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

《磁场对通电导线的作用力——利用自制教具改进安培力的探究实验》 本节内容对应2019人教版高中物理选择性必修第二册第一章第一节，磁场对通电导线的作用力。 本节主要涉及两方面的探究，即安培力的方向和大小。 一、教材与学情分析： （一）学情：(1).学生在必修三中已经学习了磁感应强度的概念，在电流与磁场方向垂直的情况下，初步了解了磁场对通电导线的安培力。 具备基本的实验素养。 (2)误区：学生经常认为安培力、电流和磁感应强度三者方向一定两两垂直。 (3)高阶思维能力和实验素养仍需要提升。 （二）课标分析：通过实验，认识安培力。能判断安培力的方向，会计算安培力的大小。了解安培力在生产生活中的应用。 （三）教材分析：教材引导学生利用先定性再定量的方式进行科学探究，注重加强前后知识的联系，注重突出结论的形成过程。引导学生设计实验，观察安培力方向，归纳安培力方向与磁场方向，电流方向之间的关系。 二、教学目标： 物理观念：1.掌握安培力概念及其大小的计算公式2.会判定安培力的方向 科学思维：1.能从定性和定量两个方面进行科学推理2.体会控制变量思想3.体会从特殊到一般的研究思想 科学探究：1.能够利用实验探究安培力的方向 2.能够理论与实验结合对安培力大小的影响因素进行探究 科学态度与责任： 1.能与他人合作探究 2.具有严谨求实的科学态度 三、实验教学内容： 组织引导学生开展自主探究、合作交流活动，利用自制实验教具，让学生通过实验探究来理解安培力方向与电流、磁场方向空间关系，让学生参与定量探究安培力大小的实验活动，在参与实验探究的过程中能发现问题，提出问题，设计创新方案解决问题，全方位的参与到深度学习中，提高批判性思维能力和创新能力。 四、实验设计与改进： （一）安培力的方向 （1）让学生能明确安培力方向非常关键。如果教师根据教材实验中导体棒运动方向就直接得出受安培力方向与之相同，是缺乏科学性和严密性的。 （2）教材没有安排当通电导线和磁场方向不垂直时的实验方案。在实际教学中，正确理解安培力、电流、磁感应强度三个量方向的空间关系（左手定则）是难点，学生经常误认为三者方向需要两两垂直，对此，我作出如下改进： 实验一：利用微力传感器定量判定安培力方向 首先利用教材实验情境，在学生观察到通电后导体棒运动的现象之后，提出：问题一：如何判断导体棒所受安培力的方向？我们能否根据铜棒的运动水平就判定所受安培力也水平呢？ 引导学生利用运动和相互作用观，分析出此时运动方向与合外力方向一致，但不一定与所受的安培力方向一致。以水平向右运动为例，安培力有这样三种可能。然后提出问题二，你能设计实验来验证安培力方向吗？如何验证是否存在竖直分量呢？ 可以先提供一些器材：微力传感器，示数可以显示到0.001N。还有一对平行正对的强磁铁，可以帮我们提供范围更大，更强的近似的匀强磁场。先启发学生设计方案，教师指导。然后介绍装置，如图1所示，我们把铜棒垂直放在导轨上，利用纸板制作的吊篮，一起固定到微力传感器上，保持导轨面水平，整个支架系统悬吊不触碰磁铁，利用学生电源供电，这样，通电之前，微力传感器就测量出了导轨支架这个整体的重力，通电之后，如果铜棒所受外界磁场所给的安培力有竖直方向的分量，那么，示数将有明显变化，为了更便于观测，可以在通电前将传感器调零，此时引导学生预测力传感器数值的正负情况，填在记录单中。请一名学生上来辅助教师开展实验，调零完毕后，提醒学生观察通电后微力传感器示数的正负情况。当闭合开关后，可以发现在导体棒通电后向右运动的过程中，微力传感器示数几乎一直为零，说明导体棒所受安培力方向应为水平向右。 这样就判定清楚了安培力的具体方向，为后续开展影响因素的探究做好有说服力的铺垫。 图1 定量判定安培力方向装置 图2 铝箔棒起跳实验装置 实验二：铝箔棒起跳实验 在学生探究完磁场和电流垂直时安培力的影响因素后，我设计了由特殊到一般的对比实验。如图2所示，将上一实验中的磁铁旋转90度，磁场变为水平方向，把薄铝箔纸卷成的铝箔棒放在水平放置的亚克力支架上，用铜皮接线柱与电源连接就组成一个回路。利用3.7V，750F的超级电容器作为电源来提供瞬时的大电流，以获得更大的安培力。通过竖直的标尺作为参考，提醒学生观察通电后铝箔棒起跳的方向，发现起跳方向竖直向上。这说明铝箔棒受安培力方向如何？引导学生利用相互作用观分析，起跳的方向竖直向上能得出合外力竖直向上，而重力竖直向下，那么说明安培力方向此时与运动方向一致，为竖直向上。确定了安培力方向后，我们水平旋转亚克力板，使铝箔棒与磁场方向有夹角但不垂直，重复实验。可以观察到，通电后铝箔棒仍竖直向上起跳。对比实验能说明什么？引导学生在记录单中画出三者方向，从而归纳发现安培力是垂直于磁场和电流方