2.2安培力与磁电式仪表 教案 (2)
文档属性
| 名称 | 2.2安培力与磁电式仪表 教案 (2) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 139.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2016-12-30 13:36:19 | ||
图片预览
文档简介
2.2安培力与磁电式仪表 教案
一、教学目标
知识目标：
（1）通过实验初步得到安培力与电流、导线长度的关系
（2）熟练应用左手定则判断安培力的方向
（3）知道电动机的工作原理
技能目标：
（1）体会科学探究的过程，会用左手定则判断安培力方向
情感目标：
（1）渗透“学以致用”的思想，激发学生的学习兴趣
（2）培养实验探究能力，拉近学生与物理之间的距离
（3）加强小组团结协作，注重合作能力的培养
二、教学重点：
安培力的大小和方向
三、教学难点：
利用实验对安培力进行定量的探究
四、教学方法：
教学用具：电子天平、有机玻璃架、线圈、电池盒、滑动变阻器、电流表、开关导线若干
演示法，实验探究法、讨论法。
学情分析：授课班级是高二年级成绩一般的学生，学生有学习热情，但是学生总的基础较弱，对知识的分析综合能力、探索研究问题的能力等比较薄弱。 21·cn·jy·com
磁场对通电导线的作用在日常生活中存在但不容易观察和感受到，因为地磁场很弱，让学生真切感受到安培力的存在就需要动手在实验室自己操作，让学生把抽象的知识具体化形象化。www.21-cn-jy.com
在讲授本节知识之前,学生已经学习了磁现象 磁场，并用传感器测量了地磁场、匀强磁场、以及通电螺线圈的磁场随电流的关系，对磁场有了初步的了解和认识，但还很不熟练。
教法建议：?
由于前面我们已经学习过电场的有关知识，讲解时可以将磁场和电场进行类比，以加深学生对磁场的有关知识的理解。例如：电场和磁场相互对比，电场线与磁感线相互对比，磁感应强度与电场强度进行对比等等。?【来源：21·世纪·教育·网】
在上一节的基础上，启发学生回忆电场强度的定义，对比说明引入磁场强度的定义的思路是通过磁场对电流的作用力的研究得出的。为了让学生更好的理解磁场，可以在实验现象的基础上引导学生进行讨论。【来源：21cnj*y.co*m】
五、教学过程
引入：用玩具电动车引入，思考电动车是怎么运动起来的？
新课教学
演示实验：线圈在磁场下的摆动情况，引导学生得出与安培力有关的因素有哪些？
欣赏同学做实验的过程
布置学生实验1
请学生展示记录的实验结果
根据学生描述的安培力和电流的关系得出结论
提问 在刚才的实验过程中，有些同学实验显示的数据增加，有的同学的数据是减少的，体现出安培力的方向不同，那方向与什么关呢？【版权所有：21教育】
磁场不仅具有方向性，而且各处的强弱也可能不同，靠近磁极或电流处的磁场较强，为了反映磁场的基本特性（具有力的性质），反映磁场不仅具有方向而且还有强弱，我们将引入一个叫做磁感应强度的物理量加以定量地描述21教育名师原创作品
（一）磁感应强度
1．磁场对电流的作用
【演示】利用控制变量法来演示通电的直导线在蹄形磁铁间的磁场（可以认为磁场是均匀的）中的受力跟哪些因素有关．
（1）与电流的大小有关，精确实验表明．
（2）与通电导线在磁场中的长度有关，精确实验表明
（3）与通电导线在磁场中放置的方向有关，导线与磁场间的夹角越接近90°，F越大，当通电导线平行磁场放置时，；当通电导线垂直磁场放置时，F最大．
归纳可得：在保持电流方向与磁场方向垂直时，通电导线所受的磁场对它的作用力——安培力．
2．磁感应强度概念的引入
（1）在同一磁场中的某处，不管电流I、导线长度L怎样变．但导线所受的安培力F跟IL的比值保持不变，对不同的磁场或磁场中的不同处，这一比值一般是不同的．
（2）比值与放入的通电导线无关，反映了磁场本身的特性（力的性质），为了反映这一特性我们引入物理量磁感应强度B．21·世纪*教育网
3．磁感应强度B
定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的安培力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值，叫做磁感应强度．21*cnjy*com
（电流与磁场垂直）
（引导学生将和作比较）
（1）磁感应强度是反映磁场本身特性的物理量，跟磁场中是否存在通电导线无关．
（2）B的大小表示磁场的强弱，B越大表示磁场越强．
（3）单位：在国际单位制中是特斯拉，简称特，符号是T．1T＝1N/A·m．
（4）B是矢量
为了让B不仅能反映磁场的强弱，还能反映磁场具有方向性，我们把磁场中某一点的磁场方向定义为该点的磁感应强度的方向．
这样磁感应强度B这一矢量就全面地反映了磁场的强弱和方向．
（5）几个常见磁场B的大约值：
地面附近的磁场：
永磁铁磁极附近的磁场：
工作的电机和变压器铁芯中的磁场：
4．磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小，磁感线越密的地方表示磁感强度越大．
5．匀强磁场：磁感应强度的大小和方向处处相同的磁场．
（1）匀强磁场的实例：相距很近的两平行的异名磁极间的磁场；通电的长直螺线管内部（边缘部分除外）的磁场．21教育网
（2）匀强磁场的磁感线分布是一组等间隔的平行线．
（二）安培力
磁场对电流的作用力通常称为安培力
1．安培力的大小
由可得：安培力大小。
（1）适用条件：通电导线与磁场方向垂直
（2）B对于放入的通电导线来说是外磁场的磁感应强度
（3）在非匀强磁场中，公式仅适用于很短一段通电导线．
在通电导线平行于磁场方向时，安培力
2．安培力的方向
【演示】安培力的方向与电流方向、磁场方向均有关．
（1）安培力的方向：既跟磁场方向垂直，又跟电流方向垂直，即安培力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所在的平面．21世纪教育网版权所有
讨论：F既垂直于B，又垂直于I，是否可以得出B和I一定垂直？
（2）安培力方向的判定：左手定则．
伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向电流的方向，那么，大拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向．21cnjy.com
注意：安培力方向的判断跟电场力方向的判断不同．
【例1】关于磁感应强度，下列说法正确的是（）
A．由可知：磁场中某处的磁感应强度大小随通电导线中电流I的减小而增大
B．由可知：磁场中某处的磁感应强度大小随通电导线所受的磁场力F的增大而增大
C．通电导线所受的磁场力为零，该处的磁感应强度不一定为零
D．放置在磁场中1m长的通电导线，通过1A的电流，受到的安培力为1N，则该处的磁感应强度就是1T
【解析】磁感应强度是反映磁场本身力的特性的物理量，与是否存在通电导线，电流的大小，导线的长度，导线的放置方向均无关．通电导线在磁场中垂直磁场放置时所受的安培力最大，平行磁场放置时所受的安培力最小，等于零．
正确选项为C．
【例2】如图所示，一根通电直导线垂直放在磁感应强度为1T的匀强磁场中，以导线截面的中心为圆心，半径为r的圆周上有a、b、c、d四个点．已知a点的实际磁感应强度为零，则下列叙述正确的是（）www-2-1-cnjy-com
A．直导线中的电流方向垂直纸面向里
B．b点的实际磁感应强度为T，方向斜向上，与B的夹角为45°
C．c点的实际磁感应强度也为零
D．d点的实际磁感应强度跟b点的相同
【解析】磁感应强度是矢量，合成时遵循平行四边形定则：
a点的实际磁感应强度为零，是直线电流在a处的磁感应强度跟匀强磁场在该处的磁感应强度的矢量和为零，所以直线电流在a处的T，方向向左，由安培定则可得直导线中的电流方向垂直纸面向里，由于圆周上各点到直导线的距离相同，所以直线电流在圆周上各处的磁感应强度大小均为1T，但方向不同，在b处向上，在c处向右，在d处向下．b、c、d三处的实际磁感应强度分别为T．方向斜向右上方与B成45°夹角；2T方向向右；T方向斜向右下方与B成45°夹角．2-1-c-n-j-y
正确选项为AB
【例3】如图所示，垂直折线abc中通入电流I，，折线所在的平面与匀强磁场垂直．匀强磁场的磁感应强度为B，求abc折线受到的安培力大小和方向．
【解析】ab段所受的安培力大小为BIL，方向向右，bc段所受的安培力大小也为BIL，方向向上，所以这一折线所受的安培力大小为，方向沿ab和bc的角平分线向上．21*cnjy*com
abc受到的安培力可等效于ac（图中的虚线，通有a到c的电流I）所受的安培力，这样直接可得方向按左手定则判断得垂直于ac向上．
【例4】质量为m，长度为L的导体棒MN静止于水平导轨上，通过NM的电流为I，匀强磁场的磁感应强度为B，方向与导轨平面成角斜向下，如图（a）所示，求棒MN所受的支持力和摩擦力．【出处：21教育名师】
（a）
【解析】求解此题时最容易误把角看成是导体棒与磁场之间的夹角，实际上尽管磁感线倾斜，但磁场方向与导体棒MN是垂直的．2·1·c·n·j·y
正视题图，由左手定则判断出安培力方向，对MN受力分析，如图（b）所示．
（b）
对导体棒MN，由平衡条件得：
水平方向
竖直方向
安培力，所以MN所受的支持力，所受的摩擦力
【小结】磁感应强度B是描写磁场强弱和方向的物理量，（I垂直于磁场），方向规定为该处的磁场方向，安培力大小．方向由左手定则判定． ?
一、教学目标
知识目标：
（1）通过实验初步得到安培力与电流、导线长度的关系
（2）熟练应用左手定则判断安培力的方向
（3）知道电动机的工作原理
技能目标：
（1）体会科学探究的过程，会用左手定则判断安培力方向
情感目标：
（1）渗透“学以致用”的思想，激发学生的学习兴趣
（2）培养实验探究能力，拉近学生与物理之间的距离
（3）加强小组团结协作，注重合作能力的培养
二、教学重点：
安培力的大小和方向
三、教学难点：
利用实验对安培力进行定量的探究
四、教学方法：
教学用具：电子天平、有机玻璃架、线圈、电池盒、滑动变阻器、电流表、开关导线若干
演示法，实验探究法、讨论法。
学情分析：授课班级是高二年级成绩一般的学生，学生有学习热情，但是学生总的基础较弱，对知识的分析综合能力、探索研究问题的能力等比较薄弱。 21·cn·jy·com
磁场对通电导线的作用在日常生活中存在但不容易观察和感受到，因为地磁场很弱，让学生真切感受到安培力的存在就需要动手在实验室自己操作，让学生把抽象的知识具体化形象化。www.21-cn-jy.com
在讲授本节知识之前,学生已经学习了磁现象 磁场，并用传感器测量了地磁场、匀强磁场、以及通电螺线圈的磁场随电流的关系，对磁场有了初步的了解和认识，但还很不熟练。
教法建议：?
由于前面我们已经学习过电场的有关知识，讲解时可以将磁场和电场进行类比，以加深学生对磁场的有关知识的理解。例如：电场和磁场相互对比，电场线与磁感线相互对比，磁感应强度与电场强度进行对比等等。?【来源：21·世纪·教育·网】
在上一节的基础上，启发学生回忆电场强度的定义，对比说明引入磁场强度的定义的思路是通过磁场对电流的作用力的研究得出的。为了让学生更好的理解磁场，可以在实验现象的基础上引导学生进行讨论。【来源：21cnj*y.co*m】
五、教学过程
引入：用玩具电动车引入，思考电动车是怎么运动起来的？
新课教学
演示实验：线圈在磁场下的摆动情况，引导学生得出与安培力有关的因素有哪些？
欣赏同学做实验的过程
布置学生实验1
请学生展示记录的实验结果
根据学生描述的安培力和电流的关系得出结论
提问 在刚才的实验过程中，有些同学实验显示的数据增加，有的同学的数据是减少的，体现出安培力的方向不同，那方向与什么关呢？【版权所有：21教育】
磁场不仅具有方向性，而且各处的强弱也可能不同，靠近磁极或电流处的磁场较强，为了反映磁场的基本特性（具有力的性质），反映磁场不仅具有方向而且还有强弱，我们将引入一个叫做磁感应强度的物理量加以定量地描述21教育名师原创作品
（一）磁感应强度
1．磁场对电流的作用
【演示】利用控制变量法来演示通电的直导线在蹄形磁铁间的磁场（可以认为磁场是均匀的）中的受力跟哪些因素有关．
（1）与电流的大小有关，精确实验表明．
（2）与通电导线在磁场中的长度有关，精确实验表明
（3）与通电导线在磁场中放置的方向有关，导线与磁场间的夹角越接近90°，F越大，当通电导线平行磁场放置时，；当通电导线垂直磁场放置时，F最大．
归纳可得：在保持电流方向与磁场方向垂直时，通电导线所受的磁场对它的作用力——安培力．
2．磁感应强度概念的引入
（1）在同一磁场中的某处，不管电流I、导线长度L怎样变．但导线所受的安培力F跟IL的比值保持不变，对不同的磁场或磁场中的不同处，这一比值一般是不同的．
（2）比值与放入的通电导线无关，反映了磁场本身的特性（力的性质），为了反映这一特性我们引入物理量磁感应强度B．21·世纪*教育网
3．磁感应强度B
定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的安培力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值，叫做磁感应强度．21*cnjy*com
（电流与磁场垂直）
（引导学生将和作比较）
（1）磁感应强度是反映磁场本身特性的物理量，跟磁场中是否存在通电导线无关．
（2）B的大小表示磁场的强弱，B越大表示磁场越强．
（3）单位：在国际单位制中是特斯拉，简称特，符号是T．1T＝1N/A·m．
（4）B是矢量
为了让B不仅能反映磁场的强弱，还能反映磁场具有方向性，我们把磁场中某一点的磁场方向定义为该点的磁感应强度的方向．
这样磁感应强度B这一矢量就全面地反映了磁场的强弱和方向．
（5）几个常见磁场B的大约值：
地面附近的磁场：
永磁铁磁极附近的磁场：
工作的电机和变压器铁芯中的磁场：
4．磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小，磁感线越密的地方表示磁感强度越大．
5．匀强磁场：磁感应强度的大小和方向处处相同的磁场．
（1）匀强磁场的实例：相距很近的两平行的异名磁极间的磁场；通电的长直螺线管内部（边缘部分除外）的磁场．21教育网
（2）匀强磁场的磁感线分布是一组等间隔的平行线．
（二）安培力
磁场对电流的作用力通常称为安培力
1．安培力的大小
由可得：安培力大小。
（1）适用条件：通电导线与磁场方向垂直
（2）B对于放入的通电导线来说是外磁场的磁感应强度
（3）在非匀强磁场中，公式仅适用于很短一段通电导线．
在通电导线平行于磁场方向时，安培力
2．安培力的方向
【演示】安培力的方向与电流方向、磁场方向均有关．
（1）安培力的方向：既跟磁场方向垂直，又跟电流方向垂直，即安培力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所在的平面．21世纪教育网版权所有
讨论：F既垂直于B，又垂直于I，是否可以得出B和I一定垂直？
（2）安培力方向的判定：左手定则．
伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向电流的方向，那么，大拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向．21cnjy.com
注意：安培力方向的判断跟电场力方向的判断不同．
【例1】关于磁感应强度，下列说法正确的是（）
A．由可知：磁场中某处的磁感应强度大小随通电导线中电流I的减小而增大
B．由可知：磁场中某处的磁感应强度大小随通电导线所受的磁场力F的增大而增大
C．通电导线所受的磁场力为零，该处的磁感应强度不一定为零
D．放置在磁场中1m长的通电导线，通过1A的电流，受到的安培力为1N，则该处的磁感应强度就是1T
【解析】磁感应强度是反映磁场本身力的特性的物理量，与是否存在通电导线，电流的大小，导线的长度，导线的放置方向均无关．通电导线在磁场中垂直磁场放置时所受的安培力最大，平行磁场放置时所受的安培力最小，等于零．
正确选项为C．
【例2】如图所示，一根通电直导线垂直放在磁感应强度为1T的匀强磁场中，以导线截面的中心为圆心，半径为r的圆周上有a、b、c、d四个点．已知a点的实际磁感应强度为零，则下列叙述正确的是（）www-2-1-cnjy-com
A．直导线中的电流方向垂直纸面向里
B．b点的实际磁感应强度为T，方向斜向上，与B的夹角为45°
C．c点的实际磁感应强度也为零
D．d点的实际磁感应强度跟b点的相同
【解析】磁感应强度是矢量，合成时遵循平行四边形定则：
a点的实际磁感应强度为零，是直线电流在a处的磁感应强度跟匀强磁场在该处的磁感应强度的矢量和为零，所以直线电流在a处的T，方向向左，由安培定则可得直导线中的电流方向垂直纸面向里，由于圆周上各点到直导线的距离相同，所以直线电流在圆周上各处的磁感应强度大小均为1T，但方向不同，在b处向上，在c处向右，在d处向下．b、c、d三处的实际磁感应强度分别为T．方向斜向右上方与B成45°夹角；2T方向向右；T方向斜向右下方与B成45°夹角．2-1-c-n-j-y
正确选项为AB
【例3】如图所示，垂直折线abc中通入电流I，，折线所在的平面与匀强磁场垂直．匀强磁场的磁感应强度为B，求abc折线受到的安培力大小和方向．
【解析】ab段所受的安培力大小为BIL，方向向右，bc段所受的安培力大小也为BIL，方向向上，所以这一折线所受的安培力大小为，方向沿ab和bc的角平分线向上．21*cnjy*com
abc受到的安培力可等效于ac（图中的虚线，通有a到c的电流I）所受的安培力，这样直接可得方向按左手定则判断得垂直于ac向上．
【例4】质量为m，长度为L的导体棒MN静止于水平导轨上，通过NM的电流为I，匀强磁场的磁感应强度为B，方向与导轨平面成角斜向下，如图（a）所示，求棒MN所受的支持力和摩擦力．【出处：21教育名师】
（a）
【解析】求解此题时最容易误把角看成是导体棒与磁场之间的夹角，实际上尽管磁感线倾斜，但磁场方向与导体棒MN是垂直的．2·1·c·n·j·y
正视题图，由左手定则判断出安培力方向，对MN受力分析，如图（b）所示．
（b）
对导体棒MN，由平衡条件得：
水平方向
竖直方向
安培力，所以MN所受的支持力，所受的摩擦力
【小结】磁感应强度B是描写磁场强弱和方向的物理量，（I垂直于磁场），方向规定为该处的磁场方向，安培力大小．方向由左手定则判定． ?