高中磁场对通电导线的作用力教学设计

这是一份高中磁场对通电导线的作用力教学设计，共7页。
《磁场对通电导线的作用力》
教学目标
1.知道什么是安培力，会推导安培力公式F=BILsinθ。
能够利用安培力公式和磁感应强度的定义式进行计算；
2.通过演示实验归纳、总结安培力的方向与电流、磁场方向的关系——左手定则。
3.渗透物理学方法的教育，体会实验在物理学发展中的作用和用比值定义物理量的方法。
教学内容
教学重点：安培力的大小计算和方向的判定。
教学难点：左手定则
教学过程
◆新课导入
（一）复习提问：
1.历史上最早发现电流磁效应的是谁？
2.通电导线对小磁针的作用力是如何发生的？
3.通电导线产生的磁场方向如何判断？
4.说出下列符号表示的是什么？
（二）引入
通过第二节的学习，我们已经初步了解磁场对通电导线的作用力。安培在这方面的研究做出了杰出的贡献，为了纪念他，人们把通电导线在磁场中所受的作用力叫做安培力。这节课我们对安培力作进一步的讨论。
◆新课展示：
1、安培力的方向
演示：改变电流的方向
现象：导体向相反的方向运动。
演示：调换磁铁两极的位置来改变磁场方向
现象：导体又向相反的方向运动。
教师引导学生分析得出结论：
（1）安培力的方向和磁场方向、电流方向有关系。
（2）安培力的方向既跟磁场方向垂直，又跟电流方向垂直，也就是说，安培力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所在的平面。

（以上的实验结论，也可以用右边的两图来表示，大量的实验表明，这个结论正好与我们的左手相符合，因此人们把它称作左手定则。）
2、左手定则
通电直导线所受安培力的方向和磁场方向、电流方向之间的关系，可以用左手定则来判定：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都和手掌在一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向电流的方向，那么，大拇指所指的方向，就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。

3、思考与与讨论：
通电平行直导线间的作用力方向如何呢？
演示：电流的方向相同时
现象：两平行导线相互靠近。
演示：电流的方向相反时
现象：两平行导线相互远离。
引导学生利用已有的知识进行分析：
如图，两根靠近的平行直导线通入方向相同的电流时，它们相互间的作用力的方向如何?

说明：分析通电导线在磁场中的受力时，要先确定导线所在处的磁场方向，然后根据左手定则确定通电导线的受力方向。
4、安培力的大小
演示实验：


先介绍如图中的实验装置，然后观察实验。
如图所示，三块相同的蹄形磁铁并列放置，可以认为磁极间的磁场是均匀的。将一根直导线悬挂在磁铁的两极间。有电流通过时导线将摆动一个角度，通过这个角度我们可以比较安培力的大小。分别接通“2、3”和“1、4”可以改变导线通电部分的长度，电流强度由外部电路控制。先保持导线通电部分的长度不变，改变电流的大小；然后保持电流不变，改变导线通电部分的长度。观察这两个因素对磁场力的影响。
磁场对通电直导线有力的作用，引导学生作定性分析，得出：确定的磁场，对通电直导线的作用力大小与直导线的长度L、通入电流强度I有关。
（1）通电导线长度一定时，电流越大，安培力越大 ；
（2）通电导线电流一定时，通电导线越长，安培力越大 ；
总结：精确的实验表明通电直导线垂直放置在确定的磁场中受到的磁场力F跟通过的电流强度I和导线长度L成正比，或者说跟I·L的乘积成正比。这就是说无论怎样改变电流强度I和导线长度L，乘积IL增大多少倍，则F也增大多少倍。
（3）写成公式为： 或
单位：特斯拉（T）1T=1N／（A·m）
（ 教师引导学生一起分析以上两式中B的物理意义。）
（4）理解： ①在同一磁场中，不管I和L怎样变化，B总是不变的，即比值是恒量。 ②在不同磁场中，B一般是不同的，即比值与磁场有关。
总结：比值B是由磁场本身决定的。在I、L一定的情况下，F越大，比值B越大，表示磁场越强。可见，用比值B可以表示磁场的强弱。
类比：正如电场特性用电场强度来描述一样，磁场特性用一个新的物理量——磁感应强度来描述。
例 2. 如图所示，将通电导线圆环平行于纸面缓慢地坚直向下放入水平方向垂直纸面各里的匀强磁场中 , 则在通电圆环完全进入磁场的过程中，所受的安培力大小变化是 ( )
A.逐渐变大 B. 先变大后变小
C. 逐渐变小 D. 先变小后变大
5、磁电式电流表
中学实验室里使用的电流表是磁电式电流表，下面我们来学习磁电式电流表的工作原理。
（1）电流表主要由哪几部分组成的？投影图3.4-5。







电流表由永久磁铁、铁芯、线圈、螺旋弹簧、指针、刻度盘等六部分组成。
（2）什么电流表可测出电流的强弱和方向？
磁场对电流的作用力和电流成正比，圈中的电流越大，安培力越大，线圈和指针偏转的角度就越大，因此，根据指针偏转角度的大小，可以知道被测电流的强弱。
（3）电流表中磁场分布有何特点呢？
电流表中磁铁与铁芯之间是均匀辐向分布的(如图3.4-7)。
这样的磁场，可使线圈转动时，它的两个边所经过的位置磁场强弱都相同，从而使表盘的刻度均匀。
例3 . 如图是磁电式电流表的部分结构，蹄形磁铁和铁芯间的磁场辐 向均匀分布，线圈中 a 、 b 两条导线长均为 l ，通以图示方向的电流 I ， 两条导线所在处的磁感应强度大小均为 B 。则 ( )
A. 该磁场是匀强磁场
B ．线圈平面总与磁场方向垂直
C ．线圈将沿逆时针方向转动
D ． a 、 b 导线受到的安培力大小总为 I l B
◆反馈练习
（1）将一根通有电流的直导线放入一匀强磁场中，电流与磁场的方向如图所示，。试判断下列各图中导线所受安培力的方向。

（2）电磁炮是一种理想的兵器,它的主要原理如图所示,1982年,澳大利亚国立大学制成了能把2.2g的弹体(包括金属杆EF的质量)加速到10km/s的电磁炮(常规炮弹的速度约为2km/s)，若轨道宽2m，长为100m，通以恒定电流10A，则
(1)轨道间所加匀强磁场的磁感应强度为多大?
(2)安培力的最大功率为多大?(不计轨道摩擦)

◆课堂总结
1、安培力的大小
2、安培力的方向
3、左手定则：伸开左手，使 跟 垂直，并且都 ，把手放入磁场中，让 垂直穿入手心，并使 指向电流的方向，
那么， 所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。
4、平行通电导线的相互作用力的分析
5、磁电式电流表
◆家庭作业与活动
1．认真阅读课本
2．书面作业P7（3）、（4）