廣東省高二物理上冊(cè)必修二第五單元《磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用》全套教案

廣東省高二物理上冊(cè) 必修二第五單元磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用全套教案課題及內(nèi)容磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用總課時(shí)數(shù)2學(xué)前準(zhǔn)備教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生自主閱讀、思考，討論、交流學(xué)習(xí)成果。多媒體課件以聲首回面渲染氣氛，突出教學(xué)目標(biāo)。教學(xué)目標(biāo)(1)掌握磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力即安培力，及安培力大小跟各個(gè)因素的關(guān)系。(2)理解運(yùn)用左手定則確定安培力 F方向與電流I方向、外加磁場(chǎng)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(diǎn)力平衡解決力學(xué)綜合問題教學(xué)重、難占八、重點(diǎn)：掌握在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中磁場(chǎng)對(duì)電流作用的大小的計(jì)算及力學(xué)綜合運(yùn)用。難點(diǎn)：磁場(chǎng)方向、電流方向、安培力方向之間的關(guān)系。磁場(chǎng)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(yùn)用左手定 則判斷通電導(dǎo)線受到的安培力的方向。教學(xué)環(huán)節(jié)1 .教學(xué)主要環(huán)節(jié)第一個(gè)環(huán)節(jié) 情景引入得到安培力大小計(jì)算的一般式和安培力方向判定的一般規(guī)律。第二個(gè)環(huán)節(jié)習(xí)題互動(dòng)掌握安培力大小計(jì)算的綜合運(yùn)用。第三個(gè)環(huán)節(jié)習(xí)題互動(dòng)/、同情景的外加磁場(chǎng)作用卜安培力方向的判定。2 .教學(xué)流程圖3 .教學(xué)流程圖說明活動(dòng)一：通過教師的演示實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)與電流兩者方向不垂直時(shí)也能產(chǎn)生安 培力并且與垂直時(shí)的方向是相同的，以此為依據(jù)得到安培力大小計(jì)算的一般式和安培力方向 判定的一般規(guī)律。活動(dòng)二：通過例題1、2的創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增加學(xué)生互動(dòng)學(xué)習(xí)，掌握安培力大小計(jì)算的綜合運(yùn)用。活動(dòng)三：通過例題3、4的創(chuàng)設(shè)情境，研究磁體對(duì)電流的作用力、電流對(duì)電流作用力的方向的 判斷，體會(huì)外加磁場(chǎng)的來源，同時(shí)區(qū)分自身電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與外加磁場(chǎng)，掌握運(yùn)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(gè)教室充滿磁場(chǎng)，我們?nèi)绾稳ヲ?yàn)證呢？學(xué)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(chǎng)。教師：其實(shí)除了這種方法以外還可以放入通電導(dǎo)線，若通電導(dǎo)線放的位置恰當(dāng)，它在 磁場(chǎng)內(nèi)會(huì)受到力的作用，這個(gè)力就是安培力。2 .基本概念規(guī)律復(fù)習(xí)教師：安培力大小的計(jì)算式為 F=NBIL, N匝數(shù)、B磁感強(qiáng)度（指外加磁場(chǎng)）、I電流（指自身電流）、L導(dǎo)線長(zhǎng)度（指有效長(zhǎng)度）。 那么運(yùn)用這一公式的注意事項(xiàng)是什么？學(xué)生：（各抒己見）磁感強(qiáng)度 B的方向與電流I的方向垂直；L指有效長(zhǎng)度；必須是 勻強(qiáng)磁場(chǎng)。教師：非常好！這位同學(xué)講得不錯(cuò)，另外一位補(bǔ)充的也很好，接下來我進(jìn)行總結(jié)。教師：（總結(jié)）（1）通電導(dǎo)線（即電流）必須和磁場(chǎng)（磁感強(qiáng)度）方向垂直，若不垂直即通電導(dǎo)線與磁感應(yīng)強(qiáng)度的夾角為9時(shí)，如圖1所示那么磁場(chǎng)力的大小是多少？怎樣計(jì)算呢？教師：演示實(shí)驗(yàn)利用蹄形磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)，組合出如圖1的實(shí)驗(yàn)裝置。與B和I垂直時(shí)這兩種情況來比較安培力的方向。學(xué)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(duì)導(dǎo)線作用力為零，所以實(shí)際上磁場(chǎng)B對(duì)導(dǎo)線L的作用力就是它的垂直分量 B，對(duì)導(dǎo)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(dāng)B，L時(shí)，通電導(dǎo)線受安培力最大，F(xiàn)=NBIL,而當(dāng)B/ L時(shí)F=0,即就如我們上課初講到 的在磁場(chǎng)中只有通電導(dǎo)線位置放置恰當(dāng)時(shí)才會(huì)受到力的作用。當(dāng)通電導(dǎo)線平行磁場(chǎng)方向放入 磁場(chǎng)中，它所受的磁場(chǎng)力為零?？磥磉\(yùn)用 F=NBIL來計(jì)算磁場(chǎng)對(duì)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(dǎo)線的情況，若導(dǎo)線較長(zhǎng)，且各處所在的磁感強(qiáng)度不同，則無法用此公 式。因此只有在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，長(zhǎng)導(dǎo)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(xué)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(gè)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(chǎng)方向、電流方向、安培力方向三者之間必定兩兩垂直?學(xué)生：(討論)(有同學(xué)認(rèn)為三個(gè)物理量必定兩兩垂直，也有同學(xué)認(rèn)為不一定。)學(xué)生：磁場(chǎng)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(jì)算公式 F=NBILsin 8得到，但安培力一定垂直于磁場(chǎng)也一定垂直于電流。教師：非常好，這位同學(xué)講出了磁場(chǎng)、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(chǎng)方向與電流方向可以不垂直但安培力一定垂直于磁場(chǎng)與電流組成的平 面。3 .習(xí)題互動(dòng)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(qiáng)度B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，放置一根長(zhǎng)為 L的導(dǎo)線ab,若通過的電流為I 時(shí)，導(dǎo)線受到的磁場(chǎng)力大小 ;若導(dǎo)線以a端為軸轉(zhuǎn)過30。時(shí)，它受到的磁場(chǎng)力的大 小。圖4學(xué)生沈婷婷：第一個(gè)答案是 BIL ,第二個(gè)答案是BILcos60。沒等教師判定正確與否就有學(xué)生在下面直呼“上當(dāng)了”。 “什么地方上當(dāng)了？"我讓他回答。學(xué)生唐銘：“第二個(gè)題的條件有陷阱，答案應(yīng)該還是BIL。"教師：唐銘學(xué)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(jì)算公式和注意事項(xiàng)，這道題就能輕易解答出來了，因?yàn)楫?dāng)導(dǎo)線以a端為軸轉(zhuǎn)過30。的過程中，磁感強(qiáng)度B與電流I是始終垂直的，只有不垂直時(shí)才考慮角度問題。因此兩道小 題答案都是BIL。我們同學(xué)用公式做題目時(shí)一定要注意這個(gè)公式的適用條件和注意事項(xiàng)。評(píng)析：這道題檢驗(yàn)學(xué)生是否真正掌握了 F =NBILsin 9這個(gè)公式，學(xué)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(dǎo)軌，放一金屬棒電阻忽略，質(zhì)量為 由長(zhǎng)L1, 導(dǎo)線間距L2,金屬棒與導(dǎo)軌垂直，電源電動(dòng)勢(shì) & ,內(nèi)阻為r外電路電阻為R。(1)當(dāng)在導(dǎo)軌 的豎直方向加一個(gè)磁感強(qiáng)度為 B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，金屬棒仍處于靜止?fàn)顟B(tài)，求此時(shí)的安培力大 小和方向，以及靜摩擦力的大小和方向。(2)當(dāng)在導(dǎo)軌水平方向加一勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，導(dǎo)軌對(duì)水 平地面的壓力恰好為零，求其磁感強(qiáng)度的大小和方向。圖5分析：此題是一個(gè)安培力在共點(diǎn)力平衡中的運(yùn)用，先畫出二維平視圖(如圖6)圖6圖7(1)根據(jù)共點(diǎn)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(dāng)導(dǎo)軌對(duì)水平地面的壓力恰好為零時(shí)，根據(jù)共點(diǎn)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(píng)析：如何讓學(xué)生在做題目時(shí)能更加規(guī)范這是我們必須去引導(dǎo)的。通過第二小題的受力分析 和用左手定則判斷磁感強(qiáng)度的方向時(shí)都能很明顯的體現(xiàn)出作受力分析圖的重要性。學(xué)生有了 這種體會(huì)才會(huì)真正感受到作受力分析圖的重要性。我們教師如果只會(huì)在口頭上強(qiáng)調(diào)，那么效果可能就沒有在實(shí)踐中的體會(huì)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(dǎo)線垂直紙面水平放置，若在 導(dǎo)線中突然通以垂直紙面向外的電流，那么導(dǎo)線受到的磁場(chǎng)力方向和磁鐵受到的磁場(chǎng)力方 向？圖8圖9學(xué)生：（討論）因?yàn)榇┻^導(dǎo)線的磁場(chǎng)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(chǎng)力方向向下。教師：非常好！能迅速找到外加磁場(chǎng)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(chǎng)力方向。同學(xué)們?cè)偎伎妓伎?，還有什么方法呢？ 學(xué)生張超：把磁鐵等效為電流方向向內(nèi)的導(dǎo)線這樣就可以得到反向電流的兩根導(dǎo)線間是斥力， 所以方向向下。老師：張超同學(xué)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(xué)生：（搶答）小磁針！老師：非常正確。學(xué)生林雨洲：把條形磁鐵等效為小磁針。因?yàn)樗鼈兌际谴朋w，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(dǎo)線的磁場(chǎng)分布，可知它的磁感線都是以直導(dǎo)線 上各點(diǎn)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(chǎng)力的方向相反。所以，當(dāng)直導(dǎo)線突然通電后，磁鐵也突然 受到斜向下方向的兩個(gè)磁場(chǎng)力的作用，因此磁鐵受到的磁場(chǎng)力方向垂直地面向下 老師畫圖再進(jìn)行描述（圖9）。評(píng)析：該題可以應(yīng)用左手定則，先確定磁鐵的磁場(chǎng)對(duì)通電直導(dǎo)線作用力的方向是豎直向上的， 然后求其“反作用力”，即導(dǎo)線磁場(chǎng)對(duì)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(gè)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(chǎng)方向的規(guī)定，這在思維上顯然更為直接。我們教學(xué)生在進(jìn)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(fù)習(xí)到前面所學(xué)的知識(shí)使知識(shí)間的聯(lián)系更加密切又能拓寬 學(xué)生的思維，所以我們要讓學(xué)生運(yùn)用多種方式方法進(jìn)行解題。例題4.圖10中垂直紙面的兩根兩端固定的平行長(zhǎng)直導(dǎo)線， 通以圖示方向的同向電流I后，試 分析導(dǎo)線間的相互作用力。老師：剛才張超同學(xué)曾提到反向電流的兩根導(dǎo)線間是斥力，那么同向電流 呢？學(xué)生：引力。圖10老師：我們就先來證明同向電流是引力。學(xué)生：首先分析導(dǎo)線A的受力。導(dǎo)線B的磁場(chǎng)作用于導(dǎo)線A,而導(dǎo)線的磁場(chǎng)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(dǎo)線受力F的方向向右。 老師：如果我們?nèi)?dǎo)線B為研究對(duì)象學(xué)生：導(dǎo)線B處在A的磁場(chǎng)中，導(dǎo)線A的磁場(chǎng)方向和導(dǎo)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(dǎo)線相互吸引而靠攏；同樣平行反向電流是會(huì)相互排斥而有分離?！边@樣的結(jié)論，在實(shí)際問題中也可推廣應(yīng)用。例如，圖11中兩個(gè)相互平行的導(dǎo)線圓環(huán)通以同向電流后， 兩者如何相互作用？這時(shí)，可在兩圓環(huán)對(duì)應(yīng)的地方，分別取aa和bb'兩個(gè)小段作為研究對(duì)象。由于所取的長(zhǎng)度極圖11短，可將它們近似作為直導(dǎo)線處理，兩者必定相互吸引，那么，兩個(gè)圓環(huán)又可認(rèn)為就是由許 多這樣對(duì)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(dǎo)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(yùn)動(dòng)。這個(gè)問題我們下節(jié)課再繼續(xù)討論。評(píng)析：這道題通過學(xué)生講解為主，老師略微補(bǔ)充，因?yàn)閷W(xué)生對(duì)這個(gè)知識(shí)點(diǎn)掌握還不錯(cuò)。 通過復(fù)習(xí)學(xué)生在記住結(jié)論的同時(shí)也掌握了證明方法。板書隨堂測(cè)驗(yàn)完成課后習(xí)題主要采用問答法、討論法和講解法。讓學(xué)生在問答的形式中，主動(dòng)發(fā)表自己的見解；通過老師的必要講解，鞏固和加深學(xué)生對(duì)較難問題的理解與掌握。教學(xué)反思