第五节 磁场对通电导线的作用力（表格式教学设计）物理新教材北师大版九年级全一册

该初中物理教学设计聚焦“磁场对通电导线的作用力”核心知识点，通过展示通电物体运动的生活情境导入，承接“电磁铁及其应用”，构建“实验→规律→应用”的学习支架，引导学生探究作用力的存在、方向影响因素及电动机等应用原理。 资料以科学探究为核心，设计控制变量法实验明确力的方向与电流、磁场的关系，结合左手定则和典例分析培养科学思维，通过自制简易电动机等实践活动深化物理观念。丰富的生活应用案例（如扬声器、电表）和分层作业，助力学生提升探究能力，为教师提供系统教学支持。

第五节 磁场对通电导线的作用力（教学设计） 年级 九年级 学科 物理 教师 课题 第五节 磁场对通电导线的作用力 教学目标 物理观念 理解磁场对通电导线作用力的存在及方向影响因素，掌握电动机的工作原理 科学思维 通过实验分析归纳规律，能运用左手定则逻辑推理力的方向，建立“现象—规律—应用”的思维链条 科学探究 设计并完成“磁场对通电导线作用”的实验，学会控制变量法探究物理规律 科学态度 与责任 感受电动机在生活中的广泛应用，体会科学技术对社会发展的推动作用 教材分析 本节《磁场对通电导线的作用力》是北师大版九年级全一册第十四章的重要内容，承接上节 “电磁铁及其应用”，遵循 “实验→规律→应用” 的逻辑线索展开。首先通过生活中通电物体运动的情境引入，引发对磁场对通电导线作用力的探究；再通过实验明确作用力的存在及方向影响因素，掌握左手定则；最后拓展电动机、动圈式扬声器、磁电式电表等应用，实现理论知识与实际生活的关联。本节重点培养学生的实验探究能力和知识应用能力，是电磁学知识应用的关键章节。 学情分析 九年级学生已具备磁场、电流、电磁铁等基础概念，通过前序学习掌握了基础实验操作技能，对控制变量法等科学方法有初步认知。但磁场对通电导线作用力的方向判断、左手定则的熟练应用以及换向器使线圈持续转动的原理较为抽象，学生理解起来存在困难。同时，学生对生活中电动机、扬声器等设备的工作原理缺乏深入思考，需要通过具象实验和层层递进的分析帮助突破认知难点。 教学重点 磁场对通电导线作用力的方向与电流、磁场方向的关系；电动机的工作原理（换向器的作用） 教学难点 左手定则的熟练应用；换向器使线圈持续转动的原理理解 教学准备 电源、开关、导线、蹄形磁体、金属轨道、直导线、细漆包线、金属丝支架、永磁体、电刷、换向器模型、动圈式扬声器模型、磁电式电表结构图、电动机工作原理动画视频 教学过程 导入新课 展示通电后运动的物体图片（如通电线圈在磁场中转动、扬声器振动等） 【提问】通电后，这些物体的运动状态发生了改变，说明它们都受到了力的作用。是谁给它们施加了力的作用？这些力有什么规律？ 通过生活中的现象引发学生思考，自然引入 “磁场对通电导线的作用力” 这一核心内容，激发探究兴趣。 学习新课 一、磁场对通电导线的作用 【核心概念讲解】 1.作用力的存在：通电导线在磁场中会受到力的作用，该力能改变导线的运动状态，使导线由静止开始运动，此过程中消耗电能，动能增加。 2.方向影响因素：通电直导线在磁场中受到力的方向与电流的方向、磁场的方向有关；当电流方向或磁场方向变得相反时，通电导线受力的方向也变得相反。 【科学窗：左手定则】 当通电导线与磁场垂直时，磁场对通电导线作用力的方向与磁场方向、电流方向之间的关系，可用左手定则来表示。伸开左手，拇指与四指在同一平面内并互相垂直，让磁感线垂直穿入手心，四指指向电流方向，则拇指所指的方向就是磁场对通电导线作用力的方向。 【实验探究：磁场对通电导线作用力的影响因素】 1.实验方法：控制变量法。 2. 实验器材：电源、开关、导线、蹄形磁体、金属轨道、直导线 ab。 3. 实验步骤： ① 闭合开关，有电流通过直导线 ab，电流方向从 b 到 a，观察导线 ab 的运动方向； ② 只改变电流方向，保持磁场方向不变，观察导线 ab 的运动方向； ③ 只改变磁场方向，保持电流方向不变，观察导线 ab 的运动方向。 4. 实验结论： ① 改变电流方向，导线运动方向改变，说明通电导体在磁场中受力方向与电流方向有关； ② 改变磁场方向，导线运动方向改变，说明通电导体在磁场中受力方向与磁场方向有关。 【典例1】小亮偶然发现，把一个U形磁体放到正在发光的台灯（白炽灯）外面时（如图），白炽灯的灯丝竟然在晃动；取走U形磁体后，灯丝不再晃动。下列选项与这个现象原理相同的是（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】白炽灯灯丝中有电流通过，将U形磁体放到正在发光的台灯外面时，灯丝处于磁场中，会受到力的作用而晃动。由于家庭电路中使用的是交流电，电流方向不断变化，所以灯丝受到的力的方向也不断变化，从而导致灯丝晃动，其原理是“通电导体在磁场中受到力的作用”。 A．图A中，没有电源，是电磁感应现象的装置，即闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时产生感应电流，与题干中磁场对电流有力的作用原理不同，故A不符合题意； B．图B中有电源，通电导体在磁场中受到力的作用而运动，与题干中灯丝晃动的原理相同，故B符合题意； C．图C是两个磁体的同名磁极互相靠近，互相排斥的现象，故是磁体间相互作用，与题干中灯丝晃动的原理不相同，故C不符合题意； D．图D是奥斯特实验的原理，是电流的磁效应，说明了通电导线周围存在磁场。与题干中灯丝晃动的原理不相同，故D不符合题意。 故选B。 【典例2】如图所示实验中，闭合开关，导体ab向右运动，下列操作能让导体ab向左运动的是（　　） A．改变电压大小 B．改变电流方向 C．改变电流大小 D．改变导体ab长度 【答案】B 【详解】A．通电导体在磁场中受力的方向与磁场的方向和导线棒中电流的方向有关，且两个因素只改变其中一个，导体棒受力方向才会发生改变，改变电压大小，只改变电流的大小，不能改变导体的受力方向，故A不符合题意； B．改变电流方向，磁场的方向不变，可以改变导体受力的方向，可以使导体ab向左运动，故B符合题意； C．改变电流大小，不能改变电流的方向和磁场的方向，因此不能改变导体棒受力的方向，故C不符合题意； D．改变导体ab长度，不能改变电流的方向和磁场的方向，因此不能改变导体棒受力的方向，故D不符合题意。 故选B。 【典例3】通电直导线在磁场中受到磁场力的方向可以用左手定则来判断：伸开左手，使大拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内，让磁感线垂直穿过掌心，并使四指指向电流的方向，这时大拇指所指的方向就是通电直导线所受磁场力的方向，如图甲所示。请你判断：图乙中的线圈是 （选填“顺时针”或“逆时针”）转动的。 【答案】顺时针 【分析】根据左手定则来判断即可，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导线受的安培力的方向。 【详解】根据左手定则，伸开左手，使拇指与四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内，让磁感线垂直穿过掌心，且四指指向电流的方向，则大拇指指向磁场力的方向，即线圈左侧受到的磁场力竖直向上，右侧受到的磁场力竖直向下，故线圈是顺时针转动的。 学习新课 二、电动机 【情境导入】 展示电动机在生活中的应用图片（如电力机车、电风扇、洗衣机等），提问：“这些设备都离不开电动机，电动机是如何将电能转化为机械能的？其核心工作原理是什么？” 引出电动机的相关知识。 【核心概念讲解】 1.工作原理：利用通电导线在磁场中受力的作用，将电能转化为机械能。 2. 简易直流电动机制作：① 绕制线圈：细漆包线绕成矩形线圈，头尾扎在线圈对边中央作转动轴，去除转轴部分漆层；② 组装固定：金属丝做支架固定，线圈转轴放支架上（平面竖直）；支架间放永磁体（一磁极朝上），支架通过开关连电源两极。 3. 线圈转动问题分析： ① 转动原因：通电线圈在磁场中两边受磁场力，方向相反，使线圈转动； ② 不能连续转动原因：线圈转过 90° 到达平衡位置时，受力方向与转动方向垂直，无法继续转动； ③ 连续转动解决方案：设计带有两个铜半环的换向器，与电刷配合，每转动半周，线圈中的电流方向就改变一次，使线圈持续沿同一方向转动。 4. 实际电动机： ① 性能：具有更强劲的动力和更好的平稳性能； ② 结构：转子（线圈多组，镶嵌在铁芯上，换向器由多对铜片组成）、定子（机壳和电磁铁组成，转子安装在定子里）； ③ 分类：直流电动机（用于电力机车、公交电车等）、交流电动机（用于家用电风扇、洗衣机等）。 【实践活动：改进简易电动机】 把线圈的一个转动轴的漆层全部除去，另一个转动轴只除去上半周或下半周。越过平衡位置后，停止对线圈供电，线圈不再受力，靠惯性转动半周后再继续供电，线圈就可以持续转下去。 【典例4】如图，兴趣小组制作了一个电动机，给线圈通电，轻轻一推，线圈就会持续转动。下列关于电动机的说法正确的有（　　） A．电动机主要由磁体和线圈组成 B．电动机主要把动能转化为电能 C．对调电源正、负极不能改变线圈的转动方向 D．电流通过线圈产生的热量与线圈的电阻无关 【答案】A 【详解】A．电动机主要由磁体和线圈组成。在常见的电动机结构中，磁体提供磁场，线圈在磁场中受力而转动，这是电动机的基本组成部分，故A正确； B．电动机的工作原理是通电线圈在磁场中受力转动，其能量转化是将电能转化为机械能（动能），而不是把动能转化为电能，故B错误； C．电动机线圈的转动方向与电流方向和磁场方向有关，对调电源正、负极会改变电流方向，从而可以改变线圈的转动方向，故C错误； D．根据焦耳定律可知，电流通过线圈产生的热量与线圈的电阻有关，故D错误。 故选A。 【典例5】如图直流电动机（已安装换向器）的两个不同时刻的工作原理图，下列分析正确的是（　　） A．甲图导线ab和乙图导线cd电流方向相反，受力方向相反 B．从上往下看，线圈中电流方向都是逆时针方向 C．导线cd在这两个时刻电流方向相同，转动方向相同 D．导线ab在这两个时刻电流流向不同，受力方向不同 【答案】D 【详解】A．由图示可知，导线ab在甲图中电流方向是由b到a的，受力方向是竖直向下的，导线cd在乙图中电流方向是由c到d的，受力方向是竖直向下的，故A错误； B．由图可知，从上往下看，线圈中电流方向都是顺时针方向，故B错误； C．导线cd在甲图中电流方向是由d到c的，受力方向是竖直向上的，在乙图中电流方向是由c到d的，受力方向是竖直向下的，故C错误； D．由图示可知，导线ab在甲图中电流方向是由b到a的，受力方向是竖直向下的，在乙图中电流方向是由a到b的，受力方向是竖直向上的，故D正确。 故选D。 【典例6】如图1为一玩具直流电动机，它在工作时把电能转化为 能；同时改变直流电动机的磁场和电流方向，它的转动方向 （选填“改变”或“不改变”）；小明回家做了一个电动机模型如图2，他将线圈两端引线的漆皮，一端全部刮掉，要使线圈能连续转动，则另一端的漆皮应刮 （“半周”或“全部”）。 【答案】 机械 不改变 半周 【详解】[1]直流电动机工作时，消耗电能，获得机械能，所以把电能转化为机械能。 [2]直流电动机的转动方向与磁场方向和电流方向有关，当同时改变直流电动机的磁场和电流方向时，它的转动方向不改变。 [3]将线圈两端引线的漆皮，一端全部刮掉，另一端刮半周，这样在一个半周内受到磁场的力的作用而转动，另一个半周没有电流通过，利用惯性转动，从而能使线圈连续转动。如果两端都全部刮掉，线圈转过半周后受力方向改变，会阻碍转动，不能连续转动。 学习新课 三、动圈式扬声器 【情境导入】 播放扬声器发声的视频，提问：“扬声器是如何将电信号转化为声音信号的？背后涉及磁场对通电导线作用力的哪些应用？” 引出动圈式扬声器的相关知识。 【核心概念讲解】 1.工作原理：通电导体在磁场中受力的方向随电流方向变化，可实现往复运动。 2. 构造：核心部件包括永磁体、音圈（细漆包线绕制的线圈，粘在锥形纸盆后部）、锥形纸盆；永磁体与软铁配合，在环形间隙形成磁场，音圈置于该磁场中。 3. 发声过程：音圈通入大小和方向反复变化的电流→音圈受磁场力前后往复运动→带动纸盆振动→发出声音。 4. 应用场景：① 传统设备：收音机、电视机的扬声器（以锥形纸盆振动发声）；② 便携设备：耳塞式耳机（用音膜替代纸盆，原理与扬声器一致）。 【典例7】科技的快速发展使智能机器人进入人们的生活。智能送餐机器人通过电动机驱动底部的轮子将美食送到指定客人桌边，下列仪器与电动机的工作原理相同的是（　　） A．指南针 B．电磁起重机 C．电铃 D．动圈式扬声器 【答案】D 【详解】电动机的工作原理是通电导线在磁场中受力的作用。 A．指南针是利用地磁场工作的，故A不符合题意；     B．电磁起重机工作原理是通电导线的周围存在磁场，故B不符合题意； C．电铃是利用电磁铁工作的，即通电导线的周围存在磁场，故C不符合题意； D．动圈式扬声器是利用通电导线在磁场中受力的作用工作的，故D符合题意。 故选D。 【典例8】一种动圈式扬声器可以代替话筒使用，如图所示。人对着扬声器的锥形纸盆说话，声音使纸盆振动，与纸盆相连的线圈也会随着振动（线圈放置在一个永久磁体的磁场中），这时线圈中就会产生随声音变化的电流，下列说法正确的是（    ） A．该过程中，电能转化为机械能 B．该过程中，线圈在磁场中不受力 C．该过程的原理与电动机相同 D．该过程的原理与发电机相同 【答案】D 【详解】由题意知，动圈式扬声器的原理是：纸盆的振动带动线圈在磁场在做切割磁感线的运动，会在线圈中产生感应电流，即是电磁感应现象。 A．该过程中是机械能转化为电能，故A错误； B．该过程中线圈在磁场中受力的作用，故B错误； CD．该过程的原理与发电机相同，即都是电磁感应现象，故C错误，D正确。 故选D。 【典例9】如图所示是一种动圈式耳机的内部结构示意图。当音圈中有大小和方向反复变化的电流通过时，音圈带动音膜 （选填“向左”“向右”或“左右往复”）运动。音圈之所以运动，是由于磁场对 有力的作用，此现象中能量转化情况是 。 【答案】 左右往复 通电导体 电能转化为机械能 【详解】[1][2][3]当音圈中有大小和方向反复变化的电流通过时，音圈带动音膜左右往复运动，因为电流方向改变，音圈受力方向改变。音圈之所以运动，是由于磁场对通电导体有力的作用，改变了线圈的运动状态。此现象中，消耗电能，产生机械能，电能转化为机械能。 扩展阅读：磁电式电表 1.基本定义：电流表、电压表等磁电式电表，基于通电导线在磁场中受力的原理实现测量。 2. 构造组成： ① 磁场系统：蹄形磁体、弧形极靴、固定圆柱形铁芯（共同形成辐射状均匀磁场）； ② 转动系统：可转动的轻质铝框（绕有线圈）、转轴（装配螺旋弹簧、指针），线圈两端与螺旋弹簧连接（用于通入被测电流）。 3. 工作原理： ① 磁场特性：蹄形磁体与铁芯间的磁场呈辐射状均匀分布，确保线圈平面都与磁场方向平行； ② 受力与转动：电流通过线圈时，线圈受磁场力而发生转动；同时螺旋弹簧因扭动产生阻碍转动的力； ③ 平衡状态：当磁场力与弹簧阻碍力平衡时，线圈达到转动平衡。 4. 电流与偏转的关系：线圈中电流越大→受磁场力越大→平衡时指针偏转角度越大→通过指针偏转角度直观反映被测电流的强弱。 课 堂 练 习 1．如图小苏同学在汽车模型的正前方用电扇迎面吹风，模拟汽车行驶时的气流。当无风时，托盘测力计示数为20N；当电风扇吹风时，托盘测力计的示数为15N。据此分析下列说法正确的是（　　） A．汽车在公路上加速行驶过程中受到地面的摩擦力逐渐减小 B．汽车模型的重力和汽车对托盘的压力是一对平衡力 C．电风扇中电动机与话筒工作原理相同 D．托盘测力计和气流相对于汽车模型是静止的 【答案】A 【详解】A．影响滑动摩擦力的因素是压力和接触面粗糙程度，在加速过程中，气流流速增大，汽车获得的升力也增大，那么汽车对地面的压力就随之减小，滑动摩擦力也会逐渐减小，故A正确； B．汽车模型的重力和汽车对托盘的压力，这两个力作用在不同的物体上，大小相等，但方向相同，它们既不是平衡力，也不是相互作用力，故B错误； C．电动机是利用通电导体在磁场中受力原理工作的，而话筒的工作原理是电磁感应现象，故C错误； D．相对于汽车模型，托盘测力计的位置没有变化，但是气流的位置有所改变，故以汽车模型为参照物，托盘测力计是静止的，气流是运动的，故D错误。 故选A。 2．动圈式话筒和动圈式扬声器是扩音器中的重要组成部分。如图所示为扩音器的工作原理示意图。当对着话筒讲话时，产生的声波使膜片以及与之相连的线圈1一起振动，线圈1在磁场中运动，产生变化的电流；变化的电流经放大电路放大后通过扬声器的线圈2，通电线圈2带动锥形纸盆在磁场中振动，扬声器就发出声音。根据以上原理，下列说法正确的是（　　） A．话筒将电信号转化为声信号，利用了电磁感应原理 B．话筒将电信号转化为声信号，利用了磁场对通电导体有力的作用 C．扬声器将电信号转化为声信号，利用了磁场对通电导体有力的作用 D．扬声器将电信号转化为声信号，利用了电磁感应原理 【答案】C 【详解】A. 话筒的功能是将声信号转化为电信号，并非电信号转化为声信号；其原理是线圈切割磁感线产生电流的电磁感应，故A错误； B. 话筒是将声信号转化为电信号，并非电信号转化为声信号；其原理是电磁感应，并非磁场对通电导体有力的作用，故B错误； C. 扬声器的功能是将电信号转化为声信号；电流通过线圈时，线圈在磁场中受力振动，带动纸盆发声，这利用了磁场对通电导体有力的作用，故C正确； D. 扬声器利用的是磁场对通电导体有力的作用，并非电磁感应原理；电磁感应是“磁生电”，而扬声器是“电生磁再受力”，故D错误。 故选C。 3．如图所示，闭合开关，磁场对导体的力F竖直向下，下列选项分别表示闭合开关时磁场对导体ab或cd的力的方向正确的是（   ） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】通电导体在磁场中受力的方向与电流的方向和磁场方向有关。 A．与题图相比，磁场方向不变，通过导体ab的电流方向改变，则受到的磁场力方向改变，应为竖直向上，故A错误； B．与题图相比，磁场方向改变，通过导体cd的电流方向改变，则受到的磁场力方向不变，应为竖直向下，故B错误； C．与题图相比，磁场方向改变，通过导体ab的电流方向不变，则受到的磁场力方向改变，应为竖直向上，故C错误； D．与题图相比，磁场方向改变，通过导体ab的电流方向改变，则受到的磁场力方向不变，应为竖直向下，故D正确。 故选D。 4．如图甲、乙所示，在线圈转动过程中，经过图甲位置时，线圈左右两边所受的两个力不平衡的原因是这两个力 ；经过图乙位置的线圈恰好处于平衡位置，此时线圈由于 不会静止。 【答案】 不在同一直线上 惯性 【详解】[1]在线圈转动过程中，经过图甲位置时，由于线圈左右两边所处的磁场方向相同，通过的电流大小相同，但方向相反，则所受的两个力大小相同，方向相反，但不在同一直线上，不是一对平衡力，所以线圈左右两边所受的两个力不平衡的原因是这两个力不在同一直线上。 [2]经过图乙位置的线圈恰好处于平衡位置，此时线圈不会静止是因为线圈由于惯性要保持原来的运动状态。 5．如题图所示装置，闭合开关，线圈开始转动，磁场对线圈 （选填“有”“无”）作用力，其工作原理与 （选填“发电机”“电动机”）相同。仅调换电源的正负极，线圈转动方向与原转动方向 。 【答案】 有 电动机 相反 【详解】[1]如题图所示装置，闭合开关，线圈开始转动，说明线圈受力的作用即磁场对线圈有作用力。 [2]电动机的原理是通电导体在磁场中受力的作用，发电机原理是电磁感应，因此其工作原理与电动机相同。 [3]仅调换电源的正负极，电流方向改变，线圈转动方向与原转动方向相反。 6．【项目提出】小梦学习小组参加了制作电动机模型活动。 【项目实施】将一段漆包线绕成约为 3cm×2cm的矩形线圈，漆包线在线圈的两端各伸出约3cm，然后用小刀刮两端引线的漆皮，并将该线圈放在支架上。线圈两端的引线通过两个支架分别与电池的两极相连，如图所示。给线圈通电并用手轻推一下，线圈就会不停地转下去。 (1)在漆包线两端用小刀刮去引线的漆皮，刮线的要求是 （选填“A”或“B”）。 A．左端全部刮掉，右端全部刮掉 B．左端全部刮掉，右端只刮掉上半周 (2)如果整个制作过程及元件都正常，闭合开关后线圈不动，小梦应该做的尝试是 或 。 【项目拓展】 (3)在制作过程中，若要改变电动机的转动方向，可采取的做法是 。（答出一点即可） 【答案】(1)B；(2)增大电源电压；换一块磁性更强的磁体；(3)将电源的正、负极对调/将磁体的N、S极对调 【详解】（1）在制作简易电动机模型时，将线圈两端引线的漆皮，一端全部刮掉，另一端只刮半周，这样在一个半周内受到磁场的力的作用而转动，另一个半周利用惯性转动，若两端的漆皮都全部刮掉，线圈就不能持续转动。 故选B。 （2）[1][2]如果整个制作过程及元件都正常，闭合开关后线圈不动，可能是线圈受力太小，原因是电流太小或磁场太弱，所以可以增大电源电压来增大电流，或者换用磁性更强的磁体 。 （3）电动机的转动方向与电流方向和磁场方向有关，所以若要改变电动机的转动方向，可采取的做法是改变电流方向，比如对调电源正负极；或者改变磁场方向，比如对调磁体的磁极。 板 书 设 计 第五节 磁场对通电导线的作用力 一、磁场对通电导线的作用 1. 作用力存在：通电导线在磁场中受力，电能转化为动能 2. 方向影响因素：电流方向、磁场方向（任一个反向，受力反向） 3. 左手定则：磁感线穿掌心，四指指电流，拇指指受力方向 二、电动机 1. 工作原理：通电导线在磁场中受力运动 2. 构造：线圈、磁体、换向器（两个铜半环）、电刷 3. 换向器作用：每转半周改变电流方向，使线圈持续转动 4. 分类：直流电动机、交流电动机 三、动圈式扬声器 1. 工作原理：电流方向变化→受力方向变化→往复运动 2. 构造：永磁体、音圈、锥形纸盆 3. 应用：扬声器、耳机 四、磁电式电表 1. 工作原理：通电线圈在磁场中受力转动 2. 核心结构：磁场系统、转动系统 3. 特点：电流越大，指针偏转角度越大 课 堂 小 结 第五节 磁场对通电导线的作用力 课 后 作 业 1.习题作业：完成课本“自我检测”剩余题目； 2.拓展作业：查阅资料，了解“无刷电动机”的工作原理，对比它与“有刷电动机（含换向器）”的区别； 3.实践作业：用电池、导线、磁体等材料，自制简易电动机，观察“换向器”的作用，记录实验过程与发现。 教 学 反 思 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 $