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1、磁场对电流的作用 左手定则讲稿一 引入新课同学们好！现在我们开始上课！ 社会的不断发展，使我们的生活更加丰富多彩。现在屏幕展现的是，作为大都市无处不在的观光电梯，动感的观光电梯，让人享受美好的城市生活，演奏着社会和谐的音符。想过没有，这上上下下的享受是依靠什么来实现的。同样，在闲暇之余，我们会情不自禁地走向大自然，当我们乘做缆车，一览祖国美好河山时，想过没有，又是来自何处的力量使我们能漫步云中，陶醉在人间仙境。对，一切的一切都是源自这样一个核心部件-电动机。其实，电动机在我们的生活中有着广泛的应用，比如，城市轨道交通需要电动机车牵引，港口货物搬运需要起重机的助力，就连我们身边的洗衣机、电风扇中
2、都有电动机的身影，那么，电动机的工作原理是什么？轰鸣的马达，演奏着城市生活的乐章；纵横交错的轨道交通动脉，编织着现代时尚的遐想；各种琳琅满目的家用电器，让人享受着美好的城市生活。想过没有，如果这些设备出了故障，需要检修时，最常用的检修工具是什么，对，是电表，通过它我们可以检测到故障的所在。那么，为什么电表能够帮助我们检测故障的所在呢？它的工作原理又是怎样的呢？一个是能提供强大动力的电动机，一个是能诊断机器故障的电表，两者看起来好象没有多大的关联，然而，为什么今天我们要把它们放置在一起呢？或许在看过它们的内部结构之后同学们就能明白了。（展示结构）同学们看看这两者的结构中有什么相同之处？对，都有磁
3、铁和线圈等。今天，我们要探究的是，为什么磁铁和电圈的有机组合能实现如此的功能。磁场对电流的作用 左手定则二、讲授新课在探究为什么磁铁和电圈的有机组合能实现上述的功能之前，也就是说，在探讨电动机和电表的制作原理之前，我想请大家思考这样一个问题，或者说，大家有没有想过这样一个问题，人们为什么会想到去研究磁场和电流的关系的？ 为帮助大家的思考，我为大家提供当时物理学发展的一些背景。在当时，人们已经知道电场对电荷有力的作用，还知道与电场类似，有磁场存在；电荷定向移动就形成电流。现在的问题是，当你面对这样的史学背景，你会萌发怎样的思考。在你的思考过程中，你是依据怎样的认知策略来形成你的观点的。下面，大家
4、俩俩讨论讨论对，依据类比思维，人们猜想：既然电场对电荷有力的作用，是不是磁场对电流也有力的作用呢？实际上，当时许多物理学家，就是这样提出这个研究命题的。下面，就让我们来研究这个问题磁场对电流的作用现在，在讲台上有这样一套装置：一个蹄形磁铁，一根金属棒放置在两根平行的金属导轨上，导轨通过导线、电流表、开关与电源相连，形成回路。利用这套实验装置，我们就可以对“磁场对电流的作用”这个问题进行实验层面上的研究。接下来，希望大家思考的问题是，为什么这样的实验装置可以对“磁场对电流的作用”这个命题进行实验层面上的研究。也就是说，当我们面对一个具体的物理问题时，需要经历怎样的认知过程才能设计出一个具有探究意
5、义的实验装置。对，我们首先要把握构成这个问题的基本要素以及这些要素之间可能存在的某种联系，（磁场和电流），以此作为构建实验装置的重要依据。那么，像这样一套装置能不能实现我们的探究要求呢？要回答这样的问题，必须分析构成这个问题的基本要素以及这些要素之间可能存在的某种联系。由我们的研究命题可知，磁场和电流是构成这个研究命题的基本要素，不难看出，构成该实验装置的主要结构是：磁场和电流，由此说明，该实验装置具有在此基础上，若再通过对构成这个问题的要素之间可能存在的某种联系进行分析，大家想一想，此举对实验探究具有怎样的价值。对。它是我们生成实验操作步骤的重要依据。也就是说，探究时，我们应该先把金属棒静止
6、放置在导轨上，让它处于磁场中，然后，接通电源，观察金属棒状态的变化。好。下面我们就来进行实验探究。下面，请大家注意观察，当我们闭合开关后，会出现什么现象？（演示实验现象）我们看到，接通电源后，金属棒的运动会状态发生了变化。面对这一实验现象我们可以得出怎样的实验推论。对，由牛顿第一定律我们知道，金属棒一定受到了力的作用。也就是说，为帮助大家体验和把握上述实验过程中所蕴涵的认知要素，下面，老师给你们以下实验器材，两根导线、电源、开关等，看看能不能利用这些实验器材设计出能探究“磁场对电流作用”的实验。说出你们的设计原理。下面，大家拿出纸和笔，俩俩讨论旁：刚才老师用磁铁来产生磁场；还有没有别的产生磁场
7、方法？回想我们曾经所学的，电流与磁场的关系好。下面我们一起来交流一下。对，我们可以利用电流的磁效应原理，利用通电导线产生的磁场来替代由磁铁产生的磁场。依据这样的思路，我们就可以设计出相应的实验装置来研究我们所要研究的问题了。现在大家来看这样一套装置：我们将两根直导线竖直悬挂、互相靠近，再通过电源、开关，使它们组成回路。请大家分析一下，这样的实验装置能不能实现我们的探究要求呢？学生分析好，下面请同学们一起来观察实验现象。接通电源（演示实验）我们看到什么现象？我们看到两根导线都向内弯曲了。这说明了什么？导线发生形变，说明它受到力的作用。大量的实验都可以说明，磁场对电流确实有力的作用。在这个问题的研
8、究过程中，著名物理学家安培做出了巨大的贡献，后人为了纪念他，就把这个力称为安培力。我们再来看刚才两个实验，同学有没有注意到，安培力在这里起着排斥的作用，而这那里起着吸引的作用。为什么会有这种不同呢？要想回答这个问题，我们就必须深入研究磁场对电流的作用力具有怎样的规律。现在我们就从方向这个角度来研究这个问题。首先，请同学们思考，有哪些因素会影响安培力的方向？（学生讨论）我们知道，产生安培力需要磁场和电流。那么这两个要素具有什么相同的特点？它们都是有方向的量。所以，磁场的方向和电流的方向都对安培力的方向产生影响。那么我们应该用什么方法去研究它们各自对安培力的方向有什么影响呢？根据这一方法的要求，前
9、面实验中的两组实验器材，哪一组更适合我们的研究？下面请同学们思考这个实验应该怎样操作？我们就按照同学们的设计思路来做一做这个实验，注意观察现象，想一想这种现象说明了什么。（演示实验）我们发现，改变磁场或者电流的方向，安培力的方向也随之改变。这是我们得到的实验现象，我们希望，通过现象总结出一个简单有效的方法来判断安培力的方向。问题是这样一种方法怎么去找呢？还是应该从现象能够入手，深入分析其中蕴含的要点。同学们有没有注意到，安培力、磁场、电流三者的方向是怎样的位置关系？三者在空间中是怎样的？（空间中两两垂直）我们身边有没有什么东西也具有这种特性？比如墙角，再比如我们的手。伸出我们的手，四指伸直，拇
10、指分开，掌心、四指、拇指三者的方向是怎样的位置关系？是不是也具有这种特性？那我们能不能用我们的手来描述安培力的方向与磁场、电流的关系呢？用哪只手？怎么描述？（学生讨论）我们发现，左手的掌心、四指、拇指恰好与实验中磁场、电流、安培力的方向相对应，于是我们就得到了能够描述安培力方向的法则左手定则。二 巩固新课了解了左手定则，请同学们试着解释刚才实验中两根导线为什么会相互吸引呢？如果通以相反方向的电流，情况又是怎样的？导线产生的磁场我们用右手定则来判断，而受到的力用左手定则来判断。由于两根导线中都有电流，各自都产生磁场，又都受到对方磁场的作用，所以它们都发生了形变。刚才我们讨论的都是直导线的情况，那
11、如果把导线的形状改变一下，弯成一个线圈，它的受力情况又是怎样的呢？（学生讨论）我们发现，线圈实际上受到一个力矩的作用，使它能够转动。那么，转动的线圈在我们的生活中有没有用处呢？首先我们来看看它在电流表中的应用。我们再来看看电流表的结构，想一想，如果有电流流入电流表，会发生什么现象？线圈受到力矩的作用转动，带动指针发生偏转，在表盘上就有了读数。可是同学们有没有注意到，在平行磁场中，线圈受到的力矩是逐渐变小的，转过相同的角度，它的变化不均匀。但表盘上的刻度却是均匀的。人们是如何解决这个问题的呢？（学生讨论）我们发现，电流表中的磁场时向心型的，这样，线圈受到的力矩就始终不变，转过相同的角度，它的变化
12、就是均匀的了。但是，如果让线圈继续转下去，新的问题又出现了。同学们有没有发现，线圈受到的力矩总是使线圈回到受力平衡的位置而不能使线圈持续地转动。我们有什么办法能让线圈持续转动呢？（学生讨论）我们发现，只要在线圈转过平衡位置之后立刻改变安培力的方向，就能使线圈继续转下去。根据前面的左手定则，同学们觉得是改变磁场方向还是电流方向更方便呢？如何改变？（学生讨论）老师向大家介绍一种装置换向器，它能很方便的改变电流的方向，从而使线圈持续转动。在换向器中，两个铁片与两个半圆环分别相贴。但线圈转过平衡位置时，铁片恰好与原来的铁环脱离而与另一个铁环相贴，这样，线圈中的电流就正好方向，于是线圈就能继续转动下去。
13、这样一套装置就是我们前面看到的电动机的基本结构。这是一种最简单的电动机，在我们生活中还有各种其他类型的电动机。在我们学习了后面知识后，同学们就能明白它们的工作原理了。三 小结今天，我们研究的是磁场对电流的作用。回顾这节课，同学们是否还记得人们是如何想到去研究这个问题的？对，通过类比的方法，从一个已知的现象中拓展得到的。这是人们发现新问题的一种重要的方法。在研究这个问题的时候，我们首先要寻找问题的要素有哪些，根据要素去选择器材，设计实验。我们通过两组不同的实验，说明磁场确实对电流有力的作用，称为安培力。在我们发现了新事物-安培力之后，探寻它的规律就成为我们接下来要做的事情。今天，我们探寻的是如何
14、判断安培力的方向。在这个探究过程中，我们还是要首先寻找影响安培力方向的要素有哪些，根据要素确定实验方法，选择实验器材，设计实验过程。这是我们进行实验探究的一个基本的思路。在观察到实验现象之后，人们总是希望自己的认识不是停留在现象上，而是通过现象总结出一定的规律。同学们回想一下，我们是怎么得出左手定则的？首先分析现象中的特点，然后展开联想，寻找我们熟悉的、与之相似的事物，建立两者之间的联系，从而总结归纳出规律。并且，我们运用规律解释了前面的现象以及在我们生活中的应用，回答了开始时提出的问题。四 作业其实，这一部分知识在生活中还有很多方面的应用，比如电磁炮和电流天平。请同学们根据今天所学的内容，试着解释一下它们的工作原理。今天的课就上到这里，下课！28
