廣東省高二物理上冊必修二第五單元《磁場對通電導線的作用》全套教案

廣東省高二物理上冊 必修二第五單元磁場對通電導線的作用全套教案課題及內(nèi)容磁場對通電導線的作用總課時數(shù)2學前準備教師啟發(fā)、引導，學生自主閱讀、思考，討論、交流學習成果。多媒體課件以聲首回面渲染氣氛，突出教學目標。教學目標(1)掌握磁場對電流的作用力即安培力，及安培力大小跟各個因素的關(guān)系。(2)理解運用左手定則確定安培力 F方向與電流I方向、外加磁場B方向的三者 邏輯關(guān)系。(3)應(yīng)用安培力大小，聯(lián)系共點力平衡解決力學綜合問題教學重、難占八、重點：掌握在勻強磁場中磁場對電流作用的大小的計算及力學綜合運用。難點：磁場方向、電流方向、安培力方向之間的關(guān)系。磁場方向不一定總與電流 方向垂直，但安培力一定垂直于磁感線與電流決定的平面。能熟練地運用左手定 則判斷通電導線受到的安培力的方向。教學環(huán)節(jié)1 .教學主要環(huán)節(jié)第一個環(huán)節(jié) 情景引入得到安培力大小計算的一般式和安培力方向判定的一般規(guī)律。第二個環(huán)節(jié)習題互動掌握安培力大小計算的綜合運用。第三個環(huán)節(jié)習題互動/、同情景的外加磁場作用卜安培力方向的判定。2 .教學流程圖3 .教學流程圖說明活動一：通過教師的演示實驗，讓學生發(fā)現(xiàn)磁場與電流兩者方向不垂直時也能產(chǎn)生安 培力并且與垂直時的方向是相同的，以此為依據(jù)得到安培力大小計算的一般式和安培力方向 判定的一般規(guī)律?；顒佣和ㄟ^例題1、2的創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學生的學習興趣，增加學生互動學習，掌握安培力大小計算的綜合運用?；顒尤和ㄟ^例題3、4的創(chuàng)設(shè)情境，研究磁體對電流的作用力、電流對電流作用力的方向的 判斷，體會外加磁場的來源，同時區(qū)分自身電流產(chǎn)生的磁場與外加磁場，掌握運用左手定則 判定安培力的方向。七.案例（詳案）1 .引入性提問教師：假如我們整個教室充滿磁場，我們?nèi)绾稳ヲ炞C呢？學生：可以放入小磁針，若小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)說明教室里有磁場。教師：其實除了這種方法以外還可以放入通電導線，若通電導線放的位置恰當，它在 磁場內(nèi)會受到力的作用，這個力就是安培力。2 .基本概念規(guī)律復習教師：安培力大小的計算式為 F=NBIL, N匝數(shù)、B磁感強度（指外加磁場）、I電流（指自身電流）、L導線長度（指有效長度）。 那么運用這一公式的注意事項是什么？學生：（各抒己見）磁感強度 B的方向與電流I的方向垂直；L指有效長度；必須是 勻強磁場。教師：非常好！這位同學講得不錯，另外一位補充的也很好，接下來我進行總結(jié)。教師：（總結(jié)）（1）通電導線（即電流）必須和磁場（磁感強度）方向垂直，若不垂直即通電導線與磁感應(yīng)強度的夾角為9時，如圖1所示那么磁場力的大小是多少？怎樣計算呢？教師：演示實驗利用蹄形磁鐵產(chǎn)生的磁場，組合出如圖1的實驗裝置。與B和I垂直時這兩種情況來比較安培力的方向。學生：（觀察和討論）得出安培力的方向一致。將B分解成垂直L的B，和平行L的B/ ,因平行L的B/對導線作用力為零，所以實際上磁場B對導線L的作用力就是它的垂直分量 B，對導線的作用力（如圖2所示）教師：F=N B±IL=NBILsin 9 （8 是 B、L 間夾角）所以當B，L時，通電導線受安培力最大，F(xiàn)=NBIL,而當B/ L時F=0,即就如我們上課初講到 的在磁場中只有通電導線位置放置恰當時才會受到力的作用。當通電導線平行磁場方向放入 磁場中，它所受的磁場力為零?？磥磉\用 F=NBIL來計算磁場對電流的作用力的大小是有條件 的，必須滿足B± L。適用于一小段通電導線的情況，若導線較長，且各處所在的磁感強度不同，則無法用此公 式。因此只有在勻強磁場中，長導線才適用。教師：接下去我們研究安培力的方向。用什么定則？學生（異口同聲）：左手定則。教師：我們伸出左手，一起來回憶左手定則判定的步驟，以圖 3為例：（i）大拇指跟四指垂直，且在同一個平面內(nèi)；（ii ）讓磁感線垂直穿過手心；（iii ）使四指指向電流方向；（iv）則大拇指指向安培力的方向。老師： 那么是不是磁場方向、電流方向、安培力方向三者之間必定兩兩垂直?學生：(討論)(有同學認為三個物理量必定兩兩垂直，也有同學認為不一定。)學生：磁場方向不一定總與電流方向垂直，可以根據(jù)前面所講的安培力計算公式 F=NBILsin 8得到，但安培力一定垂直于磁場也一定垂直于電流。教師：非常好，這位同學講出了磁場、電流、安培力三者方向的關(guān)系。我們也可以這樣來描 述三者方向關(guān)系：磁場方向與電流方向可以不垂直但安培力一定垂直于磁場與電流組成的平 面。3 .習題互動教師：下面我們通過一些例題來具體分析安培力大小和方向。例1.如圖4,在磁感強度B的勻強磁場中，放置一根長為 L的導線ab,若通過的電流為I 時，導線受到的磁場力大小 ;若導線以a端為軸轉(zhuǎn)過30。時，它受到的磁場力的大 小。圖4學生沈婷婷：第一個答案是 BIL ,第二個答案是BILcos60。沒等教師判定正確與否就有學生在下面直呼“上當了”。 “什么地方上當了？"我讓他回答。學生唐銘：“第二個題的條件有陷阱，答案應(yīng)該還是BIL。"教師：唐銘學生回答的答案是正確的，但我們不能隨便說這就是“陷阱”，我們?nèi)绻鶕?jù)安培力的計算公式和注意事項，這道題就能輕易解答出來了，因為當導線以a端為軸轉(zhuǎn)過30。的過程中，磁感強度B與電流I是始終垂直的，只有不垂直時才考慮角度問題。因此兩道小 題答案都是BIL。我們同學用公式做題目時一定要注意這個公式的適用條件和注意事項。評析：這道題檢驗學生是否真正掌握了 F =NBILsin 9這個公式，學生通過這道題明白了 “ 9 ” 的含義。例2.如圖5所示，已知水平放置的平行金屬導軌，放一金屬棒電阻忽略，質(zhì)量為 由長L1, 導線間距L2,金屬棒與導軌垂直，電源電動勢 & ,內(nèi)阻為r外電路電阻為R。(1)當在導軌 的豎直方向加一個磁感強度為 B的勻強磁場時，金屬棒仍處于靜止狀態(tài)，求此時的安培力大 小和方向，以及靜摩擦力的大小和方向。(2)當在導軌水平方向加一勻強磁場時，導軌對水 平地面的壓力恰好為零，求其磁感強度的大小和方向。圖5分析：此題是一個安培力在共點力平衡中的運用，先畫出二維平視圖(如圖6)圖6圖7(1)根據(jù)共點力平衡原理，安培力等于靜摩擦力，安培力 5安=812& /(R+r)方向向左，靜 摩擦力f= F安=812& /(R+r) 方向向右。(2)(如圖7)當導軌對水平地面的壓力恰好為零時，根據(jù)共點力平衡原理，安培力等于重力。即mg=BI L2 , I= £ /(R+r),所以B=mg(R+r)/L2 &。根據(jù)左手定則，方向水平向右。評析：如何讓學生在做題目時能更加規(guī)范這是我們必須去引導的。通過第二小題的受力分析 和用左手定則判斷磁感強度的方向時都能很明顯的體現(xiàn)出作受力分析圖的重要性。學生有了 這種體會才會真正感受到作受力分析圖的重要性。我們教師如果只會在口頭上強調(diào)，那么效果可能就沒有在實踐中的體會這樣明顯。例3.如圖8所示，置于水平地面上的條形磁鐵的正上方，有一導線垂直紙面水平放置，若在 導線中突然通以垂直紙面向外的電流，那么導線受到的磁場力方向和磁鐵受到的磁場力方 向？圖8圖9學生：（討論）因為穿過導線的磁場水平向右，根據(jù)左手定則，安培力垂直地面向上，又根據(jù) 作用力與反作用力可知磁鐵受到的磁場力方向向下。教師：非常好！能迅速找到外加磁場方向和自身電流方向是解決這類題目的關(guān)鍵。不過我們 可以用其他方法來判斷磁鐵受到的磁場力方向。同學們再思考思考，還有什么方法呢？ 學生張超：把磁鐵等效為電流方向向內(nèi)的導線這樣就可以得到反向電流的兩根導線間是斥力， 所以方向向下。老師：張超同學用到等效替代的方法，輕易地解答出了這道題。我們也可以把條形磁鐵看作學生：（搶答）小磁針！老師：非常正確。學生林雨洲：把條形磁鐵等效為小磁針。因為它們都是磁體，有共性，即它們N極的受力方向就是磁感線的切線方向?，F(xiàn)在根據(jù)通電直導線的磁場分布，可知它的磁感線都是以直導線 上各點為圓心的同心圓。條形磁鐵N極處磁感線的切線方向，就是磁鐵N極受力方向；S極處 的磁感線的切線方向和S極受磁場力的方向相反。所以，當直導線突然通電后，磁鐵也突然 受到斜向下方向的兩個磁場力的作用，因此磁鐵受到的磁場力方向垂直地面向下 老師畫圖再進行描述（圖9）。評析：該題可以應(yīng)用左手定則，先確定磁鐵的磁場對通電直導線作用力的方向是豎直向上的， 然后求其“反作用力”，即導線磁場對磁鐵作用的方向是豎直向下的，最后選出答案。不過， 這在思維上多轉(zhuǎn)了一個彎，因而不算最佳解題方案。如果，把條形磁鐵看作小磁針，并充分 利用磁場方向的規(guī)定，這在思維上顯然更為直接。我們教學生在進行解題過程中用到不同的 方法，像這道題通過一題多解既能復習到前面所學的知識使知識間的聯(lián)系更加密切又能拓寬 學生的思維，所以我們要讓學生運用多種方式方法進行解題。例題4.圖10中垂直紙面的兩根兩端固定的平行長直導線， 通以圖示方向的同向電流I后，試 分析導線間的相互作用力。老師：剛才張超同學曾提到反向電流的兩根導線間是斥力，那么同向電流 呢？學生：引力。圖10老師：我們就先來證明同向電流是引力。學生：首先分析導線A的受力。導線B的磁場作用于導線A,而導線的磁場方向可由右手螺旋 定則確定（方向如圖10中虛線所示），再采用左手定則則可斷定 A導線受力F的方向向右。 老師：如果我們?nèi)Ь€B為研究對象學生：導線B處在A的磁場中，導線A的磁場方向和導線B的受力F'的方向，得出F'向左 的結(jié)果。老師：關(guān)于反向問題我們課后自行解答。由此題我們可得出這樣結(jié)論“平行同向電流相互作用的結(jié)果是使兩導線相互吸引而靠攏；同樣平行反向電流是會相互排斥而有分離?！边@樣的結(jié)論，在實際問題中也可推廣應(yīng)用。例如，圖11中兩個相互平行的導線圓環(huán)通以同向電流后， 兩者如何相互作用？這時，可在兩圓環(huán)對應(yīng)的地方，分別取aa和bb'兩個小段作為研究對象。由于所取的長度極圖11短，可將它們近似作為直導線處理，兩者必定相互吸引，那么，兩個圓環(huán)又可認為就是由許 多這樣對應(yīng)的小段組成，因而兩圓環(huán)相互吸引靠攏的結(jié)果，立即可以獲得。老師：假如兩根通電直導線，相隔一定距離，又互成任意夾角，其中一根固定那么另一根將 如何運動。這個問題我們下節(jié)課再繼續(xù)討論。評析：這道題通過學生講解為主，老師略微補充，因為學生對這個知識點掌握還不錯。 通過復習學生在記住結(jié)論的同時也掌握了證明方法。板書隨堂測驗完成課后習題主要采用問答法、討論法和講解法。讓學生在問答的形式中，主動發(fā)表自己的見解；通過老師的必要講解，鞏固和加深學生對較難問題的理解與掌握。教學反思