1.1 磁场对通电导线的作用力 教案-2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

课 题 1.1 磁场对通电导线的作用力 教 学 目 标 1. 通过实验认识安培力的方向及大小，了解安培力再生产生活中的运用，会用左手定则判断安培力方向。 2. 体会归纳推理的方法，知道安培力、电流和磁感应强度三者的方向关系。 3. 观察磁电式电流表结构，知道工作原理。 重 点 知道安培力、电流和磁感应强度三者的方向关系。 难 点 知道磁电式电流表的工作原理。 教 学 过 程 一、情境引入 师：同学们，老师手里有一颗爱心，我能让他自己转起来，你们相信吗？ 生：不相信！ 师：那我们来试一下。 生：原来真的可以！ 师：我们还可以自制小风扇呢！好神奇的现象，这是什么原理呢？我们一下来探究一下。 二、新课教学 师：与之相同原理的还有杀伤力很强的电磁炮，看视频了解电磁炮。图片就是一台真实的电磁炮，电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进动能杀伤武器。自然条件下炮弹速度可达近万m/s，射程320km，杀伤能量32兆焦。它是利用电磁系统中电磁场对炮弹导电底座的作用力。下面是它的原理图， 教 学 过 程 老师可以用简单的实验器材模拟一下电磁炮的原理。 实验1：通电导棒在磁场中受力。 师：实验装置中的铜管中有了电流，而在U形磁铁提供的磁场当中受到了力的作用，这一现象是安培发现的，人们为了纪念安培，把通电导线在磁场中受的力称为安培力。 师：根据我们之前的学习，当通电导线在磁场中时，并把它悬挂起来，由于受到安培力的作用它会有偏角，当导线向右偏，说明安培力向右，当导线向左偏，说明安培力向左，那安培力的方我们向与哪些因素有关呢？下面我们用实验来一探究竟。 问：同学们，你们觉得应该与哪些因素有关呢？ 生：可能与磁极的位置有关，可能与导线中的电流方向有关。 师：好，接下来我们一起做实验，完成这个表格。按照表格中给的方向来放置实验器材，当磁场方向向下，电流方向向外时，线圈向右受力；当磁场反向，发现受力也反向；当电流方向反向，受力方向又反向，由此可以得出结论，当电流方向不变时，磁场反向，安培力反向；当磁场方向不变时，电流反向，安培力反向。 问：根据实验装置可知电流、磁场和安培力之间什么位置关系？ 生：垂直。 问：若已知其中两个量，第三个量的方向如何判断呢？ 师：根据大量实验的归纳总结和推理，发现了这样的规律：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时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。这就是左手定则。 例1. 根据左手定则，判定以下通电导线所受安培力的方向： 教 学 过 程 师：我们在必修三学习时知道两条通电导线之间会相互吸引和排斥，这是由于电流产生磁场相互作用，我们能否根据左手定则判断，为什么同向电流相互吸引？反向电流相互排斥？ 生：可以先用右手螺旋定则判断磁场情况，再用左手定则判断受力情况。 师：方向搞定了，那大小呢？ 生：必修三讲过！ 师：必修三我们已经学习了磁感应强度的大小为，我们可以推得当通电导线与磁场方向垂直时：F = BIl，当通电导线与磁场方向平行时：F = 0，当通电导线与磁场方向成θ角时我们可以将磁场分解，分解为垂直于电流的和平行于电流的，可知F = BIlsinθ 例1. 如下图所示，在匀强磁场中用两根柔软的细线将金属棒ab悬在水平位置上，已知金属棒长为l=0.5m，质量m=0.01kg，B=0.4T，欲使悬线的张力为零，求金属棒中的电流的大小与方向？（g=10m/s2）0.5A 问：若导线中的电流很微弱，还会受到安培力吗？ 生：会！即使导线中的电流很微弱，只要有电流就一定会受到安培力的作用。 教 学 过 程 师：所以根据这个原理，发明了磁电式电流表。磁电式电流表优点就是灵敏度高，可以测量很弱的电流，因为它特别灵敏，因此缺点就是线圈的导线很细，允许通过的电流很小。如图就是它的原理结构，这里有个重要的装置就是极靴，它使磁场始终沿圆柱形铁芯的半径方向，线圈平面始终与磁场平行，线圈左右两边的磁感应强度大小相等。当线圈中线圈中通入电流，受到安培力F = BIl，螺旋形弹簧扭转产生弹力，当弹力等于安培力时指针稳定，夹角一定。当通入电流增大，线圈受到的安培力增大，弹簧产生的弹力增大，安培力增大，指针偏转也就更大。 师：这回你们知道心为什么可以旋转了吗？根据左手定则可知，左边电流受到安培力向里，右边的向外，不断变换，“心”也就旋转起来了。 例1. 下列说法正确的是( D ) A．磁场方向、电流方向、安培力方向三者之间总是互相垂直的 B．磁场方向一定与安培力方向垂直，但电流方向不一定与安培力方向垂直 C．磁场方向