上海地区优秀教案：第10章 b 磁场对电流的作用力 左手定则

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高考资源网第十章 B 磁场对电流的作用　左手定则
一、教学任务分析
从知识体系上看，磁场对电流的作用是磁场的一种基本特性，是磁场这章的一个重要内容。它是后面的学习中建立磁感应强度概念的知识基础，同时也是今后学习洛仑兹力、电动机原理的基础。继右手螺旋定则后，本设计再次使用肢体语言作为物理规律的判断依据——左手定则。
学习本设计高考资源网的知识基础是：磁体间的相互作用是通过磁场实现的；电流周围存在磁场。实验技能方面的基础是：可以根据实物图连接实验电路，观察并准确记录现象。另外，本设计还需要学生具备数学立体几何的线与线、线与面等空间思维能力。
本设计的引入中，通过与电场对电荷有力的作用的类比方法引导学生认识到磁场对电流有力的作用，从而引出进一步探究的主题：磁场对电流作用力的方向是怎样的？然后通过学生的自主探究实验活动，记录若干组磁场、电流、磁场力的方向，在教师的引导下，借助自制教具，归纳出三者方向间的关系。由教师点明三者的方向关系符合左手的三个方向，建立左手定则；之后，为了加深对左手定则的理解，安排了一些关于左手定则应用的实验、练习等；最后，通过演示实验介绍电磁炮在实际中的应用。
本设计强调学生自主探究和教师适时引导相结合的教学方法。从学生已有的知识出发引出问题，利用学生的自主探究活动寻找磁场、电流、磁场力三者方向间的关系，在这一过程中，学生体会了“观察、记录、归纳”的实验方法。在学生遇到困难的时候，适时地发挥教师的指导作用，使问题得以解决。通过磁动力装置的介绍，学生可以感悟到物理学习的社会、技术价值。
二、教学目标
1．知识与技能
（1）知道磁场对电流有力的作用。
（2）知道磁场力、电流、磁场三者方向间的关系，理解左手定则。
（3）初步学会用左手定则判断磁场对电流作用力的方向。
2．过程与方法
（1）通过从电场对电荷有力的作用联想到磁场对电流有力的作用的过程，感受采用类比的学习方法。
（2）通过“探究磁场对电流的作用力与磁场、电流方向关系”的实验，经历观察现象、用表格记录实验结果、归纳结论￥资%源~网的实验探究过程。
（3）通过运用左手定则解决问题的过程，感受用肢体语言判断物理规律的方法。
3．情感、态度与价值观
（1）通过从电场对电荷有力的作用联想到磁场对电流有力的作用的过程，感悟自然现象的普遍联系。
（2）通过在实验探究的过程中相互协作，体验合作学习的重要性。
（3）通过了解磁动力在实际中的应用，感悟磁场力的社会价值，激发学习的兴趣。
三、教学重点与难点
教学重点：建立左手定则；理解左手定则并会运用左手定则判断磁场对电流作用力的方向。
教学难点：通过实验探究磁场、电流、磁场力三者方向间的关系。
四、教学资源
器材：
演示实验：安培力演示装置、三维活动支架演示器、平行电流相互作用演示装置、电磁炮等。
学生实验：教材P84图10-17所示的实验装置。
五、教学设计思路
本设计的内容包括三个方面：一是磁场对电流有磁场力的作用，二是在学生实验探究和教师讲授的基础上得出左手定则，三是左手定则的应用。
本设计的基本思路是：通过类比和逻辑推理，猜测磁场对电流有力的作用，然后通过演示实验予以验证。进一步提出问题：磁场对电流的作用力的方向可能与哪些因素有关？有怎样的关系？学生通过探究实验，记录下磁场力的方向与磁场方向、电流方向的几组数据，在“三维空间活动支架演示器”的帮助下，归纳出三个方向间存在着固定的规律，教师指出这个规律满足左手的三个方向，从而得出左手定则。之后设置一些判断磁场对电流作用力方向的各种情景，学生练习使用左手定则。最后介绍磁场力在实际中的应用。
本设计要突出的重点是：建立左手定则；理解左手定则并会运用左手定则判断磁场对电流作用力的方向。方法是：在学生分组探究实验和教师讲授指导相结合的基础上建立左手定则；设置各种情景，在运用左手定则判断磁场对电流作用力方向的过程中提高对左手定则的理解程度和熟练运用能力。
本设计要突破的难点是：探究磁场、电流、磁场力三者方向间的关系。方法是：先由学生分组探究实验、设计表格记录现象、交流结果，然后教师利用三维活动支架帮助学生确定三个方向间的固定关系。
本设计主要围绕磁场对电流是否有力的作用以及该力的方向是怎样的、如何确定等展开一系列的研究，运用了与电场类比、实验研究的方法，最终在教师的指导下学会了用左手定则来判断磁场力方向这一利用肢体语言的方法。在电现象与磁现象的类比过程中学生感受到了自然现象的普遍联系，而通过对电磁炮的介绍，更可以感悟物理学习的实际意义。
完成本设计的内容需1课时。
六、教学流程
1．教学流程图
2．流程图说明
活动I 师生互动：通过类比、逻辑推理推测磁场对电流有力的作用
教师给出两个事实：一是电场对电荷有力的作用，磁场对磁体有力的作用，这些作用都是通过场这种物质实现的；二是电流周围和磁体周围一样存在磁场。学生讨论有由这些已知的事实可以得出推论——磁场对放入其中的电流有力的作用。
活动II 观察实验
教师做演示实验，学生观察到通电导体在蹄形磁铁的磁场中运动，由此证实磁场对电流有力的作用。
情景I 问题1
教师引导学生提出进一步研究的问题：磁场力的方向与哪些因素有关？有怎样的关系？
学生可以出猜测磁场对电流作用力的方向与磁场方向、电流方向有关，但有怎样的关系需要通过实验来研究。
活动III 探究实验：学生实验研究
证实磁场力的方向与磁场、电流的方向有关
利用表格的形式记录下选择的不同磁场、电流的方向及相应的磁场力的方向。学生通过对表格的观察，很难得出三个方向间存在的规律。
活动IV 师生互动：确定磁场、电流和磁场力三者的方向间存在确定的空间关系
教师借助三维活动支架，学生通过观察可以注意到每组的磁场、电流和磁场力三者的方向都相互垂直，进一步观察还可发现，虽然每组的这三个方向不同，但它们却具有相同的空间关系。由教师指出：这一确定的空间关系就可以作为今后判断磁场力的方向的依据，我们可以用左手来表示这三个互相垂直的方向，即左手定则。
活动V 简单应用：初步应用左手定则
教师利用图示的方式给出不同的磁场、电流，请学生用左手定则来判断电流受到的磁场力的方向。
情景II 演示实验
演示实验展示通电直导线相互作用力，实验前先请学生猜测相互作用力的方向。
活动VI 交流讨论：利用左手定则判断电流的磁场对电流的作用力的方向
学生通过独立思考、相互讨论、交流回答，对现象予以解释。对左手定则的应用能力得到了提高。
活动VII 观察演示实验
教师演示“电磁炮”的威力，并介绍科技馆的电磁炮以及电磁炮在实际中的应用。
3．教学的主要环节 本设计可分为三个主要的教学环节。
第一环节，通过与电场的类比、逻辑推理与演示实验确定磁场对电流有磁场力的作用。
第二环节，通过学生实验探究、教师适时引导和讲授得出左手定则。
第三环节，初步应用左手定则解决简单直接的问题，并进一步用左手定则解释电流间的相互作用。
七、教案示例
（一）确定磁场对电流有力的作用
1．类比与逻辑推理
问题1：在以前的学习中我们已经知道：电场对放入其中的电荷有力的作用，磁场对放入其中的什么东西会有力的作用呢？
问题2：磁场对磁体的作用力与电场对电荷的作用力一样都是通过场这种物质实现的，通过上一节课的学习，我们知道和磁体一样，电流周围也有磁场存在，鉴于以上事实，我们可以得到怎样的推论？
2．演示实验验证
3．小结和过渡
通过类比和在已有事实基础上的推理，我们可以猜测到磁场对电流可能有力的作用。通过实验，我们证实了这一猜测。我们得到了本设计的第一个结论：磁场对电流有力的作用。
同时，我们不禁要问磁场对电流的作用力是怎样的？这个力的方向与哪些因素有关？
（二）探究磁场力的方向与磁场、电流方向间的关系，建立左手定则
1．学生实验
（1）装置：教材PP84图10-17所示的实验装置
（2）记录数据：
实验序号 磁场方向 电流方向 磁场力方向
1
2
3
4
填表说明：
“向左”用“←”表示；“向右”用“→”表示；
“向上”用“↑”表示；“向下”用“↓”表示；
“向我而来”：磁场用“·”表示，电流用“ ”表示，磁场力用“向外”表示
“离我而去”：磁场用“×”表示，电流用“ ”表示，磁场力用“向里”表示
（3）观察记录，寻找规律
2．借助三维活动支架寻找规律
教师：从表格中观察记录我们可以确认磁场方向确实与磁场、电流的方向都有关，但到底是什么关系，我们感到很难看清楚。我们可以借助这个三维活动支架再来试试。
（支架的三根棒颜色不同，但都很鲜艳。一端连结在一起，另一端可活动）
按照学生实验中的某一组记录，将支架的棒1、棒2、棒3依次调整到与磁场、电流、磁场力一致的方向。（注意：实验后保持三根棒的相对位置不变，供进一步交流、研讨用）
然后再按照第二组记录，转动支架，先使棒1与磁场方向一致，再绕棒1旋转支架，使棒2与电流的方向一致，这时发现棒3的方向正好与磁场力的方向一致。
再对照几组记录用同样的方法操作。
学生可以发现不管对照哪一组记录，支架的三根棒的空间位置均相同，即可以得到结论：磁场、电流、磁场力三者的方向间存在确定的空间关系。
教师引导：电流和磁场的方向可以随意变化，但实验和理论表明磁场力的方向既与磁场方向垂直，又与电流方向垂直，或者说磁场力的方向垂直于磁感线和通电导线所在的一个平面。这一关系我们可以用左手来表示这三个方向，这就是左手定则……
（三）左手定则的应用
1．已知磁场、电流的方向，利用左手定则判断磁场力的方向。
（略）
2．利用左手定则解释同向电流互相吸引、反向电流互相排斥
（1）介绍实验装置，使学生明白两根长直导线内通有同向电流，演示实验，学生观察到两根通有同向电流的导线相互吸引。
（2）请学生思考、讨论，交流彼此的看法。
（3）教师小结。
（4）问题：若两长直导线内通有反向电流，那么相互作用力又会是怎样的，请用左手定则予以解释，然后用演示实验验证（也可先实验观察，然后用左手定则加以解释）。
3．演示电磁炮，探讨其工作原理，并介绍电磁炮的实际应用。
（四）作业布置（略）
活动VII
观察演示
实验
活动I
师生互动
活动III
探究实验
活动IV
师生互动
磁场对电流有力作用
情景I
问题1
活动II
观察实验
活动V
简单应用
情景II
演示实验
活动VI
讨论交流
左手定则
B、I、F
方向间具
有确的空
间关系
平行电流间相互作用的规律
平行电流间相互作用的规律

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