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”核心知识，涵盖通电导线在磁场中受力及方向影响因素，直流电动机原理与换向器作用。通过电动玩具车操作导入，联系生活中电动机应用，承上电流磁场知识，为后续感应电流学习铺垫，构建知识支架。 资料以科学探究为主线，通过实验观察导线受力、线圈转动的认知冲突，引导学生用科学思维分析换向器原理，结合动圈式扬声器应用深化物理观念。实验操作与问题链设计提升学生探究能力和抽象思维，清晰的评价体系和分层作业帮助教师高效教学。

14.5磁场对通电导线的作用力 课题 磁场对通电导线的作用力 一、教学内容分析 本节起到了承上启下的作用。在此之前，学生已经学习了电流周围存在磁场以及电磁铁的相关应用，知道电与磁之间存在联系。本节内容不仅是对该知识的深化，还为后面探究产生感应电流的条件作铺垫。 本节课学生通过观察磁场对通电导线的作用，认识通电导线在磁场中会受到力的作用，力的方向跟电流的方向、磁场的方向都有关，为探究电动机通电转动的原因打下基础。通过观察磁场对通电线圈的作用，发现线圈不能连续转动，进而认识电动机的结构，分析换向器的工作过程，了解直流电动机的原理。学生经历发现问题、解决问题的探究过程，培养实验操作技能，提升学习兴趣。 二、学习者分析 （一）知识基础 在学习本节内容之前，学生对磁场已经有了基本认识，初步掌握了磁体间的相互作用规律，知道电流周围存在着磁场、电与磁之间存在着一定的联系以及电磁铁的原理等。学生已具备一定的力学、电学基础，能分析通电线圈在各个位置的受力情况。但是，多数学生可能难以理解需要通过换向器才能让线圈连续转动。 （二）学科能力 学生对探究性活动，特别是动手操作有浓厚的兴趣。经过一段时间的学习，学生对科学探究的过程有一定了解，知道物理学习的一些基本方法，具有一定的分析问题和解决问题的能力。然而，学生的逻辑推理能力和将理论与实际联系的意识还有所欠缺，需要在后续的教学中进行更多的指导和练习。 （三）认知特点 学生在生活中对电动机有一定的感性认识，如知道电动玩具、电动剃须刀等设备中有电动机，能使物体运动。因此，学生在学习本节课之前，就能理解电动机是一种将电能转化为机械能的装置，并能将物理知识与实际生活中的应用联系起来。然而，学生对于电动机的工作原理，如磁场对通电导线的作用力这种较为抽象的概念，理解起来仍会存在一定困难。由于磁场看不见也摸不着，电流和磁场的相互作用较为抽象，学生很难构建出清晰的物理模型来解释电动机转动的原理。教学中应通过实验直观展示电动机模型的转动和通电后线圈在磁场中的转动，改变电流方向和磁场方向，展示电动机转动方向的变化，帮助学生将抽象的原理和直观的现象结合起来，从而使学生更好地理解电动机的工作过程。 三、学习目标 1.通过实验现象了解磁场对通电导线有力的作用，知道通电导体在磁场中受力的方向与电流方向和磁感线方向有关。 2.通过探究磁场对通电线圈的作用，了解电动机的工作原理和能量转化情况，提高实验操作能力和观察能力，了解直流电动机的结构和工作原理。 3.通过探究电动机的工作原理，如探究通电导线在磁场中的受力情况等，经历提出问题、作出假设、设计实验、收集与分析数据的科学探究过程，提升科学探究能力，体验概括规律的过程和方法。 4.了解动圈式扬声器的结构，分析动圈式扬声器的工作原理，培养运用所学知识解决实际问题的能力。 5.了解电动机的发明对社会发展的巨大推动作用，了解物理知识如何转化成实际技术应用，增强科技创新意识，进一步提升学习科学技术知识的兴趣。 四、学习重难点 重点：知道通电导线在磁场中受到力的作用，知道力的方向跟电流的方向、磁场的方向有关。 难点：了解直流电动机的工作原理；知道电动机的换向器是如何自动改变线圈中的电流方向的。 五、学习评价设计 评价方式与工具 评价内容 课堂提问 教师在讲解电动机的原理、构造时穿插提问，如“电动机的能量转化情况是怎样的？”“通电导线在磁场中的受力方向与哪些因素有关？”，促进学生进行思考，了解学生对知识点的理解进度，便于调整讲课节奏，检测学生是否掌握了基础知识和基本技能。 课堂实验活动 分组进行实验，探究磁场对通电导线的作用力，观察小组分工是否明确、各成员参与度、实验操作规范性，评价合作学习与动手能力，教师现场指导并记录问题。 小组讨论交流 在实验完成后，请各组成员分享实验结论以及在实验中遇到的问题，各组之间进行评价交流。在此过程中，学生需要对各种观点进行分析、评估和判断，培养学生的批判性思维，提高独立思考和解决问题的能力。 自我检测 完成“自我检测”栏目中的内容。 六、学习活动设计 教师活动 学生活动 环节一：引入新课 教师活动1 提出问题：电动玩具车是由小电动机驱动的，小电动机是怎样工作的？请一位学生动手打开玩具电动车的开关，观察现象。 提出问题：生活中还有哪些常见的由电动机驱动的用电器？ 提出问题：为什么给电动机通电，电动机就能转动？ 引导学生进一步思考：是谁对它们施加了力的作用？这些力又有怎样的规律呢？在电动机工作的过程中能量发生了怎样的转化？ 学生活动1 打开玩具电动车的开关，观察电动玩具车。 交流、讨论并回答：电风扇、洗衣机、电动自行车等。 因为电动机受到了力的作用。 思考。 活动意图说明： 通过展示由电动机驱动的电动玩具车，并让学生动手使其运转，使学生对电动机有初步的感性认识。在此基础上，教师进一步引导学生思考玩具电动车运动的原因和这一过程中能量的转化情况等，引入教学内容，激发学生的学习兴趣。 环节二：探究磁场对通电导线的作用 教师活动2 展示被拆开的小电动机，引导学生观察小电动机的内部结构。 提出问题：通电导线对它周围的磁体有力的作用，那么磁场对通电导线是否有力的作用？ 引导学生进行猜想，并提出有关的理论依据。 提出问题：如何验证你的猜想？ 实验探究：探究磁场对通电直导线的作用。 实验器材：蹄形磁体、电源、开关、导线等。 演示实验： （1）用两根位于同一水平面内的平行金属轨道，把一根剥去绝缘皮的硬的直导线ab支起来，让这根导线处于蹄形磁体两极之间的磁场中。接通电源，观察导线ab的运动情况。 （2）保持磁体的N极和S极位置不变，让通过导线ab的电流方向与原来相反，观察导线ab的运动情况。 （3）保持导线ab中的电流方向与原来相同，把磁体的两个磁极对调，让磁场方向与原来相反，观察导线ab的运动情况。 （4）同时改变通过导线ab的电流方向并对调磁体的两个磁极，观察导线ab的运动情况。 提出问题：你观察到什么现象？从中可以发现什么规律？ 拓展：安培力和电流的方向、磁场的方向的具体关系还可以通过左手定则进行判断。 伸开左手，使拇指与四指在同一平面内并跟四指垂直，让磁感线垂直穿入手心，四指指向电流方向。这时，拇指所指的方向就是磁场对通电导线作用力的方向。 学生活动2 观察小电动机的内部结构。 交流讨论：电流周围有磁场，磁场对放入其中的磁体有力的作用。力的作用是相互的，猜测磁场对通电导线也有力的作用。 观察并记录实验现象。 得出结论：通电导线在磁场中会受到力的作用，力的方向跟电流的方向、磁场的方向都有关。 阅读教科书“科学窗”栏目，学习左手定则。 活动意图说明： 首先引导学生探究电动机通电后转动的原因。通过观察电动机的结构，引导学生思考磁体和线圈之间存在怎样的关系。随后回顾奥斯特实验，启发学生进行猜想，磁场对通电导线也有力的作用，进一步通过实验探究磁场对通电导线的作用以验证猜想。学生观察实验现象，总结得出结论。通过真实的问题情境，引导学生不断探索，注重发现问题、解决问题的探究过程，培养学生的探究意识和科学思维能力。 环节三：探究直流电动机的工作原理 教师活动3 实际生产生活中的电动机并非简单的通电直导线在磁场中受力，而是通电线圈在磁场中受力，能在一定的空间范围内持续提供动力，这也体现了技术转化为生产力的巧妙设计。 演示实验：如图所示，取一段细漆包线，绕成若干匝的矩形线圈，用漆包线的头和尾扎住线圈对边的中央，然后各伸出一定的长度作为转动轴。用砂纸除去线圈两个转动轴上的漆层。用硬金属丝做两个支架，固定在底板上。把矩形线圈的转动轴放在支架上，让线圈平面处于竖直方向。支架间放一个永磁体，并且让一个磁极朝上。将两个支架通过开关与电源的两极相连。 提出问题：闭合开关后，能观察到怎样的现象？ 提出问题：通电后线圈为什么会转动？ 教师引导：把通电的矩形线圈放入磁场中，线圈的受力和运动情况与所放的位置有关。 如果线圈平面与磁感线平行，通过线圈ab和cd两边的电流方向不同。 提出问题：如果线圈平面与磁感线垂直，ab和cd两边的受力方向如何？ 线圈受力平衡的位置叫作平衡位置。 提出问题：如果线圈转动到如图所示的位置，ab和cd两边的受力方向如何？线圈能否连续转动？ 提出问题：怎样才能使通电线圈在磁场中连续地转动呢？ 提出问题：怎样才能在线圈刚转过平衡位置时及时改变电流方向呢？ 教师在小组讨论过程中及时了解学生的情况，并给予鼓励和必要的引导。 提出问题：实际的直流电动机是通过换向器来实现这项功能的。那么换向器是如何工作的呢？ 介绍换向器的结构，换向器带有两个铜半环，与电刷配合，解决了线圈不能连续转动的问题。 提出问题：当线圈转过什么位置时换向器改变线圈中电流的方向？线圈为什么能不停地转动下去？线圈每转一圈，电流方向变化几次？ 总结：电动机就是利用通电线圈在磁场中受力转动的原理制成的，它将电能转化成机械能。 展示直流电动机模型，它的主要构造有定子、转子、换向器、电刷。 学生活动3 观察实验装置，思考交流。 回答：通电线圈在磁场中来回摆动，摆动一段时间后静止，不能连续地转动。 回答：根据左手定则，通过线圈ab和cd两边的电流方向不同，所以两边受力的方向相反，线圈便转动起来。 回答：线圈ab和cd两边受到的力恰好在同一条直线上，且大小相等，方向相反。 回答：线圈ab和cd两边受到的力恰好在同一条直线上，且大小相等，方向相反。线圈不能连续转动，最终会静止在平衡位置。 小组讨论分析：线圈不能连续转动，是因为越过了平衡位置以后，受到了阻碍它转动的力的作用。如果在越过平衡位置后，线圈中不再通有电流或及时改变电流方向，线圈就能连续转动下去。 思考并交流。 思考总结：换向器的作用就是当线圈刚转过平衡位置时自动改变线圈中电流的方向，从而改变线圈的受力方向，使线圈能够连续转动。 结合教科书“科学窗”栏目，了解直流电动机的结构和工作原理，讨论交流后回答问题。 依靠换向器与电刷的配合，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停地沿同一方向转动下去。 活动意图说明： 本环节通过实验观察磁场对通电线圈的作用，引导学生对线圈进行受力分析。学生发现线圈转过平衡位置时，受力方向不能及时改变是线圈不能连续转动的原因。基于此现象，自然引出如何使线圈连续转动的方法。学生先进行小组讨论，再由教师指导，发现可以通过改变线圈中电流的方向来使线圈连续转动，进而使学生认识换向器的重要性。教学过程中，教师通过设计环环相扣的问题链，充分发挥学生的主体作用，激发学生的学习兴趣，培养学生的观察能力和分析能力。 环节四：动圈式扬声器 教师活动4 提出问题：我们今天学习的知识，也应用在计算机、电视机里的扬声器中。你知道它的工作原理吗？ 提出问题：介绍动圈式扬声器，它主要由永磁体、锥形纸盆、音圈组成。它究竟是如何工作的呢？ 动圈式耳机的工作原理与动圈式扬声器类似，利用永磁体产生恒定磁场，音频电流通过动圈推动振动膜发声。 扬声器在工作过程中，将电能转化为机械能。 学生活动4 阅读教科书相应内容，学习动圈式扬声器的工作原理，交流总结。 回答：音圈中有电流通过时就会受到磁场力的作用而运动。由于扬声器工作时通过音圈的电流大小、方向是不断变化的，所以音圈就要前后不断地往复运动，从而带动纸盆来回振动，就发出了声音。 活动意图说明： 扬声器是生活中常见的设备，通过探究其背后的电磁学原理，引发学生的好奇心，提升课堂参与度。剖析扬声器的结构与工作原理，也是为学生深入理解电动机模型提供帮助，通过比较动圈式扬声器和电动机的异同，如构造、能量转化情况、工作原理等，深化学生对通电导体在磁场中运动这一核心知识的理解。 环节五：课堂小结 教师活动5 本节课你有什么收获？（引导学生从知识、技能、方法、习惯、认知等层面进行思考） 学生活动5 了解通电导线在磁场中受到力的作用；知道通电导线的受力方向跟电流的方向、磁场的方向有关；了解了直流电动机、动圈式扬声器的工作原理…… 活动意图说明： 通过课堂小结，系统梳理知识脉络，揭示知识间的内在逻辑，帮助学生构建知识体系，提升学习效果。从通电导线受力，到电动机的工作，再到生活应用，让学生体会“物理源于生活，又应用于生活”。 七、板书设计 第六节 磁场对通电导线的作用力 （一）磁场对通电导线的作用 通电导线在磁场中会受到力的作用，力的方向跟电流的方向、磁场的方向都有关。 （二）电动机 换向器：能够使通电线圈在磁场中持续地转动。 电动机工作过程中涉及的能量转化：电能转化为机械能。 （三）动圈式扬声器 八、特色学习资源分析、技术手段应用说明 实验工具：通过实验让学生直观地观察现象，加深对知识的理解和记忆。例如，探究磁场对通电导线的作用力时，学生可以直观地观察到导线运动状态的改变，认识磁场对通电导线有力的作用。 多媒体资源：通过生动形象的图片和动画等，将抽象的电磁学知识展示出来，帮助学生更好地认识电动机、扬声器的工作过程和工作原理。例如，通过图片演示电动机的工作原理，可以让学生更直观地看到线圈在不同位置时的受力情况。 九、教学反思与改进 设计亮点：本节课从学生感兴趣的电动玩具车出发，提出问题，进而将教学重点引到核心元件——电动机上，激发学生的学习兴趣。教师通过创设这样一个贴合学生生活的情境，引出“小电动机是怎样工作的？”这一问题，自然而然地进入新课讲授环节。 在演示磁场对通电线圈的作用时，学生可能认为闭合开关后线圈能连续转动下去。观察实验现象，发现线圈来回转动几次后停在了平衡位置，不会连续地转动下去，引起学生的认知冲突。教师顺势引出本节课的教学难点——线圈为什么不能连续转动。通过问题串引导学生思考问题、交流讨论、解决问题。 本节课的设计紧密围绕“情境、问题、交流”展开，注重问题导向，合理设计探究活动，发挥学生的主动性，鼓励学生发现问题、提出问题、通过科学方法收集证据、得出结论，引导学生对原理进行解释，顺利开展教学活动，充分调动学生的积极性。教学中也借助了信息化教学手段，将抽象的知识直观、形象地呈现出来，降低了学生的理解难度，促进了学生对知识的掌握，更发展了学生的抽象思维能力。 教学反思：课堂演示实验中，受实验器材和环境干扰等因素影响，实验现象可能不够明显，学生难以直观准确地观察到磁场对通电导线的作用效果，影响对知识的感性认识。 十、课时作业 （一）设计意图 本节的课时作业共有3道题，分为3个层次。 层次1：试题1以本节重点实验“探究磁场对通电导线的作用力”为情境，考查学生对“磁场对通电导线的作用力方向的影响因素”的理解。 层次2：试题2以我国研制的航母舰载机电磁弹射系统为情境，考查学生对电流的磁效应、通电导体在磁场中受到力的作用及相关应用的掌握情况，体会生活中蕴含的物理学原理，培养将物理服务于生活的意识。 层次3：试题3考查学生对通电导体在磁场中受力的相关知识的理解。题目注重知识的迁移与运用，设问方式较为灵活，有助于考查学生的科学思维能力。 分层作业围绕提升学习效果、促进全面发展、满足个体差异进行设计。题目分层合理，基础一般的学生完成基础题，收获成就感，增强学习动力；基础较强的学生攻克能力提升题，逐步提升自信；基础更强的学生解决拓展难题，肯定自身能力，形成良性循环，不同层次的学生在适合的作业中都能获得积极反馈。 （二）作业内容 1.如图所示是探究磁场对通电导线作用力的实验装置。闭合开关后，发现金属棒ab向右运动。下列操作可使金属棒向左运动的是（　　）。 A.对调磁体的两个磁极并改变通过导线ab的电流方向 B.对调磁体的两个磁极 C.降低电源两端的电压 D.更换磁性更强的磁体 2.电磁弹射器的工作原理是：将弹射车与舰载机前轮连接，并置于强磁场中，当弹射车的导体中有强电流通过时，弹射车就会受到磁场对它强大的推力，从而带动舰载机快速加速。下列物品与电磁弹射器工作原理相同的是（　　）。 A.司南 B.电磁起重机 C.动圈式扬声器 D.电动机 3.一台组装齐全的直流电动机模型接通电源后电机不转，用手拨动一下转子后，转子正常转动起来。该电动机模型接通电源后电机不转的原因可能是（　　）。 A.线圈内部断路 B.电刷与换向器接触不良 C.磁铁的磁性不够强或线圈中的电流不够大 D.线圈正好处于平衡位置 （三）参考答案 1.B 2.CD 3.D - 12 - - 59 - 学科网（北京）股份有限公司 $