6.1 探究磁场对电流的作用 教案 (6)

6.1
探究磁场对电流的作用
教案
教学内容
山东科学技术出版社《物理》（选修3—1），第6章《磁场对电流和运动电荷的作用》中的第1节。
教学分析
1．教材分析：
前面一章我们对磁场有了一个比较深入的理解，特别是电流周围的磁场，课本作了比较详细的介绍。既然电流周围能够产生磁场，对小磁针产生力的作用，反过来，磁场对电流有无影响呢？若有，通过什么来体现呢？本节是将磁和电联系起来，探讨磁场对电流和运动电荷的作用，使电生磁得到了广泛的应用，并且为后面磁生电的学习做了铺垫，起到了一个承上启下的作用。本节教材分两个大部分：一是探究安培力，包括大小探究和方向探究，是本节内容的主体部分，二是安培力的应用，是对所学物理原理的一个实际拓展和加深。整节内容顺序流畅，科学严谨，逻辑推理性强，在处理教材时应积极调动学生的实际操作积极性，在培养能力的同时使掌握的知识更加牢固。
2．学情分析：
学生在前面一章就熟知奥斯特实验，知道电流周围能产生磁场，并且已经巩固练习了很多。因此，从实验现象中让学生自己找出安培力来，更能加深学生的印象。接着，探究一个物理量的影响因素，由猜想——设计——探究——结论——应用，学生都比较熟悉。如何正确引导学生完成实验探索过程是关键，由于左手定则是一个三维视图，要正确引导学生发挥其空间想象能力，勤动手，勤思考才能掌握内容的实质，最后把所学的物理原理应用到生活中去也是我们学习这门课程的主要目的。
教学目标
1．知识与技能：
通过实验，认识到通电导线在磁场中受到力的作用，这种力就叫安培力；
知道影响安培力大小和方向的因素；知道左手定则和安培力大小的计算公式；
会用左手定则判断安培力的方向，能计算在匀强磁场中，通电导线所受安培力的大小。
2．过程与方法：
经历科学探究的过程，培养分析解决问题的能力；
使用控制变量法来研究安培力的大小与什么有关，学习使用等效替代法来测量不能直接测量的安培力。
尝试将已学过的物理原理和研究方法进行类比迁移，得出新的结论，运用这些结论解决一些与生产、生活相关的实际问题，如电机的转动和磁电式电表的原理。
情感态度与价值观：
通过对电磁关系的学习，领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，热于探索自然界的奥秘；
体会物理知识运用的价值，逐渐提高发现日常生活中与物理有关问题的意识。
教学重点：
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。
教学难点：
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。
教学过程
一、创设情境，引入新课
做演示实验：直流电动机：不通电——不转动
通电——转动
提出问题：电动机为什么会转动呢？
观察：转动的是通电线圈，外面是两块磁铁。
分析：因为磁铁对通电线圈有力的作用。
定义：磁场对电流也有力的作用，我们把这个力叫做安培力。
二、引导探究，归纳规律
安培力与哪些因素有关呢？
猜想
联想刚才电动机实验，共同分析：安培力可能与以下因素有关
①通电电流、③磁场、②磁场中导线的长度三个因素有关。
探究方法设计
采用控制变量法，等效替代法进行实验探究。
3．实验过程设计
介绍实验器材、原理，提出方案，进行逐个探究。
实验原理图
<一>、探究安培力大小变化因素。（控制变量法）
保持其它因素不变，增大磁感应强度
实验现象：指针偏角增大
保持其它因素不变，增大通电导线的电流
实验现象：指针偏角增大
保持其它因素不变，增长通电导线在磁场中的长度
实验现象：指针偏角增大
由等效替代法可以得出以下结论：
安培力随着磁感应强度的增大而增大，随着电流的增大而增大，随着磁场中通电导线的长度增大而增大。
进一步研究表明，在匀强磁场中，通电直导线与磁场方向垂直时，通电导线所受的安培力F最大，等于磁感应强度B，电流I和导线长度L的乘积，即
F
=
I
L
B
公式中电流单位为A，长度单位为m，磁感应单位为T，安培力单位为N。
拓展一步：电流的方向如果跟磁场的方向不垂直，安培力的情况又是怎样呢？
可与磁通量的求解方法类比.
将电流沿垂直于B的方向和平行于B的方向进行分解,得:
B与I成夹角θ:
F=BILsinθ
<二>、探究安培力方向变化因素。（控制变量法）
保持其它因素不变，改变磁感应强度的方向
实验现象：指针右偏变为左偏
保持其它因素不变，改变通电导线电流的方向
实验现象：指针左偏变为右偏
结论：安培力的方向受磁场方向、电流方向的影响。
分析实验中三者方向的特点，作出立体方向图，实验分解:
类比迁移：安培定则用右手，可否也用右手或者左手来判断这三者之间的关系呢？
左手定则：伸开左手，让拇指与四个手指垂直，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直导线在磁场中的受力方向。
配合图形和实物讲解，讲解一个实例。要求大家一定要有空间立体感。
练习左手定则，请同学到黑板上作图：
<三>、安培力的作用点：
对于均匀的长直导线，作用点可示为在它的几何中心。
分析课本例题
引导学生身临其境的想一想，假如你站在地球的赤道上，磁场方向是怎样的？假设有一根东西方向的直导线，受到安培力的方向怎样？判断好了之后，代入公式计算。
拓展一步：若将电流改为从垂直于地面竖直向上，或者改为从南北方向,受到的安培力又是怎样的？动手判断。
安培力的应用：
回到本节课前面，电动机到底是怎样转动的呢？
结合图形，请自己试着分析一下。
现实生活中应用到安培力的例子有很多，我们经常所用的电流计其内部也涉及到安培力的应用，请大家阅读课本，开动脑筋想一想，还可以展开小组讨论,试着说出它的工作原理。
课后练习：