2022年高中物理 3-4 磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力教案 新人教版選修3-1

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1、2022年高中物理 3-4 磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力教案 新人教版選修3-1 ★新課標(biāo)要求 （一）知識(shí)與技能 1、知道什么是安培力，會(huì)推導(dǎo)安培力公式F=BILsinθ。 2、知道左手定則的內(nèi)容，并會(huì)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(guò)程與方法 通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)歸納、總結(jié)安培力的方向與電流、磁場(chǎng)方向的關(guān)系——左手定則。 （三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀 1、通過(guò)推導(dǎo)一般情況下安培力的公式F=BILsinθ，使學(xué)生形成認(rèn)識(shí)事物規(guī)律要抓住一般性的科學(xué)方法。 2、通過(guò)了解磁電式電流表的工作原理，感受物理知識(shí)的相互聯(lián)系。 ★教學(xué)重點(diǎn) 安培力的大小計(jì)算和方向的判定。

2、 ★教學(xué)難點(diǎn) 用左手定則判定安培力的方向。 ★教學(xué)方法 實(shí)驗(yàn)觀察法、邏輯推理法、講解法 ★教學(xué)用具： 蹄形磁鐵多個(gè)、導(dǎo)線和開(kāi)關(guān)、電源、鐵架臺(tái)、兩條平行通電直導(dǎo)線、投影片，多媒體輔助教學(xué)設(shè)備 ★教學(xué)過(guò)程 （一）引入新課 教師：通過(guò)第二節(jié)的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)初步了解磁場(chǎng)對(duì)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(xiàn)，為了紀(jì)念他，人們把通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受的作用力叫做安培力。 這節(jié)課我們對(duì)安培力作進(jìn)一步的討論。 （二）進(jìn)行新課 1、安培力的方向 教師：安培力的方向與什么因素有關(guān)呢？ 演示：如圖所示，連接好電路。 實(shí)驗(yàn)（1）改變電流的方向，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。

3、［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(lái)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(shuō)，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：如何判斷安培力的方向呢？ ［出示投影片］ 通電直導(dǎo)線所受安培力的方向和磁場(chǎng)方向、電流方向之間的關(guān)系，可以用左手定則來(lái)判定：伸開(kāi)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(kāi)的四指指向電流的方向，那么，

4、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。 例：判斷下圖中導(dǎo)線A所受磁場(chǎng)力的方向。 解答： （垂直于紙面向里） 教師：通電平行直導(dǎo)線間的作用力方向如何呢？ 演示：如圖所示，連接好電路。 實(shí)驗(yàn)（1）電流的方向相同時(shí)，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。 ［現(xiàn)象］兩平行導(dǎo)線相互靠近。 實(shí)驗(yàn)（2）電流的方向相反時(shí)，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。 ［現(xiàn)象］兩平行導(dǎo)線相互遠(yuǎn)離。 教師：為什么會(huì)這樣呢？請(qǐng)大家用所學(xué)知識(shí)加以分析。 如圖，兩根靠近的平行直導(dǎo)線通入方向相同的電流時(shí)，它們相互間的作用力的方向如何?

5、 解析：兩根導(dǎo)線的電流間的相互作用力是通過(guò)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)而作用的，要分析AB受力，必須先畫(huà)出CD產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向（如圖），由左手定則可判知AB受到的磁場(chǎng)力指向CD；用同樣方法先畫(huà)出AB產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向，可判知CD受到的磁場(chǎng)力指向AB，因而兩同向電流是互相吸引。 請(qǐng)大家不妨根據(jù)上述分析方法，確定一下當(dāng)AB和CD兩根導(dǎo)線中通過(guò)反向電流時(shí)，它們間相互作用力的方向如何? 說(shuō)明：分析通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的受力時(shí)，要先確定導(dǎo)線所在處的磁場(chǎng)方向，然后根據(jù)左手定則確定通電導(dǎo)線的受力方向。 2、安培力的大小 教師：通過(guò)第二節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)知道，垂直于磁場(chǎng)B放置的通電導(dǎo)線L，所通

6、電流為I時(shí)，它在磁場(chǎng)中受到的安培力 F=BIL 教師：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。 ［問(wèn)題］當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與導(dǎo)線方向成夾角θ時(shí)，導(dǎo)線受的安培力多大呢？ 教師投影圖3.4-4，引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)： 將磁感應(yīng)強(qiáng)度B分解為與導(dǎo)線垂直的分量和與導(dǎo)線平行的分量，則， 因不產(chǎn)生安培力，導(dǎo)線所受安培力是產(chǎn)生的，故 此即為一般情況下的安培力公式。 3、磁電式電流表 教師：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(lái)學(xué)習(xí)磁電式電流表的工作原理。 請(qǐng)同學(xué)們閱讀課文，然后回答，電流表主要由哪幾部分組成的？ 投影圖3.4-5。 ［學(xué)生答］電流表由永

7、久磁鐵、鐵芯、線圈、螺旋彈簧、指針、刻度盤(pán)等六部分組成。 請(qǐng)同學(xué)們閱讀課文，然后回答，為什么電流表可測(cè)出電流的強(qiáng)弱和方向？ ［學(xué)生答］磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力和電流成正比，因而線圈中的電流越大，安培力越大，線圈和指針偏轉(zhuǎn)的角度就越大，因此，根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)角度的大小，可以知道被測(cè)電流的強(qiáng)弱。當(dāng)線圈中的電流方向改變時(shí)，安培力的方向隨著改變，指針的偏轉(zhuǎn)方向也隨著改變，所以，根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)方向，可以知道被測(cè)電流的方向。 ［問(wèn)題］電流表中磁場(chǎng)分布有何特點(diǎn)呢？為何要如此分布？ ［教師講解］電流表中磁鐵與鐵芯之間是均勻輻向分布的。如圖。 ［教師進(jìn)一步講解］所謂均勻輻向分布，就是說(shuō)所有磁感線的延長(zhǎng)線都通

8、過(guò)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。這樣的磁場(chǎng)，可使線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它的兩個(gè)邊所經(jīng)過(guò)的位置磁場(chǎng)強(qiáng)弱都相同，從而使表盤(pán)的刻度均勻。 請(qǐng)同學(xué)們閱讀課文，磁電式儀表的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？ ［學(xué)生答］磁電式儀表的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，可以測(cè)出很弱的電流；缺點(diǎn)是繞制線圈的導(dǎo)線很細(xì)，允許通過(guò)的電流很弱（幾十微安到幾毫安）。如果通過(guò)的電流超過(guò)允許值，很容易把它燒壞。 （三）課堂總結(jié)、點(diǎn)評(píng) 教師活動(dòng)：讓學(xué)生概括總結(jié)本節(jié)的內(nèi)容。請(qǐng)一個(gè)同學(xué)到黑板上總結(jié)，其他同學(xué)在筆記本上總結(jié)，然后請(qǐng)同學(xué)評(píng)價(jià)黑板上的小結(jié)內(nèi)容

9、。 學(xué)生活動(dòng)：認(rèn)真總結(jié)概括本節(jié)內(nèi)容，并把自己這節(jié)課的體會(huì)寫(xiě)下來(lái)、比較黑板上的小結(jié)和自己的小結(jié)，看誰(shuí)的更好，好在什么地方。 點(diǎn)評(píng)：總結(jié)課堂內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生概括總結(jié)能力。 教師要放開(kāi)，讓學(xué)生自己總結(jié)所學(xué)內(nèi)容，允許內(nèi)容的順序不同，從而構(gòu)建他們自己的知識(shí)框架。 （四）實(shí)例探究 ☆安培力的方向 【例1】如圖所示，蹄形磁體用懸線懸于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，S極向紙內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng) D．N極向紙內(nèi)，S極向紙外轉(zhuǎn)動(dòng) 解析：要判斷磁體的轉(zhuǎn)動(dòng)情況，就要知道通電導(dǎo)線對(duì)蹄形

10、磁鐵的作用力，而要判斷磁體的作用力較為困難，我們可以假設(shè)磁鐵不動(dòng)，來(lái)考慮導(dǎo)線的受力的情況，然后根據(jù)牛頓第三定律判斷磁鐵的受力情況。 首先畫(huà)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)線受到向左的作用力，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。 ☆安培力的大小 【例2】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

11、。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）0.02 N；安培力方向垂直導(dǎo)線水平向右 （3）0.02 N；安培力的方向在紙面內(nèi)垂直導(dǎo)線斜向上 說(shuō)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

12、角。 【例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_(kāi)______ A.kΔy/IL B.2kΔy/IL C.kIL/Δy D.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 k(x-Δy)=mg-BIL 通向左的電流時(shí)，有 k(x+Δy)=mg+BIL 解得B=kΔy/IL 答案：A ★課余作業(yè) 1、課下閱讀課本第98頁(yè)，做一做《用小磁針估測(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度》或《旋轉(zhuǎn)的液體》小實(shí)驗(yàn)。 2、完成P99“問(wèn)題與練習(xí)”第1、2、4題。書(shū)面完成第3題。 ★教學(xué)體會(huì) 思維方法是解決問(wèn)題的靈魂，是物理教學(xué)的根本；親自實(shí)踐參與知識(shí)的發(fā)現(xiàn)過(guò)程是培養(yǎng)學(xué)生能力的關(guān)鍵，離開(kāi)了思維方法和實(shí)踐活動(dòng)，物理教學(xué)就成了無(wú)源之水、無(wú)本之木。學(xué)生素質(zhì)的培養(yǎng)就成了鏡中花，水中月。