安培定則畫出C。、 OD所在位置的AB電流的磁場，由左手定則可判斷CO. OD受力如圖甲所示，可見導(dǎo)線 。逆時針轉(zhuǎn)動.由特殊位置分析法，讓。逆時針轉(zhuǎn)動90。，如圖乙，并畫出CO此時位置，A8電流的磁感 線分布，據(jù)左手定則可判斷。受力垂直于紙而向里，可見導(dǎo)線CQ靠近導(dǎo)線43, D正確. 答案D 思維提升：判定安培力作

12、用下物體的運動方向有以下幾種方法：電流元法即把整段電流等效為多段直線電流元，運用左手定則判斷出每小段電流元所受安培力的方 向，從而判斷出整段電流所受合力的方向，最后確定運動方向.特殊位置法把電流或磁鐵轉(zhuǎn)到一個便于分析的特殊位置后再判斷所受安培力的方向，從而確定運動方 向.(3)等效法環(huán)形電流和通電螺線管都可以等效成條形磁鐵.條形磁鐵也可等效成環(huán)形電流或通電螺線 管.通電螺線管也可以等效成很多匝的環(huán)形電流來分析.(4)利用結(jié)論法兩電流相互平行時無轉(zhuǎn)動趨勢，同向電流相互吸引，反向電流相互排斥；兩電流不平行時，有轉(zhuǎn)動到相互平行且方向相同的趨勢.利用這些結(jié)論分析，可事半功倍. 課堂檢測.下面的四個圖顯

13、示了磁場對通電直導(dǎo)線的作用力，其中正確的是()答案c.關(guān)于通電導(dǎo)線所受安培力廠的方向、磁感應(yīng)強度3的方向和電流/的方向之間的關(guān)系， 下列說法正確的是（）A. F、B、/三者必須保持相互垂直B.尸必須垂直8、/,但& /可以不相互垂直5必須垂直F、I,但F、/可以不相互垂直/必須垂直尸、氏但F、8可以不相互垂直答案B解析 安培力F總是與磁感應(yīng)強度B和電流/決定的平而垂直，但8與/（即導(dǎo)線）可以垂直, 也可以不垂直，通電導(dǎo)線受安培力時，力廠與磁場及導(dǎo)線都是垂直的，故A、C、D均錯， B正確.3.如圖所示，固定不動的絕緣直導(dǎo)線皿和可以自由移動的矩形線框反“位于同一平面內(nèi)，加與加、兒邊平行且離溫邊較近

14、.當導(dǎo)線，中通以向上的電流，線框中通以順時針方 向的電流時，線框的運動情況是（）A.向左運動B.向右運動C.以皿為軸轉(zhuǎn)動D.靜止不動答案B解析 線框中通有電流，/和灰、兩導(dǎo)線同時受到通電導(dǎo)線，加的作用力，故可知B選項正 確.4.通有電流的導(dǎo)線乙、處在同一平面（紙而）內(nèi)，心是固定的，心可繞垂直紙面的固定轉(zhuǎn)軸 。轉(zhuǎn)動（0為左的中心），各自的電流方向如圖所示.下列哪種情況將會發(fā)生（）A.因上不受磁場力的作用，故心不動B.因上、下兩部分所受的磁場力平衡，故上不動C.七繞軸。按順時針方向轉(zhuǎn)動D.上繞軸。按逆時針方向轉(zhuǎn)動答案D解析 由右手螺旋定則可知導(dǎo)線心的上方的磁場的方向為垂直紙而向外，且離導(dǎo)線L的距 離越遠的地方，磁場越弱，導(dǎo)線心上的每一小部分受到的安培力方向水平向右，由于。點 的下方磁場較強，則安培力較大，因此心繞軸O按逆時針方向轉(zhuǎn)動，D選項對.課堂小結(jié).當通電直導(dǎo)線垂直磁場方向放入磁場