选修3-1 3.4通电导线在磁场中受到的力

教学设计4 通电导线在磁场中受到的力本节分析本节是在学习了磁场基本概念的基础上，进一步通过实验探究和逻辑推理让学生了解磁场对通电导线的力的作用.安培力是磁场基本特性的应用之一，也是高考的重要知识点之一，学好本节可以为后面学习“运动电荷在磁场中受到的力”及“带电粒子在匀强磁场中的运动”两节课做好铺垫；也可以为今后学习“电磁感应”及力电综合问题打下基础.学情分析学生通过前面的学习已经了解了磁场的一般现象,知道了如何形象地描述磁场的磁感线，建立了磁感应强度的概念，本节是在这些基本知识的基础上继续学习磁场对电流的作用.本节学习的重点是安培力的大小和方向,而弄清安培力、电流、磁感应强度三者方向的空间关系是学生学习的一个难点。

教学目标●知识与技能（1）观察安培力方向与哪些因素有关的实验，记录实验现象并得出相关结论.知道安培力的方向与电流、磁感应强度的方向都垂直，并会用左手定则判断安培力的方向。

（2)推导匀强磁场中安培力的表达式,计算匀强磁场中安培力的大小.（3）知道磁电式电流表的基本构造以及运用它测量电流大小和方向的基本原理。

●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。

●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＝ILB sin θ，使学生掌握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.教学重难点●重点：安培力的方向和大小的计算，左手定则.●难点:安培力、电流、磁感应强度三者方向的空间关系.教学方法实验观察法、逻辑推理法、归纳总结法、讨论探究法、讲解法.教学准备蹄形磁铁2个、铁架台1个、线圈、电池、木板、内含磁铁的手套一只、开关、电流相互作用演示器一套、三支颜色不同的箭头、橡皮泥.教学设计（设计者：钱墨君）教学过程设计【演示2】如教材第92页图3。

4—3所示,连接好电路，分析通电平行直【引入】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阅读教材第93页图3.4-5，引导学生板书设计4 通电导线在磁场中受到的力一、安培力的方向左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一平面内;让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向,这时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．二、安培力的大小1.垂直于磁场B放置、长为L的一段导线，当通过的电流为I 时，它所受的安培力F＝ILB2。

3.4《通电导线在磁场中受到的力》导学案【学习目标】1、知道什么是安培力，知道电流方向与磁场方向平行时，电流受的安培力为零；电流方向与磁场方向垂直时，电流受安培力的大小F=BIL ；电流方向与磁场方向夹角为θ时，安培力F=BILsinθ。

2、左手定则熟练地判定安培力的方向。

3、知道电流表的基本构造，知道电流表测电流大小和方向的基本原理，了解电流表的基本特点【重点难点】 安培力的大小、方向，左手定则。

【学法指导】认真阅读教材，观察插图，体会磁场对电流的作用力大小与什么因素有关？力的方向有什么特点？【知识链接】什么是磁感应强度？其定义式为：_______________，注意电流源必须_____________放置。

【学习过程】一、安培力的方向用左手定则判定，安培力始终垂直于 和 所决定的平面，但 和 不一定垂直。

若它二者中任一量反向，F 将 。

二、安培力的大小：如图：一根长为L 的直导线，处于磁感应强度为B 的匀强磁场中且与B 的夹角为θ，当通过电流I 时，安培力的大小可表示为F= 。

当θ=90°时，安培力最大，Fmax=当θ=0°或θ=180°时，安培力为 。

【典型例题】例1、见课本94页第1题例2、如图所示，两根平行放置的导电轨道，间距为L ，倾角为θ，轨道间接有电动势为E （内阻不计）的电源，现将一根质量为m 、电阻为R 的金属杆ab 与轨道垂直放于导电轨道上，轨道的摩擦和电阻均不计，要使ab 杆静止，[希望可以帮到您]（1）所加垂直于导轨平面方向的匀强磁场的磁感应强度多大？ 方向如何？ θB（2）所加竖直方向的匀强磁场的磁感应强度多大？方向如何？【训练测试】1.关于磁场方向、电流方向、安培力方向三者之间的关系，正确的说法是( )A．磁场方向、电流方向、安培力方向三者之间总是互相垂直的[希望可以帮到您]B．磁场方向一定与安培力方向垂直，但电流方向不一定与安培力方向垂直C．磁场方向不一定与安培力方向垂直，但电流方向一定与安培力方向垂直D．磁场方向不一定与电流方向垂直，但安培力方向一定既与磁场方向垂直，又与电流方向垂直2．(2009·汕头模拟)如图所示，用两根相同的细绳水平悬挂一段均匀载流直导线MN，电流I方向从M到N，绳子的拉力均为F.为使F＝0，可能达到要求的方法是( ) A．加水平向右的磁场B．加水平向左的磁场C．加垂直纸面向里的磁场D．加垂直纸面向外的磁场3．一段通电导线平行于磁场方向放入匀强磁场中，导线上的电流方向由左向右，如图所示．在导线以其中心点为轴转动90°的过程中，导线受到的安培力( )A．大小不变，方向不变[希望可以帮到您]B．由零增大到最大，方向时刻变C．由最大减小到零，方向不变[来源:学§科§网]D．由零增大到最大，方向不变4．已知质量为m的通电细杆ab与导轨间的摩擦系数为μ，有电流时，ab恰好在导轨上静止，如图所示，下图是它的四个侧视图四种可能的匀强磁场方向，其中能使杆ab与导轨之间摩擦力为零的图是( )5．如图所示，接通开关时，观察到金属棒动起来这说明________，断开开关后，将滑动变阻器的滑动片向左滑动一段距离后，再接通开关时你观察到________；这种现象说明________．6．如图所示，两平行光滑导轨相距为20cm，金属棒MN的质量为10g，电阻R＝8Ω，匀强磁场的磁感应强度B＝0.8T，方向竖直向下，电源电动势E＝10V，内阻r＝1Ω，当电键K 闭合时，MN恰好平衡，求变阻器R1的取值为多少？设θ＝45°.[希望可以帮到您Z_X_X_K]【参考答案】1.答案：D解析：电流放入磁场中，不管电流与磁场是否垂直，安培力均垂直磁场和电流所确定的平面，即安培力总是垂直磁场方向，安培力总是垂直电流方向．2．答案：C解析：为使F＝0，则F安必竖直向上且F安＝mg，由左手定则可判定磁场一定是垂直纸面向里，故选项C正确．3．答案：D[希望可以帮到您希望可以帮到您]解析：导线转动前，电流方向与磁场方向平行，导体不受安培力；当导体转过一个小角度后，电流与磁场不再平行，导体受到安培力的作用；当导体转过90°时，电流与磁场垂直，此时导体所受安培力最大．根据左手定则判断知，力的方向始终不变．选项D正确．4．答案：AB解析：用左手定则判断各图中导电细杆的受力方向，再判断通电细杆所受的合力．5．答案：通电导线在磁场中受到力的作用；金属棒摆动的角度更大些；电流越强，导线受到的安培力越大[希望可以帮到您]6．答案：7Ω解析：先根据左手定则判定安培力的方向，然后根据平衡条件列方程，再利用安培力公式以及闭合电路欧姆定律进行求解．金属棒平衡时的平面受力图，如图2所示．当MN平衡时，有mgsinθ－BILcosθ＝0①由全电路欧姆定律，得I＝ER＋R1＋r②由①、②式联立并代入数据，得R1＝7Ω.【学习反思】安培力的方向、磁感应强度的方向、电流的方向三者之间的关系怎样？画图说明。

3.4 通电导线在磁场中受到的力一、单选题（本大题共9小题，共36.0分）1.如图所示，一根通有电流I的直铜棒MN，电流方向水平向右．用导线挂在磁感应强度为B的匀强磁场中，此时两根悬线处于张紧状态，下列哪些措施可使悬线中张力为零（）A. 适当增大电流强度IB. 使电流反向并适当减小电流强度IC. 保持电流强度I不变，适当减小磁感应强度BD. 使电流反向，适当减小磁感应强度B2.在如图所示的匀强磁场中，标出了电流和磁场以及磁场对电流作用力的方向，其中错误的是（）A. B.C. D.3.两根通电的长直导线平行放置，电流大小分别为I1和I2，电流的方向如图所示，在与导线垂直的平面上有a、b、c、d四点，其中a、b在导线横截面连线的延长线上，c、d在导线横截面连线的垂直平分线上．则导线中的电流在这四点产生磁场的磁感应强度一定不为零的是（）A. a、b点B. b、c点C. c、d点D. a、d点4.已知通电长直导线周围某点的磁感应强B=K I,即磁感应强度B与导线中的电流I成R正比、与该点到导线的距离r成反比．如图，两根互相平行的长直导线过纸面上的M、N两点，且与纸面垂直，导线中通有大小相等、方向相同的电流．a、o、b在M、N的连线上，o为MN的中点，c、d位于MN的中垂线上，且a、b、c、d到o 点的距离均相等．关于以上几点处的磁场，下列说法正确的是（）A. o点处的磁感应强度最大B. a、b两点处的磁感应强度大小相等，方向相反C. c、d两点处的磁感应强度大小相等，方向相同D. a、b、c、d四点处磁感应强度的大小相等，方向不同5.如图所示，向一根松弛的导体线圈中通以电流，线圈将会（）A. 纵向收缩，径向膨胀B. 纵向伸长，径向膨胀C. 纵向伸长，径向收缩D. 纵向收缩，径向收缩6.一通电直导线用细线悬挂于匀强磁场中，磁场及电流方向如图所示．通电导线所受安培力的方向是（）A. 水平向左B. 水平向右C. 竖直向上D. 竖直向下7.如图所示线框abcd在竖直面内，可以绕固定的OO′轴转动．现通以abcda电流，要使它受到磁场力后，ab边向纸外，cd边向纸里转动，则所加的磁场方向可能是（）A. 垂直纸面向外B. 竖直向上C. 竖直向下D. OO′上方垂直纸面向里，在OO′下方垂直纸面向外8.如图所示，两根平行导轨水平放置，间距为L，其间有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为B．垂直于导轨水平对称放置一根均匀金属棒．棒上通有图示方向的电流I，金属棒保持静止，则下列说法正确的是（）A. 金属棒受到四个力作用B. 金属棒所受摩擦力方向向右C. 减小电流，金属棒将向左运动D. 金属棒所受的重力与支持力是一对相互作用力9.如图所示，两平行直导线cd和ef竖直放置，通以方向相反大小相等的电流，a、b两点位于两导线所在的平面内，则()A. b点的磁感应强度为零B. ef导线在a点产生的磁场方向垂直纸面向里C. cd导线受到的安培力方向向右D. 同时改变两导线的电流方向，cd导线受到的安培力方向不变二、多选题（本大题共1小题，共4.0分）10.如图所示，螺线管、蹄形铁芯、长直导线AB均相距较远。

通电导线在磁场中受到的力一、教学目标核心素养层面：教学目标：1.知识与技能（1）知道安培力，会计算安培力的大小（2）知道安培力的方向与电流、磁场方向都垂直，会用左手定则判断安培力的方向；（3）知道磁电式电表的基本构造以及运用它测量电流大小和方向的基本原理.2.过程与方法（1）经历推导磁场中安培力的表达式，感受逻辑的力量；（2）通过学生分组实验，经历探究磁场对电流的作用力的方向和电流方向、磁场方向的关系这一过程，体验控制变量探究物理规律的方法.3.情感、态度与价值观（1）了解安培力在生产、生活中的作用，培养学生将科学技术服务于人类社会的意识；（2）经历磁场对电流的作用力的方向和电流方向、磁场方向的关系这一过程，培养学生的科学探究意识和正确的科学态度以及责任心.二、教学内容与学情分析1、教材分析：本节教材系人教版物理选修3-1第三章第4节的内容，磁场对电流的作用――安培力，在教材中起着承上启下的作用。

它不仅是与上节知识（磁场性质）的联系点，而且是学习电流表工作原理和推导洛伦兹力公式的基础。

安培力方向与电流、磁场方向关系的实验探究是采用控制变量法探究物理基本规律的一节课，涵盖了科学探究的基本因素，有助于培养学生物理学科的核心素养。

2、学情分析学生在学习本节课之前，已经学习了磁场，知道了磁体和电流周围磁场的性质及特点，了解到磁体间的相互作用、电流周围存在着磁场以及电与磁之间有联系。

学生通过高一物理“必修”课程的学习，经历了牛顿第二定律等实验探究过程，已经掌握了变量控制实验探究的一些科学研究方法，为本节的探究性学习做了铺垫。

三、任务分解四、教学活动教学过程设计教师教学活动设计活动设计复习一：（1）图中已知磁场方向，根据安培定则判断电流方向？教师教学活动设计活动设计复习一：（1）图中已知磁场方向，根据安培定则判断电流方向？（2）图中已知电流方向，请判断小磁针转动方向？提出问题：（1）在通电导线旁边的小磁针为什么会转动？（2）根据逆向思维，小磁针的磁场会不会对通电导线也有力的作用呢？引入新课：【活动一】创设情境，提出本节课的核心任务（1）创设情景（视频展示）央视国际频道的一则电磁轨道炮的新闻. （2）提出课题电磁轨道炮，是一种新式武器，既安全精准又威力巨大，各国正在争相研发，它与常规炮弹靠化学剂的推动不同，电磁轨道炮利用的是一种新型的推进方式，它的原理是怎样的呢？这节课，我们就来揭秘“电磁轨道炮”.【活动二】感受小型“电磁轨道炮”，经历理性分析实验现象过程（1）介绍实验装置如图1，这也是一个小型的电磁轨道炮.它是由竖直向下的匀强磁场，金属轨道和炮弹（金属棒）组成.（2）实验演示将导体棒放在磁场中，接通电源，导体棒就通上电，同学们观察到：电磁轨道炮被发射出去了.（3）解释现象提问：通电导体棒为什么会被发射出去？说明什么？实验验证①撤去磁场，其它不变，发现金属棒不动.说明金属棒受到的力的施力物体确实是磁场；②切开电源，其它不变，发现金属棒不动.说明这个力是磁场对通电导线（电流）的力.（4）提出概念为了纪念法国物理学家安培在电磁学中做出的卓越贡献，我们把磁场对通电导线（电流）的力叫做安培力.（5）提出从刚才的实验中我们看到，安培力就是电磁炮发射的动力，为了有效的发射电磁轨道炮我们必须知道这个力的方向是怎样的，受哪些因素影响，下面我们通过实验来探究.新课教学：【活动三】实验探究安培力的方向与磁场方向和电流方向的关系演示：按照右图所示进行实验：复习电流磁效应，为后面做铺垫以尖端科技（电磁轨道炮）引入新课，学生感觉很新奇，可以有效激发学生学习兴趣，将学生的注意力集中到课堂.通过演示实验，模拟电磁轨道炮的发射过程，学生获得感性认识，为本课题学习提供必要的感性材料.通过对问题的参与与自我尝试，培养独立思考的品质和探索精神（科学态度）（1）改变导线中电流的方向，观察受力方向是否改变？（2）上下交互磁场的位置以改变磁场的方向，观察受力方向是否变化？（3）提出猜测通过刚才的演示，你认为安培力的方向跟哪些因素有关系呢？接下来我们通过分组实验来探究安培力方向与磁场、电流方向之间有怎样的关系.有没有更简洁的方法表达这个关系呢？课堂练习：练习1、2、3练习4：两条靠近的平行导线在通电时会出现什么现象？（看视频）（引导学生先理论分析，得到同向电流相互吸引，反向电流相互排斥.）【活动四】理论探究安培力大小的表达式提出问题：根据左手定则，我们可以准确的设定电磁炮的发射方向了，我们还需要进一步研究怎样让电磁炮具有更强的杀伤力，这与它的动力系统有着密不可分的联系.制约安培力大小的因素有哪些呢？下面我们进一步探究.（1）回顾B的定义提问：磁感应强度是怎样定义的？追问2：对导线的放置有什么要求？追问3：如果导线平行磁场放置，安培力是多大？追问4：如果导线与磁场既不平行也不垂直，安培力是多大？（介于零和垂直放置之间）下面，请同学们推导安培力的表达式.（2）理论推导特殊情况问1：当通电导线垂直磁场放置时，安培力大小？当通电导线平行磁场放置时，安培力大小？（3）理论推导一般情况，如果磁场与电流成θ角时，安培力表达式怎样？请各小组先讨论，并给出结论？（学生思考后给出两种方法，一种是分解B，另一种分解L，得到相同的结果F=BILsinθ，并认识到垂直和平行是两种特殊情况.）【活动五】揭秘电磁轨道炮（1）设置情景电磁轨道炮原理如图所示，整个装置可以把质量为20 g弹体（包括金属杆的质量）发射出去.若轨道宽2m，金属杆上电流为10 A，磁感应强度为1 T，经过t=2 s的加速，问弹体获得速度是多大？思考讨论：如果要提高电磁炮的发射速度，你认为可以怎么办？学生讨论后得到三种方式：①增大电流、②增强磁场、③减轻质量.【活动六】规律应用，探究磁电式电表的工作原理（1）观察磁电式电表如图8，让学生观察磁铁、铝框、线圈、螺旋弹簧、极靴、指针、铁质圆柱等构件，了解它们之中哪些是固定的，哪些是可以动的.（2）看书93页磁电式电流表第1—3段，分组讨论（屏幕上显示如下问题）问1：线圈的转动是怎样产生的？问2：线圈为什么不能一直转动下去？问3：为什么指针偏转角度的大小可以说明被测电流的强弱？问4：如何根据指针偏转的方向来确定电路上电流的强弱？问5：使用时要注意什么？（引导）前面我们学过右手螺旋定则，来表达电流方向和磁场的关系，这个方法很简洁的，我们能不能也类似的用手来表达这种关系呢？学生分组实验探究，经历规律发现过程，尝试用“左手”归纳判断安培力方向的方法，可以让学生最大程度的参与课堂；②借助小工具立体展现三个量的方向关系，体验空间关系构建方法.在定义磁感应强度时，学生经历了实验探究的过程，所以此处只进行理论探究，推导出安培力大小的表达式学生经历安培力方向的探究、安培力大小的探究、解决电磁轨道炮的问题，学生意识到看似神秘的电磁炮，其实它的原理并不深奥！先让学生观察磁电式电表的结构，再分组讨论、自学其工作原理，最后让。

3.4通电导线在磁场中受到的力（教案）横县百合完全中学：韦衍虎〖教材分析〗安培力的方向和大小是本节的重点内容，也是这一章的重点内容之一。

安培力、电流、磁感应强度三者方向的空间关系（左手定则）是本节的难点，比如：安培力的方向一定与电流、磁感应强度方向垂直，但电流方向与磁感应强度的方向可以成任意角度；当电流方向与磁感应强度的方向垂直时，安培力最大。

正确应用左手定则也是本章的难点之一。

〖学情分析〗空间想象能力对本节学习至关重要，但学生这方面比较薄弱，要使学生能够看懂立体图，熟悉各种角度的侧视图、俯视图和剖面图，对此学生常常混淆，需要一定的巩固训练。

刚学磁感应强度，对电流与磁场的方向关系的认识主要停留在垂直这种特殊情况上，这堂课要加强对方向角的认识。

另外安培力是导线的总体长度在磁场中收到的力的总和，这一点可以缓一步提醒，不要急于求成。

〖教学目标〗知识与技能：1、知道什么是安培力，会推导安培力公式。

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。

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。

情感态度与价值观：1、通过推导一般情况下安培力的公式，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。

〖教学重难点〗教学重点：安培力的大小计算和方向判定。

教学难点：用左手定则判定安培力的方向。

〖教法与学法〗教法：讲授法、实验法、谈论法学法：观察体验法、推论法，归类比较法、等效分析法、二维视图法〖信息技术的融合〗在课件中插入动态图〖教学过程〗一、新课引入初次见面也没有什么礼物送给大家，我做了一个小爱心，送给大家，希望大家喜欢。

(播放动图、音频）问题：为什么“心”会转动？其中会有怎么样的规律呢？通过前面的学习我们知道了磁场对通电导线会有力的作用。

安培在这方面有杰出的贡献，为了纪念他，我们把通电导线在磁场中所受的作用力叫做安培力。