人教版 (2019)选择性必修 第二册磁场对通电导线的作用力教案设计

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第二册磁场对通电导线的作用力教案设计，共18页。教案主要包含了实验演示，引入概念，实验探究， 自制教具，科学探究，小组讨论 归纳总结，定性分析，定量探究，科学推理，得出结论等内容，欢迎下载使用。
课程名称
高中物理选择性必修 2
选用教材
人教版 2019
授课题目
磁场对通电导线的作用力
授课章节
第一章第 1 节
教学用具
探究安培力实验仪（ 自制），铜线圈，磁铁，干电池，小灯泡，多媒体教学系统， PPT 课件
内容分析
磁场和电场是电磁学的核心内容，安培力在电磁学中具有重要的地位，也是教学的重点，它进一步揭示了电和磁之间的关系。本节课是在初中物理中磁场对电流的作用的基础上，深入探究安培力的方向和大小。安培力是洛伦兹力的宏观表现，它为后面洛伦兹力方向的学习奠定了基础，为研究动力学的综合问题打下了基础。
《普通高中物理课程标准（2017 年版 2020 年修订）》对于本节内容提出明确要求：通过实验，认识安培力。能判断安培力的方向，会计算安培力的大小。了解安培力在生活中的应用。教材的内容编排体现了课标的要求，从安培力的定义出发，通过实验探究安培力的方向和大小，最后分析了磁电式电流表的工作原理。但是，教材中设计的实验不能唯一确定安培力的方向，这不利于学生理解和掌握“左手定则 ”。
学情分析
高二学生已经学习了电流在其周围会激发磁场，知道磁场对通电导体有力的作用，力的方向和电流方向、磁场方向有关，能熟练运用“控制变量法 ”进行实验探究。
学生对物理现象充满好奇心，对物理实验有浓厚的兴趣，喜欢动手操作。高二学生已经具有较强的实验探究能力，且科学论证推理能力有了较大提升，这为学生进行实验探究，归纳总结安培力、磁感应强度、电流三者之间的空间关系，得出“左手定则 ”，探究影响安培力大小的因素奠定了基础。但学生通过实验现象总结规律能力有待进一步提高。
教学目标
物理观念
l 理解安培力的产生，加深对“场 ”概念的认知；
l 理解安培力、磁场、电流之间的空间关系，学会使用左手定则判断安培力方向，熟练计算匀强磁场中安培力大小；
l 能应用安培力分析、解决实际问题。
教学目标
科学思维
l 运用从“特殊 ”到“一般 ”的思维，首先让电流方向与磁场方向垂直，进行实验探究，归纳总结出“左手定则 ”，得出安培力的计算公式；
l 从“定性 ”到“定量 ”探究安培力大小与哪些因素有关，培养学生能针对具体问题进行科学推理，找出规律；
l 用控制变量法进行实验探究，培养学生具有运用科学方法的意识；
l 引导分析，指出教材中的实验装置不能确定力的方向，培养学生具有批判性思维的意识。
科学探究
l 通过对安培力的方向和大小进行实验探究，培养学生具有科学探究的意识，具有一定的实验设计能力，并有效获取数据；
l 熟练使用“控制变量法 ”进行实验探究，对实验数据进行分析，归纳总结得出安培力、磁场、电流方向之间的关系，得出安培力的大小在匀强磁场中的表达式。
科学态度及责任
l 合理创设情境，激发学生学习和研究物理的兴趣和求知欲；
l 通过对磁电式电流表原理的分析，加深学生对科学、技术、社会、环境关系的认识；
l 通过科学探究，培养学生实事求是的科学态度，具有与他人合作交流的能力。
教学重点
l 熟练应用左手定则判断安培力的方向；
l 安培力大小的计算。
教学难点
l 安培力 F、电流 I、磁感应强度 B 三者方向的空间关系；
l 安培力大小的计算。
教学模式
启发——引导模式，实验探究模式
教学方法
讲授法、实验法、讨论法
教 学 过 程
教学环节
教学活动
设计意图
实验演示引入概念
【实验演示】
通过实验演示，激发学生的兴趣和求知欲， 同时吸引学生的注意力，利用所学知识解释现象产生的原因。
观察现象：闭合开关，小灯泡发亮，线圈静止不动；接着在小线圈旁边放置磁铁，此时学生观察到线圈会摆动起来，断开开关，磁铁依旧放置在小线圈旁边，学生观察发现线圈保持静止。
分析：物体的运动状态发生了改变是受到力的作用，但是施力物体并没有直观的观察到。
当线圈通电时，静止不动，放置磁铁后，保持通电，线圈发生摆动，断开电流，线圈保持静止，说明通电导体在磁场中将会受到力的作用。
【引入概念】
一、安培力
定义：通电导体在磁场中受到的力。
介绍在物理学史中奥斯特、安培、法拉第对电磁现象的研究和个人贡献，引出安培力的定义和名字由来。
巩固学生对安培力产生条件的理解，加深对“ 场 ”的理解和认知。
通过引入物理学家对电磁的研究的过程，让学生了解科学家艰辛的探索历程。
实验探究
--安培力
的方向
由于力具有矢量性，因此从方向和大小两个方面来研究安培力。首先探究安培力的方向
二、安培力的方向
分析：电流有方向，描述磁场性质的磁感应强度也 有方向。
猜想：那么安培力的方向与电流方向和磁感应强度的方向是不是有关呢?
【实验探究】
用教材中图 1.1-1 所
示的实验装置进行探究，引导学生对实验现象分析。
得出结论：
安培力的方向与电流和磁场方向有关。
存在的问题：不能具体确定安培力的方向。
引导学生基于观察、分析，猜想安培力的方向与电流方向和磁感应强度的方向可能有关，培养学生的观察能力，分析、解决问题的能力。
引导分析，指出教材中演示安培力方向的实验存在的问题，培养学生能基于证据提出质疑，具有批判性思维的意识。
实验探究
--安培力
的方向
【 自制教具，科学探究】
1.介绍仪器
主要组成部分：底座、磁铁、力传感器、导体棒(铝棒)和电源。
2.仪器的调节
⑴底座水平。
底座上安装有水准器，通过调节三个底脚螺旋可以调节底座水平。
⑵磁钢板与底座垂直
两块矩形磁钢板与底座垂直，从而可以保证磁感应强度的方向沿水平方向，并且与磁钢板垂直。它们之间的空间近似为匀强磁场。通过更换磁钢板可改变磁场的强弱。
⑶铝棒水平，并且与磁钢板面平行
电流方向与磁感应强度的方向垂直。
3.实验原理
闭合开关，给铝棒通电，传感器 1 可以显示其在竖直方向受到的力。通电时，如果发现示数变大了，说明传感器受到向下的力；示数减小，则受到向上的力。
注意： 闭合开关，发现铝棒没有左右摆动，并不能说明安培力沿竖直方向。
水平放置一个力传感器，让它的挂钩与导体棒接触（有较小示数），给导体棒通电，若该传感器显示的示数不发生变化，则说明在当前实验条件下安培力方向在
让学生了解仪器的调节要求，为学生 自主探究奠定基础。
首先让电流方向与磁场方向垂直 ，在这一特殊情况下探究安培力的方向与电流方向和磁感应强度方向之间关系，从“ 特殊 ”到“一般 ”，有利于学生的理解和掌握。
实验探究
--安培力
的方向
竖直方向。
4.学生自主探究
强调：电流方向与磁感应强度方向垂直。
实验装置调节好之后，引导学生思考如何通过实验装置实验探究。通过之前的猜想得出，安培力的方向可能和电流方向和磁场方向都有关系， 因此提出以下问题：
⑴如何改变电流方向和磁场方向？
⑵进行实验探究的方法?
⑶设计表格记录数据？
小组讨论，得出答案：
⑴交换导线与电源正负极连线的位置来改变电流方向。
⑵使用“控制变量法 ”进行实验探究。
⑶设计表格记录数据。
表格 1 探究安培力的方向
次数
磁场方向
电流方向
安培力方向
1
水平向左
垂直向内
向上
2
垂直向外
向下
3
水平向右
垂直向外
向上
4
垂直向内
向下
【小组讨论 归纳总结】
制作模型将实验数据放到空间中表示，并引导学生仔细观察，能得到怎样的结论。
归纳总结：通过实验探究，验证了安培力的方向与电流方向，磁场方向都有关系，并且安培力方向既与电
高二学生已经具有较强的实验探究能力，且科学论证推理能力有了较大提升，这为学生进行实验探究奠定了基础。
通过设计问题，让小组讨论进行实验探究的步骤，进一步促进学生科学探究能力的提升。
由于学生的空间逻辑思维能力较差，通过制作模型，直观展示安培力、磁感应强度、 电流三者方向之间的空间关系，促进学生的理解， 突破教学难点。
流方向垂直又与磁场方向垂直，即垂直于电流和磁场所在的平面。
得出结论：三个矢量两两垂直。
得出结论后，启发学生思考，有没有简单快速的方
式来帮助我们判断安培力的大小，进而引出“左手定则 ”
左手定则：使左手的拇指与其余四个手指垂直并且处于同一个平面，让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流方向，此时拇指所指的方向就是通电导线所受安培
力的方向。
实验探究
--安培力
的大小
三、安培力的大小
【定性分析】
利用教材中的实验装置，让学生进行定性分析：安培力的大小随电流和磁感应强度大小变化的关系。
猜想:安培力的大小可能与电流的大小、磁感应强度的大小以及导体的长度有关.
基于上述定性分析，让学生以小组为单位，运用自制教具，定量探究安培力的大小与电流强度 I 、磁感应强度 B、通电导体长度L 的大小的关系。
【定量探究】
1.实验原理
没有给铝棒通电时，传感器 1 显示的示数是悬挂的矩形框部分的重力，记住 F1。
闭合开关，给铝棒通电，传感器 1 显示的示数是矩形框重力与安培力的合力大小，记住 F2。则安培力的大小为
从“定性 ”到“定量 ”探究影响安培力大小的因素，激发学生求知欲，促进学生科学思维、科学探究能力的提升。
通过问题引导学生进行实验设计，合理制定实验步骤， 能有效获得实验数据，促进学生科学探究能力的提升。
F = F - F
1 2
为了操作简单，可在导体未通电前将传感器示数置零，则示数的绝对值就是测量时安培力的大小 F。
实验装置调节好后，引导学生思考如何通过实验装置进行实验。
提出问题：
⑴如何改变磁感应大小？
⑵如何测量磁感应大小？
⑶如何改变导体棒长度？
实验探究
--安培力
的大小
引导学生思考、讨论，得出答案：
⑴调整两块磁钢板之间的距离，或者更换磁体改变磁场强度大小。
⑵使用磁感应强度传感器测量磁场大小。
⑶滑动接入铜线的位置，改变接入导体棒的长度。
2.实验操作,收集数据
学生自主探究，用控制变量法进行实验探究，设计表格记录数据。
⑴改变电流的大小
小组合作， 自主探究，培养学生实事求是的科学态度， 具有与他人合作交流的能力。
实验探究
--安培力
的大小
控制磁感应强度大小不变、导体棒长度不变，记录导体通电前后传感器的示数 F1 、F2 ，记录数据：
表格 2 安培力 F 大小与电流大小 I 的关系
次数
1
2
3
4
I/A
1.00
2.00
3.00
4.00
F/N
0.011
0.020
0.031
0.043
导体长度：L= m ，磁感应强度：B= T
⑵改变通电导体长度
表格 3 安培力F 大小与通电导体长度 L 的关系
次数
1
2
3
4
L/A
L0
2L0
3L0
4L0
F/N
0.011
0.020
0.031
0.043
电流强度：I= A，磁感应强度：B= T
⑶改变磁场的强度
表格 4 安培力 F 大小与磁感应强度大小 B 的关系
次数
1
2
3
4
B/T
0.050
0.100
0.150
0.200
F/N
0.075
0.150
0.223
0.301
【科学推理，得出结论】
将数据进行处理，可以得到结论F ∞ BIL , 用等式可以表示为F = kBIL 。如果各物理量取国际单位制, 则k= 1, 等式变成
F = BIL
得出公式后，引导学生思考，如果磁场方向和电流方向不垂直，该怎么计算安培力的大小。
由于磁感应强度 B 是一个矢量，因此可以进行矢量的分解，将磁感应强度的方向分解为沿导体棒方向和垂直与电流的方向，由于沿导体棒方向的分量 B ∥ 与电流方向平行，因此 B∥对通电导线没有作用力，只有 B丄分量对通电导线产生作用力。
B = B sin θ
丄
使 学 生 经 历收 集 数据、整理数据，分析数据的过程，锻炼学生提取信息、分析信息与处理信息的能力。
运用数学知识处理数据，使学生体会到学科之间的交叉联系。
正确处理实验数据，归纳总结，得出安培力的大小与得出安培力的大小在匀强磁场中的计算表达式，培养学生进行科学推理的能力。
实验探究
--安培力
的大小
F = ILB sin θ
注：安培力的方向与磁感应强度 B 和电流 I 确定的
深化拓展，从磁感应强度的方向与电流方向垂直，得出判断安培力方向的方法和计算安培力大小的表达式，再到“ 一般 ”情况： 电流和磁感应强度方向可以成任意夹角。让学生体会、理解从“ 特殊 ”到“一般 ”的推理方法。
平面垂直。
学以致用巩固新知
四、磁电式电流表【拓展深化】
1.介绍磁电式电流表的结构
2.磁电式电流表的工作原理
引导学生分析磁电式电流表的工作原理。
让物理走进生活，培养同学留心观察生活中的物理现象的习惯和物理思维品质， 学会运用所学的知识解释原理，渗透“ 学 以致用 ”的思想。
课堂小结
知识：在本节课中, 通过实验探究，总结归纳出安培力的方向与电流方向和磁场方向之间的关系——“左手定则 ”。定量探究了安培力的大小跟电流强度大小、导线长度、磁场的强弱关系,总结出了大小的关系式
对本节课的教学内容进行系统的概括、整
F=BILsinθ 。在此基础上，分析了磁电式电流表的工作原理。
方法：实验探究中，从“特殊 ”到“一般 ”，从“定性 ”“定量 ”，并采用了“控制变量法 ”，对获得的数据进行处理，总结归纳，得出规律，促进了学生学科核心素养的发展。
合和深化，便于学生掌握、记忆。
板书设计
本着简洁明了、突出重点的原则设计板书，帮助学生明确重点，便于学生课后复习。
作业布置
制作简易电动机与家庭作业
通过完成课后作业来帮助学生复习和巩固本节课所学知识。