探究磁場對電流的作用

林小玲

[設(shè)計思想]

1.通過學(xué)生分組探究實驗，有利于充分體現(xiàn)“自主合作探究”的新課程理念。

2.在探究過程中進(jìn)行定量實驗，有利于突破教學(xué)難點。

3.通過模型的制作，使抽象的空間想象成為形象具體的實物展示，有利于知識的深入掌握。

[教材分析]

教材分析：本節(jié)課的知識內(nèi)容重點是關(guān)于安培力規(guī)律的探究，從安培力大小和方向兩個方面展開。本節(jié)課所采用的實驗方案，可以對學(xué)生提高物理實驗的技能有所幫助。本教學(xué)設(shè)計所采用的一些改進(jìn)，更加有利于落實新課程所要求的知識、方法與情感教育的內(nèi)容。

[教學(xué)目標(biāo)]

1.知識與技能

（1）通過實驗，探究出磁場對電流的作用力。

（2）會觀察實驗現(xiàn)象，體會控制變量在科學(xué)研究中的作用。

（3）知道什么是安培力，會計算安培力的大小；

（4）知道左手定則，會用左手定則判斷安培力的方向

（5）知道電流表的基本構(gòu)造，知道電流表測電流大小和方向的基本原理。

2.過程與方法

通過實驗，探究安培力與哪些因素有關(guān)。

3.情感、態(tài)度與價值觀

通過對安培力規(guī)律的探究，使學(xué)生養(yǎng)成尊重事實、把握客觀的科學(xué)態(tài)度。

[教學(xué)重點與難點]

教學(xué)重點：探究安培力的大小，掌握左手定則，

教學(xué)難點：理解磁感應(yīng)強度B的定義思路，左手定則涉及的空間關(guān)系。

[教學(xué)過程]

（一）復(fù)習(xí)引入

在前面的教學(xué)中我們知道了奧斯特通過簡單的實驗——南北放置的通電導(dǎo)線，導(dǎo)致小磁針東西指向，證實了電流周圍存在磁場，對小磁針發(fā)生作用，那么磁場跟電流之間有沒有力的作用呢？

（二）新課教學(xué)

利用課件顯示實驗裝置并介紹。接通電路，請學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象。

這說明了什么？

1.通電導(dǎo)體在磁場中受到力的作用——安培力

上述實驗現(xiàn)象證明了通電導(dǎo)線在磁場里要受到力的作用。力是有大小的，那么磁場對電流的作用力大小與什么因素有關(guān)呢？引導(dǎo)學(xué)生討論、猜測并回答。

進(jìn)一步提問：我們可以用什么實驗方案探究安培力與這些因素的關(guān)系？引導(dǎo)學(xué)生得出實驗方法（控制變量法）。

接下來我們通過實驗，重點探究安培力的大小與磁感應(yīng)強度B、導(dǎo)線電流I和通電導(dǎo)線在磁場中的長度之間的關(guān)系。

2.科學(xué)探究 ---- 安培力

（1）探究安培力的大小：安培力大小如何測量？

演示實驗，請同學(xué)們認(rèn)真觀察實驗現(xiàn)象，問：當(dāng)安培力增大時，觀察到什么現(xiàn)象？（引導(dǎo)得了出：安培力越大，通電導(dǎo)體沿水平方向擺動距離越大）追問：可以通過什么方式表示安培力的大??？（引導(dǎo)得出：水平擺動距離）

為此，在磁體上鋼板前加上刻度尺，根據(jù)通電導(dǎo)體沿水平方向偏轉(zhuǎn)的格數(shù)可以確定安培力的大小。

式中a與G為定值，因此b的大小可以定量反應(yīng)安培力的大小。在實驗時，安培力的大小可直接用b的大小來表示。

方法：控制變量法、替代法

實驗過程：把學(xué)生分成三個大組、若干小組，每一大組完成一個實驗探究，把測量結(jié)果填入表格中，并根據(jù)表格數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上作圖分析，得出結(jié)論，然后互相交流。總結(jié)：在勻強磁場中，當(dāng)通電直導(dǎo)線與磁場方向垂直時，通電導(dǎo)體所受的安培力與磁感應(yīng)強度B、導(dǎo)線電流I和通電導(dǎo)線在磁場中的長度L都成正比，即F∝BIL；若式中各物理量勻取國際制單位的主單位時，比例系數(shù)為1，則安培力大小的計算公式為F=BIL。

以上討論勻為B與I垂直即θ= 90o的情形，那么，當(dāng)電流方向與磁場方向夾角θ≠900時，通電直導(dǎo)線受到的安培力大小又如何？請同學(xué)們課后自行設(shè)計實驗進(jìn)行探究。實驗結(jié)果于下一節(jié)課進(jìn)行交流、討論。

通過上述實驗，我們已經(jīng)知道了決定磁場對電流的作用力的大小因素，那么，磁場對電流作用力的方向又與什么因素有關(guān)？同樣，我們可以由前面的實驗作進(jìn)一步的分析研究。

（2）安培力方向

學(xué)生討論：從實驗現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)通電導(dǎo)線的偏轉(zhuǎn)方向不同，通過學(xué)生分組實驗，親自體驗，分析實驗現(xiàn)象，總結(jié)得出四種不同情況。

A.教具準(zhǔn)備：兩根不同顏色且一端削過鉛筆；一段長約20cm的塑料管，將其一端做成箭頭狀，管的中央錯位鉆出兩對小孔，以便讓兩根鉛筆穿過。

B.把學(xué)生分成四組，分別完成四種不同情況下的實驗。

C.讓學(xué)生從實驗中發(fā)現(xiàn)通電導(dǎo)線的偏轉(zhuǎn)方向不同，分析原因，得出四種不同情況。

D.請學(xué)生利用穿好洞的塑料管、、兩根不同顏色鉛筆分別表示電流I、磁場B及安培力F的方向，制成F、B、I三者方向關(guān)系的模型。

問：各小組的模型是否一致？導(dǎo)體所受安培力的方向是否相同？（不都相同）但這三者的空間關(guān)系是什么？它們的關(guān)系是否唯一確定？

四組學(xué)生得到的模型似乎不同，接下來請同學(xué)們一起完成：用左手拿住礦泉水瓶，瓶中朝向四指方向，轉(zhuǎn)動瓶子，讓表示磁感應(yīng)強度B的鉛筆方向垂直掌心朝下，再請同學(xué)觀察模型是否一致，能否用肢體語言表示安培力的方向？

引導(dǎo)學(xué)生把制作好的模型按一種相同方向擺放，發(fā)現(xiàn)結(jié)果又完全相同了，再引導(dǎo)學(xué)生尋找規(guī)律，發(fā)現(xiàn)可以用左手表示出模型得出的規(guī)律，從而總結(jié)得出：通電導(dǎo)線在磁場中所受作用力的方向跟磁場方向、電流方向之間存在著一個規(guī)律——左手定則。

總結(jié)得出：1）通電導(dǎo)體在磁場里受力的方向，跟電流方向和磁感線方向的空間關(guān)系。

教師歸納實驗的結(jié)論并板書：〈①通電導(dǎo)體在磁場里受到安培力的方向，跟電流方向和磁感線方向都垂直。〉

總結(jié)出：2）通電導(dǎo)線在磁場中所受作用力的方向跟磁場方向、電流方向之間存在著一個規(guī)律——左手定則?；脽麸@示。

板書：〈②左手定則：伸出左手，放入磁場中，使大拇指跟其余四指垂直且在同一個平面內(nèi)，讓磁感線垂直穿入手心，使四指指向電流的方向，這時拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受的安培力的方向。〉如右圖所示：

利用前面的演示實驗，請學(xué)生伸出左手進(jìn)行直接地練習(xí)。強調(diào)：