2022年高中物理 3-4 磁場對通電導(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 磁場對通電導(dǎo)線的作用力教案 新人教版選修3-1 ★新課標(biāo)要求 （一）知識與技能 1、知道什么是安培力，會推導(dǎo)安培力公式F=BILsinθ。 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F=BILsinθ，使學(xué)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。 ★教學(xué)重點 安培力的大小計算和方向的判定。

2、 ★教學(xué)難點 用左手定則判定安培力的方向。 ★教學(xué)方法 實驗觀察法、邏輯推理法、講解法 ★教學(xué)用具： 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、投影片，多媒體輔助教學(xué)設(shè)備 ★教學(xué)過程 （一）引入新課 教師：通過第二節(jié)的學(xué)習(xí)，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(jì)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。 這節(jié)課我們對安培力作進一步的討論。 （二）進行新課 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。 實驗（1）改變電流的方向，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。

3、［現(xiàn)象］導(dǎo)體向相反的方向運動。 （2）調(diào)換磁鐵兩極的位置來改變磁場方向，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。 ［現(xiàn)象］導(dǎo)體又向相反的方向運動。 ［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方向、電流方向有關(guān)系。 （2）安培力的方向既跟磁場方向垂直，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。 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方向、電流方向之間的關(guān)系，可以用左手定則來判定：伸開左手，使大拇指跟其余四個手指垂直，并且都和手掌在一個平面內(nèi)，把手放入磁場中，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，

4、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。 例：判斷下圖中導(dǎo)線A所受磁場力的方向。 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。 實驗（1）電流的方向相同時，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。 ［現(xiàn)象］兩平行導(dǎo)線相互靠近。 實驗（2）電流的方向相反時，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。 ［現(xiàn)象］兩平行導(dǎo)線相互遠離。 教師：為什么會這樣呢？請大家用所學(xué)知識加以分析。 如圖，兩根靠近的平行直導(dǎo)線通入方向相同的電流時，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電流產(chǎn)生的磁場而作用的，要分析AB受力，必須先畫出CD產(chǎn)生的磁場方向（如圖），由左手定則可判知AB受到的磁場力指向CD；用同樣方法先畫出AB產(chǎn)生的磁場方向，可判知CD受到的磁場力指向AB，因而兩同向電流是互相吸引。 請大家不妨根據(jù)上述分析方法，確定一下當(dāng)AB和CD兩根導(dǎo)線中通過反向電流時，它們間相互作用力的方向如何? 說明：分析通電導(dǎo)線在磁場中的受力時，要先確定導(dǎo)線所在處的磁場方向，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：通過第二節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)知道，垂直于磁場B放置的通電導(dǎo)線L，所通

6、電流為I時，它在磁場中受到的安培力 F=BIL 教師：當(dāng)磁感應(yīng)強度B的方向與導(dǎo)線平行時，導(dǎo)線受力為零。 ［問題］當(dāng)磁感應(yīng)強度B的方向與導(dǎo)線方向成夾角θ時，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)實驗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。 請同學(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、刻度盤等六部分組成。 請同學(xué)們閱讀課文，然后回答，為什么電流表可測出電流的強弱和方向？ ［學(xué)生答］磁場對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，可以知道被測電流的強弱。當(dāng)線圈中的電流方向改變時，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，可以知道被測電流的方向。 ［問題］電流表中磁場分布有何特點呢？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。 ［教師進一步講解］所謂均勻輻向分布，就是說所有磁感線的延長線都通

8、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。該磁場并非勻強磁場，但在以鐵芯為中心的圓圈上，各點的磁感應(yīng)強度B的大小是相等的。這樣的磁場，可使線圈轉(zhuǎn)動時，它的兩個邊所經(jīng)過的位置磁場強弱都相同，從而使表盤的刻度均勻。 請同學(xué)們閱讀課文，磁電式儀表的優(yōu)缺點是什么？ ［學(xué)生答］磁電式儀表的優(yōu)點是靈敏度高，可以測出很弱的電流；缺點是繞制線圈的導(dǎo)線很細，允許通過的電流很弱（幾十微安到幾毫安）。如果通過的電流超過允許值，很容易把它燒壞。 （三）課堂總結(jié)、點評 教師活動：讓學(xué)生概括總結(jié)本節(jié)的內(nèi)容。請一個同學(xué)到黑板上總結(jié)，其他同學(xué)在筆記本上總結(jié)，然后請同學(xué)評價黑板上的小結(jié)內(nèi)容

9、。 學(xué)生活動：認真總結(jié)概括本節(jié)內(nèi)容，并把自己這節(jié)課的體會寫下來、比較黑板上的小結(jié)和自己的小結(jié)，看誰的更好，好在什么地方。 點評：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，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)建他們自己的知識框架。 （四）實例探究 ☆安培力的方向 【例1】如圖所示，蹄形磁體用懸線懸于O點，在磁鐵的正下方有一水平放置的長直導(dǎo)線，當(dāng)導(dǎo)線中通以由左向右的電流時，蹄形磁鐵的運動情況將是_______。 A．靜止不動 B．向紙外平動 C．N極向紙外，S極向紙內(nèi)轉(zhuǎn)動 D．N極向紙內(nèi)，S極向紙外轉(zhuǎn)動 解析：要判斷磁體的轉(zhuǎn)動情況，就要知道通電導(dǎo)線對蹄形

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，來考慮導(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，右邊向外轉(zhuǎn)動，現(xiàn)在導(dǎo)線固定，蹄形磁鐵可以自由轉(zhuǎn)動，磁鐵的轉(zhuǎn)動方向與導(dǎo)線的轉(zhuǎn)動方向相反，所以蹄形磁鐵的N極向外轉(zhuǎn)動，S極向內(nèi)轉(zhuǎn)動，本題選C。 ☆安培力的大小 【例2】將長度為20cm、通有0.1A電流的直導(dǎo)線放入一勻強磁場中，電流與磁場的方向如圖所示，已知磁感應(yīng)強度為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 說明：求安培力的大小時，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，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，一根長為L的細鋁棒用兩個倔強系數(shù)為k的彈簧水平地懸吊在勻強磁場中，磁場方向垂直于紙面向里，當(dāng)棒中通以向右的電流I時，彈簧縮短Δy；若通以向左的電流，也是大小等于I時，彈簧伸長Δy，則磁感應(yīng)強度B為_______ A.kΔy/IL B.2kΔy/IL C.kIL/Δy D.2IL/kΔy 解析：設(shè)不通電時，彈簧長為x，則通向右的電流時，有 k(x-Δy)=mg-BIL 通向左的電流時，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，做一做《用小磁針估測磁感應(yīng)強度》或《旋轉(zhuǎn)的液體》小實驗。 2、完成P99“問題與練習(xí)”第1、2、4題。書面完成第3題。 ★教學(xué)體會 思維方法是解決問題的靈魂，是物理教學(xué)的根本；親自實踐參與知識的發(fā)現(xiàn)過程是培養(yǎng)學(xué)生能力的關(guān)鍵，離開了思維方法和實踐活動，物理教學(xué)就成了無源之水、無本之木。學(xué)生素質(zhì)的培養(yǎng)就成了鏡中花，水中月。