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視頻標簽：磁場中的,通電導線
所屬欄目：高中物理優質課視頻
視頻課題：高中物理魯科版選修1-1第3章《磁場中的通電導線》福建省 - 南平
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磁場中的通電導線
教材分析
本節課是魯科版高中文科物理第三章第1節的內容。本章節承接了上一章奧斯特發現電流磁效應的內容，中心內容是研究電磁之間的相互作用力�！洞艌鲋械耐妼Ь�》一課可分為兩個課時，第一課時通過實驗探究讓學生知道安培力方向的判定和大小的計算。本節課在掌握安培力大小、方向的基礎上，探究安培力在生活中的應用，進一步學習磁電式電流表、電動機等裝置的工作原理，讓學生感知磁場會對電流產生力的作用以及電能可以轉化為機械能，為后面學習電能的生產與應用奠定基礎，因此本節課起著承上啟下的重要作用。
學情分析
學生在第一課時的學習過程中已經獲得安培力的概念，并能計算磁場與電流方向垂直時安培力的大小、會用左手定則判定安培力的方向，雖然高二的學生具備一定的分析推理能力，但文科生的實驗設計能力還比較薄弱。
核心素養
物理觀念
能用左手定則判斷安培力的方向，能計算在勻強磁場中，當通電導線與磁場方向垂直時安培力的大小。 科學思維
會利用左手定則和安培力的計算公式判斷線圈在磁場中的運動情況。 科學探究
1.讓學生親身經歷設計磁電式電流表、電動機的過程，理解它們的工作原理。 2.通過讓學生在觀察的基礎上分析推理，改進實驗方案，培養學生的分析、推理和實驗設計能力。
3.通過讓學生自主設計并制作簡易電動機，培養學生將理論應用于實踐操作的能力和動手能力。 科學態度與責任
讓學生親身經歷設計電動機的過程，感受到科學探究的艱辛。通過學生分組討論，讓學生體驗成功的喜悅和討論交流與合作的重要性。了解物理知識對生產力發展的推動作用，培養學生的發明創造意識。
魯科版高中物理選修1-1第三章第1節 磁場中的通電導線 南平高級中學 林夢婷
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教學重難點
重點：會利用左手定則和安培力的計算公式判斷線圈在磁場中的運動情況，知道磁
電式電流表、電動機的工作原理。 難點：電動機換向器的設計。
教學方法
主要采取問題討論和科學探究相結合的教學方法。 教具及媒體
干電池、開關、導線、磁電式電流表、自制可拆裝電動機、裸銅線、強力磁鐵、希沃一體機、課件、Hiteach IRS反饋系統。
教學過程
一、復習引入（3min)
教師提問：通過上節課的學習我們知道，通電導線在磁場中會受到力的作用，我們把這個力稱之為安培力。力是矢量，有大小也有方向。如何判斷安培力的大小和方向呢？ 教師利用Hiteach IRS系統中的隨時挑人功能任意抽取學生。 學生回答：判斷安培力的方向可以用左手定則：伸開左手，四指與拇指在同一平面內并相互垂直，讓磁感線垂直穿過手心，四指指向電流的方向，拇指的方向就是安培力的方向。安培力的大小等于電流、磁感應強度和導線長度的乘積，用公式F=BIL表示。
教師強調：在勻強磁場中，當通電導線與磁場方向垂直時，公式F=BIL才適用。 【設計意圖：在上一課時中，教師通過實驗重點探究安培力的大小和方向。該環節讓學生溫習上節課重點知識，也是本節課需要應用到的知識點，起到承上啟下的過渡作用。利用Hiteach IRS系統中的隨時挑人功能，了解學生對上節課內容的掌握情況，可對掌握不牢的知識點進行查缺補漏，同時調動同學們動腦思考的積極性。】
二、科學探究（該環節圍繞3個遞進的問題展開）
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線圈在與磁場平行的平面內的
受力分析圖
1.磁電式電流表的工作原理(10min)
播放視頻，讓學生觀看上節課做過的奧斯特實驗，要求學生認真觀察通電后導體是怎樣運動的？學生觀察到通電后導體沿水平方向運動。
解決問題1、如何讓通電導體沿著水平方向的運動變成線圈的轉動？ 課件演示：將導線折成線圈，放在與磁場平行的平面 內，使線圈的兩條邊與磁感線平行，另外兩條邊與磁 感線垂直。通入逆時針方向的電流。
引導思考：根據左手定則，通電后磁場對四條邊作用 力如何？
學生分析：根據左手定則可知線圈與磁場平行的兩條 邊不受磁場對它的作用力；與磁場垂直的兩條邊一個受到 向上的力，另一個受到向下的力。兩個力不在同一條直線 上因此不會平衡。
引導思考：如果給線圈加上一根軸，線圈會怎樣運動？ 學生分析：線圈會繞著軸順時針轉動。
教師介紹：在軸的兩端分別加上一個螺旋彈簧，線圈轉動時，螺旋彈簧產生形變，阻礙線圈的轉動。再加上一根指針，指針也跟著轉，根據公式F=BIL，其他條件不變時，電流越大，安培力越大，指針轉過的角度就越大。如若再裝好刻度盤，就可以通過
指針偏轉的角度來判定電流的大小了。這樣用來測定電流大小的裝置，就叫做磁電式電流表。
視頻演示：磁電式電流表的實物結構，拆去前后的玻璃板及刻度盤觀看看它的內部裝置。紅藍兩色的是蹄形磁鐵，灰色的是弧形的極靴，中間是圓柱形鐵心，在夾縫間有線圈和轉軸，安在兩端的支架上，可以自由轉動，在線圈轉軸的兩端，各安有一個螺旋彈簧，阻礙線圈的轉動，線圈
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雙環電路圖 轉軸與指針相連，指針轉過的角度和電流大小成正比。
實物演示：將磁電式電流表與干電池、2000歐定值電阻相連接，觀察磁電式電流表工作情況，改變電流方向，磁電式電流表偏轉方向隨之改變。
歸納總結：磁電式電流表的優點是，靈敏度高，可以測出很弱的電流。缺點是線圈的導線很細，允許通過的電流微弱，如果需要測量較大的電流值，需要進行改裝，擴大量程。電流表、電壓表、多用表等都是利用它來改裝的。
【設計意圖：該環節讓學生在觀察的基礎上分析推理，深刻理解磁電式電流表的工作原理，培養學生觀察實驗、設計實驗的科學意識�！�
2.電動機的工作原理(15min)
教師提問：磁電式電流表工作時，線圈無需持續轉動，如何讓線圈持續轉動，變成一臺電動機呢？
課件演示：線圈繞著軸轉動，但是導線會纏繞在一起，這時線圈轉動不下去了。
解決問題2：如何解決線圈轉動引起的導線纏繞問題？ 引導思考：導線纏繞是因為導線和線圈連接在一起，線 圈動導線也跟著動。如果能讓線圈動，但是導線固定不 動，問題就解決了。
設計方案:將導線固定在接線柱上。
引導思考：怎么保證導線和線圈保持接觸良好？
教師提示：可以在線圈的兩端各接上一個金屬圓環，并在兩邊
的接線柱上都裝上一片電刷。這樣就能保證導線和線圈時刻保持接觸良好。
實物演示：將設計做成實物，介紹自制教具的各個部分名稱（主要包括：磁體、線圈、 圓環、電刷），特別強調藍色電刷和藍色圓環接觸，紅色電刷和紅色圓環接觸。指出導 線已經固定在接線柱上，人工撥動線圈，讓學生觀察。
導線纏繞圖
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教師提問：假如線圈會成功轉動起來，導線會不會纏繞？ 學生回答：不會。
教師提問：通電后，線圈會轉動起來嗎？
教師操作：接通電源，線圈轉動起來了，成功地解決了導線纏繞的問題。 教師提問：線圈轉動起來了，但是出現了什么問 題？很顯然，線圈不能持續轉動，而是左右擺動幾 下后，就停下來。停在哪里呢？
實物演示：演示2次，讓學生觀察到，線圈停在豎 直面附近。
教師引導：分析線圈在豎直面內的受力情況。
討論與交流：根據左手定則，判斷出此時線圈受力F1與 F2大小相等、方向相反、并且在同一直線上，此時二力 平衡。 教師介紹：把這個特殊的位置定義為平衡位置。 教師提問：本來線圈受力平衡應該靜止，為什么會轉過平衡位置呢？
學生回答：由于慣性。
教師提問：那為什么線圈又會左右擺動呢？
教師引導：因為磁場方向和電流方向始終不變，磁場對 電流的作用力方向就不變，ab邊總是受到向下的力，cd
線圈于平衡位置右偏圖
紅色電刷
紅色圓環
線圈
線圈于平衡位置
雙環模型
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邊總是受到向上的力。當線圈cd邊在平衡位置右邊的時候，在這兩個力的作用下線圈 就回到平衡位置，由于慣性，線圈就轉過平衡位置。在這兩個力的作用下，線圈又回到 平衡位置。因此，線圈就會在平衡位置左右擺動，最后在阻力的作用下就停下來了。怎 么做才能使線圈持續地轉動下去呢？這是問題的關鍵，請同學們分組認真討論。 學生利用Hiteach IRS搶權器搶答：在線圈剛轉過平衡位置時，立即改變線圈所受磁場對它的作用力方向，使得ab邊受到的力向上，cd邊受到的力向下，問題就解決了。 引導思考：改變磁場對電流作用力有哪些方法？
學生回答：有兩種，一種是改變磁場方向，一種是改變電流方向。
教師提示：由于在實物中，磁體是被固定住的，自動變換磁場方向做不到，只能選用改 變電流方向的方案。進一步提示，在裝置中，藍色電刷和電源正極相連、紅色電刷和電 源負極相連，由于電刷、接線柱、電源、磁體、開關都是被固定住的，只有圓環隨著線 圈的轉動而轉動，所以要改變電流方向，要從改進圓環入手。
解決問題3：如何讓線圈轉到平衡位置時自動變換電流的方向，從而實現持續轉動？ 學生討論：如果讓線圈剛轉過平衡位置時，藍色圓環和紅色電刷接觸，紅色圓環和藍色 電刷接觸，電流方向就能自動改變了。也就是說，線圈每轉過平衡位置，電流方向就自 動改變一次。
教師提示：但是裝置中做不到這一點，于是對藍色圓環進行分析，經分析得出要自動改 變電流方向，只能在原來兩個圓環的基礎上各拆去一半，將各自剩下的半環拼接在一起 組成一個圓環，但是中間留有縫隙，避免短路。
單環實物
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課件演示：隨著線圈轉動，每轉過一次中性面，兩個半環交替著和兩個電刷接觸，電流 的方向自動改變一次，我們將這個裝置叫做換向器。 模型操作：接通電源，線圈轉動起來。
教師介紹：線圈轉動起來，電能成功地轉化成了機械能，這樣的裝置叫做電動機，并在電動機的軸上裝上葉片，發現電動機可以帶動葉片轉動。電動機轉動的部分，如線圈，稱為轉子，固定不動的部分，如永磁體和電動機的外殼稱為定子。為了增大電動機的功率，在實際生產、生活中，電動機的轉子一般由多個線圈繞在同一個鐵心上，定子也多采用磁性更強的電磁鐵。電動機可以提供動力，推動生產力的發展，為社會的進步做了巨大貢獻！
【設計意圖： 這一步設計引導學生實驗探究電動機轉動的工作原理。讓學生經歷設計
電動機的整個過程，在設計實驗過程中，步步深入，不斷地克服實驗中遇到的難題，改進設計方案，最終達到實驗目的。這樣的設計加深學生對電動機轉動原理的理解，同時有利于促進學生科學探究能力、邏輯思維能力的發展，使學生感受到科學探究的艱辛，激發學生發明創造的愿望。】
三、分組實驗：制作簡易電動機（12min）
教師提問：制作電動機需要哪些基礎儀器？
學生回答：首先要有物體轉動，就要有線圈。電動機是電能轉化成機械能，要有電源。線圈要收到安培力才會轉起來，僅僅有電還不行，還要有磁。
教師介紹：線圈、電和磁是制作電動機的基礎。教師提供裸銅線作為線圈，提供電池作為電源，這些像紐扣電池一樣的是強力磁鐵。 教師引導：如何讓線圈在獲得電流的同時，又處在磁場中獲得安培力，便可以轉動起來。
學生分組實驗在教師的提示下設計簡易電動機。 教師利用Hiteach IRS系統中的反饋功能，實時了解學生完成情況，
希沃投屏：完成較快、較好的學生作品，并讓學生介紹設計思路。
學生回答：把磁鐵吸在電池的下面，將裸銅線彎折，分別和電池的正負極接觸，形成的閉合回路，線圈中通有電流，在強磁鐵磁場的作用下，會受到安培力轉動起來。
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教師總結：有些同學是線圈沒有和磁鐵接觸，形成閉合回路， 有些同學強力磁鐵使用的太少了，磁性不夠，所以線圈轉動不起來。課后請同學們自行尋找材料，讓通電導線在磁場中運動起來。體會物理知識對現代社會發展的貢獻。
【設計意圖：整個環節培養學生的實驗設計能力和動手能力，學生扮演的是實驗的策劃者、執行者，教師僅僅起到了指導提示作用，充分確立了學生的主體地位，使學生充分獲得學習的成就感�！�
板書設計
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附錄1：
本教學設計的創新之處
1. 目標創新
教師在教授《磁場中的通電導線》一課時，往往重理論而輕應用，本節課在學生已具備安培力知識基礎的前提下，通過探討磁電式電流表、電動機的設計原理、制作簡易電動機三個過程，讓學生從理論走向設計，從設計走向實踐，學有所得、學有所用。
教師從溫習奧斯特實驗出發，從舊的知識中提出新問題，設置循序漸進的問題情境，結合實物以及模擬課件，組織學生對一個個出現的新難題，進行充分的分析、討論后提出新的設計方案，在必要的時候加以啟發，即根據問題教學的有關理論展開教學，使整個教學過程成為提出問題、討論問題、解決問題的過程。從而培養學生實驗設計能力和交流、討論的習慣。
2. 教法創新
新課程倡導將學習的重心從過分強調知識的傳承和積累轉向知識的探究過程，讓學生經歷科學探究的過程，學習科學的研究方法，受到科學精神的熏陶，同時理解和掌握科學的內容。根據這一理念，本節安培力的概念注重利用已學知識來構建新知識。教師根據“問題討論法”進行教學，結合自制教具和演示實驗，讓學生經歷設計的過程，問題層層遞進，讓學生思考步步深入。利用希沃一體機、Hiteach IRS系統，實時了解學生掌握情況， 加強師生互動，提升學習效率，實現信息技術與教學的深度融合，。
3. 物理創新
整個授課過程采用分步引導的方式來了解實驗原理，符合高二文科學生的認知水平，容易取得良好的教學效果。
電動機換向器的設計是本節課的難點，該部分讓師生經歷共同改進實驗方案的過程。這樣的設計突出了層層遞進，步步深入的物理思維方式，并關注學生通過參與設計而獲得直接經驗的作用，有利于促進學生科學探究能力、邏輯思維能力的發展和對科學探究本身的理解。
視頻來源：優質課網 www.jixiangsibao.com
