2 磁场对电流的作用（表格式教学设计）物理教科版2024 九年级上册

8.2 磁场对电流的作用（教学设计） 年级 九年级 学科 物理 教师 课题 8.2 磁场对电流的作用 教学 目标 物理观念 认识磁场对通电导体有力的作用，理解其方向与电流方向、磁场方向有关，并了解电动机的基本工作原理。 科学思维 能够分析通电导体在磁场中的受力方向，并通过比较归纳影响磁场力大小的因素。 科学探究 通过实验探究磁场对电流的作用，观察并总结受力方向与大小随电流、磁场变化的规律。 科学态度 与责任 了解电动机技术对现代社会的意义，认识物理规律在工程技术中的应用价值，培养科学探索与创新意识。 教材 分析 本节作为“磁现象”单元的核心内容，旨在通过磁场对电流的作用规律，贯通物理原理与工程技术应用，实现科学探究与科技创新的深度融合。教材内容围绕“现象发现—规律探究—模型建构—技术应用”的逻辑主线展开： 一、现象与规律结合：从奥斯特实验的逆向思考入手，将“电流产生磁场”的已有认知延伸到“磁场对电流产生力的作用”的新发现，通过直观的实验现象引出安培力的概念，建立“电流效应—相互作用”的认知联结。引导学生从对称性和相互作用的物理观念理解这一规律。 二、定性与定量过渡 从磁场力方向的定性判断，逐步延伸到影响安培力大小的因素探究，引导学生理解电流强度、磁场强弱、导体长度等因素对作用力的影响，初步接触物理量间的定量关系，为后续电磁学学习奠定基础。 三、原理与应用融合：通过电动机工作原理的剖析，将规律与机械运动、能量转换等知识有机结合。引导学生理解电能如何通过磁场对电流的作用转化为机械能，建立“物理规律—技术实现—社会应用”的完整认知链条，体现科学知识的技术价值。 教学建议：建议采用“现象激疑—规律探究—模型建构—应用拓展”的教学路径。以电动机、扬声器等生活实例创设情境，通过分组实验探究安培力的方向规律，利用三维动画或实物模型辅助理解左手定则的空间关系。在电动机原理分析中，可通过拆解简易电动机模型，引导学生观察换向器的关键作用。注重引导学生从能量转换角度理解电磁技术的现代应用，初步形成“科学原理—技术创新—社会发展”相统一的系统思维视角。 学情分析 1. 知识储备分析：学生在学习本节前，已掌握了磁场的基本概念、磁感线的描述方法以及电流的磁效应（奥斯特实验），具备理解“磁场对电流产生力”的初步基础。但学生对安培力的方向判断方法（左手定则）尚不熟悉，对磁场方向、电流方向与受力方向之间的三维空间关系缺乏系统认知。部分学生对电动机等电磁设备的工作原理仅停留在“通电转动”的浅层认识，尚未建立“电能—磁力—机械能”的完整物理图景。 2. 思维能力分析：学生已具备从实验现象中归纳物理规律的初步能力，并能运用磁感线模型分析静态磁场分布。同时，从力的规律到电动机工作原理的推导，需要学生建立“原理—结构—功能”的技术思维，实现从物理理论到工程应用的跨越。 3. 学习兴趣与态度分析：学生对电动机、磁悬浮列车等依靠磁场力工作的科技产品具有浓厚兴趣，尤其对“通电导线在磁场中运动”的实验现象充满好奇。通过动手组装简易电动机、探究力方向与大小的影响因素，能够有效激发学生的实践热情和探究动机。借助我国在电机驱动、电磁推进等领域的技术成就，引导学生感受物理规律对现代科技的推动作用，培养其科学探究精神与技术应用意识。 教学重点 1.通电导线在磁场中受力的方向与电流方向、磁场方向的关系；2.换向器的作用及电动机的工作原理。 教学难点 左手定则的应用；换向器实现线圈连续转动的原理。 教学 器材 蹄形磁铁、金属导轨、直导线、学生电源、开关、导线、课件等。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 【提出问题】 磁体会在周围形成磁场，磁体间通过磁场可以产生相互的作用力。而通电导线也会在周围形成磁场，那么通电导线在磁场中是否也会受到力的作用？如果受力，这个力又和哪些因素有关？ 思考并回答问题，进入情景。 学习新课 一、磁场对通电导线的作用 1. 实验探究——让通电导线在磁场中动起来 【猜想与假设】 （1）通电导线在磁场中会受到力的作用； （2）力的方向可能与电流方向、磁场方向有关。 【实验器材】蹄形磁铁1个、金属导轨1套、直导线1根、学生电源1台、开关1个、导线若干。 【实验一】按照图示连接电路，将直导线ab放在磁铁的磁场中，导线两端通过光滑金属导轨与电源、开关相连。闭合开关，观察发生的现象。 【实验现象】闭合开关后，直导体ab在光滑导轨上运动。 【实验结论一】通电导体在磁场中会受到力的作用。 【实验二】断开开关，调整电路，把电源的正、负极对调后接入电路，使通过直导体ab的电流方向与原来的相反。接通电路，观察直导体ab的运动情况。 【实验现象】闭合开关后，直导体ab在光滑导轨上运动，且运动的方向与第一次实验时相反。 【实验结论二】磁场方向一定时，改变电流方向，磁场中导体运动方向改变。 【实验三】保持通过直导体ab的电流方向不变，把蹄形磁体的两个磁极对调，使磁场方向与原来相反，观察直导体ab的运动情况。 【实验现象】闭合开关后，直导体ab在光滑导轨上运动，且运动的方向与第一次实验时相反。 【实验结论三】电流方向一定时，改变磁场方向，磁场中导体运动方向改变。 【实验四】同时改变通过直导体ab的电流方向和磁场方向，接通电路，观察直导体ab的运动情况。 【实验现象】闭合开关后，直导体ab在光滑导轨上运动，且运动的方向与第一次实验时相同。 【实验结论四】电流方向和磁场方向同时改变时，磁场中导体运动方向不变。 【总结归纳】 （1）通电导线在磁场中受到力的作用； （2）通电导线在磁场中受到力的方向跟电流的方向、磁场的方向都有关系。 当电流的方向或者磁场的方向改变时，通电导线受力的方向改变。 当电流的方向和磁场的方向同时改变时，通电导线受力的方向不变。 2. 电动机的发明 通电导线在磁场中受到力的作用后开始运动，从能量角度来看，磁场对电流的作用，表明电能可以转化为机械能，据此，许多科学家提出了电动机的设想，经过几十年的努力，实用的电动机的制造技术才逐渐完善。现在，电动机已成为电气时代的标志。不管是电动玩具通电后动起来，电风扇通电后扇叶转动，电动车启动后便可行驶，充满电的机器人能做家务，这些都得益于电动机。 【例题1】如图所示，把导体棒ab放在磁场里处于静止状态，接通电源，导体棒ab向左运动。然后把蹄形磁体的上、下磁极对调后接入电路，导体棒ab向右运动。下列说法正确的是（　　） A．导体棒ab可以是铁棒 B．导体放在磁场中一定受到磁力的作用 C．导体棒运动的方向只与磁场方向有关 D．再改变通过导体棒ab的电流方向，导体棒ab向左运动 【答案】D 【例题2】在“探究通电导体在磁场中受力作用”实验中，小刚发现金属棒在磁场中摆动的幅度不同。根据这一现象他提出了“通电导体在磁场中受力大小与哪些因素有关”的问题，并进行了以下猜想。 猜想1：与通过导体的电流大小有关； 猜想2：与导体的材料有关； 猜想3：与磁场的强弱有关。 小刚用细线将铜棒悬挂起来，使之处于水平放置的U形磁体的磁场中，并连接了如图所示的电路。请你回答下列问题： (1)实验中铜棒在磁场中受力的大小可以通过观察 与竖直方向的夹角来判断。 (2)探究猜想1时，小刚将铜棒水平悬挂于磁场中的某位置，闭合开关并向左移动滑片，细线偏转的角度越来越大，可得出结论：当磁场的强弱和导体的材料相同时，电流越大，通电导体在磁场中受到的力越 。 (3)为了探究猜想2，小刚仅用长度、粗细相同的铝棒代替铜棒并保持滑片的位置不变，闭合开关后发现铝棒静止时细线偏转的角度与用铜棒做实验时不同，于是得出“电流和磁场强弱相同时，通电导体在磁场中受力大小与导体的材料有关”这一结论。小刚得出的结论是否可信？ （选填“可信”或“不可信”），理由是 。 (4)探究猜想3的过程中，当细线偏转到一定角度时，铜棒处于静止状态，此时磁场对铜棒施加了一个水平向右的力F，则铜棒所受细线拉力与重力的合力方向为 。 【答案】 (1)细线 (2)大 (3) 不可信 长度、粗细相同的铜棒和铝棒的电阻不同，重力也不同 (4)水平向左 猜想通电导线在磁场中受力，以及力方向的影响因素。 进行实验，验证通电导线在磁场中受力。 继续实验，验证影响力方向的因素：电流方向、磁场方向。 罗盘的结构和原理解释。 总结通电导线在磁场中的受力规律。 简述通电导线受力运动时的能量变化，引出电动机概念。 完成例题1、例题2加强对于通电导线在磁场中受力的认识，深化对于力的方向影响因素的了解。 学习新课 二、让线圈在磁场中转起来 【想一想】在前面实验中直导线运动一段距离就会离开磁场，不能持续地运动。如果把一个通电的线圈放到磁场中，它会持续地转动吗？ 1873年，在一次博览会上，一位工作人员很偶然地把两台发电机连在一起，一台发电机产生的电流通过了另一台发电机的线圈，后一台发电机竟转动了起来！这一偶然发现表明，电动机和发电机应该有类似的结构，可以把通电线圈放在磁场中，使之转动，从而将电能转化为机械能。 1. 实验——通电线圈在磁场中转动 【实验目标】 把使线圈位于磁体两个磁极间的磁场中。接通电源，让电流通过，观察它的运动，并分析线框的受力情况。 【实验现象】 将通电线圈放入磁场中，线圈会转过一个角度，但不能持续转动。 【原因分析】 通电后，线圈受力开始转动，当线圈转到平衡位置（线圈平面与磁场垂直）时，受到的力是一对平衡力，线圈会因惯性越过该位置。但越过平衡位置后，受力方向会阻碍其继续沿原方向转动。 【解决方案假想】线圈不能连续转动的原因是圈线越过平衡位置后，所受的力方向与运动方向相反。而磁场中导体受力的方向与电流方向和磁场方向都有关系。 假想一：当线圈转到平衡位置时，立即改变电流的方向。 假想二：当线圈转到平衡位置时，立即改变磁场的方向。 这样就可以让线圈依然受到原来方向的力，从而实现连续的转动。 2. 换向器 为了让线圈能够做到连续转动，我们一般采用改变电流方向的方法，每当线圈刚转过平衡位置，就改变一次电流方向，线圈就可以不停地转动下去了，实际的电动机可以通过换向器来实现。 换向器的作用：线圈刚转过平衡位置时，自动改变线圈中电流方向，每半周改变一次，使线圈持续转动。 换向器的结构：由两个彼此绝缘的铜半环E、F（换向片）和电刷A、B组成。 换向器的工作原理：通过电刷与换向片的滑动接触，保证线圈每转半周，电流方向改变一次，使线圈受到的力始终推动它朝同一方向转动。 【例题3】甲、乙两图中的矩形线圈摆放情况如图所示，甲图中线圈与磁场平行，乙图中线圈与磁场垂直，现在给它们通以相同的电流，甲图中导线ab的受力情况如图所示，则下列说法正确的是（　　） A．甲图中导线ab和cd受力方向相反，线圈能转动 B．乙图中导线ab和cd受力方向相反，线圈能转动 C．甲图中导线ab和cd受力方向相同，线圈能转动 D．甲乙图中导线ab受到的力的方向不同 【答案】 A 【例题4】小明在制作电动机模型时把一段粗漆包线绕成3cm×2cm矩形线圈，漆包线在线圈的两端各伸出约3cm，用硬金属丝做两个支架，两个支架分别与电池的两极相连接。把线圈放在支架上线圈下放一块强磁铁，如图所示。给线圈通电并用手轻推一下，线圈就会持续转动。 （1）在漆包线两端用小刀刮去引线的漆皮，为使线圈能够持续转动，刮线的要求是 ； A．两端全刮掉  B．一端全部刮掉，另一端只刮半周 （2）在线圈转动过程中经过如图甲、乙所示两个位置，图 的线圈恰好处于平衡位置，此时线圈由于 不会静止；另一个图中线圈左右两边所受的两个力不平衡的原因是这两个力 。如图丙所示的线圈可以持续转动，是因为它加装了换向器，能在线圈刚转过平衡位置时，自动改变 中的电流方向。 【答案】 B 乙 惯性 不在同一直线上 线圈 提出问题，引导同学们思考如何让线圈在磁场中连续转动。 设计实验，探究线圈在磁场中的转动情况并分析受力特点。 对于线圈不能连续转动的原因说明。 使线圈连续转动的猜想与假设。 介绍换向器。对于结构和原理进行说明。 完成例题3例题4继续深化对于线圈在磁场中转动的认识，巩固换向器的作用及原理说明。 学习新课 三、电动机与人类文明 1. 电动机 （1）电动机的主要构造：电动机主要由线圈和磁体两部分组成。能够转动的部分（线圈）叫作转子；固定不动的部分（磁体）叫作定子。电动机工作时，转子在定子中转动。 （2）电动机的工作原理：利用磁场对电流的作用使线圈受力转动，同时通过换向器及时改变线圈中的电流方向，从而使转子持续转动。实际的电动机都有多个线圈，每个线圈都接在一对换向片上，以保证每个线圈在转动的过程中受力的方向都能使它朝同一方向转动。 2. 现代生活中的电动机应用 电动机的应用：电动机的发明和应用是第二次科技革命的核心标志之一，极大地推动了生产力发展和社会进步，是现代工业、交通和日常生活不可或缺的动力来源。 家用电器：电风扇、洗衣机、吸尘器等。 交通工具：电动自行车、电动汽车、电力机车等。 工业生产：机床、风机、水泵、机器人等。 【例题5】下列装置中是电动机工作原理的是（　　） A． B． C． D． 【答案】 B 【例题6】研究电动机的工作过程． （1）电动机的工作原理是磁场对 有力的作用．甲图中，线圈左右两边框ab、cd的受力方向相反，其原因是 ． （2）乙图中的线圈所在的位置 （填“是”或“不是”）平衡位置，图中C、D组成的装置叫 ，它的作用是在线圈 （填“刚转到”“即将转到”或“刚转过”）平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向，从而使线圈持续转动电动机工作时是把电能转化为 ． 【答案】通电线圈 电流方向不同 是 换向器 刚转过 机械能 介绍常见电动机的主要构造。 解释电动机的工作原理。 说明电动机在现代社会中的重要作用与意义。 完成例题5，例题6加深对于电动机的认识，包括工作过程与工作原理的深入了解。 课 堂 练 习 课 堂 练 习 1．如图所示的设备中利用磁场对电流的作用原理制成的是（   ） A．    电磁起重机 B．电铃 C．扬声器 D．电磁阀 【答案】C 【详解】A．电磁起重机是利用电流的磁效应来工作的，即通电线圈产生磁场，吸引铁磁性物质。故A不符合题意。 B．电铃是利用电流的磁效应来工作的，即通电电磁铁产生磁性，吸引衔铁，使锤头敲击铃碗发声。故B不符合题意。 C．图中所示为扬声器的结构。扬声器工作时，变化的音频电流通过音圈，位于永磁体磁场中的通电线圈会受到力的作用而前后振动，带动纸盆振动发声。这是利用了“磁场对电流有力的作用”这一原理。故C符合题意。 D．电磁阀是利用电流的磁效应来工作的，即通电线圈产生磁场，控制衔铁的运动，从而控制阀门的开闭。故D不符合题意。 故选C。 2．扫地机器人的核心部件为电动机，其工作原理与图中哪个实验的原理相同（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】电动机的工作原理为通电线圈在磁场中受力转动。 A．图中演示的为同名磁极相互排斥的现象，故A不符合题意； B．图中是奥斯特实验的装置图，说明了通电导体周围存在磁场，故B不符合题意； C．图中有电源，闭合开关后通电导体受力运动，符合电动机的原理，故C符合题意； D．图中是探究电磁铁磁性强弱影响因素的实验装置，故D不符合题意。 故选C。 3．如图所示，小明用漆包线、两节干电池、磁体等器材，成功制作了一个小电动机。他想改变电动机线圈转动的方向，下列方法可行的是（　　） A．增强磁体的磁性 B．增加线圈的匝数 C．改变线圈中电流的方向 D．对调磁极并改变线圈中电流的方向 【答案】C 【详解】电动机线圈的转动方向由电流方向和磁场方向共同决定，改变其中一个因素，转动方向就会改变；若同时改变两个因素，转动方向不变； A．增强磁体的磁性，只会改变线圈的转动速度，不会改变转动方向，故A不符合题意； B．增加线圈的匝数，同样只会改变转动速度，不改变转动方向，故B不符合题意； C．改变线圈中电流的方向，能改变线圈的转动方向，故C符合题意； D．对调磁极并改变线圈中电流的方向，两个影响因素同时改变，线圈转动方向不变，故D不符合题意。 故选C。 4．如图为玩具小汽车内直流电动机的结构简图，该电动机工作时将电能转化为 能和内能。直流电动机中换向器的作用是 。如果想改变该直流电动机的转动方向，你可以采取的方法是 （写一条合理方法即可）。 【答案】 机械 见解析 改变电流方向 【详解】[1]电动机工作时，需要消耗电能，同时电动机转动，可知将电能转化为机械能。 [2]为使线圈持续转动，直流电动机中安装了换向器。直流电动机中换向器的作用是：当线圈刚转过平衡位置时，能自动改变线圈中的电流方向，使线圈持续转动。 [3]线圈的转动方向与磁场方向和电流方向有关。改变电动机的转动方向有两种方法：①可保持磁场方向不变，改变电流方向；②可保持电流方向不变，改变磁场的方向。 5．如图所示，在直流电动机的工作过程中，“换向器”起到了关键的作用，它能在线圈刚转过平衡位置时就自动改变线圈中的 。直流电动机工作时把电能转化为 和内能。 【答案】 电流方向 机械能 【详解】[1]直流电动机的换向器，作用是在线圈刚转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向，这样能让线圈持续地转动下去。 [2]直流电动机工作时，会把电能主要转化为机械能，同时因为线圈存在电阻，会产生少量内能。 6．如图所示的装置，甲、乙两部分均放在水平桌面上，闭合开关，用外力使导体棒ab水平向右运动，导体棒cd也随之运动。 (1)甲部分发生的是 现象，最早发现这个科学原理的物理学家是 ，人们根据这一原理发明了 （选填“麦克风”或“扬声器”）；若用外力使导体棒ab竖直向上运动，导体棒cd （选填“会”或“不会”）随之运动。 (2)有一种“车窗爆破器”，其原理是：当爆破器中的线圈有电流通过时，爆破器中的“钨钢头”会产生一个瞬间的冲击力，这个过程发生的能量转化是 能转化为 能，上述装置中 （选填“甲”或“乙”）部分发生的能量转化与这一过程相同。 【答案】(1) 电磁感应 法拉第 麦克风 不会 (2) 电能 机械 乙 【详解】（1）[1][2]闭合开关，导体ab和cd组成一个闭合电路，闭合电路的一部分导体ab在磁场中做切割磁感线运动，闭合电路中有了感应电流，这种现象是电磁感应现象，法拉第最先发现了电磁感应现象。 [3]人们根据电磁感应原理发明了麦克风，麦克风是将声信号转化为电信号，利用电磁感应产生电流；而扬声器是利用通电导体在磁场中受力运动的原理。 [4]若用外力使导体棒ab竖直向上运动，导体棒ab没有切割磁感线，所以不会产生感应电流，故导体棒cd不会随之运动。 （2）[1][2]当车窗爆破器中的线圈有电流通过时，爆破器中的“钨钢头”产生冲击力，是电能转化为机械能。 [3]上述装置中，乙部分是通电导体cd在磁场中受到力的作用，由电能转化为机械能，与“车窗爆破器”的能量转化相同，因此选乙。 7．在“探究电动机为什么会转动”的实验中。 (1)我们首先想到的是磁体间发生相互作用是因为一个磁体放在了另一个磁体的磁场中，那么通电导体周围也存在 ，磁体会对通电导体产生力的作用吗？ (2)如图所示，将一根导体置于蹄形磁体的两极之间，闭合开关前，导体静止不动，闭合开关后，导体 ，说明磁场对通电导体有力的作用。 (3)断开开关，将图中磁体的、极对调，再闭合开关，会发现导体的运动方向与对调前的运动方向 ，说明通电导体在磁场中的受力方向与 有关。 (4)断开开关，将图中电源的正、负极对调，再闭合开关，会发现导体的运动方向与对调前的运动方向 ，说明通电导体在磁场中的受力方向与 有关。 (5)如果同时改变磁场方向和电流方向， （选填“能”或“不能”）确定受力方向与磁场方向或电流方向是否有关。 【答案】(1)磁场 (2)运动 (3) 相反 磁场方向 (4) 相反 电流方向 (5)不能 【详解】（1）奥斯特实验证明，通电导体周围存在磁场，即电流具有磁效应，这是通电导体能与磁体发生相互作用的前提——磁体的磁场会对通电导体的磁场产生力的作用，进而使导体运动； （2）闭合开关前，电路处于断路状态，导体中无电流，不受磁场力的作用，因此保持静止。闭合开关后，电路接通，导体中有持续电流，在蹄形磁体的磁场中受到力的作用，因此变为运动，这一现象说明，磁场对通电导体有力的作用； （3）[1][2]断开开关，将图中磁体的、极对调，则磁场方向改变，再闭合开关，会发现导体的运动方向与对调前的运动方向相反，这是因为导体受力方向发生了改变，说明通电导体在磁场中的受力方向与磁场方向有关； （4）[1][2]断开开关，将图中电源的正、负极对调，再闭合开关，导体中的电流方向发生改变，会发现导体的运动方向与对调前的运动方向相反，这是因为导体受力方向发生了改变，说明通电导体在磁场中的受力方向与电流方向有关； （5）控制变量法的核心是“每次只改变一个变量，观察其对实验结果的影响”，若同时改变“磁场方向”和“电流方向”，根据前两问结论，磁场方向改变会使受力方向反向，电流方向改变也会使受力方向反向。两个“反向”叠加后，导体的受力方向会恢复到原来的方向，无法判断是哪个变量（或两个变量）导致了结果变化；因此，不能确定受力方向与磁场方向或电流方向是否有关。 板 书 设 计 第2节 磁场对电流的作用 一、通电导线在磁场中受力 现象：通电导线在磁场中会运动 结论：磁场对电流有力的作用 二、受力方向的影响因素 与电流方向有关：改变电流方向 → 受力方向改变 与磁场方向有关：改变磁场方向 → 受力方向改变 同时改变电流和磁场方向 → 受力方向不变 三、电动机 1.基本原理：利用磁场对电流的作用力，将电能转化为机械能。 2.主要构造：定子（固定）—磁体；转子（转动）—线圈；换向器；电刷。 3.换向器的作用：自动改变线圈中的电流方向，保证线圈持续转动。 课 堂 小 结 8.2 磁场对电流的作用 作 业 1. 完成课后作业：“练习与应用” 2. 配套同步分层作业 教学反思 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $