以問題為中心的高中物理課堂教學(xué)設(shè)計

一、教材分析

“磁場對通電導(dǎo)線的作用力”是人教版高中物理選擇性必修第二冊第一章第一節(jié)的內(nèi)容，它承接了電磁感應(yīng)相關(guān)知識點，也為后續(xù)洛倫茲力相關(guān)知識的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。教材在設(shè)計上主要以實驗為引，通過把一段導(dǎo)體棒懸掛在蹄形磁鐵的兩極間，再通上電流，來喚醒學(xué)生對相關(guān)知識點的印象，同時引入若干引導(dǎo)性問題，結(jié)合實例來幫助學(xué)生了解左手法則的來源。教學(xué)的核心應(yīng)放在安培力、電流、磁感應(yīng)強度之間的方向關(guān)系講解，以求讓學(xué)生在了解左手法則的同時了解其本質(zhì)，達(dá)到知其所以然的目的。

二、學(xué)情分析

經(jīng)過前面的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)基本了解了電場、磁場等相關(guān)知識，同時對物理學(xué)科探究的積極性也相較于高中入學(xué)時期有了明顯的提升，具備了深入探究的基礎(chǔ)。

三、教學(xué)目標(biāo)

1.理解安培力的概念和產(chǎn)生條件，掌握安培力方向的判定方法，并能應(yīng)用其解決一些實際問題。

2.了解安培力在生活中的應(yīng)用情況，結(jié)合生活實例加深對安培力相關(guān)知識的理解，激發(fā)物理探究興趣，了解物理與生活的關(guān)系。

四、教學(xué)重難點

教學(xué)重點：在掌握安培力F=IlB公式的基礎(chǔ)上，明確安培力方向的確定方法。

教學(xué)難點：了解左手法則的由來，并能夠在不同的場景中靈活運用左手法則來解決實際問題。

五、教學(xué)過程

（一）課時導(dǎo)入

教師播放視頻，帶領(lǐng)學(xué)生簡單了解電動機、電磁鐵、磁懸浮列車，引出本節(jié)課的主題。

教師：同學(xué)們，經(jīng)過前面的學(xué)習(xí)，想必你們對電和磁之間的關(guān)系有了簡單的了解，有沒有哪位同學(xué)自告奮勇，帶著大家回顧一下相關(guān)知識呢？

學(xué)生舉手發(fā)言，對必修三電磁感應(yīng)相關(guān)知識進(jìn)行回顧。

教師：看來這位同學(xué)對相關(guān)知識點掌握得不錯，電和磁的一些特性在我們的生活中有著廣泛的應(yīng)用（多媒體展示電動機、電磁鐵、磁懸浮列車，并將畫面切換到其電動機的構(gòu)造上）。大家看，這就是電動機的內(nèi)部構(gòu)造，里面是一個磁鐵和一個線圈，如果給電動機通電的話，它就會這樣工作。（播放視頻動畫，電動機通電后，線圈開始轉(zhuǎn)動）

教師提問：假如我們將電流的方向反過來，又會產(chǎn)生怎樣的現(xiàn)象呢？

學(xué)生猜測：我猜線圈也會反過來轉(zhuǎn)動。

（教師改變電流方向，線圈的轉(zhuǎn)動方向果然發(fā)生了變化）

教師：大家是不是逐漸對這一現(xiàn)象產(chǎn)生好奇了呢？但僅憑我們目前掌握的知識還無法解釋這一現(xiàn)象。但只要大家認(rèn)真學(xué)習(xí)，這節(jié)課結(jié)束的時候，相信大家都會有答案的。

（設(shè)計意圖：通過播放電動機、電磁鐵和磁懸浮列車的視頻，引導(dǎo)學(xué)生回顧了電磁感應(yīng)的相關(guān)知識，而后以電動機的內(nèi)部構(gòu)造和工作原理自然地引入本節(jié)課的主題。在改變電流方向觀察線圈轉(zhuǎn)動方向變化的簡單動畫實驗中留下懸念，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的探索欲望。）

（二）問題探究

◆問題一：安培力的大小和方向與哪些因素有關(guān)？（概念初探）

教師利用視頻動畫復(fù)現(xiàn)教材第2頁的實驗案例（見圖1），學(xué)生觀察現(xiàn)象并在課本上記錄假設(shè)：方向變化可能與磁場方向和電流方向有關(guān)。

教師：接下來，我們來探究安培力的大小與哪些因素有關(guān)。我們可以通過控制變量法來研究這個問題。首先，保持其他條件不變，只改變磁感應(yīng)強度B，觀察安培力F的變化。然后，保持其他條件不變，只改變導(dǎo)體長度l，觀察安培力F的變化。最后，保持其他條件不變，只改變電流強度I，觀察安培力F的變化情況。

學(xué)生通過實驗觀察并記錄數(shù)據(jù)，得出結(jié)論：安培力的大小與磁感應(yīng)強度、導(dǎo)線長度、電流大小（暫未引入夾角）有關(guān)，即F=IlB（勻強磁場）。

◆問題二：怎樣更加直觀地判斷安培力的方向？（概念具化）

學(xué)生從公式中可以初步地感知安培力方向的判定條件，但想要直接判斷安培力時，卻又犯了難。教材給出了一個簡單的判定方法——左手法則。

（1）左手法則的引入

教師：實際上，為了直觀地判斷安培力的方向，物理學(xué)家為我們總結(jié)出了一個簡單的方法——左手法則。下面我來演示一下這個方法。

（教師演示左手法則：將左手掌伸平，讓大拇指與四指在同一平面內(nèi)且互相垂直，然后將磁感線穿入手心，四指指向電流方向，大拇指所指的方向即為安培力的方向。）

（2）學(xué)生實踐操作

教師：現(xiàn)在請同學(xué)們嘗試運用左手法則來判斷安培力的方向。大家跟著課件上的動畫一起來試一試，大拇指指向磁場方向，四指指向電流方向，然后將左手掌伸平，按照剛才教的方法進(jìn)行操作，看一看安培力的方向是不是和動畫中展現(xiàn)的一樣。

學(xué)生實踐操作后，交流培力方向的判斷心得，并記錄在筆記本上。

◆問題三：在現(xiàn)實應(yīng)用場景中，導(dǎo)線和磁感線并不總是垂直，這時又該如何判斷安培力的方向呢？（概念拓展）

在現(xiàn)實應(yīng)用中，導(dǎo)線與磁感線普遍存在一個夾角。為了解決這個問題，教學(xué)時需要引入一個新的概念——有效長度。有效長度是指導(dǎo)線在垂直于磁場方向上的投影長度。當(dāng)導(dǎo)線與磁感線不垂直時，可以通過計算有效長度來近似地表示安培力的大小，即F=IlBsinθ。

（1）有效長度的引入

教師：同學(xué)們，我們剛才學(xué)習(xí)了左手法則，運用它可以方便地判斷安培力的方向。但是，這個方法有一個前提條件，就是導(dǎo)線和磁感線必須垂直。如果導(dǎo)線和磁感線之間有一個夾角，那么左手法則還適用嗎？我們來看一個實驗。（播放視頻動畫，展示導(dǎo)線與磁感線之間有一個夾角的情況，導(dǎo)線通過一個彈簧秤連接到一個固定點，電流通過導(dǎo)線時，導(dǎo)線受到安培力，彈簧秤顯示出安培力的大小。）請同學(xué)們觀察視頻中的現(xiàn)象，并記錄下來。我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)導(dǎo)線和磁感線之間的夾角變化時，安培力的大小也隨之變化。那么，安培力的大小和夾角之間有什么關(guān)系呢？我們可以用什么公式來表示呢？

（2）學(xué)生自主探究

學(xué)生根據(jù)提示，嘗試推導(dǎo)安培力的公式，并將自己的推導(dǎo)過程寫在紙上。

提示1：如果導(dǎo)線和磁感線之間的夾角是90°，安培力的大小是多少？這時候，左手法則還適用嗎？

提示2：如果導(dǎo)線和磁感線之間的夾角是0°，安培力的大小又是多少？這時候，左手法則還適用嗎？

提示3：如果導(dǎo)線和磁感線之間的夾角是任意角度θ，那么安培力的大小是多少？這時候，左手法則還適用嗎？

（3）討論交流

教師：請同學(xué)們將自己的推導(dǎo)過程和結(jié)果與小組成員進(jìn)行交流，看看大家有沒有不同的想法，并找出最合理的答案。

（教師巡視，觀察學(xué)生的討論情況。）

（設(shè)計意圖：整個探究流程以問題為線索不斷推進(jìn)能夠更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)他們在探究過程中不斷思考，從而培養(yǎng)他們的科學(xué)探究能力和自主學(xué)習(xí)能力。對安培力公式的推導(dǎo)和應(yīng)用，學(xué)生可以更加深入地理解安培力的概念，為后續(xù)的概念講解打下基礎(chǔ)。）

（三）概念教學(xué)

教師：通過對三個問題的探究，相信大家已經(jīng)對老師開頭給大家留的問題有了答案。但物理學(xué)習(xí)是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)模覀冎磺宄渲械脑磉€不夠，還需要用科學(xué)的語言進(jìn)行總結(jié)。現(xiàn)在讓我們回到課本，看一看課本上是怎樣描述這些規(guī)律的。

（教師引導(dǎo)學(xué)生再次回顧課本內(nèi)容。雖然課本上的概念相對抽象，但學(xué)生經(jīng)過探究后很容易就能明白這些概念。）

學(xué)生查看教材是怎樣描述左手法則、安培力的方向，以及電流方向與磁場方向夾角θ是如何影響安培力的。在這個階段，學(xué)生也終于明白了之前F=IlB是怎樣得出的，當(dāng)夾角θ為90°時，sin90°=1，F(xiàn)=IlBsinθ也就等于F=IlB了。

（設(shè)計意圖：本部分主要總結(jié)概念，規(guī)范學(xué)生的表達(dá)，并逐步形成物理思維。將概念教學(xué)放在問題探究之后，目的在于讓學(xué)生通過自己的探究和思考對概念形成初步的認(rèn)識，然后在教師的引導(dǎo)下，結(jié)合課本中的描述，對概念進(jìn)行深入體會，從而加深學(xué)生對概念的理解。）

（四）小試牛刀

教師：為了檢驗大家對今天所學(xué)內(nèi)容的掌握情況，我們來做一些練習(xí)題。

（教師多媒體展示課本第6頁的練習(xí)題，讓學(xué)生作答。）

學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識，認(rèn)真審題并嘗試自己解答。教師可針對具體情況給予一定的提示。

（設(shè)計意圖：通過練習(xí)，學(xué)生可以更好地掌握本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容，提高解題能力和應(yīng)用能力。同時，通過學(xué)生的答題情況，了解學(xué)生對本節(jié)課內(nèi)容的掌握情況。）

（五）教學(xué)總結(jié)

教師：同學(xué)們，今天我們學(xué)習(xí)了安培力大小的計算方法，也學(xué)會了它的一般公式，以及如何利用左手法則判斷安培力的方向。這些知識在現(xiàn)實生活中有著廣泛的應(yīng)用。物理就是這樣一門課程，它源于生活中的一些微小現(xiàn)象，假如我們用心，就能夠從中一窺自然界的奧秘。

（教師布置預(yù)習(xí)任務(wù)和練習(xí)作業(yè)，對學(xué)生的表現(xiàn)進(jìn)行簡評，完成教學(xué)總結(jié)。）

（設(shè)計意圖：教師和學(xué)生共同回顧本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容，加深學(xué)生對所學(xué)知識的印象。同時，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到這些知識在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用價值，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。）

六、教學(xué)反思

本次教學(xué)基本達(dá)到預(yù)期效果，課堂主體部分也以問題為核心，成功地引導(dǎo)學(xué)生完成了安培力公式、方向的判斷，以及有效長度概念的學(xué)習(xí)。從學(xué)生的反應(yīng)和互動中可以看出，大部分學(xué)生對這些內(nèi)容有了較為深刻的理解。首先，在概念教學(xué)部分，我通過對三個問題的探究，引導(dǎo)學(xué)生在實際操作和思考中逐漸理解安培力、電流方向與磁場方向的關(guān)系等。學(xué)生通過翻閱教材，進(jìn)一步明確和規(guī)范了對這些概念的描述，這對于形成物理思維、加深理解非常有益。但在練習(xí)環(huán)節(jié)中，我發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生在解答有關(guān)安培力的問題時，仍存在一些問題，他們?nèi)菀淄浛紤]電流和磁場之間的夾角。這說明學(xué)生對概念的理解仍然相對模糊，需要在作業(yè)部分強化記憶，在后續(xù)的教學(xué)中，需要注重對公式中每個物理量的解讀，并多進(jìn)行一些相關(guān)練習(xí)，以提高解題能力。同時，我也應(yīng)該增加更多的實例演示，多留給學(xué)生討論消化的時間，讓學(xué)生在實踐中更好地掌握知識。最后，由于課堂主要以問題討論為主，我講解時間相對較少，教學(xué)節(jié)奏可能稍快，導(dǎo)致部分學(xué)生無法跟上。為此，我在今后的教學(xué)中，會更加注重學(xué)生的反饋，適時調(diào)整教學(xué)節(jié)奏，確保每個學(xué)生都能充分掌握所學(xué)內(nèi)容。

（作者單位：甘肅省會寧縣第五中學(xué)）

編輯：常超波