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1、山东省成武一中高中物理3.4磁场对通电导线的作用力教案新人教版选修3-1第三章 磁场3.4 磁场对通电导线的作用力新课标要求(一)知识与技能1、知道什么是安培力,会推导安培力公式F=BILsin。2、知道左手定则的内容,并会用它判断安培力的方向。3、了解磁电式电流表的工作原理。(二)过程与方法通过演示实验归纳、总结安培力的方向与电流、磁场方向的关系左手定则。(三)情感、态度与价值观1、通过推导一般情况下安培力的公式F=BILsin,使学生形成认识事物规律要抓住一般性的科学方法。2、通过了解磁电式电流表的工作原理,感受物理知识的相互联系。教学重点安培力的大小计算和方向的判定。教学难点用左手定则判
2、定安培力的方向。教学方法实验观察法、逻辑推理法、讲解法教学用具:蹄形磁铁多个、导线和开关、电源、铁架台、两条平行通电直导线、投影片,多媒体辅助教学设备教学过程(一)引入新课教师: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。(二)进行新课1、安培力的方向教师:安培力的方向与什么因素有关呢?演示:如图所示,连接好电路。实验(1)改变电流的方向,观察发生的现象。现象导体向相反的方向运动。(2)调换磁铁两极的位置来改变磁场方向,观察发生的现象。现象导体又向相反的
3、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。教师:如何判断安培力的方向呢?出示投影片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。例:判断下图中导线A所受磁场力的方向。 解答: (垂直于纸面向里) 教师:通电平行直导线间的作
4、用力方向如何呢?演示:如图所示,连接好电路。实验(1)电流的方向相同时,观察发生的现象。现象两平行导线相互靠近。实验(2)电流的方向相反时,观察发生的现象。现象两平行导线相互远离。教师:为什么会这样呢?请大家用所学知识加以分析。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? 解析:两根导线的电流间的相互作用力是通过电流产生的磁场而作用的,要分析AB受力,必须先画出CD产生的磁场方向(如图),由左手定则可判知AB受到的磁场力指向CD;用同样方法先画出AB产生的磁场方向,可判知CD受到的磁场力指向AB,因而两同向电流是互相吸引。请大家不妨根据上述分析方法,确定一下当
5、AB和CD两根导线中通过反向电流时,它们间相互作用力的方向如何?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。2、安培力的大小教师:通过第二节课的学习,我们已经知道,垂直于磁场B放置的通电导线L,所通电流为I时,它在磁场中受到的安培力F=BIL教师:当磁感应强度B的方向与导线平行时,导线受力为零。问题当磁感应强度B的方向与导线方向成夹角时,导线受的安培力多大呢?教师投影图3.4-4,引导学生推导:将磁感应强度B分解为与导线垂直的分量和与导线平行的分量,则,因不产生安培力,导线所受安培力是产生的,故此即为一般情况下的安培力公式。3、磁电
6、式电流表教师: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。请同学们阅读课文,然后回答,电流表主要由哪几部分组成的?投影图3.4-5。学生答电流表由永久磁铁、铁芯、线圈、螺旋弹簧、指针、刻度盘等六部分组成。请同学们阅读课文,然后回答,为什么电流表可测出电流的强弱和方向?学生答磁场对电流的作用力和电流成正比,因而线圈中的电流越大,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。当线圈中的电流方向改变时,安培力的方向随着改变,指针的偏转方向也随着改变,所以,根据指针的偏转方向,可以知道被测电流的方向。问题电流表中磁场分布
7、有何特点呢?为何要如此分布?教师讲解电流表中磁铁与铁芯之间是均匀辐向分布的。如图。教师进一步讲解所谓均匀辐向分布,就是说所有磁感线的延长线都通过铁芯的中心,不管线圈处于什么位置,线圈平面与磁感线之间的夹角都是零度。该磁场并非匀强磁场,但在以铁芯为中心的圆圈上,各点的磁感应强度B的大小是相等的。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。请同学们阅读课文,磁电式仪表的优缺点是什么?学生答磁电式仪表的优点是灵敏度高,可以测出很弱的电流;缺点是绕制线圈的导线很细,允许通过的电流很弱(几十微安到几毫安)。如果通过的电流超过允许值,很容易把它烧坏。(三)课堂总
8、结、点评教师活动:让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结,其他同学在笔记本上总结,然后请同学评价黑板上的小结内容。学生活动:认真总结概括本节内容,并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结,看谁的更好,好在什么地方。点评:总结课堂内容,培养学生概括总结能力。教师要放开,让学生自己总结所学内容,允许内容的顺序不同,从而构建他们自己的知识框架。(四)实例探究安培力的方向【例1】如图所示,蹄形磁体用悬线悬于O点,在磁铁的正下方有一水平放置的长直导线,当导线中通以由左向右的电流时,蹄形磁铁的运动情况将是_。A静止不动B向纸外平动CN极向纸外,S极向纸内转动DN极向纸内,S极向纸
9、外转动解析:要判断磁体的转动情况,就要知道通电导线对蹄形磁铁的作用力,而要判断磁体的作用力较为困难,我们可以假设磁铁不动,来考虑导线的受力的情况,然后根据牛顿第三定律判断磁铁的受力情况。首先画出导线所在位置的磁感线分布情况如图所示,导线左边与右边的磁场方向不同,故把导线分为左右两部分.由左手定则可知左边的导线受到向内的作用力,右边的导线受到向左的作用力,所以导线左边向内转动,右边向外转动,现在导线固定,蹄形磁铁可以自由转动,磁铁的转动方向与导线的转动方向相反,所以蹄形磁铁的N极向外转动,S极向内转动,本题选C。安培力的大小【例2】将长度为20cm、通有0.1A电流的直导线放入一匀强磁场中,电流
10、与磁场的方向如图所示,已知磁感应强度为1T。试求出下列各图中导线所受安培力的大小和方向。解析:由左手定则和安培力的计算公式得:(1)因导线与磁感线平行,所以安培力为零;(2)由左手定则知:安培力方向垂直导线水平向右,大小F=BIL=0.10.2N=0.02N;(3)安培力的方向在纸面内垂直导线斜向上,大小F=BIL=0.02N。答案:(1)0;导线与磁感线平行 (2)0.02 N;安培力方向垂直导线水平向右(3)0.02 N;安培力的方向在纸面内垂直导线斜向上说明:求安培力的大小时,要注意公式F=BIL中B与I要垂直;用左手定则判定安培力的方向时,要注意安培力既与导线垂直又与磁感线垂直,但B与
11、I可以成任意夹角。【例3】如图所示,一根长为L的细铝棒用两个倔强系数为k的弹簧水平地悬吊在匀强磁场中,磁场方向垂直于纸面向里,当棒中通以向右的电流I时,弹簧缩短y;若通以向左的电流,也是大小等于I时,弹簧伸长y,则磁感应强度B为_A.ky/ILB.2ky/ILC.kIL/yD.2IL/ky解析:设不通电时,弹簧长为x,则通向右的电流时,有k(x-y)=mg-BIL通向左的电流时,有k(x+y)=mg+BIL解得B=ky/IL答案:A课余作业1、课下阅读课本第98页,做一做用小磁针估测磁感应强度或旋转的液体小实验。2、完成P99“问题与练习”第1、2、4题。书面完成第3题。教学体会思维方法是解决问题的灵魂,是物理教学的根本;亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键,离开了思维方法和实践活动,物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花,水中月。6 / 6