1.1磁場對通電導(dǎo)線的作用力教學(xué)設(shè)計(jì)-高二下學(xué)期物理人教版選擇性

1.1磁場對通電導(dǎo)線的作用力教材分析本節(jié)是人教版（2019）選擇性必修二第一章第一節(jié)內(nèi)容，安培力的方向和大小是本節(jié)的重點(diǎn)，弄清安培力、電流和磁感應(yīng)強(qiáng)度(磁場)三者方向的空間關(guān)系是本節(jié)的難點(diǎn)。教學(xué)中要關(guān)注學(xué)生已有的基礎(chǔ)知識(shí)，把新知識(shí)與學(xué)生已有的知識(shí)結(jié)合起來。從物理觀念這個(gè)角度講，安培力這個(gè)概念屬于物質(zhì)觀和相互作用觀的內(nèi)容。前面學(xué)習(xí)過庫侖力，知道庫侖力的大小和方向。安培力與庫侖力有相似之處，它們都是場力。電場對電荷的作用力是庫侖力，磁場對電流的作用力是安培力。教學(xué)中要抓住這兩個(gè)概念相似的地方，適時(shí)幫助學(xué)生建立場的物質(zhì)觀。另外，庫侖力與安培力也有不同的地方。庫侖力的方向?yàn)椋赫姾傻氖芰Ψ较蚺c電場強(qiáng)度的方向相同，負(fù)電荷的受力方向與電場強(qiáng)度的方向相反；而安培力的方向不僅與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向不同，而且與磁場和電流不在同一個(gè)平面內(nèi)，這是本節(jié)課的難點(diǎn)。教學(xué)中通過實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生直觀地認(rèn)識(shí)到安培力的方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度和電流的方向有關(guān)，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)中，用三維坐標(biāo)圖呈現(xiàn)它們的關(guān)系，通過實(shí)驗(yàn)分析得出安培力的方向與磁場和電流所決定的平面垂直。安培力的方向一定與電流和磁感應(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。對此，學(xué)生常?；煜?，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。另外，空間想象力對本節(jié)的學(xué)習(xí)至關(guān)重要。要使學(xué)生能夠看懂三維圖，認(rèn)識(shí)簡單物體的三視圖，需要一定量的訓(xùn)練鞏固。通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)有助于學(xué)生加深對磁場的物質(zhì)觀、磁場對電流的相互作用觀的認(rèn)識(shí)。教學(xué)課時(shí)2課時(shí)教學(xué)目標(biāo)1．知道什么是安培力，知道安培力的方向與哪些因素有關(guān)。2．知道左手定則的內(nèi)容，并會(huì)用它判斷安培力的方向。教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)安培力方向的判定。教學(xué)難點(diǎn)用左手定則判定安培力的方向。教學(xué)準(zhǔn)備多媒體課件教學(xué)過程新課引入教師活動(dòng)：展示電動(dòng)機(jī)的圖片教師口述：在現(xiàn)代生活中，我們的身邊充滿著電器：洗衣機(jī)、電冰箱、錄音機(jī)、吹風(fēng)機(jī)等．你知道這些電器工作時(shí)的共同特點(diǎn)是什么嗎？它產(chǎn)生的原理又是什么呢？講授新課一、安培力的方向教師引入新課：按照下圖組裝電路，給導(dǎo)體棒通電，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)體棒發(fā)生擺動(dòng)，如果把磁鐵去掉，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)體棒不在發(fā)生擺動(dòng)，說明了什么？學(xué)生回答：導(dǎo)體棒受到了力的作用。教師追問：所受力的施力物體是誰？學(xué)生回答：磁鐵教師總結(jié)：我們把通電導(dǎo)線在磁場中受到的力叫做安培力。教師提問：力的三要素是什么？學(xué)生回答：大小，方向，作用點(diǎn)教師提問：下面我們通過實(shí)驗(yàn)來一起探究安培力的方向和大小，首先我改變電流的方向，大家發(fā)生了什么現(xiàn)象。學(xué)生回答：導(dǎo)體棒受力方向發(fā)生改變。教師提問：調(diào)換磁鐵兩極的位置來改變磁場方向，觀察發(fā)生了什么現(xiàn)象？學(xué)生回答：導(dǎo)體棒受力方向也發(fā)生改變。教師追問：安培力的方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向、電流I的方向都有。那我們把三者的方向畫出來，如下圖，大家進(jìn)一步探究，三者有什么關(guān)系？學(xué)生回答：安培力的方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向、電流的方向都垂直。教師口述：安培力的方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向、電流的方向垂直，也就是說，安培力的方向總是垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向、電流的方向所決定的平面。具體來說，安培力的方向可以用左手定則來判定（如下圖所示）：左手定則：伸開左手，使拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在同一個(gè)平面內(nèi)；讓磁感線從掌心垂直進(jìn)入，并使四指指向電流的方向，這時(shí)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。教師引導(dǎo)學(xué)生對安培定則(右手螺旋定則)與左手定則進(jìn)行比較：安培定則(右手螺旋定則)左手定則用途判斷電流的磁場方向判斷電流在磁場中的受力方向適用對象直線電流環(huán)形電流或通電螺線管電流在磁場中應(yīng)用方法拇指指向電流的方向四指彎曲的方向表示電流的環(huán)繞方向磁感線穿過手掌心，四指指向電流的方向結(jié)果四指彎曲的方向表示磁感線的方向拇指指向軸線上磁感線的方向拇指指向電流受到的磁場力的方向二、安培力的大小教師口述：（復(fù)習(xí)）我們已經(jīng)知道，垂直于磁場B的方向放置的長為L的一段導(dǎo)線，當(dāng)通過的電流為I時(shí)，它所受的安培力F＝BIL。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與通電導(dǎo)線的方向平行時(shí)，導(dǎo)線受力為0。教師提問：當(dāng)通電導(dǎo)線中的電流方向與磁場方向既不垂直也不平行時(shí)，我們應(yīng)該如何計(jì)算安培力呢？我們能不能想辦法把“不平行”轉(zhuǎn)化為“平行”或“垂直”呢？在勻強(qiáng)磁場B中，導(dǎo)線中的電流為I，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與導(dǎo)線成θ角時(shí)，(如圖)導(dǎo)線所受安培力F應(yīng)怎樣求解?學(xué)生思考：分解磁感應(yīng)強(qiáng)度。（可以引導(dǎo)學(xué)生回答）把磁感應(yīng)強(qiáng)度B分解為兩個(gè)分量：一個(gè)分量與導(dǎo)線垂直B1＝Bsinθ，另一分量與導(dǎo)線平行B2＝Bcosθ，從右向左看上圖時(shí)，B與導(dǎo)線的關(guān)系如下圖，平行于導(dǎo)線的分量B2不對通電導(dǎo)線產(chǎn)生作用力，通電導(dǎo)線所受作用力僅由B1決定，即F＝IlB1，將B1＝Bsinθ代入得：F＝BIlsinθ。教師總結(jié)：這就是一般情況下的安培力公式表達(dá)式。教師拓展：F＝BILsinθ適用于勻強(qiáng)磁場中的通電直導(dǎo)線，求彎曲導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場中所受安培力時(shí)，L為有效長度，即導(dǎo)線兩端點(diǎn)所連直線的長度，相應(yīng)的電流方向沿L由始端流向末端，如圖所示。三、磁電式電流表教師展示：磁電式電流表的結(jié)構(gòu)圖。教師提問：大家觀察磁電式電流表(如圖所示)，它由哪些構(gòu)件組成的呢？學(xué)生回答：磁鐵、線圈、螺旋彈簧、指針、極靴。教師提問：為什么電流計(jì)的指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)？學(xué)生回答：磁場對電流的作用力教師追問：再具體一些，磁場是怎么分布的？安培力是怎么產(chǎn)生的？結(jié)合實(shí)際猜想指針偏角與電流存在什么關(guān)系？學(xué)生回答：兩極間的極靴和極靴中間的鐵質(zhì)圓柱，使極靴與圓柱間的磁場都沿半徑方向均勻分布，使線圈平面都與磁感線平行，使表盤刻度均勻。(如圖乙所示)教師歸納：（1）通電線圈在磁場中受安培力作用發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。螺旋彈簧變形，反抗線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)。（2）線圈偏轉(zhuǎn)的角度越大，被測電流就越大，所以根據(jù)線圈偏轉(zhuǎn)角度的大小，可以確定被測電流的大小；根據(jù)線圈偏轉(zhuǎn)的方向，可以知道被測電流的方向。（3）優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，可以測出很弱的電流；缺點(diǎn)是線圈的導(dǎo)線很細(xì)，允許通過的電流很弱。四、典例剖析例1．在如圖所示的勻強(qiáng)磁場中，已經(jīng)標(biāo)出了電流I和磁場B以及磁場對電流作用力F三者的方向，其中錯(cuò)誤的是()ABCD解析：根據(jù)左手定則可知A、B、D正確；C圖中電流和磁場方向平行，不受安培力，故C錯(cuò)誤。答案：C例2.我們再必修3學(xué)習(xí)磁場的時(shí)候，知道同向電流相互吸引，反向電流相互排斥。你能利用這節(jié)課學(xué)習(xí)的安培力的知識(shí)，來解釋這樣的現(xiàn)象嗎？提示：先用安培定則判斷左邊直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場方向，再用左手定則判斷右邊直導(dǎo)線在這樣的磁場中的受力情況；然后用相同的方法分析左邊那條直導(dǎo)線的受力情況。例2．如圖所示，長為2l的直導(dǎo)線折成邊長相等、