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

磁场对通电导线的作用力 实验器材 自制线圈、干电池、自制钕铁硼强磁场、可调可读电源、自制亥姆霍兹线圈、精度为0.1mA的数字电表、电子天平、自制抽头式线圈、指针、角度指示标志、导线若干。 课程设计思路和创新点 教材上在三个完全相同的蹄形磁铁间悬挂通电直导线，采用控制变量法通过导线摆动角度的大小比较导线受力的大小，但存在些许不足：1、无法探究安培力大小随电流和磁场间夹角的变化关系；2、无法探究安培力大小与磁感应强度的关系；3、只是定性探究无法定量探究，且由简单的定性实验直接得出安培力的定量表达式。基于以上不足，我们进行了创新设计：对于安培力的理解，首先自制仪器探究安培力方向遵循的规律，通过四组实验结果，分析总结出安培力方向遵循的规律——左手定则，实验效果明显，形象直观便于观察；紧接着用自制仪器定量探究了安培力的表达式，采用控制变量法，分别探究了安培力大小与磁感应强度B、电流I、磁场中导线的长度L以及电流和磁场间夹角q的定量关系，实现了由定性探究到定量探究的转化，探究过程逻辑性强，有利于学生的认知。 教学背景 （一）教材分析 《磁场对通电导线的作用力》这节课是在了解磁场概念的基础上对磁场基本特性应用的一节课，安培力的应用题目和力学、电学规律联系广泛，综合性强。本节课主要介绍对安培力的基本理解，既是对前面“常见的几种磁场”的扩展，也是为后面学习“磁场对运动电荷的作用”做好铺垫，通过实验探究总结物理规律，也为今后学习“电磁感应”及力电综合问题打下基础。 （二）课标分析 课程标准指出：“科学探究，旨在将学习重心从过分强调知识的传承和积累向知识的探究过程转化，从学生被动接受知识向主动获取知识转化，从而培养学生的科学探究能力、实事求是的科学态度和勇于创新的探究精神。”因此，引导学生运用已有的物理知识设计实验去探究物理关系的成立就显得尤为重要。 （三）学情分析 （1）通过本章前三节的学习，学生已经了解了磁场的一般概念，通过类比电场也建立了磁感应强度的概念，对通电导线在磁场受到的力有一些感性的认识。但由于磁场看不见、摸不着，对通电导线的作用力更是需要直观的感受，会造成学生的理解困难，且学生对立体空间的分析能力较弱，思维活动不够深入。 （2）高二学生已经具备一定的实验观察能力、分析能力和实验探究能力，在教学中自制教具、增设实验将课本上的知识真正展现在学生眼前，让学生易于理解和接受，同时也能培养学生的实验观察能力和科学探究能力，强调学生的成功体验。 课程教学目标 1、物理观念 （1）明确安培力方向遵循的规律——左手定则，明确安培力的定量表达式——F=ILBsinq； （2）初步具有现代物理的相互作用观念，解释相关的现象和解决实际问题。 2、科学思维 （1）通过实验，经过科学推理找出安培力方向遵循的规律，形成结论。 （2）通过定量探究安培力的表达式，培养学生的科学思维。 3、实验探究 学习实验探究方法，科学设计实验，制作仪器实现对安培力的探究。 4、 科学态度与责任 （1） 经历饰演的探究过程，体会通过实验探究自然规律的科学方法，让学生形成认真严谨的科学态度及养成良好的探究习惯； （2） 通过实验，激发学生对物理知识的学习兴趣，培养科学思维方法与能力。 实验教学过程 本节课分为四个环节进行，以便突出重点，突破难点，达成预定的教学目标。 （一）用实验创设情境，引入安培力的概念 让学生观察简易电动机的工作情境：通电线圈在磁体产生的磁场中转动，驱动线圈转动的力就是安培力。 （二）用实验探究安培力方向遵循的规律——左手定则 我们用钕铁硼强磁制作了空间大、磁场强、可旋转的匀强磁场，磁场间架有铜制导轨，在导轨上放置了铝制导体棒。通过改变电流的方向、磁场的方向进行实验，让学生观察通电导线受到的安培力的情况，并用图示记录实验结果。与学生一起总结归纳，得出安培力方向遵循的规律——左手定则。 （三）用实验定量探究安培力的表达式——F=ILBsinq； （1）介绍自制仪器工作原理 自制定量测量安培力的仪器由三部分组成，其一为励磁部分，主体为一组正对的亥姆霍兹线圈，可调可读电源为其供电，精度为0.1mA的数字电表显示励磁电流的大小，根据毕奥萨法尔定律知，磁感应强度的大小与励磁电流大小成正比，故可用励磁电流IB的大小代表磁感应强度B的大小；其二为工作线圈部分，位于磁场中的中间抽头式线圈abcd总共500匝，在100匝和300匝制作抽头，ab边处于磁场中且长度为l0，cd边位于磁场外，cd处装有指示角度的指针。接线柱连接0与100，磁场中导线长度为100l0，以此类推，还有200l0、300l0、400l0和500l0，从而实现磁场中导线长度的改变，同样可调可读电源为其供电，精度为0.1mA的数字电表显示工作电流的大小；其三是安培力测量部分，工作线圈置于电子天平的托盘上，在实验中线圈ab边所受的安培力竖直向下，通过电子天平的示数直接读取安培力的大小。 （3） 采用控制变量法进行定量探究实验 探究1：探究安培力大小与电流I和磁感应强度B间夹角的关系 保持励磁电流IB=0.30A，工作电流I=0.20A，导线长度l=300l0一定，测出不同夹角时的安培力。 做出了以sinq为横坐标，安培力为纵坐标的图像，得到一条过原点的倾斜直线，这说明安培力的大小与电流和磁场间夹角的正弦值成正比。接下来的探究中，我们在I垂直于B的情况下进行。 探究2：探究安培力大小与工作电流I的关系 保持I⊥B，励磁电流IB=0.30A，导线长度l=300l0一定，测出不同工作电流时的安培力。 做出了以工作电流I为横坐标，安培力为纵坐标的图像，得到一条过原点的倾斜直线，这说明安培力的大小与工作电流I成正比。 探究3：探究安培力大小与磁感应强度B的关系 保持I⊥B，工作电流I=0.20A，导线长度l=300l0一定，测出不同励磁电流时的安培力。 做出了以励磁电流IB为横坐标，安培力为纵坐标的图像，得到一条过原点的倾斜直线，这说明安培力的大小与磁感应强度B成正比。 探究4：探究安培力大小与磁场中导线长度的关系 保持I⊥B，励磁电流IB=0.30A，工作电流I=0.20A一定，测出不同导线长度时的安培力。 做出了以导线匝数为横坐标，安培力为纵坐标的图像，得到一条过原点的倾斜直线，这说明安培力的大小与导线长度成正比。 结论：在对以上四个因素的定量探究中得出：F=ILBsinq （4） 小视频介绍安培力的成就、应用； （5） 当堂作业； （6） 总结、布置课后探究作业。 实验效果评价 本节课，我们设计一系列实验，从简易电动机引入，到对安培力方向的探究，以及定量探究影响安培力大小的因素，以上几个环节环环相扣，层层深入递进，让学生对知识的理解逐步深入、全面、直观。同时锻炼了学生的科学思维能力，培养了学生科学探究的精神，提高了学生的科学素养。 学科网（北京）股份有限公司 $$