磁场对电流的作用（课件）-高教版第三版《物理（通用类）》【上好课】

主题五 电与磁及其应用 5.4 磁场对电流的作用 高教版《物理（通用类）》 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十四课时《磁场对电流的作用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第161—166页及第167页页首跨页题图。 [/Sources] 1. 能说出左手定则、安培定律及适用条件，写出安培力公式和各物理量单位，说明直流电动机与磁电式仪表的基本原理。 2. 能根据磁场和电流方向判断安培力方向，运用安培定律完成垂直条件下的计算，并从对照实验判断安培力的影响因素。 3. 能用综合法和控制变量法组织实验信息，比较电动机与磁电式仪表对安培力矩的不同利用，认识电磁技术的工程价值。 学习目标 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十四课时《磁场对电流的作用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第161—166页及第167页页首跨页题图。 [/Sources] 洗衣机、抽油烟机、换气扇、豆浆机、榨汁机和吹风机等家用电器，都利用电动机进行驱动。 问题：电流看不见、摸不着，电动机怎样把电能转化为线圈的持续转动？决定通电导线受力方向和大小的因素有哪些？ 教师归纳：先用左手定则判断安培力方向，再用安培定律计算大小，最后解释电动机和磁电式仪表。 教材情境与问题 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十四课时《磁场对电流的作用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第161—166页及第167页页首跨页题图。 - 教材原图：图5-4-1 带有电动机的家用电器。 [/Sources] 教材观察：把导体棒沿南北方向放入实验装置，分别改变磁场方向和电流方向，观察导体棒的运动。 磁场向下、电流向北时，导体棒向西运动；只反向电流或只反向磁场时，运动方向反向。 实验归纳：安培力方向同时与磁场方向和电流方向有关。只反向磁场或电流，安培力反向；二者同时反向，安培力方向不变。 安培力方向实验 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十四课时《磁场对电流的作用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第161—166页及第167页页首跨页题图。 - 教材原图：图5-4-2 研究安培力与电流、磁场方向关系的实验装置。 [/Sources] 思维与方法：综合法是把研究对象的各个部分、方面和因素联合起来加以研究，从而在整体上把握事物本质和规律的思维方法。 本实验要同时比较磁场方向、电流方向和安培力方向，不能只观察其中两个量。 由四组对照结果寻找共同规律，是综合法在方向研究中的具体运用。 思维与方法：综合法 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十四课时《磁场对电流的作用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第161—166页及第167页页首跨页题图。 [/Sources] 伸开左手，使大拇指与其余四指垂直并在同一平面内；让磁感线垂直穿入手心，四指指向电流方向，大拇指所指方向就是通电直导线所受安培力方向。这就是左手定则。 判断顺序：磁场入掌—四指指电流—拇指指安培力。 左手定则 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十四课时《磁场对电流的作用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第161—166页及第167页页首跨页题图。 - 教材原图：图5-4-3 用左手定则判定安培力方向。 [/Sources] 1. 匀强磁场垂直纸面向里，一段水平直导线中的电流向右。用左手定则判断导线所受安培力方向。 答案：竖直向上。 解析：让磁感线垂直穿入左手手心，四指指向右方，大拇指指向上方。 即时练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十四课时《磁场对电流的作用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第161—166页及第167页页首跨页题图。 [/Sources] 2. 保持导线位置不变，同时把磁场方向和电流方向反向，安培力方向是否改变？ 答案：不改变。 解析：只反向一个方向时安培力反向；磁场和电流同时反向两次，安培力恢复原方向。 即时练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十四课时《磁场对电流的作用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第161—166页及第167页页首跨页题图。 [/Sources] 通电导线方向与磁场方向垂直时安培力最大；两者平行时，安培力最小且为零；两者斜交时，安培力介于最大值和零之间。 计算前先判断导线与磁场方向的关系。本课安培定律公式直接用于两者垂直的情形。 安培力与夹角 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十四课时《磁场对电流的作用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第161—166页及第167页页首跨页题图。 [/Sources] 教材实验： 1. 保持电流和有效导线长度不变，比较强、弱磁场； 2. 保持磁场和导线长度不变，把电流由1.0 A增至2.0 A； 3. 保持磁场和电流不变，比较不同有效长度。 实验采用控制变量法，分别研究磁感应强度、电流和有效导线长度三个因素。 控制变量实验 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十四课时《磁场对电流的作用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第161—166页及第167页页首跨页题图。 - 教材原图：图5-4-7 定性研究影响安培力大小因素的实验装置。 [/Sources] 当长度为l、电流为I的通电导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为B的磁场中时，安培力与磁感应强度、电流、导线长度都成正比，这一规律称为安培定律。 F、B、I、l的单位分别为N、T、A、m。 安培定律 F = BIl SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十四课时《磁场对电流的作用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第161—166页及第167页页首跨页题图。 [/Sources] 在磁感应强度为0.8 T的匀强磁场中，有一根与磁场方向垂直、长0.2 m的通电导线ab。若导线中通以0.5 A由a到b方向的电流，求导线所受安培力的大小和方向。 分析：导线与磁场垂直，满足安培定律；大小用公式计算，方向用左手定则判断。 教材示例 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十四课时《磁场对电流的作用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第161—166页及第167页页首跨页题图。 - 教材原图：图5-4-8 磁场中的通电导线。 [/Sources] 答案：安培力大小为0.08 N，方向垂直纸面向外。 解析：导线与磁场垂直，满足安培定律。 用左手定则判断，安培力方向垂直纸面向外。 教材示例 F = BIl = 0.8 × 0.5 × 0.2 N = 0.08 N SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十四课时《磁场对电流的作用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第161—166页及第167页页首跨页题图。 [/Sources] 3. 一段长0.25 m的直导线垂直放在磁感应强度为0.60 T的匀强磁场中，导线中电流为0.40 A。求导线受到的安培力。 答案：0.060 N。 解析：由安培定律，代入数据得 即时练习 F = BIl = 0.60 × 0.40 × 0.25 N = 0.060 N SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十四课时《磁场对电流的作用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第161—166页及第167页页首跨页题图。 [/Sources] 4. 在导线与磁场始终垂直、导线长度不变时，磁感应强度变为原来的2倍，电流变为原来的一半。安培力怎样变化？ 答案：安培力不变。 解析：安培力与磁感应强度和电流的乘积成正比，2倍与二分之一倍相乘为1。 即时练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十四课时《磁场对电流的作用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第161—166页及第167页页首跨页题图。 [/Sources] 教材原理：线圈两侧与转轴平行的导线受到方向相反的安培力，形成使线圈绕中轴转动的力矩；线圈转过90°后，换向器改变线圈中的电流方向，线圈依靠惯性并在新的安培力矩作用下继续转动。 安培力矩驱动转动，换向器维持原转动趋势。 直流电动机 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十四课时《磁场对电流的作用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第161—166页及第167页页首跨页题图。 - 教材原图：图5-4-4 直流电动机工作原理示意图。 [/Sources] 教材应用：小功率直流电动机用于小型家电、办公设备、医疗设备和智能机器人；大功率直流电动机用于工业生产、交通运输、矿山机械和航空航天。 直流电动机的应用 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十四课时《磁场对电流的作用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第161—166页及第167页页首跨页题图。 - 教材原图：图5-4-5、图5-4-6 直流电动机应用。 [/Sources] 教材构造：蹄形磁铁的极掌和铁心形成环形气隙；线圈位于气隙中，可绕转轴转动；线圈两端接在两个螺旋弹簧上，指针随线圈一起转动。 通电线圈在磁场中受安培力矩而偏转。 磁电式仪表 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十四课时《磁场对电流的作用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第161—166页及第167页页首跨页题图。 - 教材原图：图5-4-9 磁电式仪表的构造。 [/Sources] 教材原理：线圈转动时，螺旋弹簧产生阻碍转动的力矩；当弹簧力矩与安培力矩平衡时，线圈停止转动。 偏转角反映电流大小，偏转方向反映电流方向。 教材结论：磁电式仪表灵敏度高，能测量很弱的电流；但线圈导线很细，允许通过的电流较弱。 磁电式仪表的工作原理 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十四课时《磁场对电流的作用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第161—166页及第167页页首跨页题图。 - 教材原图：图5-4-10 蹄形磁铁的极掌和铁心间磁场分布。 [/Sources] 5. 直流电动机线圈能够持续转动，安培力矩和换向器分别起什么作用？ 答案：安培力矩驱动线圈转动；换向器在线圈转过半周的适当位置改变电流方向，使驱动力矩继续维持原转动趋势。 解析：若不及时换向，线圈两边受力方向相对转动位置改变，不能保持同一转动趋势。 即时练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十四课时《磁场对电流的作用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第161—166页及第167页页首跨页题图。 [/Sources] 6. 磁电式表头中电流增大到原来的2倍，或把电流方向反向，指针分别怎样变化？ 答案：电流增大时偏转角增大；电流反向时偏转方向反向。 解析：安培力矩随电流增大而增大，平衡时弹簧形变量和偏转角更大；电流反向会使安培力方向反向。 即时练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十四课时《磁场对电流的作用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第161—166页及第167页页首跨页题图。 [/Sources] 1. 请完整说出左手定则。 答案：伸开左手，让磁感线垂直穿入手心，四指指向电流方向，大拇指所指方向就是通电导线所受安培力方向。 2. 通电导线与磁场方向垂直、平行或斜交时，安培力大小分别有什么特点？ 答案：垂直时最大，平行时为零，斜交时介于最大值和零之间。 课堂背诵 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十四课时《磁场对电流的作用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第161—166页及第167页页首跨页题图。 [/Sources] 3. 请写出安培定律公式、适用条件，并说出各物理量的单位。 答案：导线与磁场方向垂直时： F、B、I、l的单位分别为N、T、A、m。 4. 直流电动机怎样产生转动力矩，换向器起什么作用？ 答案：线圈两侧方向相反的安培力形成转动力矩；换向器在线圈转过半周的适当位置改变电流方向，使线圈继续沿原方向转动。 课堂背诵 F = BIl SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十四课时《磁场对电流的作用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第161—166页及第167页页首跨页题图。 [/Sources] 5. 磁电式仪表怎样反映电流的大小和方向？它有什么优缺点？ 答案：安培力矩与弹簧力矩平衡时，指针偏角反映电流大小，偏转方向反映电流方向；优点是灵敏度高，缺点是允许通过的电流较弱。 课堂背诵 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十四课时《磁场对电流的作用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第161—166页及第167页页首跨页题图。 [/Sources] 任务一：导体棒沿南北方向放置。磁场向下、电流向北时受力向西；据此补全其余三种情况，并说明使用的思维方法。 磁场向下，电流向南 → 安培力向东 磁场向上，电流向北 → 安培力向东 磁场向上，电流向南 → 安培力向西 教师归纳：把磁场、电流和安培力三个方向联合比较，采用综合法；只反向一个方向，安培力反向，二者同时反向，安培力不变。 师生互动：补全实验表 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十四课时《磁场对电流的作用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第161—166页及第167页页首跨页题图。 [/Sources] 任务二：先根据图5-4-11中任意两个已知方向标出第三个方向；再求图5-4-12中长0.3 m、质量0.006 kg的导线ab悬线张力为零时的电流。 答案：方向题按左手定则逐图反推；电流由a流向b，大小为0.50 A。 先判方向，再由平衡条件计算大小。 师生互动：教材实践 I = 0.006 kg × 10 N/kg 0.4 T × 0.3 m = 0.50 A SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十四课时《磁场对电流的作用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第161—166页及第167页页首跨页题图。 - 教材原图：图5-4-11、图5-4-12 实践与探索5-4题图。 [/Sources] 任务三：列举使用直流电动机的设施或电器，说明其中的能量转化；再按“工作原理—关键部件—优势—应用”概括电磁弹射研究任务。 答案：直流电动机把电能转化为机械能，常见于玩具、电动工具、机器人和交通设备；电磁弹射利用电磁相互作用在短距离内推动物体加速。 教师归纳：从真实设备提取共同物理原理，同时用证据区分定性工作过程与定量性能指标。 师生互动：技术调查 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十四课时《磁场对电流的作用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第161—166页及第167页页首跨页题图。 [/Sources] 1. 匀强磁场方向竖直向下，一段水平直导线中的电流由西向东。导线所受安培力方向为（　　）。 A. 水平向北 B. 水平向南 C. 竖直向上 D. 竖直向下 答案：B。 解析：让磁感线向下穿入左手手心，四指由西指向东，大拇指指向南方。 课堂练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十四课时《磁场对电流的作用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第161—166页及第167页页首跨页题图。 [/Sources] 2. 保持导线位置和磁场不变，只把导线中的电流方向反向。关于安培力，下列说法正确的是（　　）。 A. 大小、方向都不变 B. 大小变为原来2倍 C. 大小不变、方向反向 D. 大小变为0、方向不变 答案：C。 解析：反向电流不改变电流大小，因此安培力大小不变；左手定则给出的受力方向反向。 课堂练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十四课时《磁场对电流的作用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第161—166页及第167页页首跨页题图。 [/Sources] 3. 填空补全：通电导线与磁场方向垂直时安培力______；两者平行时安培力为______。 答案：最大；0。 解析：导线与磁场的夹角会影响安培力；本课定量公式直接用于两者垂直的情形。 课堂练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十四课时《磁场对电流的作用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第161—166页及第167页页首跨页题图。 [/Sources] 4. 一段长0.30 m的直导线垂直放在磁感应强度为0.50 T的匀强磁场中，导线中电流为0.80 A。求导线受到的安培力。 答案：0.12 N。 解析：由安培定律，代入数据得 课堂练习 F = BIl = 0.50 × 0.80 × 0.30 N = 0.12 N SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十四课时《磁场对电流的作用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第161—166页及第167页页首跨页题图。 [/Sources] 5. 一段长0.40 m的直导线垂直放在磁感应强度为0.25 T的匀强磁场中，受到0.050 N的安培力。求导线中的电流。 答案：0.50 A。 解析：在垂直条件下，电流等于安培力与磁感应强度和导线长度乘积的比值。 课堂练习 I = 0.050 N 0.25 T × 0.40 m = 0.50 A SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十四课时《磁场对电流的作用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第161—166页及第167页页首跨页题图。 [/Sources] 6. 电动机和磁电式仪表都利用磁场对电流的作用，它们怎样分别利用安培力矩？ 答案：电动机利用安培力矩并通过换向器使线圈持续转动，对外输出机械能；磁电式仪表利用安培力矩与弹簧力矩平衡，使指针停在相应刻度完成测量。 解析：共同基础是通电线圈在磁场中受力；不同点在于一个追求持续转动，另一个利用稳定偏角表征电流。 课堂练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十四课时《磁场对电流的作用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第161—166页及第167页页首跨页题图。 [/Sources] 安培力方向 按“磁场入掌—四指指电流—拇指指安培力”使用左手定则；只反向磁场或电流，受力反向。 安培力大小 先判断导线与磁场方向关系；垂直时安培力最大并满足F=BIl，平行时安培力为零。 直流电动机 线圈两侧安培力形成力矩，换向器在适当位置改变电流方向，使转动力矩维持原转动趋势。 磁电式仪表 安培力矩与弹簧力矩平衡后，指针偏角反映电流大小，偏转方向反映电流方向。 课堂小结 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十四课时《磁场对电流的作用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第161—166页及第167页页首跨页题图。 [/Sources] 1．复习本节课的知识点； 2．完成课后练习； 3．整理笔记和易错题。 作业布置 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十四课时《磁场对电流的作用》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第161—166页及第167页页首跨页题图。 [/Sources] $