14.5 磁场对通电导线的作用力 教学设计 2026-2027学年物理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，涵盖左手定则、电动机（含换向器）、动圈式扬声器等核心知识点。通过电风扇、电动车等生活实例导入，衔接“电生磁”前序知识，构建“电→磁→力”完整认知链条，引导学生从受力问题切入探究。 该资料以实验探究为核心，用控制变量法探究受力方向与电流、磁场方向关系，制作简易电动机活动培养科学探究能力。通过左手定则建立空间模型、分析线圈转动四阶段提升科学思维，结合电动机、扬声器实际应用渗透科学态度与责任，助力学生构建知识框架，提升教师教学效率。

14.5 磁场对通电导线的作用力 教案 课题 14.5 磁场对通电导线的作用力 课型 新授课 课时 1课时（45分钟） 教材版本 北师大版（2024）九年级全一册 教学方法 实验探究法、演示法、讲授法、讨论法、归纳法、情境教学法、图示法 教学用具 电源、导线、开关、蹄形磁体、金属轨道、直导线、漆包线、永磁体、金属丝支架、电动机模型、动圈式扬声器模型、多媒体课件 教材分析：本节是第十四章"电与磁"的第五节，是在学生学习了电流的磁场（电生磁）之后，进一步探究磁场对电流的作用（磁场对通电导线的作用力），实现了"电→磁→力"的完整认知链条。本节包括三个核心知识点：磁场对通电导线的作用力（实验探究受力方向与电流/磁场方向关系、左手定则）、电动机（原理、换向器、实际结构、分类）、动圈式扬声器（原理、构造、发声过程）。本节还介绍了磁电式电表的工作原理，拓展了磁场对通电导线作用力的应用。本节是连接"电生磁"与"磁生电"的桥梁，为下一章学习电磁感应奠定基础，同时电动机是重要的实际应用，体现了"从物理走向社会"的理念。 学情分析：学生已学习了电流的磁场（奥斯特实验、通电螺线管、右手螺旋定则），对"电→磁"建立了认知。本节反之研究"磁场对电流的作用"，学生容易理解，但左手定则与右手螺旋定则容易混淆，需要教师强调区别（左手判断"力"的方向，右手判断"磁场"的方向）。学生已有制作简单电路的经验，对制作简易电动机有浓厚兴趣。换向器的工作原理涉及线圈转动四个阶段的动态分析，是教学难点，需要通过多张图片逐步讲解帮助学生理解。动圈式扬声器与电动机原理相同但应用场景不同，学生容易理解但需要区分。 一、核心素养目标 物理观念 理解磁场对通电导线有力的作用，知道通电导线在磁场中受力的方向与电流方向和磁场方向有关。 掌握左手定则，能运用左手定则判断通电导线在磁场中受力方向、电流方向和磁场方向三者之间的关系。 理解电动机的工作原理，知道电动机主要由磁体和线圈组成，能将电能转化为机械能。 知道换向器的作用，理解换向器使线圈在磁场中连续转动的工作原理。 了解动圈式扬声器的构造和工作原理，知道其与电动机原理相同但应用场景不同。 科学思维 通过"改变电流方向→受力方向改变""改变磁场方向→受力方向改变"的实验事实，培养归纳推理能力。 通过左手定则的学习，建立磁场方向、电流方向和受力方向三者之间的空间模型，培养空间想象能力。 通过分析线圈在磁场中四个阶段的转动过程，培养动态分析和逻辑推理能力。 通过电动机与动圈式扬声器的对比分析，培养类比思维和归纳概括能力。 科学探究 经历"观察现象→提出问题→实验探究→分析归纳→得出结论"的完整探究过程，探究磁场对通电导线作用力的方向规律。 在实验过程中使用控制变量法（分别改变电流方向和磁场方向），培养严谨的实验设计能力。 通过制作简易电动机的实验活动，经历"动手制作→观察现象→发现问题→分析原因→改进设计"的探究过程。 科学态度与责任 通过电动机在电力机车、电车、家用电器中的广泛应用，体会物理知识对社会发展的推动作用，增强"从物理走向社会"的意识。 通过了解磁电式电表等精密测量仪器中的应用，体会物理学在科学测量中的重要价值。 在小组合作探究实验中，培养实事求是、严谨认真的科学态度和团队协作精神。 二、教学重难点 教学重点：磁场对通电导线作用力的方向与电流方向、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。 三、教学过程 （一）情境导入——通电后物体运动（3分钟） 【教师活动】同学们，在我们的日常生活中，有很多用电的设备，比如电风扇、电动车、电动玩具等。当这些设备接通电源后，它们的扇叶、车轮就会转动起来。大家有没有想过一个问题：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。那么，是谁给它们施加了力的作用？这些力有什么规律？让我们一起来看几组图片。 电风扇通电后扇叶转动 电动车通电后车轮转动 电动玩具通电后运动 电动机驱动的设备 【学生活动】学生观看图片，积极思考。有学生回答：“是电流给了它们力！” 有学生补充：“准确地说，应该是有电流通过导线时，导线在磁场中受到了力。” 还有学生提出疑问：“这个力的大小和方向有什么规律呢？” 【教师活动】同学们回答得很好！通电导线在磁场中确实会受到力的作用，这就是今天我们要学习的核心内容——磁场对通电导线的作用力。这个力的方向有什么规律？如何利用这个原理来制造电动机？带着这些问题，让我们进入第十四章第五节的学习。 【知识点】通电后物体运动状态改变，说明通电导线在磁场中受到了力的作用。这个力叫做磁场对通电导线的作用力（安培力）。 【设计意图】通过展示电风扇、电动车等常见电器通电后运动的图片，创设生活化情境，引导学生从"谁给了力"的核心问题出发，激发探究欲望，自然过渡到本节内容的学习。 【过渡语】通电导线在磁场中到底受到怎样的力？这个力的方向与哪些因素有关？让我们通过实验来探究这些问题。 （二）知识点一：磁场对通电导线的作用（12分钟） 1. 实验装置与步骤 【教师活动】首先，我们来看实验装置。请同学们观察大屏幕上的实验装置图。实验需要哪些器材呢？ 探究磁场对通电导线作用的实验装置 【学生活动】学生观察实验装置图，逐一识别：电源、开关、导线、蹄形磁体、金属轨道、直导线ab。有学生注意到：“直导线ab放在金属轨道上，可以自由滚动。” 【教师活动】实验装置中的核心部件有：蹄形磁体提供磁场，金属轨道支撑直导线ab，电源提供电流，开关控制电路通断。实验步骤是：闭合开关，让电流通过直导线ab，电流方向从b到a。请同学们注意观察，闭合开关后直导线ab会发生什么现象？ 【学生活动】学生做出预测：有的学生认为直导线ab会静止不动，有的认为它会向某个方向运动。学生带着好奇和期待观察实验。 【知识点】实验装置：电源、开关、蹄形磁体、金属轨道、直导线ab。实验步骤：闭合开关，电流从b流向a通过直导线ab，观察直导线的运动情况。 2. 实验现象1——改变电流方向 【教师活动】现在进行实验。首先，闭合开关，观察直导线ab的运动方向。然后，改变电流方向（将电源正负极对调），再次闭合开关，观察直导线ab的运动方向有什么变化。 【学生活动】学生仔细观察实验现象。第一次：闭合开关，直导线ab向某个方向运动（例如向左）。第二次：改变电流方向后，直导线ab向相反方向运动（向右）。学生惊讶地发现：“电流方向一变，导线运动方向也变了！” 【教师活动】通过这个实验现象，我们可以得出什么结论？ 【学生活动】学生归纳：通电导体在磁场中受力的方向与电流方向有关。当电流方向改变时，受力方向也随之改变。 【知识点】结论一：通电导体在磁场中受力的方向与电流方向有关。改变电流方向，通电导体的受力方向也随之改变。 3. 实验现象2——改变磁场方向 【教师活动】接下来，我们保持电流方向不变，改变磁场方向（将蹄形磁体的N极和S极对调）。再次闭合开关，观察直导线ab的运动方向有什么变化？ 改变磁场方向前——导线受力方向 改变磁场方向后——导线受力方向改变 【学生活动】学生仔细观察实验现象。改变磁场方向前，直导线ab向某个方向运动。改变磁场方向后，直导线ab向相反方向运动。学生总结：“磁场方向一变，受力方向也变了！” 【教师活动】从这一实验现象，我们可以得出什么结论？ 【学生活动】学生归纳：通电导体在磁场中受力的方向与磁场方向有关。当磁场方向改变时，受力方向也随之改变。 【知识点】结论二：通电导体在磁场中受力的方向与磁场方向有关。改变磁场方向，通电导体的受力方向也随之改变。 4. 实验结论总结 【教师活动】通过以上两组实验，我们得到了两个重要的结论。现在让我们把实验结论完整地总结一下。 实验结论示意图 【学生活动】学生总结三条结论：第一，通电导线在磁场中会受到力的作用，导线由静止开始运动，消耗了电能，获得了动能。第二，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。第三，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。 【教师活动】总结得非常全面！这三条结论是我们认识磁场对通电导线作用力的基础。其中最重要的是第二条和第三条：受力方向与电流方向和磁场方向都有关，而且任何一个方向变为相反，受力方向就变为相反。那么，这三个方向之间到底有什么关系？有没有一个简单的方法来判断它们呢？ 【知识点】实验结论：（1）通电导线在磁场中会受到力的作用，电能转化为动能；（2）通电导线在磁场中受力的方向与电流方向和磁场方向有关；（3）电流方向或磁场方向变为相反时，通电导线受力的方向也变为相反。 【过渡语】既然受力方向与电流方向和磁场方向有这样的关系，那么有没有一个简单的方法来判断这三者之间的关系呢？答案是有的——这就是左手定则。 5. 左手定则 【教师活动】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，可以用左手定则来表示。请大家伸出左手，跟我一起做手势。 左手定则三维方向关系图 【教师活动】左手定则的具体做法是：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都跟手掌在同一个平面内。让磁感线垂直穿入手心（即掌心对着N极），四指指向电流的方向，则大拇指所指的方向就是通电导线在磁场中受力的方向。同学们可以记忆为：左手判断"力"的方向——"左力右磁"。 【学生活动】学生伸出左手，跟随教师的示范做手势。手掌平伸，大拇指与四指垂直，让掌心对着N极方向（磁感线穿入手心），四指指向电流方向，大拇指所指方向即为受力方向。学生反复练习，互相检查。 【教师活动】注意！左手定则和右手螺旋定则容易混淆，请大家记住区别：左手定则用来判断磁场对通电导线的作用力方向（"力"用左手），右手螺旋定则用来判断通电螺线管的磁极方向（"磁场"用右手）。简单记忆：左手判"力"，右手判"磁"。 【学生活动】学生举手提问：“老师，为什么一定要用左手？用右手不行吗？” 【教师活动】问得好！左手定则和右手螺旋定则虽然都是用手来判断方向，但它们的应用场景不同。左手定则用于判断通电导线在磁场中的受力方向，涉及电能转化为机械能的过程（电动机原理）；右手螺旋定则用于判断电流产生的磁场方向，涉及电能转化为磁能的过程。用不同的手来区分，就不会混淆了。大家一定要记住：左手判"力"！ 【知识点】左手定则：伸开左手，使拇指与四指垂直且在同一平面内，让磁感线垂直穿入手心，四指指向电流方向，大拇指所指方向即为通电导线受力方向。记忆口诀：左手判"力"——左力右磁。 【易错提示】左手定则与右手螺旋定则的区别：左手定则判断的是通电导线在磁场中的受力方向（电→力，对应电动机原理），右手螺旋定则判断的是电流产生的磁场方向（电→磁，对应电磁铁原理）。牢记"左手判力，右手判磁"，切勿混淆。 课中练习1 【过渡语】通过以上学习，我们掌握了磁场对通电导线作用力的方向规律和左手定则。下面让我们通过一道练习题来检验一下学习效果。 【教师活动】请看题目：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，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（ ） 【学生活动】学生仔细审题，分析现象原理：白炽灯的灯丝中有电流通过（交流电），灯丝相当于通电导线。U形磁体提供磁场，通电的灯丝在磁场中受到力的作用，且电流方向不断变化（交流电），受力方向也随之不断变化，所以灯丝会在磁场中来回晃动。这体现了磁场对通电导线有力的作用。 【教师活动】请一位同学分享你的答案和理由。 【学生活动】学生回答：选B。A选项指南针是利用磁体间的相互作用，与磁场对通电导线的作用力不同；B选项通电导线在磁场中受力运动，与灯丝晃动原理相同，都是磁场对通电导线有力的作用；C选项电磁起重机利用的是电磁铁原理（电流的磁效应），不是磁场对电流的作用力；D选项发电机是利用电磁感应原理（磁生电），与本题现象原理相反。 【教师活动】分析得非常精彩！这道题的关键在于区分几种不同的电磁现象：磁场对通电导线的作用力（灯丝晃动、B选项）是"磁场→力"；电流的磁效应（电磁起重机）是"电→磁"；电磁感应（发电机）是"磁→电"。灯丝晃动是因为灯丝中有交流电通过，在磁场中受力方向不断改变，所以来回晃动。 【设计意图】通过生活情境题（白炽灯灯丝在磁场中晃动），考察学生对磁场对通电导线作用力原理的理解，同时辨析电磁学中三种常见现象（磁场对电流的作用力、电流的磁效应、电磁感应），帮助学生建立清晰的物理概念体系。 课中练习2 【教师活动】我们来看第二道练习题。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（ ） 导体ab在磁场中受力运动实验 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 【学生活动】学生仔细分析：题目要求让导体ab的运动方向改变（从向右变为向左）。根据实验结论，通电导体在磁场中的受力方向与电流方向和磁场方向有关。改变电流方向或改变磁场方向，都可以使受力方向改变。选项中只有B选项"改变电流方向"能改变受力方向。A和C选项改变电压或电流大小，只能改变受力的大小，不能改变方向；D选项改变导体长度，也不能改变受力方向。 【教师活动】请一位同学说说你的答案。 【学生活动】学生回答：选B。根据实验结论，通电导体在磁场中受力方向与电流方向有关，改变电流方向就能改变受力方向，使导体ab向左运动。A、C、D选项都不能改变受力方向。 【教师活动】完全正确！这道题直接考察了实验结论的应用。受力方向与电流方向和磁场方向有关，要改变受力方向，只能改变电流方向或磁场方向。改变电流大小或电压大小，只能改变受力的大小（运动快慢），不能改变方向。 【设计意图】通过直接考察实验结论的选择题，巩固"受力方向与电流方向和磁场方向有关"的核心知识点，帮助学生区分"改变受力方向"和"改变受力大小"的不同方法。 【过渡语】通过实验探究，我们知道了通电导线在磁场中会受到力的作用。那么，利用这个原理，我们可以制造出什么有用的装置呢？这就是我们接下来要学习的——电动机。 （三）知识点二：电动机（12分钟） 1. 简易直流电动机原理 【教师活动】同学们，通电导线在磁场中会受到力的作用，利用这个原理，我们可以制造电动机。电动机是将电能转化为机械能的装置，是现代社会中最常用的动力设备之一。电动机的基本原理是什么呢？ 利用通电导线在磁场中受力原理制成的电动机 【学生活动】学生回答：电动机的工作原理是通电线圈在磁场中受力而转动。当线圈中有电流通过时，线圈的两边在磁场中受到方向相反的力，这两个力使线圈发生转动。 【教师活动】很好！电动机的基本原理就是：通电线圈在磁场中受力而转动，将电能转化为机械能。那么，我们能不能自己动手制作一个简易的电动机呢？ 【知识点】电动机原理：通电线圈在磁场中受力而转动，将电能转化为机械能。电动机的基本组成部分：磁体（提供磁场）和线圈（通电导体）。 2. 制作简易电动机 【教师活动】制作简易电动机需要以下材料和步骤。首先，绕制线圈：用细漆包线绕成矩形线圈，将线头线尾扎在线圈对边的中央，作为转动轴，并去除转轴部分的漆层。 【教师活动】然后，组装固定：用金属丝做成支架，将线圈的转轴放在支架上，使线圈平面处于竖直位置。在支架之间放一个永磁体，让其中一个磁极朝上。最后，支架通过开关与电源两极相连。 【学生活动】学生认真记录制作步骤，理解每一步的目的：绕制矩形线圈是为了形成通电线圈，去除转轴漆层是为了让电流能通过转轴流入线圈，永磁体提供磁场，线圈平面竖直放置是为了让线圈两边在磁场中受力。 【知识点】制作简易电动机步骤：绕制线圈（细漆包线绕矩形线圈，去除转轴漆层）→组装固定（金属丝支架、线圈转轴、永磁体、开关、电源）。 3. 实验现象与问题讨论 【教师活动】闭合开关后，观察线圈的运动情况。大家看到了什么现象？ 【学生活动】学生观察实验现象：闭合开关后，线圈转动起来，但只能转动大约90度，到了某个位置后就停下来了，不能持续转动。 【教师活动】线圈为什么会转动？为什么到了大约90度就停下来了，不能连续转动？如何让线圈连续不断地转动下去？请大家分组讨论这三个问题。 【学生活动】学生分组讨论。关于第一个问题：线圈转动是因为通电线圈的两边在磁场中受到了方向相反的力，这两个力形成力偶，使线圈转动。关于第二个问题：线圈转过90度后到达平衡位置，此时线圈两边受到的力在同一直线上，力偶消失，线圈受到的合力为零，所以停止转动。关于第三个问题：需要让线圈在转过平衡位置后改变电流方向，使线圈继续受到同方向的力偶作用。 【教师活动】讨论得非常深入！第一个问题说明线圈转动的动力来源——磁场对通电导线的作用力提供了力偶；第二个问题揭示了线圈不能连续转动的原因——到达平衡位置后力偶消失；第三个问题指出了解决问题的方向——需要在线圈转过平衡位置后改变电流方向。那么，如何实现自动改变电流方向呢？这就要用到——换向器。 【知识点】三个核心问题：（1）线圈为什么会转动？——通电线圈两边在磁场中受方向相反的力，形成力偶；（2）为什么不能连续转动？——转过90度到达平衡位置，力偶消失，线圈停止；（3）如何让线圈连续转动？——在转过平衡位置后改变电流方向，使受力方向不变。 【过渡语】要解决线圈不能连续转动的问题，工程师们设计了一个巧妙的装置——换向器。让我们来看看换向器是如何工作的。 4. 换向器——解决线圈连续转动的关键 【教师活动】直流电动机中设计了一个关键部件——换向器。换向器由两个铜制半圆环组成，它与电刷配合，就能解决线圈不能连续转动的问题。 换向器与电刷结构示意图 【学生活动】学生观察换向器结构图：两个铜半环分别与线圈的两端相连，电刷固定不动，与铜半环接触，将电流引入线圈。 【教师活动】换向器的关键作用是什么？就是每转动半周，自动改变一次线圈中的电流方向。这样，线圈转过平衡位置后，电流方向改变，线圈两边受到的力仍然使线圈沿同一方向转动，从而实现连续转动。 【知识点】换向器：由两个铜制半圆环组成，与电刷配合。作用：每转动半周，自动改变一次线圈中的电流方向，使线圈能连续不断地沿同一方向转动。 5. 线圈转动过程的四个阶段 【教师活动】让我们来详细分析线圈在磁场中转动的四个阶段。请同学们看大屏幕上的示意图。 【教师活动】第一阶段（图甲→图乙）： 线圈转动过程——图甲 【教师活动】在图甲位置，通电线圈两边在磁场中受到的磁场力方向相反，这两个力使线圈顺时针转动。线圈转过90度，到达图乙状态。 线圈转动过程——图乙（平衡位置） 【教师活动】图乙是平衡位置。此时线圈两边受到的力在同一直线上，力偶为零。但由于惯性，线圈会冲过这个平衡位置，继续转动。 【学生活动】学生跟随教师的讲解，用手指追踪线圈两个边的受力方向，理解从图甲到图乙的转动过程：两边受力方向相反→力偶驱动顺时针转动→到达平衡位置→惯性冲过。 【教师活动】第二阶段（图乙→图丙→图丁→图甲）： 线圈转动过程——图丙（换向器改变电流方向） 【教师活动】当线圈冲过平衡位置到达图丙位置时，换向器自动改变了接触电刷，从而改变了线圈中的电流方向。此时，线圈两边受到的磁场力仍然使线圈沿顺时针方向转动。 线圈转动过程——图丁（靠惯性冲过） 【教师活动】线圈到达图丁位置，靠惯性冲过去。两边所受的磁场力使线圈继续沿顺时针方向转动，再转过90度，回到图甲状态，完成一个完整的转动周期。 【学生活动】学生理解四个阶段的完整过程：图甲→图乙（力偶驱动+惯性冲过平衡位置）→图丙（换向器改变电流方向，受力方向不变）→图丁（惯性冲过+继续受力转动）→图甲（一个周期完成）。学生感叹：“换向器真是一个巧妙的设计！” 【知识点】线圈转动四阶段：甲→乙（力偶驱动，顺时针转动，到达平衡位置，惯性冲过）→丙（换向器改变电流方向，受力方向仍使线圈顺时针转动）→丁（惯性冲过，继续顺时针转动）→甲（完成一个周期）。 【重点强调】理解换向器的关键：如果没有换向器，线圈冲过平衡位置后，电流方向不变，线圈两边受力方向会反转，使线圈反向转动（来回摆动）。有了换向器，每转半周自动改变电流方向，保证了线圈始终受到同一方向的力偶，从而持续转动。 6. 换向器总结与简易方法 换向器组成与作用示意图 【教师活动】现在我们来总结换向器的组成和作用。换向器由两个铜制半圆环组成，与电刷配合。它的作用是：每转动半周，线圈中的电流方向就改变一次，这样线圈就能连续不断地沿同一方向转动下去。 【学生活动】学生做笔记：换向器——两个铜半环+电刷；作用——每转半周改变一次电流方向。 【教师活动】除了使用换向器，还有一种更简易的方法也能让线圈持续转动。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的漆层。这样，当线圈越过平衡位置后，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了。 简易方法：刮去半周漆层的转轴 【学生活动】学生理解简易方法：利用转轴漆层的半周导电、半周绝缘，实现"半周通电受力、半周靠惯性转动"的效果，达到连续转动的目的。 【知识点】换向器：组成——两个铜制半圆环；作用——每转半周改变一次电流方向。简易方法：一个转轴漆层全除，另一个只除上半周或下半周，越过平衡位置后停止供电，靠惯性转动半周后再继续供电。 【判断技巧】判断换向器是否正常工作的关键：看线圈在转过平衡位置后，电流方向是否改变。如果电流方向改变了，线圈就能继续沿同一方向转动；如果电流方向没变，线圈就会来回摆动（不能持续转动）。 7. 实际的电动机 【教师活动】我们刚才制作的简易电动机只有一组线圈，动力较小。实际生产和生活中使用的电动机具有更强劲的动力和更好的平稳性能。 直流电动机与交流电动机应用 【教师活动】实际电动机的结构是怎样的呢？转子：转子的线圈有许多组，镶嵌在铁芯上，换向器由许多对铜片组成。定子：由机壳和电磁铁组成，转子安装在定子里。多组线圈和多对铜片换向器使电动机的转动更加平稳有力。 【教师活动】电动机按供电类型分为直流电动机和交流电动机。直流电动机常用在电力机车、公交电车、货运电瓶车、起重机等方面。交流电动机常用在家用电风扇、洗衣机、电冰箱等家用电器中。 【学生活动】学生感叹：“原来电动机有这么多种类，生活中到处都有电动机！” 学生认识到电动机在现代社会中的广泛应用和重要性。 【知识点】实际电动机：转子（多组线圈+铁芯+多对铜片换向器）和定子（机壳+电磁铁）。分类：直流电动机（电力机车、电车、起重机）和交流电动机（电风扇、洗衣机、电冰箱）。 课中练习3 【过渡语】通过以上的学习，我们了解了电动机的原理、换向器的作用和实际结构。下面让我们通过一道练习题来检验一下学习效果。 【教师活动】请看题目：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（ ） 简易电动机模型 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 【学生活动】学生仔细分析每个选项。A选项：电动机主要由磁体（提供磁场）和线圈（通电导体）组成，正确。B选项：电动机是把电能转化为机械能，不是动能转化为电能，错误。C选项：对调电源正负极就是改变电流方向，根据实验结论，受力方向改变，线圈转动方向也会改变，错误。D选项：电流通过线圈产生的热量与线圈的电阻有关（Q=I^2Rt），错误。 【教师活动】请一位同学分享答案。 【学生活动】学生回答：选A。B选项方向说反了，电动机是电能→机械能；C选项改变电流方向会改变转动方向；D选项热量与电阻有关。只有A正确。 【教师活动】分析得很到位！这道题考察了电动机的基本组成、能量转化、转动方向的影响因素。电动机的核心是磁体和线圈，能量转化是电能→机械能，改变电流方向会改变转动方向。 【设计意图】通过关于电动机的选择题，考察学生对电动机组成、能量转化、转动方向影响因素的综合理解，辨析常见错误认知（如能量转化方向颠倒、电流方向与转动方向的关系等）。 课中练习4 【教师活动】继续看下一道填空题。如图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，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"）。 玩具直流电动机和电动机模型 【学生活动】学生逐空思考：第一空——电动机工作是把电能转化为机械能；第二空——同时改变磁场方向和电流方向，根据左手定则，受力方向不变，所以转动方向不改变；第三空——根据简易方法，一端全刮，另一端刮半周，所以填"半周"。 【教师活动】请一位同学分享答案。 【学生活动】学生回答：机械能、不改变、半周。第一空：电动机工作时电能转化为机械能；第二空：同时改变磁场和电流方向，受力方向不变，转动方向不改变；第三空：简易方法中，一端全刮另一端刮半周，使线圈能连续转动。 【教师活动】回答完全正确！这道题综合考察了电动机的能量转化、同时改变两个方向对受力方向的影响、以及简易方法中漆层刮法的原理。特别要注意第二空：同时改变磁场和电流方向，受力方向不变，所以转动方向不改变——这是左手定则的一个重要推论。 【设计意图】通过填空题考察电动机能量转化、同时改变磁场和电流方向对转动方向的影响、以及简易电动机漆层刮法，综合检验学生对电动机核心知识的掌握。 【过渡语】电动机利用通电线圈在磁场中受力转动，将电能转化为机械能。那么，有没有一种装置，利用同样的原理，但将电能转化为声能呢？这就是我们接下来要学习的——动圈式扬声器。 （四）知识点三：动圈式扬声器（8分钟） 1. 工作原理与构造 【教师活动】动圈式扬声器是收音机、电视机、音响等设备中用来发声的部件。它的工作原理也是建立在磁场对通电导线作用力的基础之上。但和电动机不同的是，通入线圈的电流方向是不断变化的，所以通电导体受力的方向也随电流方向不断变化，实现往复运动。 动圈式扬声器构造示意图 动圈式扬声器环形间隙磁场 【学生活动】学生观察动圈式扬声器的构造图，识别核心部件：永磁体（提供磁场）、音圈（细漆包线绕制的线圈，粘在锥形纸盆后部）、锥形纸盆（振动发声）。学生注意到：永磁体与软铁配合，在环形间隙中形成磁场，音圈就放在这个磁场中。 【教师活动】动圈式扬声器的核心部件有三个：永磁体提供磁场，音圈是通电导体，锥形纸盆用来振动发声。音圈被放置在永磁体与软铁形成的环形间隙磁场中，当音圈中有电流通过时，音圈受到磁场力的作用而运动。 【知识点】动圈式扬声器工作原理：通电导体在磁场中受力的方向随电流方向变化，实现往复运动。核心构造：永磁体（提供磁场）、音圈（通电线圈，粘在纸盆后部）、锥形纸盆（振动发声）。环形间隙磁场：永磁体与软铁配合形成。 2. 发声过程 【教师活动】动圈式扬声器是如何发出声音的呢？让我们来一步步分析它的发声过程。 【教师活动】第一步：音圈中通入大小和方向反复变化的电流（交变电流）。第二步：音圈在磁场中受到方向不断变化的磁场力，使音圈前后往复运动。第三步：音圈带动与之相连的锥形纸盆一起振动。第四步：纸盆的振动推动周围的空气振动，形成声波，我们就听到了声音。 【学生活动】学生用手势模拟发声过程：手指代表音圈，在"磁场"中前后移动，整个手掌代表纸盆随之振动。学生理解：变化的电流→变化的力→往复运动→纸盆振动→发出声音。 【教师活动】动圈式扬声器在传统设备中广泛应用，如收音机、电视机的扬声器，它们以锥形纸盆振动发声。在便携设备中，耳塞式耳机用音膜替代纸盆，但原理与动圈式扬声器完全一致。 【知识点】发声过程：音圈通入变化电流→受磁场力前后往复运动→带动纸盆振动→发出声音。应用：收音机/电视机扬声器（锥形纸盆振动）、耳塞式耳机（音膜替代纸盆，原理一致）。 【理解要点】动圈式扬声器与电动机的对比：两者原理相同（都是通电导体在磁场中受力），但电流特点和运动形式不同。电动机通入的是方向不变的直流电，线圈做旋转运动；动圈式扬声器通入的是方向不断变化的交变电流，音圈做往复直线运动。能量转化也不同：电动机是电能→机械能，扬声器是电能→机械能→声能。 课中练习5 【过渡语】通过以上学习，我们了解了动圈式扬声器的原理和构造。下面让我们通过练习题来巩固所学知识。 【教师活动】请看题目：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 【学生活动】学生分析：电动机的原理是通电导体在磁场中受力运动。A选项指南针利用磁体间相互作用；B选项电磁起重机利用电流的磁效应；C选项电铃利用电磁铁原理；D选项动圈式扬声器也是利用通电导体在磁场中受力运动，与电动机原理相同。 【教师活动】请一位同学分享答案。 【学生活动】学生回答：选D。电动机和动圈式扬声器都是利用通电导体在磁场中受力的原理，只是运动形式不同（电动机是转动，扬声器是往复运动）。 【教师活动】回答正确！这道题的关键是找到与电动机原理相同的装置。电动机和动圈式扬声器都基于"磁场对通电导线的作用力"这一原理，是同一物理原理在不同场景中的应用。 【设计意图】通过原理类比题，帮助学生建立"电动机和动圈式扬声器原理相同"的认知，同时辨析其他电磁现象（磁体相互作用、电流磁效应等），强化对"磁场对通电导线作用力"的理解。 课中练习6 【教师活动】我们来看下一道题。一种动圈式扬声器可以代替话筒使用。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（ ） 动圈式扬声器当话筒使用 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 【学生活动】学生仔细审题：当动圈式扬声器当话筒使用时，说话声音使纸盆振动，纸盆带动线圈在磁场中运动（切割磁感线），线圈中产生感应电流。这个过程是"机械能→电能"，原理是电磁感应，与发电机原理相同。A选项能量转化方向反了；B选项线圈在磁场中运动，受磁场力；C选项与电动机原理不同（电动机是电能→机械能，这里是机械能→电能）。 【教师活动】请一位同学分析这道题。 【学生活动】学生回答：选D。当动圈式扬声器作为话筒使用时，是利用电磁感应原理，机械能转化为电能，与发电机原理相同。A选项说反了，应该是机械能转化为电能；B选项线圈在磁场中运动，会受到磁场力；C选项原理与电动机不同，电动机是通电后受力运动，这里是运动后产生电流。 【教师活动】分析得非常透彻！这道题的关键是区分"动圈式扬声器"和"动圈式话筒"两种工作模式。作为扬声器使用时：电能→机械能→声能，原理是磁场对通电导线的作用力（与电动机相同）；作为话筒使用时：声能→机械能→电能，原理是电磁感应（与发电机相同）。同一个装置，工作模式不同，原理也不同！ 【设计意图】通过扬声器作为话筒使用的逆向应用题，帮助学生理解"扬声器"和"话筒"两种工作模式的原理区别（磁场对电流的作用力vs电磁感应），培养逆向思维和辨析能力，为后续学习电磁感应做铺垫。 课中练习7 【教师活动】最后一道练习题。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________。 动圈式耳机内部结构示意图 【学生活动】学生逐空思考：第一空——电流大小和方向反复变化，受力方向也随之反复变化，所以音圈做左右往复运动；第二空——音圈运动是因为磁场对通电导体有力的作用；第三空——此过程中电能转化为机械能。 【教师活动】请一位同学分享答案。 【学生活动】学生回答：左右往复、通电导体、电能转化为机械能。第一空：电流方向反复变化，受力方向也反复变化，所以音圈左右往复运动；第二空：音圈是通电导体，在磁场中受到力的作用；第三空：电流通过音圈，电能转化为音圈和音膜的机械能。 【教师活动】回答完全正确！这道题综合考察了动圈式耳机（扬声器）的工作原理：变化的电流→变化的磁场力→往复运动→振动发声。能量转化是电能→机械能→声能。 【设计意图】通过填空题考察动圈式耳机（扬声器）的运动形式、受力原因和能量转化，巩固学生对"磁场对通电导体作用力"和能量转化关系的理解。 【过渡语】通过以上学习，我们掌握了磁场对通电导线的作用力、电动机和动圈式扬声器三个核心知识点。现在，让我们来了解磁场对通电导线作用力的另一个重要应用——磁电式电表，并对本节课的知识进行系统总结。 （五）课堂小结与知识拓展（10分钟） 1. 知识拓展——磁电式电表 【教师活动】同学们，电流表、电压表等磁电式电表，也是基于通电导线在磁场中受力的原理来实现测量的。让我们来了解磁电式电表的构造和工作原理。 磁电式电表辐射状磁场示意图 【教师活动】磁电式电表的构造包括磁场系统和转动系统两部分。磁场系统：由蹄形磁体、弧形极靴和固定圆柱形铁芯组成，它们共同形成辐射状均匀分布的磁场，确保线圈平面始终与磁场方向平行。转动系统：由可转动的轻质铝框（绕有线圈）、转轴（装配螺旋弹簧、指针）组成，线圈两端与螺旋弹簧连接，用于通入被测电流。 【学生活动】学生观察磁电式电表构造图，理解辐射状均匀磁场的意义：无论线圈转到什么角度，线圈平面始终与磁场方向平行，保证磁场对通电线圈的作用力大小恒定，指针偏转角度与电流大小成正比。 磁电式电表工作原理示意图 【教师活动】磁电式电表的工作原理：当电流通过线圈时，线圈在磁场中受到力的作用而发生转动。同时，螺旋弹簧因扭动而产生阻碍转动的力。当磁场力与弹簧阻碍力平衡时，线圈停止转动，指针指示一个稳定的读数。线圈中电流越大，受到的磁场力越大，平衡时指针偏转的角度也越大，因此通过指针偏转角度可以直观地反映被测电流的强弱。 【学生活动】学生总结：电流越大→磁场力越大→偏转角度越大→读数越大。磁电式电表利用"磁场对通电导线的作用力"原理，实现了电流的精确测量。 【知识点】磁电式电表：构造——蹄形磁体+弧形极靴+圆柱形铁芯（辐射状均匀磁场），轻质铝框线圈+螺旋弹簧+指针。工作原理：电流通过线圈→线圈受磁场力转动→螺旋弹簧阻碍→平衡时指针偏转→电流越大偏转角度越大。 【知识拓展】磁电式电表的巧妙之处在于辐射状均匀磁场的设计：无论线圈转到什么角度，线圈平面始终与磁场方向平行，保证了磁场对电流的作用力大小恒定，从而使指针偏转角度与电流大小成正比，实现了精确的线性测量。 2. 本节知识框架总结 【教师活动】同学们，让我们一起来回顾本节课学习了哪些内容。请一位同学来总结。 【学生活动】学生总结：本节课学习了三个核心知识点。第一，磁场对通电导线的作用力——通过实验探究发现通电导线在磁场中受到力的作用，受力方向与电流方向和磁场方向有关，可以用左手定则来判断三者方向关系。第二，电动机——利用通电线圈在磁场中受力转动原理制成，将电能转化为机械能；换向器（两个铜半环+电刷）是实现连续转动的关键，每转半周改变一次电流方向；实际电动机分直流和交流两类。第三，动圈式扬声器——利用通电导体在磁场中受力随电流方向变化实现往复运动，由永磁体、音圈和锥形纸盆组成，将电能转化为声能。此外还了解了磁电式电表的工作原理。 【教师活动】总结得非常全面！本节课的核心是"磁场对通电导线的作用力"。这个原理有两个重要应用方向：一是电动机（转动→电能→机械能），二是动圈式扬声器（往复运动→电能→声能）。左手定则是判断方向的有力工具，记住"左手判力"。换向器是电动机实现连续转动的关键发明。希望同学们在生活中多观察、多思考，发现更多应用这一原理的实例。 【设计意图】通过学生自主总结和教师补充提升，帮助学生构建以"磁场对通电导线的作用力"为核心的知识框架，理解电动机和动圈式扬声器是同一原理的不同应用，体会物理知识的迁移和应用价值。 四、板书设计 14.5 磁场对通电导线的作用力 一、磁场对通电导线 的作用与左手定则 实验结论：通电导线在磁场中受力 受力方向与电流方向、磁场方向有关 左手定则：左手判"力" 掌心对N极，四指指电流，拇指指受力方向 二、电动机 原理：通电线圈在磁场中受力转动 能量转化：电能→机械能 换向器：两个铜半环+电刷 作用：每转半周改变电流方向 分类：直流（电力机车/电车） 交流（电风扇/洗衣机/电冰箱） 三、动圈式扬声器 原理：通电导体受力随电流变化 实现往复运动 构造：永磁体、音圈、锥形纸盆 发声过程：变化电流→受力往复→ 纸盆振动→发声 能量转化：电能→机械能→声能 四、磁电式电表 （知识拓展） 构造：蹄形磁体+弧形极靴+铁芯 （辐射状均匀磁场） 原理：电流越大→磁场力越大→ 偏转角度越大 课题：北师大版 九年级全一册 14.5 磁场对通电导线的作用力 五、教学反思 本节课以电风扇、电动车等通电后运动的图片导入，是否有效激发了学生对"磁场对通电导线作用力"的探究兴趣？学生对"谁给它们施加了力"这一核心问题的思考是否充分？ 在磁场对通电导线作用力的实验探究中，学生是否真正理解了实验结论（受力方向与电流方向和磁场方向有关）？左手定则的教学是否有效？学生能否正确区分左手定则（判力）和右手螺旋定则（判磁）？两个定则的混淆问题是否得到了有效解决？ 电动机的教学效果如何？学生对换向器的理解是否到位？线圈转动四个阶段（甲乙丙丁）的动态分析是否清晰？学生是否能理解换向器"每转半周改变电流方向"是实现连续转动的关键？ 动圈式扬声器的教学时间是否充足？学生能否区分电动机（旋转运动）和动圈式扬声器（往复运动）的异同？扬声器作为话筒使用时的原理辨析（电磁感应vs磁场对电流的作用力）是否达到了预期效果？ 七道课堂练习的完成情况如何？练习的难度和梯度是否合理？学生是否通过练习巩固了核心知识点？特别是练习6（扬声器当话筒使用）的逆向思维训练是否有效？ 磁电式电表的知识拓展是否激发了学生对磁场对通电导线作用力应用前景的兴趣？整体教学时间分配（3+12+12+8+10=45分钟）是否合理？是否需要调整各环节的时间分配？ 学科网（北京）股份有限公司 $