全國優(yōu)質(zhì)課大賽一等獎高中物理新課標(biāo)教材選修3《通電導(dǎo)線在磁場中受到的力》優(yōu)秀教學(xué)設(shè)計+導(dǎo)學(xué)案+反思

《通電導(dǎo)線在磁場中受到的力》探究式教學(xué)設(shè)計【教材分析】通電導(dǎo)線在磁場中受到的安培力是磁場這一章的核心知識，也是本章的教學(xué)重點。本節(jié)課是在學(xué)習(xí)了磁場的基本知識的基礎(chǔ)上，進一步通過實驗探究和邏輯推理的方式學(xué)習(xí)磁場對電流的作用。在探究安培力方向的過程中，學(xué)會正確判斷安培力方向的方法體會實驗探究的方法；根據(jù)實驗探究和理論推導(dǎo)得出勻強磁場中安培力的表達式F=BILsin?，學(xué)會計算安培力大小的方法，培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度。本節(jié)課不僅是對安培力的深入學(xué)習(xí)，也是后續(xù)學(xué)習(xí)洛倫茲力的一個基礎(chǔ)?！窘虒W(xué)目標(biāo)】1、知識與技能觀察安培力方向與哪些因素有關(guān)的實驗，記錄實驗現(xiàn)象并提出相關(guān)結(jié)論。指導(dǎo)安培力方向與電流、磁感應(yīng)強度的方向都垂直，會用左手定則判斷安培力的方向。根據(jù)實驗探究和理論推導(dǎo)得出勻強磁場中安培力的表達式F=BILsin?，知道電流方向與磁場方向平行時，電流受的安培力最小，等于零；電流方向與磁場方向垂直時，電流受的安培力最大，等于BIL。會用安培力公式F=BILsin?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(gòu)造以及運用它測量電流大小和方向的基本原理。2、過程與方法經(jīng)歷自主探究安培力方向與哪些因素有關(guān)的實驗過程，體會猜想、設(shè)計實驗、觀察和記錄實驗現(xiàn)象等實驗探究要素。通過制定方案體會控制變量的研究方法；在理論推導(dǎo)過程體會從特殊到一般和等效替代的科學(xué)方法。體會如何從實驗現(xiàn)象中尋找聯(lián)系并總結(jié)出規(guī)律的科學(xué)方法。情感態(tài)度與價值觀通過了解安培力在生活中的應(yīng)用，體會物理知識對現(xiàn)代社會發(fā)展的貢獻。通過左手定則體會自然界規(guī)律的奇妙，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。【教學(xué)重難點】重點：安培力的方向確定和大小的計算。難點：安培力、電流、磁感應(yīng)強度三者方向的空間關(guān)系。重難點的突破：由于安培力的方向與磁場的方向、電流的方向不但不在一條直線上，而且不在一個平面內(nèi)。因此，研究安培力方向的問題要涉及三維空間。恰恰學(xué)生空間想象能力還不強。為了突破難點，本教學(xué)設(shè)計先讓學(xué)生自主探究四種情況下安培力的方向，通過學(xué)生認(rèn)真觀察、記錄、分析實驗現(xiàn)象的過程，初步認(rèn)識安培力方向的特點，同時也培養(yǎng)了學(xué)生空間思維能力。由于本章第2節(jié)已經(jīng)通過實驗得到B的定義，所以很容易得到電流與磁場方向垂直時F=BIL。但學(xué)生實際應(yīng)用時往往會忽略垂直的前提條件，任何情況都套用公式F=BIL。對當(dāng)磁場方向與電流方向平行時F=0和磁場方向與電流方向成角時學(xué)生沒有直觀的感受，理解存在困難。為突破此難點，本教學(xué)設(shè)計利用自制的教具來直觀展示當(dāng)磁場方向與電流方向垂直、成角、平行時安培力的大小情況，讓學(xué)生親眼看見安培力變化的情況，再利用力學(xué)中常用的正交分解做出理論分析。【教學(xué)用具】多媒體、投影儀、課件、變壓器、平行電流作用力演示儀、導(dǎo)線、學(xué)生分組實驗儀器【教學(xué)過程】教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計思路情景引入電磁炮發(fā)射的視頻電磁炮發(fā)射的視頻播放電磁炮發(fā)射的視頻教師介紹：電磁炮是利用電磁發(fā)射技術(shù)制成的一種先進動能殺傷武器。與傳統(tǒng)大炮將火藥燃?xì)鈮毫ψ饔糜趶椡璨煌姶排谑抢秒姶畔到y(tǒng)中電磁場對炮彈導(dǎo)電底座的作用力，自然條件下炮彈速度可達近萬m/s。射程320km，殺傷能量32兆焦（1兆焦相當(dāng)1噸重汽車160km/h的動能）。師：電磁炮是如何做到這一點的？原因在于：電磁炮的動力來源于：磁場對電流的作用力。師：由于安培在研究磁場和電流的相互作用方面做出了杰出的貢獻，為了紀(jì)念他，人們把通電導(dǎo)線在磁場中受到的力稱為安培力。這節(jié)課我們就安培力作進一步的研究。力是矢量，有大小和方向。我們首先來研究安培力的方向。學(xué)生觀看視頻激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣科學(xué)探究【主題一】：安培力的方向師：請同學(xué)們大膽猜想安培力方向可能與哪些因素有關(guān)？生：安培力方向與電流方向、磁場的方向有關(guān)。師：大家的猜想是否正確呢？這需要通過實驗來驗證。老師這里給大家提供的實驗器材有：一塊平板狀磁鐵、兩塊金屬導(dǎo)軌、一根銅棒、導(dǎo)線、電源。師：該實驗涉及到三個物理變量，所以我們在探究過程中時應(yīng)該采用什么樣的科學(xué)方法？生：控制變量法。師：很好，控制其中一個量，觀察剩下一個量對安培力方向的影響。鑒于此做四點思考：1.怎樣改變電流方向？——正負(fù)極互換位置2.怎樣改變磁場方向？——改變磁體的位置3.導(dǎo)體棒的受力方向如何體現(xiàn)？——銅棒啟動的方向4.該實驗有幾種組合情況？——四種四種組合情況的的側(cè)面圖師：側(cè)視圖是將立體圖轉(zhuǎn)換為平面圖，比如組合一（老師手中拿器材比劃）銅棒上的紅箭頭代表的是電流方向，從這個角度看，磁場是向上的，電流是向里的，下圖依次是四種組合的側(cè)視圖。友情提醒：實驗前，弄清楚磁場方向、電流方向，實驗時，在學(xué)案上記錄相應(yīng)的安培力的方向。注意我們這個實驗是在短路的環(huán)境下進行的，通電時間不宜過長，我們在連接電路時，有一個接線柱不要接實，采用的是碰觸式通電，一旦觀察到銅棒啟動后，立即斷開電源。師：實驗證實了大家的猜想是正確的，安培力方向確實與磁場方向、電流方向有關(guān)。那么，安培力方向與電流方向、磁場方向到底存在怎樣的關(guān)系呢？生：F⊥B、F⊥I（或者說F⊥B、I構(gòu)成的平面）請大家伸出左手對于這樣一種方向關(guān)系，有沒有通用的辦法，把它們形象、簡單地表示出來。師：哪位同學(xué)上來給大家展示一下。學(xué)生用左手展示。大家跟他一起做。師：完成的非常好，大家給他點掌聲！為什么伸出左手呢？伸右手是否可行？此處不能說不行，而是安培定則用右手，下一章電磁感應(yīng)也有一個定則叫右手定則，所以伸出左手。正如B不叫磁場強度而叫磁感應(yīng)強度一樣。因為我們用的是左手我們把它叫做左手定則。教師介紹左手定則，在ppt上顯示左手定則內(nèi)容及圖片，讓學(xué)生舉起左手一起做。伸開左手,使拇指與其余四個手指垂直,并且都與手掌在同一平面內(nèi);讓磁感應(yīng)線從掌心進入,并使四指指向電流的方向，這時大拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向。四指大拇指四指大拇指磁感線穿過掌心電流方向安培力方向再次提醒：一定要使用左手！下面請大家利用左手定則完成例1.例1.圖中分別標(biāo)明了電流、磁感應(yīng)強度和安培力這三個量中兩個量的方向，試標(biāo)出第三個量的方向。這道題說明了左手定則不光是用來判斷安培力的方向，對于安培力、電流、磁場三者方向兩兩垂直的情況，運用左手定則可以知道其中兩個物理量判斷第三個物理量，知二判一。師：我們大家都知道同種電荷相互排斥、異種電荷相互吸引；同名磁極間相互排斥、異名磁極相互吸引。我們大家還知道電流之間是有相互作用的，那么，同向電流之間、異向電流之間的作用力又有什么特點呢？大家先來猜一猜！生：同向電流相互排斥、反向電流相互吸引。師：大家的猜想是否正確呢？【演示】通電平行直導(dǎo)線間作用力的特點介紹實驗器材：裝置中是兩根平行直導(dǎo)線，老師給它們加入同向電流，大家看到了什么現(xiàn)象？生：（1）同向電流相互吸引；現(xiàn)在老師再給它們加入反向電流，大家又觀察到什么現(xiàn)象？生：（2）反向電流相互排斥。師：為什么會出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象呢？請用剛剛學(xué)習(xí)過的知識解釋同向電流中導(dǎo)線2所受的安培力的方向。哪位同學(xué)來解釋？生：先用右手螺旋定則判斷導(dǎo)線1產(chǎn)生的磁場方向，再用左手定則判斷導(dǎo)線2所受安培力的方向向左。師：很好，根據(jù)牛頓第三定律可知導(dǎo)線1所受安培力方向向右。請大家課后解釋反向電流安培力的方向。板書：一、安培力的方向?qū)W生一般能猜出與電流方向、磁場的方向有關(guān)（可能也有一些另外的想法，不管對錯，都應(yīng)該鼓勵）。通過實驗探究，培養(yǎng)學(xué)生觀察、實驗設(shè)計、分析歸納能力以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維和創(chuàng)新的探究思路。學(xué)生通過實驗探究總結(jié)歸納出安培力方向與電流方向、磁場方向之間的關(guān)系學(xué)生一般能得到安培力方向既與磁場方向垂直又與電流方向垂直。即垂直于磁場方向與電流方向所在的平面這一結(jié)論。F⊥B、F⊥I（F⊥B、I構(gòu)成的平面）由學(xué)生自已總結(jié)規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生空間想像能力和歸納、類比能力。應(yīng)用左手定則解決實際問題，同學(xué)們的猜測不統(tǒng)一，激發(fā)學(xué)生求知欲。科學(xué)探究【主題二】：安培力的大小師：研究完安培力的方向，下面我們來研究安培力的大小。我們在第2節(jié)已經(jīng)知道：（1）通電導(dǎo)線與磁場方向垂直時，F(xiàn)=ILB。（2）通電導(dǎo)線與磁場方向平行時，F(xiàn)=0。（3）科學(xué)的研究總是從特殊到一般，從現(xiàn)象到本質(zhì)。那么問題來了，當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場方向既不垂直也不平行，安培力的大小又將如何呢？下面，我們還是通過實驗來探究。【探究】介紹實驗器材：（1）彈簧下懸掛著一根銅棒，不通電時，將銅棒調(diào)水平平衡，讀出讀數(shù)，這時銅棒受到重力、彈簧彈力，根據(jù)二力平衡可得銅棒重力G；（2）這是銣磁鐵，通過轉(zhuǎn)動銣磁鐵可以改變銅棒與磁場方向的夾角?，F(xiàn)在磁場方向與銅棒正好垂直，通電后，大家看到什么現(xiàn)象？生：銅棒向下運動。師：銅棒為什么向下運動?生：銅棒受到向下安培力的作用?，F(xiàn)在將銅棒調(diào)水平平衡，讀出讀數(shù)，此時銅棒受三個力重力、彈力、安培力，根據(jù)三力平衡，可得F安=F-G。（3）轉(zhuǎn)動磁體，使磁場方向與銅棒夾角分別為600、300、00，調(diào)水平平衡后讀出讀數(shù)。注意調(diào)平衡后，安培力的方向始終豎直向下。最后友情提醒大家三點：連接電路：黑接黑，紅接紅；黑導(dǎo)線接儀器盒上線圈上的接線柱，儀器盒上紅接線柱不接實，通電時間不要過長，讀完讀數(shù)立即斷開電源；調(diào)水平平衡提的是彈簧外殼；讀數(shù)只需讀刻度即可，讀的是彈簧與紅線交接點的上限。（4）完成實驗并且將實驗結(jié)果填寫在學(xué)案中。θ棒重G彈簧秤示數(shù)FF安=F-G900600300000展示學(xué)生實驗結(jié)果，用水筆圈出來。師：大家看這兩組數(shù)據(jù)，從中大家可以得到怎樣的結(jié)論？生：隨著磁場方向與導(dǎo)線方向夾角的減小，安培力在減??；當(dāng)磁場方向與導(dǎo)線方向垂直時，安培力最大；當(dāng)磁場方向與導(dǎo)線方向平行時，安培力最小為0。師：我們再比較與實驗數(shù)據(jù)，大家可以看出什么？生：幾乎相等。師：說明在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，安培力與滿足我們數(shù)學(xué)上的什么函數(shù)關(guān)系？生：正弦函數(shù)。師：到底是不是滿足正弦函數(shù)關(guān)系，下面我們從理論方面來探究：師：B與I成角，怎么處理？生：將B正交分解，分解為與電流垂直的分量=Bsinθ，與電流平行的分量=Bcosθ不起作用，安培力僅由決定，F(xiàn)=IL，將=Bsinθ代入得F=ILBsinθ這里用到了等效替代的思想（注意：θ為B與I的夾角）這是一般情況下安培力的表達式。在中學(xué)階段，僅適用于勻強磁場。至此，我們對于安培力的大小與方向都有了深入地了解。下面請同學(xué)們完成例2、例3。例2.一根長為0.2m的通以2A電流的導(dǎo)線，放在磁感應(yīng)強度為0.5T的勻強磁場中，受到磁場力的大小可能是（BCD）

A.0.4N B.0.2NC.0.1N D.0選擇的理由：不確定。例3：根據(jù)磁場對電流會產(chǎn)生作用力的原理，人們研制出一種新型的發(fā)射炮彈的裝置—電磁炮，它的基本原理如圖所示。把待發(fā)射的炮彈(導(dǎo)體)放置在強磁場中的兩平行導(dǎo)軌上，給導(dǎo)軌通以大電流，使炮彈作為一個截流導(dǎo)體在磁場作用下沿導(dǎo)軌加速運動，并以某一速度發(fā)射出去，則(ABC)A．要使炮彈沿導(dǎo)軌向右發(fā)射，必須通以自M向N的電流B．要想提高炮彈的發(fā)射速度，可適當(dāng)增大電流C．要想提高炮彈的發(fā)射速度，可適當(dāng)增大磁感應(yīng)強度 D．使電流和磁感應(yīng)強度的方向同時反向，炮彈的發(fā)射方向也隨之反向。解釋D：電流方向、磁場方向如果只有其中之一反向，安培力也反向；如果兩者都反向，安培力方向反而不變。板書：二、安培力的大小學(xué)生自主探究學(xué)以致用【主題三】：磁電式電流表目前，安培力已經(jīng)應(yīng)用在工業(yè)、軍事、科研等各個領(lǐng)域，我們實驗室中使用的磁電式電流表就是利用了安培力與電流的關(guān)系。閱讀教材，回答以下問題：（ppt）⑴磁電式電流表的基本組成部分是什么？如圖所示是電流表的構(gòu)造圖，在一個很強的蹄形磁鐵的兩極間有一個固定的圓柱形鐵芯，鐵芯外面套有一個可以轉(zhuǎn)動的鋁框，鋁框上繞有線圈，鋁框的轉(zhuǎn)軸上裝有兩個螺旋彈簧和一個指針，線圈的兩端分別接在這個螺旋彈簧上，被測電流通過彈簧流入線圈。⑵磁電式電流表的原理是什么？當(dāng)電流通過線圈時線圈左右兩邊都要受到方向相反安培力，使線圈發(fā)生轉(zhuǎn)動，線圈轉(zhuǎn)動使螺旋彈簧被扭動，反抗線圈轉(zhuǎn)動。電流越大，安培力就越大，螺旋彈簧的形變也就越大。所以從線圈偏轉(zhuǎn)的角度就能判斷通過電流的大小。蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場是均勻地輻射分布的，不管通電線圈轉(zhuǎn)到什么角度，它的平面都跟磁感應(yīng)線平行，表盤的刻度就是均勻的了。⑶磁電式電流表的優(yōu)缺點是什么？磁電式儀表的優(yōu)點是是靈敏度高，可以測出很弱的電流；缺點是線圈的導(dǎo)線很細(xì)，允許通過的電流很弱（幾十微安到幾毫安）。我們在使用時，要注意它的量程，防止電表燒壞。學(xué)生回答，如果不完整作適當(dāng)補充。小結(jié)小結(jié)板書3.4通電導(dǎo)線在磁場中受到的力安培力的方向——左手定則F⊥B、F⊥I（或者說F⊥B、I構(gòu)成的平面）安培力的大?。海锽與I的夾角）勻強磁場三、磁電式電流計作業(yè)課本P94問題與練習(xí)1-4第4節(jié)通電導(dǎo)線在磁場中受到的力學(xué)習(xí)目標(biāo)知道什么是安培力，會用左手定則熟練地判定安培力的方向，并會用它解答有關(guān)問題。

掌握安培力的計算公式，會用公式解答有關(guān)問題。了解磁電式電流表的內(nèi)部構(gòu)造的原理。

【學(xué)習(xí)重點】安培力的方向確定和大小的計算?！緦W(xué)習(xí)難點】安培力、電流、磁感應(yīng)強度三者方向的空間關(guān)系。情景引入【播放電磁炮發(fā)射的視頻】安培力的定義：?？茖W(xué)探究 【主題一】：安培力的方向【問題】請同學(xué)們猜想安培力方向可能與哪些因素有關(guān)？【實驗探究】請同學(xué)們根據(jù)提供的器材來驗證你的猜想，根據(jù)實驗結(jié)果，在下圖中做出安培力F的方向。 （1）安培力方向與電流方向、磁場方向存在怎樣的關(guān)系？（2）請大家伸出左手對于這樣一種方向關(guān)系，有沒有通用的辦法，把它們形象、簡單地表示出來。左手定則內(nèi)容：伸出左手，使大拇指跟其余四個手指垂直，且跟手掌在一個平面內(nèi)。把手放入磁場中，讓磁感線穿入手心，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)線在磁場中所受安培力的方向。磁感線；四指；大拇指。再次提醒：一定要使用左手！例1.圖中分別標(biāo)明了電流、磁感應(yīng)強度和安培力這三個量中兩個量的方向，試標(biāo)出第三個量的方向。【演示實驗】通電平行直導(dǎo)線間作用力的特點同向電流相互；（2）反向電流相互。請用剛剛學(xué)習(xí)的知識解釋其中的原因?！局黝}二】：安培力大?。?）當(dāng)時，F(xiàn)=；（2）當(dāng)時，F(xiàn)=。（3）當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場方向既不垂直也不平行，安培力的大小又將如何呢？【實驗探究】完成實驗并且將實驗結(jié)果填寫在學(xué)案中。θ棒重G彈簧秤示數(shù)FF安=F-G900600300000理論探究：結(jié)論：一般情況下，安培力的大小F=；適用條件：。例2.（多選）一根長為0.2m的通以2A電流的導(dǎo)線，放在磁感應(yīng)強度為0.5T的勻強磁場中，受到磁場力的大小可能是（）

A.0.4N B.0.2NC.0.1N D.0MNB例3.（多選）根據(jù)磁場對電流會產(chǎn)生作用力的原理，人們研制出一種新型的發(fā)射炮彈的裝置MNBA．要使炮彈沿導(dǎo)軌向右發(fā)射，必須通以自M向N的電流B．要想提高炮彈的發(fā)射速度，可適當(dāng)增大電流C．要想提高炮彈的發(fā)射速度，可適當(dāng)增大磁感應(yīng)強度 D．使電流和磁感應(yīng)強度的方向同時反向，