1.1.1 磁场对通电导线的作用力 教学设计 -2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

第 1节 磁场对通电导线的作用力 第1课时 安培力的方向 教学案例设计 教学指导 目标素养 1.物理观念：通过观察实验现象，认识磁场的存在以及磁场对通电导线产生的安培力。 2.科学思维：经历得出安培力、磁感应强度和电流三者方向关系的过程，体会归纳推理的方法。 3.科学探究：通过设计实验认识安培力的方向，会用左手定则判断安培力的方向。 4.科学态度与责任：了解安培力的应用，体会物理学习与科学技术发展的关系。 重点难点 重点 1.安培力的方向。 2.安培力方向与磁场方向和电流方向的关系。 难点 安培力方向与磁场方向和电流方向的关系。 教学准备 教师准备 1..准备实验器材：小磁针、导体棒、蹄形磁体(或电磁铁)、铁架台、导线、细线、电源等。 2.准备磁电式电流表演示仪。 3.制作本节课的多媒体课件。 学生准备 1.复习条形磁体、蹄形磁体、电磁铁周围的磁场线分布。 2.预习本节课的内容。 导入新课 导入一(复习导入) 教师 引导学生复习奥斯特实验的相关内容：我们在初中和高中必修第三册中学习过了奥斯特实验，知道了通电导线周围存在磁场。科学家通过实验研究发现，磁体与磁体之间、磁体与通电导体之间，以及通电导体与通电导体之间都有相互作用。这种相互作用是通过磁场发生的。那么，它们之间的作用力的方向如何呢? 其大小与哪些因素有关呢? 该如何求得作用力的大小呢? 导入二(实验导入) 教师 进行演示实验。 实验1：探究磁体对通电导线产生作用力(如图甲所示)。 改变电流方向或磁场方向，观察实验现象。 实验2：探究通电导体之间的相互作用(如图乙所示)。 改变通电导体中的电流方向，观察实验现象。 提出问题：上述两个实验说明了什么? 学生 磁体与通电导体、通电导体之间的相互作用力的方向，与电流方向和磁场方向有关。 教学过程 环节一：探究安培力的方向 教师 结合物理学史，介绍什么是安培力。 提出问题：我们都知道力是矢量，那该如何研究安培力呢? 引导学生梳理研究新问题的思路和方法。 学生 思考并回答：研究安培力的大小和方向。 教师 提出问题：请大家猜想一下，安培力的方向与哪些因素有关呢? 学生 思考并回答：与磁场方向或电流方向有关，或者与二者都有关。 师生 作出猜想：安培力是通电导体在磁场中受到的力，安培力应与磁场和通电电流有关。其方向可能与磁场方向和电流方向有关。 教师 引导学生设计实验方案。 学生 分小组讨论并设计实验方案。 (1)实验器材：通电导体、磁体、电源等。 (2)实验方案： ①保持磁场方向一定，探究通电导体受到的安培力的方向与电流方向的关系。 ②保持电流方向一定，探究通电导体受到的安培力的方向与磁场方向的关系。 师生 学生分组进行实验探究，教师巡回指导。 (1)按图甲组装实验器材。 (2)接通电源，观察导体棒的受力情况并记录，然后断开电源。 (3)保持磁场方向不变，仅改变电流方向，再次接通电源，观察导体棒的受力情况并记录，然后断开电源。 (4)保持电流方向不变，仅改变磁场方向，再次接通电源，观察导体棒的受力情况并记录，然后断开电源。 (5)改变通电导体棒与磁场之间的夹角，由90°逐渐减小至0°，观察通电导体棒的受力情况并记录。 教师引导学生思考下列问题并归纳总结： (1)上述实验说明安培力的方向与哪些因素有关? (2)上述实验中的安培力的方向与磁场方向和电流方向分别指向哪里? 试用图示法表示三者的关系。 (3)当改变通电导体棒与磁场之间的夹角时，导体棒受到的安培力有什么变化? 学生 分组画安培力、磁场和电流方向的图示，然后思考并讨论。 对问题(3)，分组进行实验观察并判断安培力方向的变化。 教师 通过画出的安培力方向、磁场方向和电流方向的图示(如图乙所示)，寻找三者之间的关系，并尝试归纳总结出结论。 提示：在利用图示法进行分析的过程中，一方面可以借助自制教具帮助学生理解；另一方面要重视引导学生通过二维描述三维的关系。 师生 得出结论：众多事实表明，通电导线在磁场中所受安培力的方向与电流方向、磁感应强度的方向都垂直。安培力的方向可用以下方法判定：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；让磁感线从掌心垂直进入，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。这就是判定通电导线在磁场中受力方向的左手定则(如图丙所示)。 环节二：左手定则的应用 教师 让学生根据左手定则，判断图甲、乙、丙、丁中导体杆受到的安培力的方向或导体杆所在处的匀强磁场的方向。 图甲中，磁感应强度的方向与导体杆成θ角。 图乙中，磁感应强度的方向竖直向上。 图丙中，磁感应强度的方向垂直于导轨平面斜向右下。 图丁中，导体杆受到水平方向的安培力。 提示：根据左手定则得出的过程可知，安培力、电流和磁场三者方向满足三维空间的关系，因此，在分析过程中，首先需要将三维问题降为二维问题，再进一步判断方向。 将三维问题降为二维问题时，需要将立体图转化为平面图。结合前面的学习，需要画出俯视图或侧视图，即将其中某一个物理量的方向表示为垂直于纸面的方向。通常用图戊中的图示表示电流垂直于纸面的方向，用图己中的图示表示磁场垂直于纸面的方向。 学生 明确表示方向的图示法后，尝试画出图甲、乙、丙、丁的侧视图或俯视图。 教师 根据上述分析，以图甲为例，画出从导体杆b端看到的侧视图。 (1)先画出从b端看的电流和磁感应强度的方向。 (2)再根据左手定则判断安培力的方向。 学生 画出图甲从b端看的侧视图，如图(a)所示；根据左手定则判断导体杆受到的安培力方向并画出，如图(b)所示。 教师 按照分析图甲的思路和方法，分析图乙、丙、丁中的安培力或磁场的方向。 学生 画出图乙从b端看的侧视图，如图(c)所示；根据左手定则判断导体杆受到的安培力方向，如图(d)所示。 教师 可以画出图乙的俯视图吗? 如果可以，请根据画出的俯视图判断导体杆受到的安培力的方向。 学生 画出图乙从上往下的俯视图，如图(e)所示；根据左手定则判断导体杆受到的安培力的方向，如图(f)所示。 教师 对于同一情境，无论是侧视图还是俯视图，对于分析问题的结果都是一样的。 下面请尝试分析图丙和图丁。 学生 画出图丙从b端看的侧视图，如图(g)所示；根据左手定则判断导体杆受到的安培力的方向，如图(h)所示。 画出图丁从b端看的侧视图，如图(i)所示；根据左手定则判断导体杆所在处的磁感应强度的方向，如图(j)所示。 教师 根据上述分析，梳理应用左手定则分析问题的思路方法。 学生 先画出与立体图对应的侧视图或俯视图，将三维问题转换为二维问题；再根据左手定则，判断并画出安培力、电流和磁场的方向。 核心总结 本节课的内容旨在通过实验，引导学生进行科学探究。由于磁场是抽象的，需要通过磁场对通电导线的安培力来认识磁场的性质。本节课中主要学习了如何判断安培力的方向。在得出安培力方向的过程中，用到了图示法，明确了其在分析物理问题过程中的重要作用。本节课涉及了三个物理量方向的关系，学生第一次遇到，为了降低学习的难度，设计教学思路时是基于实验现象来寻找安培力方向与电流方向和磁场方向的关系的。 板书设计 第1节 磁场对通电导线的作用力 第1课时 安培力的方向 1.了解安培力的历史 2.探究安培力的方向 提出问题→作出猜想→设计方案→实验探究→归纳总结→得出结论 3.左手定则的应用 教学研讨 做好演示实验是本节课的重点。除此之外，为了能够得出左手定则，需要首先进行实验方案的设计，然后开展实验研究，所以一定要指导学生做好实验记录。市节课的学习中，学生第一次遇到了同时涉及三个矢量方向问题的讨论。不仅如此，还同时涉及了三维空间的问题讨论，对学生而言难度很大。教学中要重视循序渐进，对学生做好指导。关键是要明确处理问题的方法，使学生学会将三维问题转换为二维图形来进行分析，以此提升学生的空间转换能力。 学科网（北京）股份有限公司 $$