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視頻標(biāo)簽：磁場對電流的作用
所屬欄目：高中物理優(yōu)質(zhì)課視頻
視頻課題：高中物理魯科版選修3-1第六章第1節(jié)探究磁場對電流的作用-福建
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魯科版選修3-1第六章第1節(jié)探究磁場對電流的作用-福建省廈門第一中學(xué)
普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書 山東科學(xué)技術(shù)出版社 物理選修3-1
第6章 第1節(jié) 探究磁場對電流的作用
一、教學(xué)目標(biāo)
1．通過鋁橋演示實驗探究磁場對電流是否存在力的作用。通過分組探究培養(yǎng)團(tuán)結(jié)協(xié)作的團(tuán)隊精神。
2．進(jìn)一步通過鋁橋?qū)W生分組實驗探究安培力的方向與磁場的方向以及電流的方向的關(guān)系，得出左手定則。培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、分析綜合能力。
3．通過自制道具演示實驗探究安培力的大小與磁場強(qiáng)度B的大小、導(dǎo)線電流I的大小以及導(dǎo)線的長度 L之間的關(guān)系，導(dǎo)出安培力大小的表達(dá)式。體會控制變量法、等效替代法等思想方法。 二、教學(xué)重點、難點
1．掌握安培力方向的判定(左手定則) 以及看懂立體圖,熟悉各種角度的側(cè)視圖,俯視圖和剖面圖。
2．探究安培力的大小與磁場強(qiáng)度的關(guān)系，掌握勻強(qiáng)磁場中安培力大小的計算。 三、教學(xué)資源
會動的鋁箔“天橋”，安培力方向的三維立體模型，左手手模，探究安培力大小的自制道具，記錄實驗數(shù)據(jù)的EXCEL表格，課件，視頻。 四、學(xué)情分析
1．學(xué)生在此之前已學(xué)習(xí)了磁體和電流周圍會有磁場存在，也知道了電流可以產(chǎn)生磁場。根據(jù)牛頓第三定律，可以結(jié)合本節(jié)課的內(nèi)容進(jìn)一步探究一下磁場對通電導(dǎo)線是否也有力的作用。
2．根據(jù)高二學(xué)生的學(xué)習(xí)特點，課堂節(jié)奏相對比較緊湊，內(nèi)容較為充實。 高中生喜歡動手做實驗，具有自主探索的精神，所以課堂安排了分組實驗讓學(xué)生動手。 五、教學(xué)過程
教學(xué) 環(huán)節(jié)
教師活動
學(xué)生活動
教學(xué)資源安排 設(shè)計意圖 （一） 情境導(dǎo)入 5min 師：[設(shè)疑]前面學(xué)習(xí)了電場和磁場，電和磁之間是否存在著某種內(nèi)在聯(lián)系？
[flash演示]奧斯特實驗
[提問]
小磁針的偏轉(zhuǎn)說明了什么？ [分析與討論]
小磁針在磁場中受磁場力的作
用才會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，實驗結(jié)果說明，不僅磁鐵能產(chǎn)生磁場，電流也能產(chǎn)生磁場。通電導(dǎo)線通過周圍產(chǎn)生的磁場對磁體有力
1、觀看實驗短片并思考問題
2、學(xué)生回答：不僅磁鐵能產(chǎn)生磁場，電流也能產(chǎn)生磁場。
1、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本堂課知識的熱情。 2、引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入新課學(xué)習(xí)
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的作用（電流→磁場→磁體）。那根據(jù)牛頓第三定律可知，磁體通過周圍的磁場對通電導(dǎo)線也應(yīng)該有力的作用（磁體→磁場→電流？）。下面我們就用一個迷你小實驗來探究一下磁場對通電導(dǎo)線是否也有力的作用呢？
【探究一】如何用已有的器材探究磁場對電流是否存在力的作用？ [演示實驗]
會動的鋁箔“天橋”：將電池與鋁箔接通，觀察鋁箔的運動情況。 [總結(jié)]
當(dāng)通電導(dǎo)線附近有磁體時，通電導(dǎo)線會受到力的作用。物理學(xué)上把磁場對電流的作用力稱為安培力。 [板書]
一、安培力 1、概念：磁場對電流的作用力。
3、通過迷你實驗引入新課，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和熱情。感性認(rèn)識磁場對通電導(dǎo)線有力的作用。
(二) 探究安培力的方向 15
min
[猜想]安培力的方向與什么因素有關(guān)？ 【探究二】 如何驗證？三者的方向具體是什么關(guān)系? [分組實驗]
依次改變流過鋁箔的電流方向，交換磁鐵的磁極位置，進(jìn)一步觀察鋁箔的運動情況。并將電流的方向、磁場的方向和安培力的方向記錄下來。 [學(xué)生演示]
用彩色木棍代表不同的物理量，將三者之間的空間立體關(guān)系用模型表示出來； 藍(lán)色：磁場方向 黃色：電流方向 紅色：安培力方向 [分析總結(jié)]
通過將四個模型旋轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)四種不同的情況，三者的相對關(guān)
學(xué)生猜想：
①磁場的方向 ②電流的方向
[分析]
共有四種情況需要研究。
學(xué)生對于安培力的方向也就是左手定則一直缺乏立體空間上的認(rèn)識，因此我特意利用彩色木棍將三個物理量的方向呈現(xiàn)在三維空間中。并通過實驗探究、總結(jié)歸納、利用道具的旋轉(zhuǎn)讓
學(xué)生意識到三者之
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系均相同。物理學(xué)家安培通過長期的實驗總結(jié)出通電直導(dǎo)線所受安培力方向的判定方法
——左手定則
示范講授左手定則的內(nèi)容：
伸開左手，讓拇指與其余四個手指垂直，并與手掌在同一平面內(nèi)，讓磁感線垂直穿過手心，四指指向電流方向，那么，拇指所指方向即為通電導(dǎo)線在磁場中的受力方向。 [板書] 2、方向：①F⊥B ， F⊥I 即F安⊥BI所在平面。 ②F，B ，I 遵循左手定則。 [例題] 1、試畫出下列各圖中安培力的方向：
觀察模型并模仿學(xué)習(xí)左手定則。
間的相對位置是固定的，從而引導(dǎo)出左手定則。這個過程訓(xùn)練了學(xué)生的觀察能力，總結(jié)歸納的能力，增強(qiáng)了空間想象能力。也鍛煉了學(xué)生建構(gòu)理想模型的意識和能力。
(三) 探究安培力的大小 16 min
[過渡]
安培力是個矢量，之前我們已經(jīng)研究了它的方向，那么它的大小到底會與哪些因素有哪些？
【探究三】安培力的大小與什么因素有關(guān)？
研究方法：控制變量法。 [實驗裝置]
采用自制道具，得到安培力大小與磁場強(qiáng)度關(guān)系的實驗的定量數(shù)據(jù)。 磁場大小：將導(dǎo)線繞在鐵芯上，產(chǎn)生的磁場等效于馬蹄形磁鐵產(chǎn)生的磁場。通過前期測試已知，線圈產(chǎn)生的磁場大小與線圈中的電流大小成正比。通過
引導(dǎo)學(xué)生猜想：安培力大小的影響因素
(1) 磁場強(qiáng)度 B 的大小 (2) 導(dǎo)線電流 I 的大小 (3) 導(dǎo)線的長度 L
自制道具：
磁場電路：
通過猜想假設(shè)，討論交流提高學(xué)生思考問題的能力。
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改變磁場電路中接入得滑動變阻器的阻值大小定量改變磁場的大小。
電流大小：將導(dǎo)線繞城100匝的線圈接入電路。通過改變線圈電路中接入得滑動變阻器的阻值大小定量改變電流的大小。
安培力的定量測量：將線圈橫放在磁場線圈中，并與磁感線垂直（中間的磁場可以近似認(rèn)為是勻強(qiáng)磁場）。再放置在電子秤上。由電子秤的讀數(shù)即可得到安培力的大小。
（1）研究F與B的關(guān)系： 保持L、I不變 [實驗方案]
①保持通電電流大小不變，保持線圈電流I2=0.60A。
②改變磁場大小：通過改變磁場電路中滑動變阻器的阻值，改變磁場電流的大小，分別取磁場電流 I1 =0.40 A，0.60 A，0.80 A，1.00 A，1.20A。 將相應(yīng)的安培力的大小（電子秤的讀數(shù)）記錄在EXCEL表格中。
③將表格中的數(shù)據(jù)生成F-I1（F-B）圖象。
[結(jié)論] F與B成正比。
（2）研究F與I的關(guān)系： 保持B、L不變 [實驗方案]
①保持磁場強(qiáng)度不變，保持磁場電流I1=1.00A。
②改變通電電流：通過改變線圈電路中滑動變阻器的阻值，改變電流的大小，分別取線圈電流 I2 =0.40 A，0.60 A，0.80 A，1.00 A，1.20A。
實驗（1）數(shù)據(jù)與圖表：
實驗（2）數(shù)據(jù)與圖表：
線圈電路：
安培力的測量：
采用自制道具。得到定量的實驗數(shù)據(jù)。這個過程主要訓(xùn)練學(xué)生正確運用科學(xué)思維方法，從定性和定量兩個方面進(jìn)行科學(xué)推理、找出規(guī)律、形成結(jié)論。
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將相應(yīng)的安培力的大小（電子秤的讀數(shù)）記錄在EXCEL表格中。
③將表格中的數(shù)據(jù)生成F-I圖象。
[結(jié)論] F與I成正比。
[分析總結(jié)]
經(jīng)進(jìn)一步研究表明：在勻強(qiáng)磁場中，當(dāng)通電直導(dǎo)線與磁場方向垂直時，通電導(dǎo)線所受的安培力最大，等于磁感應(yīng)強(qiáng)度B、電流I和導(dǎo)線長度L的乘積，即 F=BIL。 強(qiáng)調(diào)：
①公式的適用條件——勻強(qiáng)磁場且B與I垂直。 ②各物理量單位：F－N，B－T，I－A，L－m（強(qiáng)調(diào)L指磁場中通電導(dǎo)線的長度）
③公式應(yīng)用的推廣：在非勻強(qiáng)磁場中，上述公式可近似用于很短的一段通電導(dǎo)線。因為當(dāng)導(dǎo)線很短時，可近似認(rèn)為各點的磁感應(yīng)強(qiáng)度相等。
④當(dāng)電流方向與磁場方向有一個夾角θ時，安培力大小如何計算？
[板書] 3、大小：
①當(dāng)B⊥I時，F(xiàn)= BI L。 ②當(dāng)BI時，F(xiàn)= 0。 ③當(dāng)B與I的夾角為 時， F= BI Lsin。
學(xué)習(xí)安培力的計算公式、各物理量單位及其公式的適用條件和公式的推廣
討論：將磁感應(yīng)強(qiáng)度分解為兩個分量：與電流方向平行的分量B1對電流沒有作用力，因此電流所受的作用力F完全由與電流方向垂直的分量B2決定，即 F= B2IL=BsinθIL
(四) 安培力的應(yīng)用
8 min 物理來源于生活，最后必將再應(yīng)用于生活。安培力在生活中的應(yīng)用非常廣泛。
軍事上的應(yīng)用：電磁炮
生產(chǎn)生活中：電氣機(jī)車，無軌電車中的電動機(jī)
通過向?qū)W生介紹安培力在軍事上、生
產(chǎn)生活上、物理儀器等各個方面應(yīng)
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物理實驗室：磁電式電流表 例題：（電流天平）如圖所示的
天平可用來測定磁感應(yīng)強(qiáng)度。天平的左臂放著質(zhì)量為m1
的
砝碼，右臂下面掛有一個矩形線圈，寬為l，共N匝。線圈的下部懸在勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直紙面向里。當(dāng)線圈沒有通電時，天平處于平衡狀態(tài)。當(dāng)線圈中通有電流 I (方向如圖)時，在天平右臂加上質(zhì)量為m2
的砝碼，天平重新平衡。求
磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度？
用，幫助學(xué)生正確理解科
學(xué)·技術(shù)·社會·環(huán)境的關(guān)系，培養(yǎng)了學(xué)生的社會責(zé)任感。
（五） 課堂小結(jié) 布置作業(yè) 1 min
1.方法點撥：
控制變量法——在探究實驗設(shè)計中，影響安培力的因素很多，如果將它們混在一起考慮，無法知道每個因素是怎樣影響安培力的。因此，實驗中通常只讓某個因素(變量)變化，不讓其他因素變化(控制變量)，這樣便知道這個因素是如何影響安培力的了。 2.知識點點撥：
F方向的判斷——左手定則 F大小的計算——F＝BIL
6.1 探究磁場對電流的作用
一、安培力
1、概念：磁場對電流的作用力。
2、方向：①F⊥B ， F⊥I 。F安⊥BI所在平面。 ②F，B ，I 遵循左手定則。 3、大小：①當(dāng)B⊥I時，F(xiàn)= BI L。 ②當(dāng)BI時，F(xiàn)= 0。
③當(dāng)B與I的夾角為 時，F(xiàn)= BI Lsin。
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