1.1磁场对通电导线的作用力（教案） 高二物理人教版（2019）选择性必修第二册

1.1磁场对通电导线的作用力
一、教学设计思路
本节是规律探究课，在教学方法上，采用“任务驱动”教学法，即以学生为中心，以任务为载体，把教学内容巧妙地隐含在一个个具体任务之中，学生通过独立或协作完成任务，学习新知识和新技能.主要特色为：
（1）本文设计了实验探究安培力的方向与磁场、电流的方向关系；理论探究安培力大小的表达式；揭秘电磁轨道炮和了解磁电式电表的工作原理等学习任务，使学生在任务解决中学习到新知识和新技能.
（2）设计了分组实验：观察通电导线在磁场中的受力情况，用不同颜色的笔芯分别代表安培力、磁场和电流的方向，用橡皮泥固定塑料棒，得出这三个方向的立体关系，学生体验到空间关系构建方法.
二、教学目标
1.文化基础
（1） 知道安培力，会计算安培力的大小
（2） 知道安培力的方向与电流、磁场方向都垂直，会用左手定则判断安培力的方向；
（3） 知道磁电式电表的基本构造以及运用它测量电流大小和方向的基本原理.
2.自主发展
（1） 经历推导磁场中安培力的表达式，感受逻辑的力量；
（2） 通过学生分组实验，经历探究磁场对电流的作用力的方向和电流方向、磁场方向的关系这一过程，体验控制变量探究物理规律的方法。
3.社会参与
（1）了解安培力在生产、生活中的作用，培养学生将科学技术服务于人类社会的意识；
（2） 经历磁场对电流的作用力的方向和电流方向、磁场方向的关系这一过程，培养学生的科学探究意识和正确的科学态度以及责任心。
四、教学准备
演示器材：电动机模型、安培力演示仪（、两平行的通电直导线安培力演示仪.
分组实验器材：会动的铝箔“天桥”（包括：铜导线、1号电池组、蹄型磁铁、导线若干）、橡皮泥、彩色塑料杆（三色）
五、教学过程
【活动一】创设情境，提出本节课的核心任务
创设情景
（1）演示：电动机模型。（磁铁、电池、导线、线圈，把线圈搭建在支架上，线圈快速旋转）
（2） 提出
1820年4月，奥斯特在一次讲课中，偶然的把导线沿南北方向放置，在一个带玻璃罩的指南针的上方，通电时磁针转动了，7月宣布发现了电流的磁效应。这个看似偶然的发现实际上经历了将近二十年的探究。机会从来不会轻易的出现，他必然是只会提供给有准备的人。 安培在得到电流磁效应的消息时，反过来想：电流对磁针有力的作用，力都是相互的，磁针肯定对电流也有力的作用，并进行了大量的实验证实这个力的存在。正是这个力推动了线圈的转动，推进了电气化时代的到来，为了纪念安培，后人就以他的名字来命名了这个力------安培力。
线圈能在磁场中旋转正是安培力的作用。要想改变线圈转动的方向，必须改变安培力的方向，如何改变安培力的方向呢？
【活动二】 实验探究安培力的方向与磁场方向和电流方向的关系
（1）演示：实验改变电流的方向，观察到通电导体棒向另一方向运动，说明什么？（生答：安培力的方向发生了变化）如果电流方向不变改变磁场的方向，观察到导体棒将向另一方向运动，说明安培力的方向发生了变化.
（2） 提出猜测：通过刚才的演示，你认为安培力的方向跟哪些因素有关呢？（生答：安培力方向与磁场、电流方向有关系）
接下来我们通过分组实验来探究安培力方向与磁场、电流方向之间有怎样的关系.
（3）设计方案 提问：要研究磁场方向、电流方向对安培力方向的影响，可以分为几大步？（生答：采用控制变量法，分两大步：第一步是保持电流方向不变，探究安培力与磁场的方向关系；第二步是保持磁场方向不变，探究安培力与电流方向的关系）
（4）为了便于同学们记录三者的方向关系，为每个小组准备了红、黄、绿三色的笔芯杆和一小块橡皮泥，统一用红色代表安培力方向，统一用绿色代表磁场的方向，统一用绿色代表电流方向.
（5）学生分组实验学生按照设计的方案，进行实验，并用橡皮泥记录下三者的方向关系.
（6）交流实验结果各小组展示自己的记录结果（各组做出的结果都一样），如图4所示，安培力的方向与另两个量的方向均垂直.
（7）归纳、总结问1：改变电流方向，安培力方向会变化，改变磁场方向，电流方向也会变化，是不是要做出很多个“雕塑”，为什么？（生答：不需要，不管是哪种情况，三个量之间的空间位置一样）
问2：请一位同学给大家演示一下？（同学展示他们的“雕塑”）
问3：确实，虽然电流方向、磁场方向会影响安培力的方向，但这三个量方向的相对位置不变，三个量的方向关系是相对固定的，可以统一用图4来表示.以后判断安培力方向时，只要拿出雕塑比划一下就可以，是不是？（生答：是的）
问4：每天带着这个雕塑方便吗？（生答：不方便）
问5：有没有更简洁的方法表达这个关系呢？最好是什么都不带就能把它们的关系表述清楚？（学生陷入思考中）
（引导）问6：前面我们学过右手螺旋定则，来表达电流方向和磁场的关系，这个方法很简洁的，我们能不能也类似的用手来表达这种关系呢？
（8）提炼规律（学生兴奋地用左手在磁场中不断尝试）得到左手定则（内容略）.
（9）应用规律①判断以下几种情况的安培力方向（教师请同学拿出左手判断）
②两条平行的通电直导线之间会通过磁场发生相互作用.在什么情况下两条导线相互吸引，什么情况下相互排斥？
（引导学生先理论分析，得到同向电流相互吸引，反向电流相互排斥.再用实验验证，实验装置）
（10）提出探究分任务二：在刚才的实验中，我们仅仅改变了电流和磁场的方向来研究安培力，如果我们改变的是电流或磁场强度的大小，会有什么现象发生哪？我们不妨试一试！
设计意图：学生分组实验探究，经历规律发现过程，尝试用“左手”归纳判断安培力方向的方法，可以让学生最大程度的参与课堂；②借助小工具立体展现三个量的方向关系，体验空间关系构建方法.
【活动三】理论探究安培力大小的表达式
（1）教师演示：改变电流大小、磁场强弱、电流与磁感应强度的，夹角等I得到安培力大小与I、B、θ的定性关系，同时布置课下任务，探究安培力与导线长度的关系。
（2）回顾B的定义提问：磁感应强度是怎样定义的？（生答：B=FIL）
问2：对导线的放置有什么要求？（生答：要求导线垂直磁场放置）
问3：如果导线平行磁场放置，安培力是多大？（生答：零）
问4：如果导线与磁场既不平行也不垂直，安培力是多大？（介于零和垂直放置之间）
下面，请同学们推导安培力的表达式.
（2）理论推导特殊情况问1：当通电导线垂直磁场放置时，安培力大小？
问2：当通电导线平行磁场放置时，安培力大小？（这两种情况，学生一般没有问题）
（3） 理论推导一般情况，如果磁场与电流成θ角时，安培力表达式怎样？请各小组先讨论，并给出结论？
（学生讨论后给出两种方法，一种是分解B，另一种分解L，得到相同的结果F=BILsinθ，并认识到垂直和平行是两种特殊情况.）
设计说明：在定义磁感应强度时，学生经历了实验探究的过程，所以此处只进行演示得到定性关系、理论探究推导出安培力大小的定量表达式。
【活动四】学以致用
观察磁电式电表，让学生观察磁铁、铝框、线圈、螺旋弹簧、极靴、指针、铁质圆柱等构件，了解它们之中哪些是固定的，哪些是可以动的。
分组讨论（屏幕上显示如下问题）
问1：表中磁场分布有何特点呢？
问2：线圈的转动是怎样产生的？
问3：线圈为什么不能一直转动下去？
联系生活列举安培力在生活中的应用。
视频：中国电磁炮50000次测试成功。
设计意图：让学生认识到用今天所学习的知识可以制作好玩的玩具、实用的工具，更能够提升一个国家的军事地位。
我国在电磁炮技术上虽然起步晚，但已经转弯式超过美国。厉害了，我的国！虽然实验适应同学们，少年强则国强，少年智则国志，十八而志，用你的青春梦，共筑我们的中国梦，祖国的未来就看同学们的了。
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