磁场对通电导线的作用---安培力

第1页共8页第2节磁场对通电导线的作用---安培力一、教学目标1、知识与技能知道什么是安培力；知道安培力与哪些因素有关；掌握安培力的计算公式，会计算匀强磁场中安培力的大小；会用左手定则判断安培力的方向。2、过程与方法用控制变量法探究安培力与哪些因素有关的过程，以及如何确定安培力方向的探究过程。认识科学探究的意义。3、情感态度与价值观培养学生的观察能力、分析综合能力；认识安培力的应用给我们的生活带来的影响；通过分组探究安培力的大小与哪些因素有关，培养团结协作的团队精神。二、教学重难点1、重点：使学生掌握电流在匀强磁场中所受安培力大小的决定因素、计算公式以及安培力方向的判定；使学生熟练的利用三维视图来分析磁场、电流以及安培力之间的关系。2、难点：掌握匀强磁场中安培力的计算方法，并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。三、教学方法实验探究；师生讨论；生生讨论；讲授法。四、教学用具马蹄形磁铁；铜棒；导线；干电池；铁架台；开关；PPT课件；FLASH动画等。五、教学过程步骤教师行为学生行为设计意图课堂准备1、准备课件2、教学仪器：干电池2节、滑动变阻器、开关、导线若干、蹄形磁铁、铝箔、铁架台、导体棒提前预习为了让学生更好地掌握新课知识。达到深刻理解磁场对通电导线的作用力新课引入师：[设疑]前面学习了电场和磁场，电和磁之间是否存在着某种内在联系？[flash演示]奥斯特实验[提问]小磁针的偏转说明了什么？观看并思考问题激发学生学习本堂课知识的热情。第2页共8页新课引入[分析与讨论]小磁针在磁场中受磁场力的作用才会发生偏转，实验结果说明，不仅磁铁能产生磁场，电流也能产生磁场。通电导线通过周围产生的磁场对磁体有力的作用（电流→磁场→磁体）。那根据牛顿第三定律可知，磁体通过周围的磁场对通电导线也应该有力的作用（磁体→磁场→电流？）。下面我们就用一个迷你小实验来探究一下磁场对通电导线是否也有力的作用呢？[板书]学生回答：不仅磁铁能产生磁场，电流也能产生磁场。引导学生进入新课学习新课教学一、探究磁场对电流的作用1、安培力第3页共8页新课教学当通电导线附近有磁体时，通电导线会受到力的作用。物理学上把磁场对电流的作用力称为安培力。2、方向的判断——左手定则[提出问题]从前面的实验中发现，当通电导线的电流方向改变或磁体的磁极位置交换时，通电导线的受力方向也会发生改变。说明安培力的方向与电流方向和磁场方向有关。怎样具体确定安培力的方向？物理学家安培通过长期的实验总结出通电直导线所受安培力方向的判定方法——左手定则[Flash演示]并示范讲授左手定则的内容：伸开左手，让拇指与其余四个手指垂直，并与手掌在同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，四指指向电流方向，那么，拇指所指方向即为通电导线在磁场中的受力方向。强调：左手定则是用来判断F方向与电流和磁场方向之间的关系。观察flash并模仿学习左手定则通过Flasn演示让学生更加容易更加深刻的认识和掌握左手定则，并得到很好的应用第4页共8页新课教学应用：用左手定则解释迷你实验室进一步巩固安培力方向判断的方法[过渡]安培力是个矢量，之前我们已经研究了它的方向，那么它的大小到底会与哪些因素有哪些？3、大小的探究——控制变量法[提出问题]请同学们在上述实验的基础上提出猜想，安培力的大小可能与哪些因素有关？[猜想与假设]引导学生在上述实验的基础上提出猜想，安培力可能与通电导线的长度（通电导线在磁场中的长度）、电压（电流）以及磁场（磁感应强度）等因素有关。（导线材料？横截面积？）[总结]基于有些因素前任已经排出了其可能性，今天我们就研究一下安培力与电流大小I、磁场中导线长度L及磁感应强度B的关系。(引导学生进行讨论交流设计实验)[研究方法]从上面的分析可知，影响安培力的因素很多，如果将它们混在一起考虑，无法知道每个因素是怎样影响安培力的。因此，实验中通常只让某个因素(变量)变化，不让其他因素变化(控制变量)，这样便知道这个因素是如何影响安培力的了。这就是物理学中一种重要的思想方法——控制变量法。（类似于探究牛顿第二定律a与F、m的关系2、应用左手定则判断迷你实验室的实验现象的原因根据实验事实进行猜想提出猜想的可能性并进行分析学生进行讨论交流设计探究实验，并懂得与之前学过的探究牛顿第二定律a与F和m的关系进行类比通过探究实验掌握探究实验的方法通过猜想假设，讨论交流提高学生思考问题的能力。第5页共8页新课教学）[设计实验]（1）研究F与I的关系：控制B、L不变如何改变I？通过调整滑动变阻器的滑片位置改变电流的大小（一种短路，一种较大电阻）如何通过现象判断F与I的关系？观察通电导线摆动后悬线与竖直方向的夹角（安培力越大，摆动角度越大）[实验方案]①将导体棒用细铜丝悬挂起来，细铜丝与电源相连，导体棒置于蹄形磁铁中，并与磁感线垂直。（蹄形磁铁中间的磁场可以近似认为是匀强磁场）②在磁感应强度和通电导线在磁场中的长度不变的情况下，合上开关，移动滑片位置改变电流的大小，探究电流的大小对安培力的影响。观察其现象。[由学生分析现象]当增大流过通电导线的电流时，通电导线摆动后悬线与竖直方向的夹角变大。（由力的平衡条件可得，F越大，夹角越大）→（定性研究得出）I越大，F越大；I越小，F越小→（经物理学家的进一步定量研究得出）F与I成正比。（2）研究F与L的关系：控制B、I不变（使滑动变阻器处于被短路状态）如何改变L？通过并列放置2块磁感应强度磁铁改变磁场中导体的长度。如何放置2块磁铁？（注意：磁铁的并列放置，N与N同向；如果N与S同向，则2个磁场相互抵消）如何通过现象判断F与L的关系？观察通电导线摆动后悬线与竖直方向的夹角。讨论交流设计的实验方案通过回答教师提问进一步帮助完善实验的设计方案通过调整滑动变阻器的滑片位置改变电流的大小观察通电导线摆动后悬线与竖直方向的夹角（安培力越大，摆动角度越大）根据实验方案进行实验并分析实验现象。当增大流过通电导线的电流时，通电导线摆动后悬线与竖直方向的夹角变大。通过回答教师提问进一步帮助完善实验的设计方案磁铁的并列放置，N与N同向通过师生问答进一步改善实验方案通过动手实验提高学生动手能力5个学生一起探究实验,培养学生的团队精神.第6页共8页新课教学[实验方案]①将导体棒用细铜丝悬挂起来，细铜丝与电源相连，导体棒置于蹄形磁铁中，并与磁感线垂直。②在磁感应强度与电流的大小情况下，改变通电导线在磁场中的长度，合上开关，探究通电导线在磁场中的长度对安培力的影响。观察其现象。[由学生分析现象]当增大通电导线在磁场中的长度时，通电导线摆动后悬线与竖直方向的夹角变大。→（定性研究得出）L越长，F越大；L越短，F越小→（经定量研究得出）F与L成正比。（3）研究F与B的关系：控制I、L不变（由于时间关系进行演示，使滑动变阻器处于被短路状态）如何改变B？通过换用1块宽度一样磁性更强的磁铁，改变磁场的磁感应强度。（用两块小的蹄型磁铁的等效宽度和磁性强的磁铁宽度一样）如何通过现象判断F与B的关系？观察通电导线摆动后悬线与竖直方向的夹角[实验方案]①将导体棒用细铜丝悬挂起来，细铜丝与电源相连，导体棒置于蹄形磁铁中，并与磁感线垂直。②在电流和通电导线在磁场中的长度不变的情况下不变的情况下，通过换用磁感应强度不同的磁铁，改变磁场的磁感应强度的大小，探究磁感应强度的大小对安培力的影响。观察其现象。[教师分析现象]当增大磁感应强度时，通电导线摆动后悬线与竖直方向的夹角变大。→（定性研究得出）B越大，F越大；B越小，F越小→（进一步定量研究得出）F与B成正比。观察通电导线摆动后悬线与竖直方向的夹角2、根据实验方案进行实验并分析实验现象。当增大通电导线在磁场中的长度时，通电导线摆动后悬线与竖直方向的夹角变大。通过回答教师提问进一步帮助完善实验的设计方案4、通过换用1块宽度一样磁性更强的磁铁，改变磁场的磁感应强度。（用两块小的蹄型磁铁的等效宽度和磁性强的磁铁宽度一样）观察通电导线摆动后悬线与竖直方向的夹角培养学生独立解决问题的能力第7页共8页新课教学经进一步研究表明：在匀强磁场中，当通电直导线与磁场方向垂直时，通电导线所受的安培力最大，等于磁感应强度B、电流I和导线长度L的乘积，即F=BIL强调：①公式的适用条件——匀强磁场且B与I垂直。②各物理量单位：F－N，B－T，I－A，L－m（强调L指磁场中通电导线的长度）③公式应用的推广：在非匀强磁场中，上述公式可近似用于很短的一段通电导线。因为当导线很短时，可近似认为各点的磁感应强度相等。书P111[课后思考]设疑：当电流方向与磁场方向有一个夹角θ时，安培力大小如何计算？讨论：将磁感应强度分解为两个分量：与电流方向平行的分量B1对电流没有作用力，因此电流所受的作用力F完全由与电流方向垂直的分量B2决定，即F=B2IL=BsinθIL上式包含了两种特例：当通电导线的方向和磁场方向平行(θ=0°或θ=180°)时，安培力等于零；当通电导线的方向和磁场方向垂直（θ=90°）时，安培力最大，F=ILB。根据实验方案进行实验并分析实验现象。当增大磁感应强度时，通电导线摆动后悬线与竖直方向的夹角变大。学习安培力的计算公式、各物理量单位及其公式的适用条件和公式的推广学生课后进行思考通过最后实验现象总结得出知识点，让学生从感性认识转化为理性认识。通过课后思考提高学生思考问题解决问题的能力。课堂练习练1：在磁感应强度大小为5T的匀强磁场中，放置一根垂直于磁场方向长为2m的通电导线棒，已知流经导体的电流为5A，则导体棒受到的作用力多大？解：F＝BIL＝5×5×2＝50N学会基本公式的应用第8页共8页课堂练习练2：在同一水平面内的两导轨互相平行，相距2m，置于磁感应强度大小为1.2T，方向竖直向上的匀强磁场中，一质量为3.6kg的铜棒垂直放在导轨上，当棒中的电流为5A时，棒沿导轨做匀速直线运动，则当棒中的电流为8A时，棒的加速度大小为多大？解：当棒中电流为5A时，棒处于平衡状态∴f=F=BIL=1.2×5×2=12N当棒中电流为8A时，根据牛顿第二定律：F`-f=ma即BI`L-f=ma，1.2×8×2-12=3.6a∴a=2m／s2通过练习巩固本节课知识要点课堂小结1.方法点拨：控制变量法——在探究实验设计中，影响安培力的因素很多，如果将它们混在一起考虑，无法知道每个因素是怎样影响安培力的。因此，实验中通常只让某个因素(变量)变化，不让其他因素变化(控制变量)，这样便知道这个因素是如何影响安培力的了。2.知识点点拨：F方向的判断——左手定则F大小的计算——F＝BIL师生一起作课堂小结总结归纳本节课内容，突出重点，解决难点提高学生的归纳总结能力作业课后作业119页3，5课后做作业通过作业进一步加强知识点的训练板书设计（摘要式板书）§3.2探究磁场对电流的作用一、探究安培力1定义：磁场对电流的作用力叫做安培力。2、大小：F=BIL适用条件：（1）匀强磁场（2）导线与磁场垂直3、推广：（1）当IB，F=BIL（2）当I//B，F=0（3）当I与B有夹角时,F=BILsin4、方向:左手定则（1）伸开左手，让拇指与四个手指垂直，并与手掌在同一平面内。（2）让磁感线垂直穿过手心，四指指向电流方向。（3）拇指所指方向即为通电直导线在磁场中的受力方向。条理清晰,方便学生复习整理笔记