高中物理 3.4 通电导线在磁场中受到的力导学案 新人教版选修

第三章磁场第四节通电导线在磁场中受到的力【学习目标】1、知道什么是安培力，会推导安培力公式F=BIL sinθ。

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。

【重点、难点】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定安培力的方向。

预习案【自主学习】1．磁场对的作用力通常称为安培力。

2．磁场方向的通电直导线，受到的安培力的大小的跟通电导线在磁场中的长度有关，导线长作用力；导线短，作用力。

用公式表示为。

3．如果磁场方向与电流方向夹角为θ时，安培力的大小，方向仍可用定则判定。

4．左手定则：让磁感线垂直穿入，四指指向方向，拇指所指的方向。

5．在磁电式电流表中，蹄形磁铁和铁心间的磁场是的。

探究案【合作探究一】问题1：判断下图中导线A所受磁场力的方向。

答案：问题2如图4所示，长L、质量为m的金属杆ab，被两根竖直的金属丝静止吊起，金属杆ab处在方向垂直纸面向里的匀强磁场中。

当金属杆中通有方向a→b的电流I时，每根金属丝的拉力大小为T。

当金属杆通有方向b→a的电流I时，每根金属丝的拉力大小为2T。

求磁场的磁感应强度B的大小。

例3．如图5两个同样的导线环同轴平行悬挂，相隔一小段距离，当同时给两导线环通以同向电流时，两导线环将（）A．吸引B．排斥C．保持静止D．边吸引边转动例3解答：A两个线圈内的电流产生的磁场方向相同，互相吸引。

也可以由一个电流受另一个的磁场力判断得相同的结论。

【合作探究二】问题1试用电流的磁场及磁场对电流的作用力的原理，证明通有同向电流的导线相互吸引，通有异向电流的导线相互推斥力．问题1：解析：研究a对b的磁场力：（1）根据安培定则画出电流a在导线b处产生的磁场分布图；（2）根据左手定则可知通电导线b受到的磁场力是向左的；（3）根据牛顿第三定律，可知通电导线a受到的磁场力是向左的，即通有同向电流的平行导线相互吸引．同理可得通有异向电流的平行导线是相互推斥的．拓展：两根平行的通电导线之间有力的作用，这是实验所证明的结论，通电导线之间的作用力是通过磁场相互作用的．有些同学在研究两根导线之间的相互作用力时，同时画出两根导线在空间产生的磁场是没有必要的，也是思路不清的表现，两根导线之间的作用是通过各自的磁场对另一方作用的，不是两个磁场的相互作用。

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3。

4 通电导线在磁场中受到的力课前预习一、安培力的方向1．安培力：通电导线在__________中受的力．2．决定安培力方向的因素：__________和磁感应强度方向．3．左手定则：如图1所示，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个平面内．让__________从掌心进入，并使四指指向__________，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受__________的方向．4．安培力的特点F⊥B，F⊥I，即F垂直于__________决定的平面．5．平行通电导线间的作用力：电流方向相同，两导线相互________________,电流方向相反，两导线相互________________．二、安培力的大小1．当通电导线垂直磁场方向放置时所受安培力的大小为：F＝__________。

2．当磁感应强度B的方向与通电导线平行时,导线受力F＝__________。

3．当磁感应强度B的方向与通电导线方向成θ角时，F＝__________.θ为B与I的夹角．三、磁电式电流表1．原理：通电线圈在磁场中受到________而偏转．线圈偏转的角度越大，被测电流就________．根据线圈________，可以知道被测电流的方向．2．构造：________、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴．3．特点:两磁极间的极靴和极靴中间的铁质圆柱,使极靴与圆柱间的磁场都沿________方向，保证线圈转动时,安培力的大小不受磁场影响，电流所受安培力的方向总与线圈平面垂直．使线圈平面总与磁场方向________，4．优点：灵敏度高，可以测出________的电流．缺点：线圈导线很细，允许通过的电流很弱。

通电导线在磁场中受到的力一、知识回顾 磁感应强度1．定义：垂直磁场放置的通电直导线，所受 与导线长度和 的比值，叫做该处 ．用符号 表示． 2．公式：B ＝ ，国际单位： ，简称特，符号 T . 3．意义：描述 和方向的物理量．4．矢量性：磁感应强度的方向就是 的方向，即小磁针静止时的 所指的方向． 二、安培力的方向1、电流方向不变，由A 到B2、磁场方向不变，竖直向下结论：安培力方向与 和 方向有关左手定则：伸出 ，拇指与四指 位于 ，四指指向 方向，磁感线从 穿入，此时拇指所指方向即为 的方向。

【例1】画出图中第三者的方向。

结论：安培力方向既垂直于磁场方向又垂直于电流方向，所以安培力垂直于电流与磁场方向确定的演示实验：两条平行的通电直导线之间会通过磁场发生相互作用。

电流方向相同时，两导线相互 ；电流方向相反时，两导线相互分析电流方向相同时，为什么会出现观察到的现象。

二、安培力大小1、观察演示实验，完成下表I安培力方向垂直纸面向里安培力的大小与 和 。

请同学们根据磁感应强度的定义式推导出安培力大小的决定式 F=问题：此等式成立是否有条件？问题：当电流方向与磁场方向平行时，所受的安培力为多大？探究：当电流方向与磁场方向既不垂直也不平行时，所受的安培力为多大结论：1）当I ⊥ B,F= ；2）当I // B,F= ；3）当I 与B 有夹角θ时，F=例题：如图所示，在磁感应强度为1T的匀强磁场中，有两根相同的弹簧，下面挂一条长为0.5m ，质量为0.1kg 的金属棒MN ，此时弹簧伸长10cm，欲使弹簧不伸长则棒上应通过的电流的大小和方向如何？课堂小结安培力1、概念：通电导体在磁场中受到的力称为2、方向：F ⊥B ， F ⊥ I ，F 垂直I 、B 所在，定则确定 3、大小：F= （电流方向与磁场方向垂直）当I // B,F=0当I 与B 有夹角θ时，F=BIL sin θ 高考链接电磁轨道炮工作原理如图所示。

3.4 通电导线在磁场中受到的力[学习目标]1、会用左手定那么判定安培力的方向，能用安培力公式进行计算，认识磁电式仪表的工作原理。

2、通过观察演示或模拟实验、训练，归纳总结安培力的方向与电流、磁场方向的关系——左手定那么。

3、养成空间思维能力。

[学习重点]安培力的大小计算和方向的判定。

[学习难点]用左手定那么判定安培力的方向。

[学法指导和使用说明]1、本节课学习的关键词“安培力、电流、磁场的方向、安培力的大小〞等 ,精读课本中相关内容。

2、独立完成学案，找出自己的疑惑和需要讨论的问题，用红笔做好标记.情景1：磁场对电流的作用力—安培力。

安培力是以安培的名字命名的，因为他研究磁场对电流的作本91-93页回答以下问题。

问题1：安培力的方向与什么因素有关呢？怎样判断？问题2：安培力、磁场方向、通电导线之间是否一定是两两问题3：当磁感应强度B的方向与导线方向成夹角θ时，通电导线受的安培力多大呢？〔推导安培力小〕情景2：中学物理实验实用的电流表是磁电式电流表，它所依据的物理学原理就是安培力与电流的关系问题。

问题3：电流表中磁场分布有何特点呢？为何要如此分布？问题4：为什么电流表可测出电流的强弱和方向？问题5：磁电式仪表的优缺点是什么？二、合作探究〔关注细节、过程、思路〕[典题1]、如下图，其中A、B图电流方向及其所受磁场力的方向〔电流和磁场垂直〕，试判断并在图中方向及其对电流作用力的方向，试判断电流方向并在图中标出．变式1、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?[典题2]、如右图所示，在匀强磁场中放有以下各种形状的通电导线，电流强度为I，磁感应强度为B，[典题3]、如下图，相距20 cm的两根光滑平行铜导轨，导轨平面倾角为a=370，上面放着质量为80 g B=0. 2 T的匀强磁场中．〔sin370=0.6, cos370=0.8〕(1)假设磁场方向竖直向下，要使金属杆静止在轨道上，必须通以多大的电流？(2)假设磁场方向垂直斜面向下，要使金属杆静止在导轨上，必须通以多大的电流？。

第四节磁场对通电导线的作用力教学目标：〔一〕知识与技能1、知道什么是安培力。

知道通电导线在磁场中所受安培力的方向与电流、磁场方向都垂直时，它的方向的判断----左手定那么。

知道左手定那么的内容，会用左手定那么熟练地判定安培力的方向，并会用它解答有关问题。

2、会用安培力公式F=BIL解答有关问题. 知道电流方向与磁场方向平行时，电流受的安培力最小，等于零；电流方向与磁场方向垂直时，电流受的安培力最大，等于BIL。

3、了解磁电式电流表的内部构造的原理。

〔二〕过程与方法通过演示、分析、归纳、运用使学生理解安培力的方向和大小的计算。

培养学生的想像能力。

〔三〕情感态度与价值观使学生学会由个别事物的个性来认识一般事物的共性的认识事物的一种重要的科学方法.并通过对磁电式电流表的内部构造的原理了解，感受物理知识之间的联系。

教学重点：安培力的方向确定和大小的计算。

教学难点：左手定那么的运用〔尤其是当电流和磁场不垂直时，左手定那么如何变通使用〕。

教学方法：讲授、实验、探究、讨论教学教具：磁铁、电源、金属杆、导线、铁架台、滑动变阻器、多媒体。

教学过程：〔一〕复习引入让学生回忆在在第二节中通电导线在磁场中受力大小与什么因素有关。

过渡：本节我们将对安培力做进一步的讨论。

〔二〕新课教学安培力：磁场对电流的作用力。

安培力是以安培的名字命名的，因为他研究磁场对电流的作用力有突出的贡献。

1．安培力的方向[演示]按照P85图3.1—3所示进行演示。

〔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。

〔P96图3.4-1〕如何判断安培力的方向呢？人们通过大量的实验研究，总结出通电导线受安培力方向和电流方向、磁场方向存在着一个规律—左手定那么。

高中物理 3.4 通电导线在磁场中受到的力教案新人教版选修3-1教学课题：通电导线在磁场中受到的力教材分析：本节是这一章的重点内容，左手定则又是这一章的难点，这节的突破口是第二节磁感应强度的定义，从这个定义着手，知识既系统又容易理解。

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。

教学过程：通电导线在磁场中受到的力正定七中何梦轩【学习目标】（一）知识与技能1、知道什么是安培力，会推导安培力公式F=ILBsinθ。

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=ILBsinθ，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定安培力的方向。

★教学用具：蹄形磁铁、导线和开关、电源、铁架台、线圈、投影片，多媒体辅助教学设备【复习】复习引导、创设情境、激发兴趣1、通过对《第二节.磁感应强度》学习，我们知道了磁感应强度是用来描述磁场强弱的物理量。

那么我们为什么没有用“磁场强度”这个词来描述磁场，而要用“磁感应强度”这个词来描述磁场呢？2、在第二节中我们是从几个角度研究的磁感应强度呢？3、磁感应强度的大小可以用小磁针受力的情况来测定吗？我们是怎样来测定磁感应强度的大小的呢？【授新课】【演示实验】引出课题用蹄形磁铁、导线和开关、电源、铁架台、线圈、把线圈通过两根比较柔软的导线先挂在铁架台上，线圈底边穿过蹄形磁铁。

这时让同学观察，线圈的情况。

提起同学注意观察：现在给线圈通电，线圈情况又会怎样呢？线圈动了，实验效果很明显。

用实验的方法引出本节课的课题：我们看到通电导线在磁场中会受到了力的作用，我们这节课就来研究一下这个力。

预习案1.定义：磁场对的作用力通常称为安培力。

2.实验导入：按照P92图3.1—3所示进行演示。

在告知磁场和电流方向的前提下，让学生思考如何判断通电导线所受安培力的方向？（1）上下交换磁极的位置———改变磁场的方向，力的方向变化情况？（2）改变导线中电流的方向，力的方向变化情况？3.安培力的方向（1）安培定则：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，并使指向电流的方向，那么，所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。

（2）安培力的特点:F B,F I，即F垂直与和所决定的平面。

而B和I的方向关系是4.安培力的大小（1）当导线与匀强磁场的方向时，安培力最大为F= 。

（2）当导线与匀强磁场的方向时，安培力最小为F= 。

（3）当导线与匀强磁场的方向时，安培力介于和之间。

探究案探究点一：安培力的方向1、什么是左手定则？安培力的方向与那些因素有关？什么关系？针对练习1：判断下图中导线受安培力的方向2、通电平行直导线间的作用力方向实验现象：（1）电流的方向相同时：两平行导线相互。

（2）电流的方向相反时：两平行导线相互。

如图（1）中，两根靠近的平行直导线通入方向相同的电流，根据现象说明产生的原因？当两导线通反向电流，产生的现象原因是什么？阅读教材学习安培力的基本知识归纳总结:1、左手定则判断的是、和之间的关系2、 B和I垂直时,磁感线穿入掌心，不垂直时穿入掌心3、四指一定指向的方向拇指指向方向；安培力垂直于和构成的平面。

（3）思考回答课本P94页第四题。

针对训练2：图中的磁场中有一条通电导线，其方向与磁场方向垂直。

图甲、乙、丙分别标明了电流、磁感应强度和安培力三个量中两个量的方向，试画出第三个量的方向。

（本书用“·”表示磁感线垂直于纸面向外，“×”表示磁感线垂直于纸面向量，“⊙”表示电流垂直于纸面向外，“ ”表示电流垂直于纸面向里。

§3.4 通电导线在磁场中受到的力学案【学习目标】1、认识安培力。

2、会判断安培力的方向。

3、会计算匀强磁场中的安培力。

4、会判断通电导线在磁场中的运动情况。

5、了解磁电式电流表的基本原理。

【学习重点和难点】1、安培力方向的判断。

2、通电导线在磁场中的运动情况的判断。

【自主学习】一、安培力的方向1．安培力：通电导线在中受的力．2．决定安培力方向的因素：(1) 方向；(2) 方向．3．左手定则：如右图所示，伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且拇指与手掌在同一平面内．让磁感线从进入并使四指指向，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．4．安培力的特点与电流方向、磁感应强度的方向都，即安培力F 于B和I决定的平面．二、安培力的大小1．当长为L的导线，垂直于磁场B放置，通过的电流为I时，F＝，此时电流受力最大．2．当磁感应强度B的方向与通电导线时，导线受力为零．3．当磁感应强度B的方向与通电导线方向成θ角时，F＝ .这是一般情况下安培力的表达式．其中θ是B垂直于电流方向的分量．三、磁电式电流表1．基本组成部分：磁铁和放在磁铁两极之间的2．工作原理：如右图所示，磁场的方向总沿着均匀辐射地分布，在距轴线等距离处的磁感应强度的大小总是的，保证B的大小不发生变化，且安培力的方向与线圈平面，当电流通过线圈时，导线受到安培力的作用，线圈转动，螺旋弹簧变形，反抗线圈的转动，电流越大，安培力就，螺旋弹簧的形变也就，I与指针偏角θ成正比，表盘刻度 (选填“均匀”、“不均匀”)．所以，从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小．3．优、缺点：优点是高，能测出很弱的电流；缺点是线圈的导线很细，允许通过的电流很弱.【合作探究】1、为什么平行导线间同向电流相互吸引，反向电流相互排斥？2、．“安培定则(右手螺旋定则)”和“左手定则”有何区别和联系？3、磁电式电流表线圈处的磁场为何是辐射状的？【精讲点拨】1．判定安培力的方向应注意的问题在解决有关磁场对电流的作用问题时，能否正确判断安培力的方向是解决问题的关键，在判定安培力方向时要注意以下几点：(1)安培力的方向总是既与磁场方向垂直，又与电流方向垂直，也就是说安培力的方向总是垂直于磁场和电流所决定的平面．所以判断时要首先确定磁场与电流所确定的平面，从而判断出安培力的方向在哪一条直线上，然后再根据左手定则判断出安培力的具体方向．(2)当电流方向跟磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直电流与磁场所决定的平面，所以仍可用左手定则来判断安培力的方向，只是磁感线不再垂直穿过手心，而是斜穿过手心．(3)在具体判断安培力的方向时．初学者由于受到静电力方向判断方法的影响，有时错误地认为安培力的方向沿着磁场方向．为避免这种错误，应该把静电力和安培力进行比较，搞清力的方向与场的方向的关系及区别．例、下图表示放在匀强磁场里的通电直导线，直导线与磁场方向垂直，图中分别标出了电流、磁感应强度和安培力这三个量中的两个的方向，试标出第三个量的方向．(注：一般用“⊗”表示电流垂直纸面向里，用“⊙”表示电流垂直纸面向外．)2．安培力大小的计算计算安培力大小时，要注意理解和灵活应用公式和θ.(1)公式中L指的是“有效长度”．当B与I垂直时，F最大，；当B与I平行时，0.弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度(如下图所示)；相应的电流沿L由始端流向末端．(2)当磁场和电流成θ角时，如下图所示．将磁感应强度B正交分解成B⊥＝θ和B∥＝θ，而B∥对电流是没有作用的．F＝B⊥＝θ，即F＝θ.(3)安培力公式一般用于匀强磁场，或通电导线所处区域的B 的大小和方向处处相同．如果导线各部分所处的位置B 的大小、方向不相同，应将导体分成若干段，使每段导线所处的范围B 的大小和方向近似相同，求出各段导线受的磁场力，然后再求合力．3．通电导线在安培力作用下运动情况的判断方法（1）基本方法：首先确定导线所在位置的磁场分布情况，然后结合左手定则准确判断导线的受力情况，再根据力和运动的关系确定导线的的运动情况。

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Bθ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,F max=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，（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？（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。

3.4 磁场对通电导线的作用力一、教材分析安培力的方向和大小是重点，弄清安培力、电流、磁感应强度三者方向的空间关系是难点。

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。

对此学生常常混淆二、教学目标（一）知识与技能1、知道什么是安培力，会推导安培力公式θ。

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θ，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。

三、教学重点难点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定安培力的方向。

四、学情分析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。

对此学生常常混淆五、教学方法实验观察法、逻辑推理法、讲解法六、课前准备1、学生的准备：认真预习课本及学案内容2、教师的准备：多媒体课件制作，课前预习学案，课内探究学案，课后延伸拓展学案演示实验：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七、课时安排：1课时八、教学过程（一）预习检查、总结疑惑（二）情景引入、展示目标通过第二节的学习，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。

（三）合作探究、精讲点播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。

演示实验：（1）改变电流的方向现象：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现象：导体又向相反的方向运动。