《探究磁场对电流的作用》教学设计
设计理念
1、本节课设计的中心思想是通过对模型的抽离，明确安培力的概念；通过迷你电磁炮的实物演示，探究安培力方向的探究，利用学生手中的工具得出左手定则；猜想安培力的大小有关因素，利用控制变量法进行实验探究，定性的得出与磁场的强弱，电流的大小，通电直导线的有效长度三者的关系。
2、学生主动、合作、探究，教师主导
学生是学习的主体，要促使学生充分发挥主观能动性，积极参与到学习中来，主动生疑，主动质疑，主动思疑，主动解疑；在学习过程中，学生与老师相互合作，学生与学生之间相互合作，在合作中获得共同进步；抓住一个或某几个点进行比较深入地研究，师生在讨论的过程中达成共识，教师由引导者变为参与者，以科学灵活的授课方式让学生体会科学探究的过程，并充分参与探究过程，培养学生科学的思维方式。
3、对学生进行科学的方法论教育
本节教学，学生通过观察实物一步一步展开探究，进而抽象出磁场对电流作用的模型，根据猜想，设计出力的大小方向的相关因素验证实验，这种建立模型、探究模型运动规律的科学方法，更符合学生的认知，使整个课堂的衔接更自然更顺畅。
教材分析：
1、本节是在初中物理的基础上进一步探究通电导线在磁场中受力的问题。教材安排了两个实验探究活动，分别研究安培力的方向和大小。定性研究决定安培力大小的因素是本节的重点，教材利用安培力演示仪，采用控制变量的方法进行实验探究，可以帮助学生理解安培力的计算方法。这一节内容对以后的学习将有很大的帮助。本节课所涉及的物理研究方法也比较丰富和重要。
2、本节在学生对安培力的方向已经有了初步认识的基础上，以电磁炮试验视频引入，激发学生兴趣；以分析电磁炮原理为切入点，激发学生思考、讨论；以总结左手定则为目标，解决安培力方向的问题。接着，重点探究决定安培力大小的因素，讨论采用控制变量法进实验探究，得出通电导线垂直磁感应强度方向放置时，通电导线所受到匀强磁场的安培力的计算公式。最后讨论电流方向与磁场方向不相互垂直的情况，学习安培力的一般计算公式。
三、学情分析
1、通过初中阶段的学习，学生对安培力的方向已经有了初步认识。
2、学生已经学过电场，知道研究场性质的基本方法。、
3、学生已有一定的物理学科研究方法，如观察实验、控制变量法、类比方法、从实验现象中总结规律等，可以实现教材渗透的方法教育意图。
4、学生属于对物理学科具有浓厚兴趣、对物理问题进行探究具有浓厚兴趣的高二理科班学生。所以，充分调动他们的积极性，进行充分的理论探究与实验探究，是可行和有效的。
教学目标：
1、知识与能力：
（1） 知道什么是安培力，知道电流方向与磁场方向平行时，电流受的安培力为零；电流方向与磁场方向垂直时，电流受安培力的大小F=BIL?；
（2）理解左手定则，会用左手定则熟练地判定安培力的方向。
（3）学会通过实验探究磁场对电流的作用力。
（4）通过实验现象及数据确定安培力与哪些因素有关，给出安培力的计算公式。学会利用安培力去分析和计算实际问题。
2、过程与方法：
（1） 通过学生自己探索磁场对电流作用的实验，培养学生总结归纳物理规律的能力。
（2）通过左手定则的学习，理解磁场方向、电流方向和安培力方向三者之间的关系，培养学生空间想象能力。
（3）通过用实验探究影响安培力大小因素，学习用“控制变量法”研究问题的方法。
3、情感、态度与价值观：
（1） 通过对安培定则的学习，使得学生了解科学的发现不仅需要勤奋的努力还需要严谨细致的科学态度。
（2）通过演示实验，培养学生分析问题、解决问题的能力。通过本节学习，学生知道安培力是实际应用中很重要的一种力，广泛用于电动机，电流表，发电机等多种设备，进一步激发学生探究问题的兴趣，培养学生的实验探究能力，处理数据能力，总结归纳能力，让学生养成良好的科学态度。
重点、难点及解决办法
1、重点
（1）掌握左手定则。
（2）理解磁场对电流的作用大小的决定因素，掌握电流与磁场垂直时，安培力大小为F=BIL。
2、难点：对左手定则的理解及其实际应用
3、解决方法
以学生实验为突破口，引导学生掌握电流在磁场中所受安培力大小的决定因素；反复地借助实验来理解左手定则，建立磁场方向、电流方向和安培力方向三者关系的正确图景。
课时安排
1课时
七、教具学具准备
1、学生分组活动实验用具：橡皮泥，三种颜色的小棒
2、教师演示实验用具：电磁轨道炮模型，铜棒，平行金属导轨，电池盒，蹄形磁铁，安培力大小演示仪
八 、师生互动活动设计
1、教师引导学生进行实验，并引导学生分析、讨论磁场方向、电流方向及安培力方向之间的关系，总结出左手定则（学生分组活动）
2、控制变量法得出安培力公式的正比关系（演示实验，安培力演示仪）
3、引导学生思考讨论B与L方向成θ角时，此时安培力的大小（课外拓展）
九、教学过程
教学环节
教学事件发生顺序
教师活动
学生活动
设计意图
1、引入
事件1
电磁轨道炮，利用课件播放美国新武器实验视频。
教师介绍电磁炮：原理是利用电流产生的电磁场，将炮弹以数倍于音速的速度沿金属轨道喷射出去，美国海军试射所用的能量达到33兆焦耳，相当于一次将33辆大众甲壳虫轿车以160公里的时速发射出去所需要的能量，由于速度高，此轨道炮的炮弹并不需要炸药，而是依靠动能摧毁目标，美军表示，在2020年开始的十年内将其部署在战舰上。这么大威力的电磁炮到底有怎样的玄机？
学生观看视频
设置悬念，激发兴趣和求知欲
事件2
由视频抽离出电磁轨道炮的原理图
问题一：观察电磁轨道炮的原理图，看一下它是由哪几部分组成的？
学生思考，个别回答：由水平轨道、磁铁、炮弹和电源组成
培养学生由实际现象抽离原理图的能力
事件3
电磁炮的原理非常简单，看我们实验室依据此原理制作的“迷你”电磁轨道炮
问题二：在我们的模型中是怎样体现出电磁轨道炮的结构的？
学生思考讨论，个别回答：细铜杆对应炮弹，金属导杆对应金属轨道，蹄形磁铁产生磁场，电池对应电源。
利用所学知识与本节课的关系激发学生求知欲
2、定义安培力
事件4
教师演示实验。
演示一：将铜棒放入磁场，没有接通电源，导体棒处于静止状态。
演示二：将铜棒放入磁场，接通电源，观察导体棒的状态有什么变化？
学生集体回答，导体棒向右发生了运动。
对现象有直观的认知
事件5
问题一：为什么导体棒会向右运动？
学生思考，个别回答：因为导体棒收到了力的作用
由运动引导出力的作用
猜想，逐步引导
事件6
问题二：这个力与哪些因素有关？
学生思考，讨论影响力的因素
事件7
演示三：放入磁场，不接通电源，导体棒不动。
演示四：拿走磁场，接通电源，导体棒不动。
演示五：加入磁场，接通电源，导体棒运动。
学生观察实验现象，讨论出影响力的因素有两个：磁场和电流
培养学生观察分析能力
事件8
定义安培力：导体棒在通电的情况下在磁场中会受到力的作用。磁场对电流的作用力就是安培力。
学生回答。
引导学生总结
3、安培力的方向
事件9
力是矢量，有大小有方向，先探讨安培力的方向。
问题一：通过我们对电磁轨道炮原理图和模型的研究，我们思考一下，安培力的方向影响因素可能有哪些？
学生猜想，个别回答：磁场方向，电流方向
培养学生猜想能力
事件10
问题二：观察实验仪器，如何改变磁场方向和电流方向来研究方向间的关系？
学生观察仪器，个别回答：电源正负极颠倒可以改变电流方向，磁铁两极颠倒可以改变磁场方向
培养学生观察分析能力
事件11
问题三：我们要研究安培力的方向，磁场的方向，电流的方向三者之间的关系，就要准确记录三个方向，如何记录关于方向的数据？
教师提示：三个方向是立体的关系，并不在一个平面内，如何记录空间立体结构。
学生讨论，可能会出现列表法等情况。
事件12
展示橡皮泥和三种颜色的小棒，教师叙述展示。
红色小棒代表安培力的方向
黄色小棒代表磁场的方向
白色小棒代表电流的方向
以橡皮泥为中心，逐一插入，记录数据
学生讨论，利用实验用具，形象的表示三个方向的关系
培养学生逻辑分析能力和总结能力
事件13
教师演示实验，分别改变电流，改变磁场，电流磁场均发生改变。
观察导体棒的运动方向，记录三组数据，得到三个模型。
事件14
数据处理。
问题四：观察手中的模型，可以得到什么结论？
教师总结：通过刚才的实验和大家的数据分析，可以发现，安培力方向，磁场方向和电流方向的确存在某种特定的关系。描述这种关系的方法非常多，科学家提供了一种非常直观简单的方法。
学生分组讨论，每组出代表回答：三个方向两两垂直，转来转去都是一样的模型。
事件15
介绍左手定则。
1、 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。
2、把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心。
3、使伸开的四指指向电流的方向。
4.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。
学生左手练习，并且对照手中的三个模型进行类比
用左手定则熟练地判定安培力的方向
事件16
跟踪训练 判断通电导线在磁场中的受力方向：
学生利用左手定则判断安培力的方向，个别同学给大家展示自己的答案，并且讲解做题过程，熟练左手定则。
4、安培力的大小
事件17
安培力是一个力，是一个矢量，刚刚研究了力的方向，下面探讨力的大小。
实验证明，导体棒平行磁场方向放入磁场中，不受安培力的作用，垂直磁场方向放入磁场中，所受安培力是最大的，本节课我们只探讨垂直的情况。
问题一：同学们探讨猜想安培力的大小可能与哪些因素有关？
学生分组讨论，个别回答：磁场强弱，电流大小，导体棒的有效长度
事件18
问题二：当有多个物理量对研究的问题可能产生影响的时候，应该采用什么样的实验思想来处理？
学生集体回答：控制变量法。
加强实验思想
事件19
问题三：探究安培力的大小，利用控制变量法，需要设计几步实验方案？应当分别如何进行？
学生个别回答：只改变电流大小，磁场强弱，导体棒的有效长度。
事件20
介绍安培力演示仪
学生观察实验仪器
锻炼观察能力
事件21
控制变量法探讨安培力的大小影响因素，演示实验。
探究方案一：与电流强度大小的关系
保持其他因素不变，只改变电流强度的大小
外电路接滑动变阻器，改变电流大小
问题四：从实验现象中可以得到什么结论？
学生观察现象，个别回答：电流越大，安培力越大。
在对实验的分析和探讨中提高分析问题解决问题的能力
事件22
探究方案二：与通电导线长度的关系
保持其他因素不变，只改变磁场内通电导线的长度
实验操作，改变借口，从而改变有效长度
问题五：从实验现象中可以得到什么结论？
学生观察现象，个别回答：通电导线的长度越大，安培力越大。
事件23
探究方案三：与磁感应强度的关系
保持其他因素不变，只改变磁感应强度
改变磁铁之间的距离，改变磁场强弱。
问题六：从实验现象中可以得到什么结论？
学生观察现象，个别回答：磁感应强度越大，安培力越大。
事件24
教师总结：精确实验表明，安培力的大小与B成正比，与I成正比，与L成正比，当取国际单位制时，可以得到F=BIL。
强调条件：当B和I垂直时。
学生思考讨论写出结果
事件25
跟踪训练
电磁炮原理如下图，整个装置可以把质量为20g弹体（包括金属杆的质量）发射出去。若轨道宽2m，金属杆上电流为10A，磁感应强度为1T，经过t=2s的加速，问弹体获得速度是多大？如果要提高电磁炮的发射速度，你认为可以怎么办？
教师点评：此问题是安培力公式的直接应用，当满足条件的时候，利用公式求解力的大小。和运动相结合，讨论实际问题。注意加速度的求解以及如何提高速度的讨论。
学生思考，写出结果，小组讨论，个别回答答案，并且讨论建设性的建议
回扣引入时的电磁炮模型，锻炼学生联系实际的能力。跟踪练习及时加强公式的应用。
5、随堂检测
事件26
1.长度为0.20m，通有2.0A电流的直导线，在磁感应强度为0.15T的匀强磁场中，所受安培力大小可能为（ ）
A.10N B.1.0N C.0.10N D.0.010N
2.关于通电导线所受安培力F的方向与磁感应强度B的方向和电流I的方向之间的关系，下述说法正确的是（ ）
A．F、B、I三者总是互相垂直的
B．F总与B和I垂直，但B、I之间可以不垂直
C．B总与F和I垂直，但F、I之间可以不垂直
D．I总与F和B垂直，但F、B之间可以不垂直
限时四分钟，学生独立完成测评
检验当堂落实情况
6、小结
事件27
1.安培力的方向：左手定则
2.安培力的大小：F=BIL，条件：电流和磁场方向垂直时
3.安培力大小的研究方法：控制变量法
学生讨论，个别回答。
体会物理学的方法
【教学反思】
本节课的教学在教学实践中取得了较好的效果，学生兴趣浓、求知欲强、参与度高、注意力集中、积极思考交流讨论。
教学目标落实完成较好，学生的分析能力及动手能力得到提高。
在突破本节课的难点，即三维空间的方向问题时，利用橡皮泥和三种颜色的小棒，可以形象的将困难突破，收到了非常好的效果，学生普遍感觉对知识理解的比较透彻。
很好的体现了面向全体学生和因材施教的原则，充分调动了全体学生的积极性和主动性，教学活动更加符合附中学生认知特点和学情规律，激发学生的积极性、主动性，课堂上知识落实，能力培养更加有效。
通过更加严谨的教学过程培养学生规范的学习习惯，真正做到务实有效、提高效率。
恰当、合理地使用多媒体手段，凸显物理学科的特点，体现教学创新意识
我觉得能引起深刻反思的主要有这几个个方面：
1、在实现教学多样化的诸多形式中，加强实验教学，将它与教学内容紧密结合是一条非常重要的途径，它易使学生作为知识探究的主体，去发现、分析认识并解决问题。本节课采用了这一方式，有效培养了学生科学探究知识的思维和主动探究科学的品质。
2、本节根据学生的特点经多次修改成型，从中我深切感到，作为一名物理教师，在充分理解教材的基础上，还应深入研究孩子的感知特点，例：哪些空间思维是他们的盲点，图片和器材的应用等等。希望通过教师的不断努力，真正把他们带进探究科学的殿堂。
3、左手定则是一个难点，涉及三个物理量的方向，涉及三维空间，而学生的空间想像力还不强，所以教师应引导学生如何将三维图形用二维图形表达(侧视图、俯视图和剖面图等等)，还要引导学生如何将二维图形想像成三维图形。
课件21张PPT。探究磁场对电流的作用鲁科版：高中物理选修3-1（高二）电磁炮原理图电磁炮原理图迷你电磁炮一、安培力的方向猜想：安培力的方向与哪些因素有关？1、电流方向
2、磁场方向实验探究安培力的方向如何记录电流、磁场和安培力的方向紫色小棒代表安培力的方向
橙色小棒代表磁场的方向
绿色小棒代表电流的方向安培力的方向—左手定则1、 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。
2、把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心。
3、使伸开的四指指向电流的方向。
4.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。跟踪训练1 判断通电导线在磁场中的受力方向：猜想：安培力的大小与哪些因素有关？电流的大小磁场内通电导线的长度磁场的强弱控制变量法二.安培力的大小安培力演示器探究方案一：与电流强度大小的关系保持其他因素不变，只改变电流强度的大小在保持其他条件不变的情况下，电流越大，安培力越大。结论：探究方案二：与通电导线长度的关系保持其他因素不变，只改变磁场内通电导线的长度如何改变通电导线的长度？探究方案二：与通电导线长度的关系保持其他因素不变，只改变磁场内通电导线的长度l=l0l=2l0l=3l0探究方案二：与磁场内通电导线长度的关系保持其他因素不变，只改变磁场内通电导线的长度在保持其他因素不变的条件下，磁场内通电导线长度越大，安培力越大结论：探究方案三：与磁感应强度的关系保持其他因素不变，只改变磁感应强度在保持其他因素不变的条件下，磁感应强度越大，安培力越大。结论：怎样改变磁感应强度？只改变电流强度只改变磁场中导线的长度只改变磁场的强弱F∝IF∝lF∝BF∝BIl保持其他因素不变当通电导线与磁场垂直时，F=BIl当电流与磁场方向垂直时：二.安培力的大小F = BIL★★★电磁炮原理如下图，整个装置可以把质量为20g弹体（包括金属杆的质量）发射出去。若轨道宽2m，金属杆上电流为10A，磁感应强度为1T，经过t=2s的加速，问弹体获得速度是多大？如果要提高电磁炮的发射速度，你认为可以怎么办？跟踪训练2 安培力的大小 如图所示，两平行光滑导轨相距0.2m，与水平面夹角为450，金属棒MN的质量为0.1kg，处在竖直向上磁感应强度为1T的匀强磁场中，电源电动势为6V，内阻为0.2Ω，为使MN处于静止状态，则电阻R应为多少？(其他电阻不计)跟踪训练3 安培力的大小三、小结：1.安培力的方向：左手定则
2.安培力的大小：F=BIL，条件：电流和磁场方向垂直时
3.安培力大小的研究方法：控制变量法《探究磁场对电流的作用》评测练习
1．关于磁场对通电直导线的作用力(安培力)，下列说法正确的是( )
A．通电直导线在磁场中一定受到安培力的作用
B．通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟磁场的方向垂直
C．通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟电流的方向垂直
D．通电直导线在磁场中所受安培力的方向垂直于由B和I所确定的平面
2．在下图中，表示磁场方向、电流方向及导线受磁场力方向的图正确的是( )
3．一根长为0.2 m、通有2 A电流的直导线，放在磁感应强度为0.5 T的匀强磁场中，受到的安培力的大小可能为( )
A．0.4 N B．0.3 N
C．0.2 N D．0
4.如图所示，A为一水平旋转的橡胶盘，带有大量均匀分布的负电荷，在圆盘正上方水平放置一通电直导线，电流方向如图所示。当圆盘高速绕中心轴OO′转动时，通电直导线所受磁场力的方向是( )
A．竖直向上 B．竖直向下
C．水平向里 D．水平向外
5．如图所示，一金属直杆MN两端接有导线，悬挂于线圈上方，MN与线圈轴线均处于竖直平面内，为使MN垂直纸面向外运动，可以( )
A．将a、c端接在电源正极，b、d端接在电源负极
B．将b、d端接在电源正极，a、c端接在电源负极
C．将a、d端接在电源正极，b、c端接在电源负极
D．将a、c端接在交流电源的一端，b、d端接在交流电源的另一端
6．如图所示，条形磁铁平放于水平桌面上，在它的正中央上方固定一根直导线，导线与纸面垂直，现给导线中通以垂直于纸面向里的电流，则下列说法正确的是( )
A．磁铁对桌面的压力减小
B．磁铁对桌面的压力增大
C．磁铁对桌面的压力不变
D．以上说法都不可能
7．在两个倾角均为α的光滑斜面上，放有两个相同的金属棒，分别通有电流I1和I2，磁场的磁感应强度大小相同，方向如图所示，两金属棒均处于平衡状态。则两种情况下的电流之比I1∶I2为( )
A．sinα B.
C．cosα D.
8．在等边三角形的三个顶点a、b、c处，各有一条长直导线垂直穿过纸面，导线中通有大小相等的恒定电流，方向如图所示。过c点的导线所受安培力的方向( )
A．与ab边平行，竖直向上
B．与ab边平行，竖直向下
C．与ab边垂直，指向左边
D．与ab边垂直，指向右边
9．如图所示，两平行光滑导轨相距为20 cm，金属棒MN的质量为10 g，电阻R＝8 Ω，匀强磁场的磁感应强度B＝0.8 T，方向竖直向下，电源电动势E＝10 V，内阻r＝1 Ω，当开关S闭合时，MN恰好平衡，求滑动变阻器R1的取值为多少？(设θ＝45°)
10．如图所示，质量为m＝50 g，长l＝10 cm的铜棒，用长度相等的两根轻软导线悬吊在竖直向上的匀强磁场中，导线跟铜棒的接触良好，磁感应强度B＝0.5 T。当导线中通入某恒定电流后，铜棒恰能偏离竖直方向θ＝37°而保持静止状态，求铜棒中所通恒定电流的大小和方向。(已知sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，g取10 m/s2)
参考答案
1
2
3
4
5
6
7
8
BCD
A
CD
C
ABD
A
D
C
9、解析：金属棒平衡时的平面受力图，如图所示，当MN平衡时，有mgsinθ－BILcosθ＝0①
由闭合电路欧姆定律得I＝②
由①②式联立并代入数据，得R1＝7 Ω。
答案：7 Ω
10、解析：铜棒的受力如图所示(自左向右看)：
由左手定则知棒中电流方向应是a→b
而棒处于静止状态满足：
tan θ＝
得：I＝
代入相关数据解之得：I＝7.5 A。
答案：7.5 A，由a向b
