第1节 安培力及其应用（表格式教学设计） 物理鲁科版选择性必修第二册

该高中物理教学设计聚焦安培力的定义、大小公式（F=BILsinθ）、左手定则及应用，通过“神奇小火车”演示导入，引发学生对磁场对电流作用力的思考，进而分解任务探究方向与大小影响因素，构建“磁场-电流-安培力”的相互作用物理观念。 资料以任务驱动引导科学探究，学生通过分组实验用控制变量法探究安培力方向与大小，结合多媒体展示电动机、电磁弹射（福建舰实例）等应用，深化科学思维与科学态度。完整的实验设计、例题训练及教学反思，助力教师高效教学，提升学生实验能力与解决实际问题的责任意识。

第1节 安培力及其应用（教学设计） 年级 高二 学科 物理 教师 课题 第1节 安培力及其应用 教学 目标 物理观念 能理解安培力的定义（磁场对电流的作用力），掌握安培力大小公式（F=BILsinθ）及左手定则，建立“磁场→电流→安培力”的相互作用认知。 科学思维 能通过分析安培力方向与磁场、电流方向的关系，推导左手定则的应用逻辑，解释电动机、电流表等设备的工作原理，提升逻辑推理与现象解释能力。 科学探究 能参与“探究安培力大小与方向影响因素”实验（如改变磁场强弱、电流大小、导体摆放角度），记录数据并归纳规律，提高实验观察与数据归纳能力。 科学态度 与责任 通过了解安培力在电磁驱动、电磁起重机等领域的应用，认识其对工业生产与科技发展的价值，培养运用物理规律解决实际问题的责任意识。 教学 重难点 重点：掌握安培力大小公式（）及左手定则。 难点：应用安培力知识解释磁电式电流表、电动机等设备工作原理。 教学过程 教师活动 学生活动 教学引入 演示：神奇小火车 思考1：神奇小火车为什么在进入铜圈时自动运动？ 思考2：小火车受到的力是什么力？ 引导设问：我们在探究一个力时需要探究它的哪些因素？ 引出核心任务如下： 核心任务1：那么怎样探究安培力的方向？ 观察思考 感性判断：这个力是磁场对电流的作用力，方向与电流方向和磁场方向有关。 新课讲授 一、探究安培力的方向 （1）将核心任务分解为子任务，引导学生分析问题： 子任务2：安培力的方向与哪些因素有关？ 子任务3：探究安培力的方向用什么方法？ （2）探究安培力的方向 教师将下图所示的安培力演示仪、电池、导线、开关、橡皮泥、黄黑蓝三种颜色的箭头发给学生。 教师在学生探究的过程中，走入各小组，对有困难的小组进行适当指导，并对各小组的学习情况进行记录评价。 （3）在学生结束探究活动1后，引入左手定则。大家已经初步探索出来安培力方向、电流方向、磁感应强度方向三者的关系。展示左手定则图片，让学生使用左手定则对安培力方向探究的过程进行验证。 思考回答 探究活动 1：探究安培力的方向学生进行小组分工合作，在教师的指导下通过小组合作的方式探究安培力的方向。 采用控制变量法，利用黄黑蓝三种箭头分别代表安培力方向、电流方向、磁感应强度方向，得出三者间的关系，做好实验过程记录。 子任务2得以解决，从而解决核心任务1。 新课讲授 二、安培力的大小 (1)引入核心任务2：如计算安培力的大小？将核心任务分解为子任务，引导学生分析问题： 子任务4：安培力的大小与哪些因素有关？ 子任务5：如何推导安培力的一般表达式？ （2）引导学生回顾 “磁感应强度”的大小，通电导线垂直放入匀强磁场中时，通电导线受到的安培力最大，即F＝ILB。由矢量分析推导安培力表达式。 新课讲授 三、安培力的应用 1.磁电式电流表 (1)展示磁电式电流表的结构图，分析其工作原理。 展示通电线圈在安培力的作用下发生转动从而是螺旋弹簧发生形变产生弹力，当安培力和螺旋弹簧的弹力达到平衡时，线圈不再转动。 提问：磁电式电流表怎样显示测试电流的大小？ 2.电动机 (1) 通过多媒体展示电动机的结构和工作过程，向学生详细介绍电动机的主要组成部分，如定子、转子、线圈等。 (2) 结合安培力的知识，分析电动机中线圈在磁场中受力转动的原理。当电流通过线圈时，线圈在磁场中受到安培力的作用，由于线圈是绕在转子上的，所以安培力会使转子转动。 (3) 引导学生思考电动机中是如何实现连续转动的，讲解换向器的作用，换向器可以在转子转动半周时自动改变电流的方向，从而使线圈始终受到一个使它转动的力。 (4) 让学生讨论电动机在生活和生产中的广泛应用，如电风扇、洗衣机、电动车等，体会安培力在实际生活中的重要作用。 (5) 展示一些电动机的实际应用案例，让学生了解电动机的不同类型和特点，拓宽学生的知识面。 (6) 总结电动机的工作原理和应用，强调安培力在电动机工作中的核心作用。 3.电磁炮 4.神奇的旋转液体 5.神奇的小火车 6.电磁弹射 “八一勋章”获得者马伟明带领的科研团队研制成功的电磁弹射技术首次在中国003号航母“福建舰”上使用。电磁弹射可用于舰载机、无人机、电磁炮等领域。用强迫储能器代替常规电源，它能在极短时间内释放所储存的电能。 【例题1】已知通电长直导线周围激发磁场的磁感应强度大小与导线中的电流大小成正比。有四条垂直于纸面的长直固定导线，电流方向如图所示，其中a、b、c三条导线到d导线的距离相等，三条导线与d的连线互成120°角，四条导线中的电流大小都为I，其中a导线对d导线的安培力大小为F。现突然把b、c导线的电流方向同时改为垂直于纸面向外，电流大小同时变为原来的3倍，则此时d导线所受安培力的合力（　　） A．大小为4F，方向为a→d B．大小为4F，方向为d→a C．大小为2F，方向为a→d D．大小为2F，方向为d→a 【答案】A 【详解】开始四条导线中的电流大小都为I，则外侧三条导线对d的安培力大小为F，根据安培定则与左手定则可知，外侧三条导线对d的安培力方向均沿导线与d的连线指向导线d，即外侧三条导线对d的安培力方向间的夹角互成120°角，此时d所受安培力的合力为0；当突然把b、c导线的电流方向同时改为垂直于纸面向外，根据安培定则与左手定则可知，b、c导线对d的安培力方向均沿导线与d的连线分别指向导线b、c，由于电流大小同时变为原来的3倍，则b、c导线对d的安培力均变为3F，由于方向夹角为120°，根据力的合成规律可知，b、c导线对d的安培力的合力大小也为3F，方向沿a→d，由于a导线对d的安培力大小为F，方向也沿a→d，则d导线所受安培力的合力大小为4F，方向为a→d。 故选A。 针对训练1如图所示，空间内存在方向如图所示的水平匀强磁场，其感应强度大小为，通以恒定电流的形导线放置在该磁场中。已知边长为，与磁场方向垂直，边长为，与磁场方向平行，则该导线受到的安培力大小为（　　） A． B． C． D．0 【答案】B 【详解】因段与磁场方向平行，故不受安培力，段与磁场方向垂直，所受安培力大小为 即该导线受到的安培力大小为。 故选B。 （子任务4）猜想：安培力的大小可能和电流大小、磁感应强度通电导线长度有关。 （子任务5）回答：根据磁感应强度得出过程推导安培力表达式。 学生观察教师展示的视频与图片，思考磁电式电流表的工作原理。 认真观察电动机的结构和工作过程，理解电动机中线圈在磁场中受力转动的原理，积极思考教师提出的问题。 参与讨论电动机在生活和生产中的应用，分享自己所知道的电动机应用案例，体会安培力的重要作用。 课 堂 练 习 1.如图所示，空间存在着匀强磁场，两根相同的通电直导线P和Q用相同的绝缘细线悬挂在水平天花板下，导线中通有图示方向的电流时，两根细绳恰好与天花板垂直，则匀强磁场的方向可能是（　　） A．水平向右 B．水平向左 C．竖直向上 D．竖直向下 【答案】D 【详解】两根导线相互相互排斥，根据题意两根细绳恰好与天花板垂直可知两根导线所受的安培力在水平方向，对左边导线受力分析，导线所受安培力水平向右，根据左手定则可知匀强磁场的方向竖直向下。 故选D。 2.如图所示，由均匀的电阻丝组成的等边三角形导体框，垂直匀强磁场放置。将M、N两点接入电压恒定的电源两端，通电时，线框受到的安培力为1.2 N。若将MON边移走，则余下线框受到的安培力大小为（　　） A．0.6 N B．0.8 N C．1.2 N D．1.6 N 【答案】B 【详解】根据左手定则判断出各段受到的安培力的方向，如图所示，令电源电压为U，等边三角形MON的电阻为3R，曲线MON上产生的安培力合力竖直向上，与MN边受到的安培力方向相同，并联后总电阻为：，根据闭合电路的欧姆定律可知，并联电路的总电流I1＝＝，则安培力F＝I1LB＝＝1.2 N，将MON边移走，余下线框受到的安培力大小F′＝I1LB＝，比较可得F′＝0.8 N。故B正确。 3.图甲为实验室里某型号磁电式电流表结构。矩形线圈匝数为n，电阻为R。矩形线圈处在均匀辐射状磁场中，如图乙所示，线圈左右两边所在之处的磁感应强度大小均为B。若线圈受到的安培力和螺旋弹簧的弹力达到平衡时，指针达到稳定。下列说法正确的是（　　） A．如图甲所示，线圈顺时针转动过程中，穿过铝框的磁通量减少 B．在线圈转动范围内，线圈所受安培力大小与电流大小有关，而与所处位置无关 C．通电线圈中的电流越大，电流表指针偏转角度就越小 D．更换劲度系数更小的螺旋弹簧，可以减小电流表的灵敏度（灵敏度即） 【答案】B 【详解】A．顺时针旋转的过程中，穿过铝框的磁感线根数增加，磁通量增加，故A错误； B．线圈左右两边所在之处的磁感应强度大小均为B，无论什么位置磁感应强度大小都相等，根据安培力的表达式可知，安培力的大小只与电流大小相关，与所在位置无关，故B正确； C．线圈中的电流越大，线框所受到的安培力越大，电流表指针偏转也就越大，故C错误； D．更换劲度系数更小的螺旋弹簧，电流变化量相等时，安培力变化量相等，但转动角度变化量大，故灵敏度增加，故D错误。 故选B。 4.如图所示，长方体的ABCO面为正方形，整个空间存在竖直向上的匀强磁场，现在AB、BC、CD、DA上分别放置四根导体棒，且构成一闭合回路，当回路中通有沿ABCDA方向的电流时，下列说法正确的是（　　） A．CD棒所受的安培力方向垂直纸面向外 B．四根导体棒均受安培力的作用 C．CD棒与DA棒所受的安培力大小相等 D．DA棒所受的安培力最大 【答案】D 【详解】A．根据左手定则，可知CD棒所受的安培力方向垂直纸面向里，A错误； B．导体棒AB中电流方向与磁场方向平行，导体棒AB不受安培力的作用，B错误； C．导体棒CD的有效程度与OD边长度相等，而 根据 可知CD棒所受的安培力小于DA棒所受的安培力大小，C错误； D．由于 ， 结合上述，可知，DA棒所受的安培力最大，D正确。 故选D。 5.如图所示，弯曲金属棒ACDE固定在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，金属棒所在平面与磁场垂直，AC段为半径为r的四分之一圆弧，CDE段为半径为r的半圆弧，A、C、D、E为正方形的四个顶点，给金属棒通入恒定电流I，则整个金属棒受到的安培力大小为（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】整个金属棒的有效长度为，则整个金属棒受到的安培力 故选B。 6.（2023·北京·高考真题）2022年，我国阶段性建成并成功运行了“电磁撬”，创造了大质量电磁推进技术的世界最高速度纪录。一种两级导轨式电磁推进的原理如图所示。两平行长直金属导轨固定在水平面，导轨间垂直安放金属棒。金属棒可沿导轨无摩擦滑行，且始终与导轨接触良好，电流从一导轨流入，经过金属棒，再从另一导轨流回，图中电源未画出。导轨电流在两导轨间产生的磁场可视为匀强磁场，磁感应强度B与电流i的关系式为（k为常量）。金属棒被该磁场力推动。当金属棒由第一级区域进入第二级区域时，回路中的电流由I变为。已知两导轨内侧间距为L，每一级区域中金属棒被推进的距离均为s，金属棒的质量为m。求： （1）金属棒经过第一级区域时受到安培力的大小F； （2）金属棒经过第一、二级区域的加速度大小之比； （3）金属棒从静止开始经过两级区域推进后的速度大小v。    【答案】（1）；（2）；（3） 【详解】（1）由题意可知第一级区域中磁感应强度大小为 金属棒经过第一级区域时受到安培力的大小为 （2）根据牛顿第二定律可知，金属棒经过第一级区域的加速度大小为 第二级区域中磁感应强度大小为 金属棒经过第二级区域时受到安培力的大小为 金属棒经过第二级区域的加速度大小为 则金属棒经过第一、二级区域的加速度大小之比为 （3）金属棒从静止开始经过两级区域推进后，根据动能定理可得 解得金属棒从静止开始经过两级区域推进后的速度大小为 课 堂 小 结 安培力方向‌：运用左手定则判断，确保拇指与四指垂直，掌心迎磁感线，四指指电流方向，拇指即安培力方向。 安培力大小‌：公式F=ILBsinθ，其中θ为电流与磁场夹角；当θ=90°时力最大，θ=0°时力为零。 实际应用‌：电流天平通过安培力测量磁场强度；磁电式电表利用安培力驱动指针偏转，电流越大偏角越大；直流电动机的核心原理是安培力对线圈的旋转作用。 板 书 设 计 第1节 安培力及其应用 1. 安培力的定义：电流在磁场中受到的作用力称为安培力。 2. 安培力的产生条件：导体中必须有电流通过，且导体必须处于磁场中。 3. 安培力的方向判断方法（左手定则）： (1) 伸开左手，让拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一平面内。 (2) 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。 4. 安培力的实际应用： (1) 磁电式电流表 (2) 电动机 (3) 神奇小火车 作业 布置 1.一段长度为L=0.5m的直导线，通以电流I=2A，垂直放入磁感应强度B=0.1T的匀强磁场中，求导线所受安培力的大小和方向。 2.根据左手定则，判断通电导线在磁场中分别沿不同方向（如向上、向下、向左）时，安培力的方向，并简要说明判断依据。 3.利用电磁炮的工作原理，简述安培力如何驱动金属弹丸运动，并说明这一现象在现代军事或工业中的实际应用。 教学反思 本节通过实验探究安培力的大小与方向规律，结合左手定则应用，学生基本掌握安培力的计算与方向判断。多数能解决直导线在匀强磁场中的基础问题，但对“电流方向与磁场方向不垂直时的分解”理解不足，左手定则应用易混淆磁场与电流方向。实验中，部分学生对力的测量误差分析欠缺。后续需强化矢量分解逻辑讲解，增加左手定则实操训练，结合电动机等应用实例，深化对安培力本质及实际价值的认知。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $