最新整理高二物理教案《磁场对通电导线的作用》教学设计docxWord格式.docx

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（3）应用安培力大小，联系共点力平衡解决力学综合问题

2．过程与方法

（1）在计算安培力大小及在共点力平衡的运用过程中，学生经历自主分析和教师引导，培养学生的物理问题的分析归纳能力。

（2）学生经历磁场的正交分解法，关注磁场方向与电流方向不垂直的情况。

发现当磁场与电流方向斜交时，安培力大小的计算方法和方向的判定。

同时明白当磁场和电流方向平行时不存在安培力的原因。

3．情感、态度、价值观

（1）学生在体会磁场方向与电流方向不垂直的情况下的安培力的分析，领悟磁场和电流方向平行时不存在安培力的原因，增强学生学习的求知欲。

（2）学生在判断安培力方向时，体会外加磁场的来源，区别自身电流产生的磁场，使得学生领悟到物理的思维严密性。

三．教学重点和难点

重点：

掌握在匀强磁场中磁场对电流作用的大小的计算及力学综合运用。

难点：

磁场方向、电流方向、安培力方向之间的关系。

磁场方向不一定总与电流方向垂直，但安培力一定垂直于磁感线与电流决定的平面。

能熟练地运用左手定则判断通电导线受到的安培力的方向。

四．教学资源

1．实验器材：

条形磁铁、蹄形磁铁、小磁针等。

2．课件：

ppt幻灯片

3．实物投影仪

4．学习资料：

上海科学技术出版社出版的高二物理《辅导与训练》等资料，并把上面的例题通过教师进行重新编排，而不是原盘照抄通过编排后的习题注重知识点的典型性、已知条件的多样性、解题方法的多种性原则。

五．设计思路

这一节课是复习课，教师如何改变常规的复习课即习题课的模式，创造一个良好的课堂氛围，使学生的思考碰撞出智慧的火花。

教师尝试着通过创设情境去唤起学生的好奇心，给学生自由发挥的空间，特别是本身有一批较优秀的学生基础下，让学生多说，其他学生师客观评价，教师为所有的学生创设“说”的条件。

因此教学过程中尽可能做到：

学生能说的教师不说；

学生能提的问题教师不提；

学生能解答的问题让学生自己解答。

教师把展示自我的机会完全还给学生。

通过这样的具有一定特色的教学形式带动各个层次的学生都参与到课堂学习中来。

教学重点的突破可以通过学生对例题进行逐级分析，教师适当点拨，使得学生逐步领悟到安培力类似于之前学过的重力、弹力、摩擦力等性质力共同参与力学的综合运用。

教学难点的突破需要教师的引领，安培力方向的判定关键是确定研究对象如导体棒，让学生在讨论和分析过程中寻找研究对象（导体棒）的电流方向，体会外加磁场的来源，同时区分自身电流产生的磁场与外加磁场。

六．教学流程

1.教学主要环节

第一个环节情景引入得到安培力大小计算的一般式和安培力方向判定的一般规律。

第二个环节习题互动掌握安培力大小计算的综合运用。

第三个环节习题互动不同情景的外加磁场作用下安培力方向的判定。

2．教学流程图

3.教学流程图说明

活动一：

通过教师的演示实验，让学生发现磁场与电流两者方向不垂直时也能产生安培力并且与垂直时的方向是相同的，以此为依据得到安培力大小计算的一般式和安培力方向判定的一般规律。

活动二：

通过例题1、2的创设情境，激发学生的学习兴趣，增加学生互动学习，掌握安培力大小计算的综合运用。

活动三：

通过例题3、4的创设情境，研究磁体对电流的作用力、电流对电流作用力的方向的判断，体会外加磁场的来源，同时区分自身电流产生的磁场与外加磁场，掌握运用左手定则判定安培力的方向。

七．案例（详案）

1．引入性提问

教师：

假如我们整个教室充满磁场，我们如何去验证呢？

学生：

可以放入小磁针，若小磁针发生偏转说明教室里有磁场。

其实除了这种方法以外还可以放入通电导线，若通电导线放的位置恰当，它在磁场内会受到力的作用，这个力就是安培力。

2.基本概念规律复习

安培力大小的计算式为F=NBIL，N匝数、B磁感强度（指外加磁场）、I电流（指自身电流）、L导线长度（指有效长度）。

那么运用这一公式的注意事项是什么？

（各抒己见）磁感强度B的方向与电流I的方向垂直；

L指有效长度；

必须是匀强磁场。

非常好！

这位同学讲得不错，另外一位补充的也很好，接下来我进行总结。

（总结）

（1）通电导线（即电流）必须和磁场（磁感强度）方向垂直，若不垂直即通电导线与磁感应强度的夹角为θ时，如图1所示那么磁场力的大小是多少？

怎样计算呢？

演示实验利用蹄形磁铁产生的磁场，组合出如图1的实验装置。

与B和I垂直时这两种情况来比较安培力的方向。

（观察和讨论）得出安培力的方向一致。

将B分解成垂直L的B⊥和平行L的B∥，因平行L的B∥对导线作用力为零，所以实际上磁场B对导线L的作用力就是它的垂直分量B⊥对导线的作用力（如图2所示）

F＝NB⊥IL=NBILsinθ（θ是B、L间夹角）

所以当B⊥L时，通电导线受安培力最大，F=NBIL，而当B∥L时F=0，即就如我们上课初讲到的在磁场中只有通电导线位置放置恰当时才会受到力的作用。

当通电导线平行磁场方向放入磁场中，它所受的磁场力为零。

看来运用F=NBIL来计算磁场对电流的作用力的大小是有条件的，必须满足B⊥L。

（2）适用于一小段通电导线的情况，若导线较长，且各处所在的磁感强度不同，则无法用此公式。

因此只有在匀强磁场中，长导线才适用。

接下去我们研究安培力的方向。

用什么定则？

学生（异口同声）：

左手定则。

我们伸出左手，一起来回忆左手定则判定的步骤，以图3为例：

（i）大拇指跟四指垂直，且在同一个平面内；

（ii）让磁感线垂直穿过手心；

（iii）使四指指向电流方向；

（iv）则大拇指指向安培力的方向。

老师：

那么是不是磁场方向、电流方向、安培力方向三者之间必定两两垂直？

（讨论）……

（有同学认为三个物理量必定两两垂直，也有同学认为不一定。

）

磁场方向不一定总与电流方向垂直，可以根据前面所讲的安培力计算公式F=NBILsinθ得到，但安培力一定垂直于磁场也一定垂直于电流。

非常好，这位同学讲出了磁场、电流、安培力三者方向的关系。

我们也可以这样来描述三者方向关系：

磁场方向与电流方向可以不垂直但安培力一定垂直于磁场与电流组成的平面。

3.习题互动

下面我们通过一些例题来具体分析安培力大小和方向。

例1．如图4，在磁感强度B的匀强磁场中，放置一根长为L的导线ab，若通过的电流为I时，导线受到的磁场力大小________；

若导线以a端为轴转过30。

时，它受到的磁场力的大小________。

图4

学生沈婷婷：

第一个答案是BIL，第二个答案是BILcos60。

。

没等教师判定正确与否就有学生在下面直呼“上当了”。

“什么地方上当了？

”我让他回答。

学生唐铭：

“第二个题的条件有陷阱，答案应该还是BIL。

”

唐铭学生回答的答案是正确的，但我们不能随便说这就是“陷阱”，我们如果根据安培力的计算公式和注意事项，这道题就能轻易解答出来了，因为当导线以a端为轴转过30。

的过程中，磁感强度B与电流I是始终垂直的，只有不垂直时才考虑角度问题。

因此两道小题答案都是BIL。

我们同学用公式做题目时一定要注意这个公式的适用条件和注意事项。

评析：

这道题检验学生是否真正掌握了F=NBILsinθ这个公式，学生通过这道题明白了“θ”的含义。

例2．如图5所示，已知水平放置的平行金属导轨，放一金属棒电阻忽略，质量为m，长L1，导线间距L2，金属棒与导轨垂直，电源电动势ε，内阻为r外电路电阻为R。

（1）当在导轨的竖直方向加一个磁感强度为B的匀强磁场时，金属棒仍处于静止状态，求此时的安培力大小和方向，以及静摩擦力的大小和方向。

（2）当在导轨水平方向加一匀强磁场时，导轨对水平地面的压力恰好为零，求其磁感强度的大小和方向。

图5

分析：

此题是一个安培力在共点力平衡中的运用，先画出二维平视图（如图6）

图6图7

（1）根据共点力平衡原理，安培力等于静摩擦力，安培力F安=BL2ε/（R+r）方向向左，静摩擦力f=F安=BL2ε/（R+r）方向向右。

（2）（如图7）当导轨对水平地面的压力恰好为零时，根据共点力平衡原理，安培力等于重力。

即mg=BIL2，I=ε/（R+r），所以B=mg（R+r）/L2ε。

根据左手定则，方向水平向右。

如何让学生在做题目时能更加规范这是我们必须去引导的。

通过第二小题的受力分析和用左手定则判断磁感强度的方向时都能很明显的体现出作受力分析图的重要性。

学生有了这种体会才会真正感受到作受力分析图的重要性。

我们教师如果只会在口头上强调，那么效果可能就没有在实践中的体会这样明显。

例3．如图8所示，置于水平地面上的条形磁铁的正上方，有一导线垂直纸面水平放置，若在导线中突然通以垂直纸面向外的电流，那么导线受到的磁场力方向和磁铁受到的磁场力方向？

图8图9

（讨论）因为穿过导线的磁场水平向右，根据左手定则，安培力垂直地面向上，又根据作用力与反作用力可知磁铁受到的磁场力方向向下。

能迅速找到外加磁场方向和自身电流方向是解决这类题目的关键。

不过我们可以用其他方法来判断磁铁受到的磁场力方向。

同学们再思考思考，还有什么方法呢？

学生张超：

把磁铁等效为电流方向向内的导线这样就可以得到反向电流的两根导线间是斥力，所以方向向下。

张超同学用到等效替代的方法，轻易地解答出了这道题。

我们也可以把条形磁铁看作……

（抢答）小磁针！

非常正确。

学生林雨洲：

把条形磁铁等效为小磁针。

因为它们都是磁体，有共性，即它们N极的受力方向就是磁感线的切线方向。

现在根据通电直导线的磁场分布，可知它的磁感线都是以直导线上各点为圆心的同心圆。

条形磁铁N极处磁感线的切线方向，就是磁铁N极受力方向；

S极处的磁感线的切线方向和S极受磁场力的方向相反。

所以，当直导线突然通电后，磁铁也突然受到斜向下方向的两个磁场力的作用，因此磁铁受到的磁场力方向垂直地面向下

老师画图再进行描述（图9）。

该题可以应用左手定则，先确定磁铁的磁场对通电直导线作用力的方向是竖直向上的，然后求其“反作用力”，即导线磁场对磁铁作用的方向是竖直向下的，最后选出答案。

不过，这在思维上多转了一个弯，因而不算最佳解题方案。

如果，把条形磁铁看作小磁针，并充分利用磁场方向的规定，这在思维上显然更为直接。

我们教学生在进行解题过程中用到不同的方法，像这道题通过一题多解既能复习到前面所学的知识使知识间的联系更加密切又能拓宽学生的思维，所以我们要让学生运用多种方式方法进行解题。

例题4.图10中垂直纸面的两根两端固定的平行长直导线，通以图示方向的同向电流I后，试分析导线间的相互作用力。

刚才张超同学曾提到反向电流的两根导线间是斥力，那么同向电流呢？

引力。

图10

我们就先来证明同向电流是引力。

首先分析导线A的受力。

导线B的磁场作用于导线A，而导线的磁场方向可由右手螺旋定则确定（方向如图10中虚线所示），再采用左手定则则可断定A导线受力F的方向向右。

如果我们取导线B为研究对象呢？

导线B处在A的磁场中，导线A的磁场方向和导线B的受力F’的方向，得出F’向左的结果。

关于反向问题我们课后自行解答。

由此题我们可得出这样结论“平行同向电流相互作用的结果是使两导线相互吸引而靠拢；

同样平行反向电流是会相互排斥而有分离。

”这样的结论，在实际问题中也可推广应用。

例如，图11中两个相互平行的导线圆环通以同向电流后，两者如何相互作用？

这时，可在两圆环对应的

地方，分别取aa和bb’两个小段作为研究对象。

由于所取的长度极图11

短，可将它们近似作为直导线处理，两者必定相互吸引，那么，两个圆环又可认为就是由许多这样对应的小段组成，因而两圆环相互吸引靠拢的结果，立即可以获得。

假如两根通电直导线，相隔一定距离，又互成任意夹角，其中一根固定那么另一根将如何运动。

这个问题我们下节课再继续讨论。

这道题通过学生讲解为主，老师略微补充，因为学生对这个知识点掌握还不错。

通过复习学生在记住结论的同时也掌握了证明方法。

作业布置（略）