2019-2020年新課標(biāo)魯科版3-1 選修三6.1《探究磁場(chǎng)對(duì)電流的作用》 WORD教案5.doc

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2019-2020年新課標(biāo)魯科版3-1 選修三6.1探究磁場(chǎng)對(duì)電流的作用 WORD教案5一、知識(shí)與技能通過(guò)實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)到通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到力的作用，這種力就叫安培力。知道影響安培力大小和方向的因素；知道左手定則和安培力大小的計(jì)算公式。用左手定則判斷安培力的方向，能計(jì)算在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)通電導(dǎo)線所受安培力的大小。通過(guò)安培力了解磁感應(yīng)強(qiáng)度的比值定義法。二、過(guò)程與方法經(jīng)歷科學(xué)探究的過(guò)程，培養(yǎng)分析解決問(wèn)題的能力。使用控制變量法來(lái)研究安培力的大小與什么有關(guān)，學(xué)習(xí)使用等效替代法來(lái)測(cè)量不能直接測(cè)量的安培力。嘗試運(yùn)用物理原理和研究方法解決一些與生產(chǎn)、生活相關(guān)的實(shí)際問(wèn)題如電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)和磁電式電表的原理。三、情感態(tài)度與價(jià)值觀通過(guò)對(duì)電磁關(guān)系的學(xué)習(xí)，領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對(duì)科學(xué)的好奇心與求知欲，熱于探索自然界的奧秘體會(huì)物理知識(shí)運(yùn)用的價(jià)值，逐漸提高發(fā)現(xiàn)日常生活中與物理有關(guān)問(wèn)題的意識(shí)。四、教學(xué)重難點(diǎn)重點(diǎn)：使學(xué)生掌握電流在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中所受安培力大小的決定因素、計(jì)算公式以及安培力方向的判定；使學(xué)生熟練的利用三視圖來(lái)分析磁場(chǎng)、電流以及安培力之間的關(guān)系。并能擴(kuò)展到線框受力。難點(diǎn)：在掌握磁感應(yīng)強(qiáng)度定義的基礎(chǔ)上，掌握磁場(chǎng)對(duì)電流作用的計(jì)算方法，并能熟練地運(yùn)用左手定則判斷通電導(dǎo)線受到的磁場(chǎng)力的方向五、教學(xué)用具馬蹄形磁鐵、干電池、導(dǎo)線、通電直導(dǎo)線研究?jī)x等。磁電式多用電表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)FLASH課件，電動(dòng)機(jī)的原理FLASH課件。六、 教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)提問(wèn)將粉筆放置在蹄形磁鐵兩極之間，粉筆受力嗎？如果把粉筆換成是小磁針呢？粉筆不受力。小磁針受力（磁體磁場(chǎng)磁體）我們上一章學(xué)過(guò)的奧斯特的實(shí)驗(yàn)我們看到了什么現(xiàn)象呢？為什么？看到了小磁針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。因?yàn)橥妼?dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)它施的力。（電流磁場(chǎng)磁體）我們同樣也知道運(yùn)動(dòng)的電荷也會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)同樣也會(huì)讓小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。（運(yùn)動(dòng)電荷磁場(chǎng)磁體）既然通電導(dǎo)線周圍存在的磁場(chǎng)對(duì)小磁針有力的作用，那么小磁針也會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，小磁針的磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線是否也有力的作用呢？（磁體磁場(chǎng)電流？）新課教學(xué)安培力的定義及力的作用點(diǎn)：講述：“上面的這個(gè)問(wèn)題來(lái)自一位我們不得不提到的偉大的物理學(xué)家安培。他出身于一個(gè)富裕的家庭，不過(guò)在他身上歷了各種不幸：父親在法國(guó)大革命中被殺害，妻子過(guò)早的就離開(kāi)了他，他一度沉浸在悲痛中，后來(lái)是盧梭關(guān)于植物學(xué)的著作燃起了他對(duì)科學(xué)的熱情，他開(kāi)始潛心研究學(xué)問(wèn)。他主要的貢獻(xiàn)集中在電磁學(xué)方面：發(fā)現(xiàn)了電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的規(guī)律-安培定律；提出了著名的分子環(huán)流假說(shuō)，闡述了磁現(xiàn)象的電本質(zhì)；第一個(gè)把研究動(dòng)電的理論稱為“電動(dòng)力學(xué)”為了紀(jì)念安培，我們以其名字來(lái)命名電流的單位。符號(hào)為A。這是物理7個(gè)基本單位之一。講述：在上個(gè)世紀(jì)，許多物理學(xué)家就提出通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)里是否受力的問(wèn)題，并著手研究。其中安培也在進(jìn)行這方面的研究，并且他提出了兩個(gè)思考：磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線是否有力的作用。通電導(dǎo)線之間是否有力的作用。在這節(jié)課，我們就用老師帶來(lái)的這套儀器來(lái)親自動(dòng)手研究，看看能發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律。展示器材，介紹各個(gè)部分，并在黑板上畫(huà)出實(shí)物圖。發(fā)現(xiàn)什么現(xiàn)象？說(shuō)明了什么？（變換磁鐵的方向再做一次，使學(xué)生看到導(dǎo)體向相反的方向運(yùn)動(dòng)這一現(xiàn)象）導(dǎo)體動(dòng)起來(lái)了。導(dǎo)體從靜止變成運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變，說(shuō)明通電導(dǎo)體受到力的作用。是誰(shuí)給通電導(dǎo)體施加了力呢？這個(gè)力的受力物體是電流還是導(dǎo)體？（學(xué)生思考）演示：（1）切斷電流，導(dǎo)體雖在磁場(chǎng)中，卻不動(dòng)。（2）去掉磁場(chǎng)再通電流，導(dǎo)體也不動(dòng)。（啟發(fā)學(xué)生認(rèn)識(shí)到是磁體周圍的磁場(chǎng)給了電流以力的作用）我們把磁場(chǎng)對(duì)電流的這一作用力稱為安培力。因此，我們知道了磁場(chǎng)不僅能對(duì)放入磁場(chǎng)中的磁體有力的作用，對(duì)放入其中的電流也有力的作用。大家說(shuō)一說(shuō)，力有哪三個(gè)要索？大小、方向、作用點(diǎn)?，F(xiàn)在我們已經(jīng)知道受力體是導(dǎo)線中的電流，也就是說(shuō)畫(huà)安培力的示意圖時(shí)，力的作用點(diǎn)要畫(huà)在電流上（導(dǎo)線的中心上），接下來(lái)我們?cè)賮?lái)研究一下力的方向。安培力的方向：剛才我們觀察到作用力方向不完全相同，說(shuō)明作用力的方向與某些因素有關(guān)系，如何去研究這一問(wèn)題呢？若學(xué)生不能回答，可出示蹄形磁鐵（內(nèi)置導(dǎo)體）在黑板上畫(huà)出其平面圖（圖2）啟發(fā)學(xué)磁鐵口向右有幾種放法？（兩種）導(dǎo)體中的電流方向有幾種？（兩種）使學(xué)生知道共有四種情況需要研究。由此圖我們可以看出，磁場(chǎng)中通電導(dǎo)線所受安培力的方向與磁場(chǎng)方向和電流方向都有關(guān)。那么現(xiàn)在請(qǐng)同學(xué)們看課本122頁(yè)，閱讀課本中關(guān)于左手定則的描述。（等學(xué)生閱讀完后再用來(lái)判斷圖2中各圖，看看是否符合。） 練習(xí)導(dǎo)體受力方向，完成導(dǎo)與練P124/2所示的四種情況。安培力的大?。褐v述：通過(guò)實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)放入磁性強(qiáng)弱不同的磁鐵，或者使用數(shù)目不同的電池，或者改變磁場(chǎng)中導(dǎo)線的長(zhǎng)度時(shí)，導(dǎo)線偏轉(zhuǎn)的角度不同，這樣我們可以得到什么結(jié)論呢？電流所受的安培力大小跟磁感應(yīng)強(qiáng)度、電流大小以及磁場(chǎng)中垂直磁場(chǎng)方向?qū)Ь€的長(zhǎng)度有關(guān)。該怎么設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)探索他們之間的關(guān)系呢？引導(dǎo)學(xué)生討論出：1、安培力的測(cè)量需要用導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的偏離豎直方向的角度大小來(lái)體現(xiàn)類似于庫(kù)侖定律的定性實(shí)驗(yàn)。教師指出這樣把不易測(cè)量的物理量轉(zhuǎn)化成易測(cè)量的量來(lái)進(jìn)行的方法稱為替代法。2、磁場(chǎng)要?jiǎng)驈?qiáng)磁場(chǎng)，可用馬蹄形磁鐵的N、S極之間來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。3、導(dǎo)線不能太長(zhǎng)，電流又要大，需要用較粗的導(dǎo)體棒（細(xì)銅棍）和能通過(guò)大電流的電源（否則電源易燒壞）。4、可用滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)電流，用安培表測(cè)量電流的大小。5、可改變導(dǎo)體棒接入的長(zhǎng)度。但由于實(shí)驗(yàn)條件限制，我們只能進(jìn)行定性的實(shí)驗(yàn)。教師演示并歸納實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的出：進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，安培力的大小等于電流、磁感應(yīng)強(qiáng)度和導(dǎo)線長(zhǎng)度的乘積： F=BIL 在式中，F(xiàn)的單位為牛頓（N），I的單位為安培（A），B的單位為特斯拉（T），L的單位為米（m）。為什么要加一個(gè)垂直于磁場(chǎng)放置的限制呢？如果導(dǎo)線與磁場(chǎng)不垂直會(huì)怎樣？定性實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)不垂直時(shí)導(dǎo)線受力比較小。因此影響安培力大小的因素不僅有電流大小I，磁場(chǎng)強(qiáng)弱B和導(dǎo)線長(zhǎng)度L，還有電流與磁場(chǎng)的夾角。當(dāng)=90時(shí)，即電流與磁場(chǎng)垂直時(shí)，安培力最大，為F=BIL；當(dāng)=0時(shí)，即電流與磁場(chǎng)平行時(shí)，安培力最小，為F=0；當(dāng)090時(shí)，即電流與磁場(chǎng)互成角度時(shí)，安培力介于零與最大之間，為0FBIL。請(qǐng)大家思考一下，怎樣計(jì)算這時(shí)的安培力的大小呢？（學(xué)生討論）可運(yùn)用分解的方法，將磁感應(yīng)強(qiáng)度分解到電流方向和與電流垂直的方向上?；?qū)?dǎo)線射影到與磁場(chǎng)垂直的方向上。得到為F=BILsin。例1：課本P124/例題強(qiáng)調(diào)地磁場(chǎng)中東南西北和上下的方向表示。要求學(xué)生用赤道上空的俯視圖來(lái)描述本題情境。例2：導(dǎo)與練P123/例1強(qiáng)調(diào)磁場(chǎng)中物體的受力平衡同樣依照以前的受力分析步驟進(jìn)行，先場(chǎng)力，再接觸力。鞏固練習(xí)：將長(zhǎng)度為20cm、通有O.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，試求下列各圖中導(dǎo)線所受安培力的大小并在圖中標(biāo)明方向.電流對(duì)電流的作用力：現(xiàn)在我們已經(jīng)得到安培的第一個(gè)問(wèn)題的答案了。磁體對(duì)電流會(huì)產(chǎn)生安培力的作用，也知道了它的大小和方向規(guī)律。下面來(lái)看第二個(gè)問(wèn)題，電流對(duì)電流會(huì)不會(huì)有力的作用？大家對(duì)此有什么看法？（學(xué)生討論，可能有的從磁場(chǎng)對(duì)電流產(chǎn)生作用，電流也會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，會(huì)對(duì)磁場(chǎng)中的其他電流產(chǎn)生作用的角度分析；也可能說(shuō)要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行檢驗(yàn)。教師暫不給出結(jié)論）來(lái)看一下這個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置通電直導(dǎo)線研究?jī)x（介紹一下基本裝置，并在黑板上畫(huà)出大致的形狀）按照這個(gè)裝置，當(dāng)接通電源后會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象的呢？（有此學(xué)生說(shuō)互相吸引，另一部分學(xué)生說(shuō)會(huì)互相排斥）好了，那我們一起來(lái)親手做一下，看到底會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象。演示：首先接同向的電流我們看到什么現(xiàn)象呢？?jī)筛鶎?dǎo)線互相吸引好，那我們重新連接裝置，使之成為反向電流演示：接同反向電流這次我們看到了什么現(xiàn)象呢？ 兩根導(dǎo)線互相排斥。在黑板上畫(huà)出圖示,引導(dǎo)學(xué)生分析兩根通電直導(dǎo)線相吸或相斥現(xiàn)象的原因。結(jié)論：同向電流相吸引，反向電流相排斥?？梢?jiàn)電流會(huì)受到磁場(chǎng)的作用力，但這磁場(chǎng)可能是磁體形成的，也可能是另一段電流形成的。同理，我們可以確定運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生的磁場(chǎng)也會(huì)對(duì)場(chǎng)中的其他電流產(chǎn)生安培力的作用。但電流受力的方向判定與磁體受力的方向判斷方法不一樣。而且電流受力的大小可以明確測(cè)定，而磁體則不行。因此我們也利用電流受到的安培力來(lái)定義磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。我們說(shuō)：如果同樣的長(zhǎng)度的導(dǎo)線，通以同樣的電流，都垂直放置在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，則誰(shuí)受的安培力越大，就說(shuō)明誰(shuí)所在處的磁場(chǎng)越強(qiáng)。因此用B=F/IL（F為電流垂直于磁場(chǎng)放置時(shí)受的安培力）來(lái)定義B。這類似于電場(chǎng)強(qiáng)度E=F/q。也是一個(gè)比值定義式。要注意的是這也是一個(gè)計(jì)算式，而非決定式。所以1T=1N/Am。（參導(dǎo)與練P114/4、6） 引出矩形通電線圈在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)將通電導(dǎo)線放磁場(chǎng)中會(huì)受到安培力的作用，如果現(xiàn)在將一根通電長(zhǎng)導(dǎo)線拗成一個(gè)矩形線圈，將這個(gè)線圈放入磁場(chǎng)中那么哪些邊會(huì)受到安培力？如右圖（學(xué)生討論得出結(jié)論線圈在磁場(chǎng)中，線圈將繞OO/ 軸轉(zhuǎn)動(dòng)。（可配合線圈實(shí)物說(shuō)明）正是因?yàn)榫€圈的兩邊是反向電流，使它們?cè)谕淮艌?chǎng)中所受磁場(chǎng)力方向相反。使得線圈轉(zhuǎn)了起來(lái)。大家可以想一想，利用線圈的這個(gè)特性，我們可以做什么用途？磁電式電流表的工作原理：（flash）在前面我們學(xué)習(xí)過(guò)電壓表電流表的改裝和多用電表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，知道它們有一個(gè)共同的部件表頭，也就是電流計(jì)。我們來(lái)看看表頭的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（播放FLASH），這里面在圓弧狀的磁極之間有個(gè)圓柱體鐵心。通過(guò)磁化，形成了一個(gè)軸向輻射磁場(chǎng)，以鐵心為中心，有個(gè)矩形線圈。線圈平面與磁場(chǎng)方向平行。當(dāng)線圈中有電流流過(guò)的時(shí)候。線圈中與磁場(chǎng)垂直的兩條邊會(huì)受反向力而使線圈旋轉(zhuǎn)。其動(dòng)力矩M=2IBLL/2；因?yàn)槭禽S向輻射磁場(chǎng)，所以線圈轉(zhuǎn)動(dòng)中受到的動(dòng)力矩不變。但轉(zhuǎn)的越多，旋轉(zhuǎn)力矩M/（阻力矩與旋轉(zhuǎn)角度成正比M/=K）就越大，到指針不動(dòng)時(shí)，即M=M/。IBLL/=K，由于對(duì)給定的表頭來(lái)說(shuō)B、K、L、L/都是定值。旋轉(zhuǎn)角度與電流大小成正比。所以通過(guò)線圈的電流越大，線圈兩條邊受到的安培力也就越大，指針轉(zhuǎn)過(guò)的角度也就越大。電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的奧秘（事物展示）其實(shí)，不僅是電表，我們?cè)谏钪幸搽x不開(kāi)安培力。當(dāng)我們夏天開(kāi)風(fēng)扇，洗完頭開(kāi)電吹風(fēng)，洗衣服用洗衣機(jī)時(shí)都要用到安培力，這就是電動(dòng)機(jī)。也就是常說(shuō)的電機(jī)。誰(shuí)能說(shuō)說(shuō)電動(dòng)機(jī)的原理？學(xué)生討論，分析。估計(jì)學(xué)生會(huì)套用磁電式電流表的結(jié)構(gòu)原理。教師可以提出進(jìn)一步的分析？電表要穩(wěn)定時(shí)才能測(cè)量，所以加入了產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)力矩的游絲。電機(jī)則要持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，所以不會(huì)加游絲。沒(méi)有了阻力，電機(jī)會(huì)不會(huì)就一直這么順著安培力轉(zhuǎn)動(dòng)下去呢？分析表明，當(dāng)線圈在磁場(chǎng)中在安培力作用下轉(zhuǎn)過(guò)半圈后受力方向相反，線圈將減速旋轉(zhuǎn)到停止，然后反轉(zhuǎn)。如圖。這顯然不符合電機(jī)的要求。提問(wèn)：該如何克服這個(gè)難題，讓一個(gè)線圈沿一個(gè)方向一直轉(zhuǎn)動(dòng)下去？如上圖，如果我們能在線圈轉(zhuǎn)過(guò)與磁場(chǎng)方向垂直的位置后，如果改變線圈電流方向，線圈就可以沿一個(gè)方向一直運(yùn)動(dòng)下去。介紹電刷與換向器的作用要注意的是，電機(jī)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能不是憑空產(chǎn)生的，而是要靠消耗電能為前提的。即電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的用電器。通電導(dǎo)線，通電線圈在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)都是由電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。鞏固提升借助下列例題達(dá)到讓學(xué)生體會(huì)有效長(zhǎng)度的意義、能熟練判斷電流磁場(chǎng)是否垂直的問(wèn)題、能夠運(yùn)用所學(xué)知識(shí)將實(shí)際問(wèn)題數(shù)學(xué)化解題。例1：導(dǎo)與練P124/例2。例2：導(dǎo)與練P126/6例3：導(dǎo)與練P139/4七、課堂小結(jié)本節(jié)課學(xué)習(xí)了安培力的方向的判斷及其計(jì)算。八、布置作業(yè)認(rèn)真復(fù)習(xí)課文，預(yù)習(xí)下一節(jié)的內(nèi)容。完成導(dǎo)與練相應(yīng)的練習(xí)。書(shū)面作業(yè)課本第115頁(yè)作業(yè)中的13題九、板書(shū)設(shè)計(jì) 略十、課后記