人教版物理 选修1-1 2.3 磁场对通电导线的作用 教案
文档属性
| 名称 | 人教版物理 选修1-1 2.3 磁场对通电导线的作用 教案 |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 659.0KB | ||
| 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 | 2020-11-10 13:55:14 | ||
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文档简介
第三节 磁场对通电导线的作用
教学目标：
(一)知识与技能
1、知道什么是安培力，掌握分析安培力的方法
2、理解磁感应强度B的定义式物理意义，知道磁感应强度的单位是特斯拉。知道用磁感线的疏密程度可以形象地表示磁感应强度的大小。
3、会用Ｆ＝ＢＩＬ进行安培力的简单计算。
4、了解电动机的工作原理。知道电动机在生产、生活中的应用。
（二）过程与方法
通过演示磁场对电流的作用的实验，使学生进一步掌握控制变量法
通过学习左手定则，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
（三）情感与价值
通过介绍物理学家安培取得辉煌成就的原因是靠勤奋自学、刻苦钻研的顽强意志，让学生感受物理学家们的人格没、情操美
教学重点：磁感应强度的理解、安培力公式应用、左手定则的应用
教学难点：磁感应强度的理解、左手定则的应用
教具：电磁现象演示仪
教学过程：
〔引入新课〕
磁场不仅具有方向，而且也具有强弱，为表征磁场的强弱和方向就要引入一个物理量。怎样的物理量能够起到这样的作用呢？
我们联想一下描述电场强度和方向的物理量——电场强度是怎样定义的。它是通过将一检验电荷放在电场中分析电荷所受电场力与检验电荷电量的比值来定义的。
〔新课教学〕
用类似的方法可以定义描述磁场强弱和方向的物理量——磁感应强度。
磁感应强度Ｂ
在奥斯特发现电流产生磁场的二年后，安培通过实验发现磁场对电流确有力的作用，我们把这种力称为安培力。
猜想：安培力的大小与哪些因素有关？
演示：在实验中，电流方向与磁场方向垂直
在同一位置，保持导线Ｌ不变，
导体中Ｉ增大。
现象：导线摆角增大
说明：受到的安培力越大
在同一位置，保持Ｉ不变，导线
Ｌ变长（用多匝线圈代替）
现象：导线摆角增大
说明：受到的安培力越大
精确的实验表明：Ｆ∝Ｌ、Ｆ∝Ｉ，即Ｆ∝ＩＬ
安培力的大小：Ｆ＝ＢＩＬ（Ｂ⊥Ｉ）
磁感应强度：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。
定义式： 单位：Ｔ
在不同蹄形磁铁的磁场中，将会发现：在同一磁场中，不管Ｉ、Ｌ怎样改变，比值Ｂ总是确定的。但在不同的磁场中，Ｂ值一般是不同的。如同电场强度的定义式，Ｅ的大小由电场本身决定，与检验电荷无关；Ｂ也是由磁场本身决定，与放入的导线无关。
在蹄形磁铁中，磁铁两极的磁场强度可以看作处处相同，但并不是所有的磁场都是均匀分布的，一般离磁体越近，磁场的强度会增大。我们在研究非均匀分布的磁场时，可以想像把导线变得很短，Ｂ就是导线所在处的磁感应强度。
B是矢量，某点磁场的方向就定义为该点的磁感应强度方向。
在磁场中用磁感线可以表示磁感应强度的大小和方向。
切线方向为Ｂ的方向，疏密程度反映Ｂ的大小。
4. 匀强磁场: Ｂ的大小和方向处处相同。
产生方法：相距很近的两异名磁极间的磁场、通电螺线管内部的磁场。（边缘除外）
安培力
１．大小：Ｆ＝ＢＩＬ
２．适用条件：１）通电导线与磁场方向垂直，即Ｂ⊥Ｉ
２）匀强磁场或非匀强磁场中很短的通电导线
说明：１）安培力与库仑力的区别。电荷在电场中某一点受到的库仑力是一定的，方向与该点的电场力方向要么相同，要么相反。电流在磁场受到的安培力与电流在磁场中放置的位置有关。
２）公式中的Ｌ可以理解为有效的长度。（与Ｂ垂直为有效）
当Ｂ∥Ｉ，Ｌ＝０，Ｆ＝０
当Ｂ⊥Ｉ，Ｆｍａｘ＝ＢＩＬ
当Ｂ与Ｉ成θ，Ｌ在与Ｂ垂直方向的投影为Ｌsinθ，Ｆ＝ＢＩＬsinθ
例：磁场中放一根与磁场方向垂直的通电导线，它的电流强度为2.5Ａ，导线长1ｃｍ，它
受到的安培力为5×10-2Ｎ，则这个位置的磁感应强度是多大？
思考：若把通电导线中的电流增大到5Ａ时，该点的磁感应强度是多大？安培力Ｆ是多大？
思考：如果通电导线在磁场中某处不受磁场力，是否肯定这里没有磁场？
３．安培力的方向： Ｆ⊥Ｉ同时Ｆ⊥Ｂ，Ｆ垂直Ｂ、Ｉ所在的平面。
演示：将上面的实验中，磁极方向改变，则导线运动的方向改变；将电流的方向改变，导线
运动的方向也改变。
说明：安培力的方向与磁场的方向、电流的方向有关。
实验表明：安培力的方向既跟磁场方向垂直，也跟电流方向垂直，也就是说，安培力的方向总是垂直磁感线和通电导线所在的平面。
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。
例：判断下列各图中安培力的方向。
思考：同向电流间的安培力方向怎样用左手定则判断？
思考：两个通电的环形电流平行放置时，它们之间的安培力是否有更好的方法来判断呢？
小结：电流在磁场中的安培力可以用两种方法判断：
通电直导线的受力一般用左手定则；
环形电流、螺线管等效为小磁针，用磁针的Ｎ极指向为磁场方向来判断。
三、电动机
在磁场中，通电线圈受到安培力的作用，发生扭转。如果给线圈通以方向合适的电流，就可以使线圈转动起来。我们使用的电动机就是利用安培力来工作的。现在，电动机广泛应用在工厂、办公室、家庭里。
各种电动机都有定子和转子。定子是电动机中固定不动的部分，可以是线圈，也可以是磁体；转子是电动机中转动的部分；线圈嵌在硅钢片的槽中。直流电动机中还有电刷和整流子，可以将电流持续地提供给线圈，并适时地改变流入线圈的电流方向，它们能使转子按一个方向持续地旋转。直流电动机广泛地使用在电动剃须刀、录音机、录像机、计算机、电动玩具、电力机车、电子钟表上，大功率的直流电动机使用在电车、高速电梯上。
作业：问题与练习1--4
课堂后记：
教学目标：
(一)知识与技能
1、知道什么是安培力，掌握分析安培力的方法
2、理解磁感应强度B的定义式物理意义，知道磁感应强度的单位是特斯拉。知道用磁感线的疏密程度可以形象地表示磁感应强度的大小。
3、会用Ｆ＝ＢＩＬ进行安培力的简单计算。
4、了解电动机的工作原理。知道电动机在生产、生活中的应用。
（二）过程与方法
通过演示磁场对电流的作用的实验，使学生进一步掌握控制变量法
通过学习左手定则，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
（三）情感与价值
通过介绍物理学家安培取得辉煌成就的原因是靠勤奋自学、刻苦钻研的顽强意志，让学生感受物理学家们的人格没、情操美
教学重点：磁感应强度的理解、安培力公式应用、左手定则的应用
教学难点：磁感应强度的理解、左手定则的应用
教具：电磁现象演示仪
教学过程：
〔引入新课〕
磁场不仅具有方向，而且也具有强弱，为表征磁场的强弱和方向就要引入一个物理量。怎样的物理量能够起到这样的作用呢？
我们联想一下描述电场强度和方向的物理量——电场强度是怎样定义的。它是通过将一检验电荷放在电场中分析电荷所受电场力与检验电荷电量的比值来定义的。
〔新课教学〕
用类似的方法可以定义描述磁场强弱和方向的物理量——磁感应强度。
磁感应强度Ｂ
在奥斯特发现电流产生磁场的二年后，安培通过实验发现磁场对电流确有力的作用，我们把这种力称为安培力。
猜想：安培力的大小与哪些因素有关？
演示：在实验中，电流方向与磁场方向垂直
在同一位置，保持导线Ｌ不变，
导体中Ｉ增大。
现象：导线摆角增大
说明：受到的安培力越大
在同一位置，保持Ｉ不变，导线
Ｌ变长（用多匝线圈代替）
现象：导线摆角增大
说明：受到的安培力越大
精确的实验表明：Ｆ∝Ｌ、Ｆ∝Ｉ，即Ｆ∝ＩＬ
安培力的大小：Ｆ＝ＢＩＬ（Ｂ⊥Ｉ）
磁感应强度：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。
定义式： 单位：Ｔ
在不同蹄形磁铁的磁场中，将会发现：在同一磁场中，不管Ｉ、Ｌ怎样改变，比值Ｂ总是确定的。但在不同的磁场中，Ｂ值一般是不同的。如同电场强度的定义式，Ｅ的大小由电场本身决定，与检验电荷无关；Ｂ也是由磁场本身决定，与放入的导线无关。
在蹄形磁铁中，磁铁两极的磁场强度可以看作处处相同，但并不是所有的磁场都是均匀分布的，一般离磁体越近，磁场的强度会增大。我们在研究非均匀分布的磁场时，可以想像把导线变得很短，Ｂ就是导线所在处的磁感应强度。
B是矢量，某点磁场的方向就定义为该点的磁感应强度方向。
在磁场中用磁感线可以表示磁感应强度的大小和方向。
切线方向为Ｂ的方向，疏密程度反映Ｂ的大小。
4. 匀强磁场: Ｂ的大小和方向处处相同。
产生方法：相距很近的两异名磁极间的磁场、通电螺线管内部的磁场。（边缘除外）
安培力
１．大小：Ｆ＝ＢＩＬ
２．适用条件：１）通电导线与磁场方向垂直，即Ｂ⊥Ｉ
２）匀强磁场或非匀强磁场中很短的通电导线
说明：１）安培力与库仑力的区别。电荷在电场中某一点受到的库仑力是一定的，方向与该点的电场力方向要么相同，要么相反。电流在磁场受到的安培力与电流在磁场中放置的位置有关。
２）公式中的Ｌ可以理解为有效的长度。（与Ｂ垂直为有效）
当Ｂ∥Ｉ，Ｌ＝０，Ｆ＝０
当Ｂ⊥Ｉ，Ｆｍａｘ＝ＢＩＬ
当Ｂ与Ｉ成θ，Ｌ在与Ｂ垂直方向的投影为Ｌsinθ，Ｆ＝ＢＩＬsinθ
例：磁场中放一根与磁场方向垂直的通电导线，它的电流强度为2.5Ａ，导线长1ｃｍ，它
受到的安培力为5×10-2Ｎ，则这个位置的磁感应强度是多大？
思考：若把通电导线中的电流增大到5Ａ时，该点的磁感应强度是多大？安培力Ｆ是多大？
思考：如果通电导线在磁场中某处不受磁场力，是否肯定这里没有磁场？
３．安培力的方向： Ｆ⊥Ｉ同时Ｆ⊥Ｂ，Ｆ垂直Ｂ、Ｉ所在的平面。
演示：将上面的实验中，磁极方向改变，则导线运动的方向改变；将电流的方向改变，导线
运动的方向也改变。
说明：安培力的方向与磁场的方向、电流的方向有关。
实验表明：安培力的方向既跟磁场方向垂直，也跟电流方向垂直，也就是说，安培力的方向总是垂直磁感线和通电导线所在的平面。
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。
例：判断下列各图中安培力的方向。
思考：同向电流间的安培力方向怎样用左手定则判断？
思考：两个通电的环形电流平行放置时，它们之间的安培力是否有更好的方法来判断呢？
小结：电流在磁场中的安培力可以用两种方法判断：
通电直导线的受力一般用左手定则；
环形电流、螺线管等效为小磁针，用磁针的Ｎ极指向为磁场方向来判断。
三、电动机
在磁场中，通电线圈受到安培力的作用，发生扭转。如果给线圈通以方向合适的电流，就可以使线圈转动起来。我们使用的电动机就是利用安培力来工作的。现在，电动机广泛应用在工厂、办公室、家庭里。
各种电动机都有定子和转子。定子是电动机中固定不动的部分，可以是线圈，也可以是磁体；转子是电动机中转动的部分；线圈嵌在硅钢片的槽中。直流电动机中还有电刷和整流子，可以将电流持续地提供给线圈，并适时地改变流入线圈的电流方向，它们能使转子按一个方向持续地旋转。直流电动机广泛地使用在电动剃须刀、录音机、录像机、计算机、电动玩具、电力机车、电子钟表上，大功率的直流电动机使用在电车、高速电梯上。
作业：问题与练习1--4
课堂后记：