2019-2020年滬科版物理高二上9-B磁場對電流的作用 左手定則_講稿一 引入新課同學(xué)們好！現(xiàn)在我們開始上課！ 社會(huì)的不斷發(fā)展，使我們的生活更加豐富多彩?，F(xiàn)在屏幕展現(xiàn)的是，作為大都市無處不在的觀光電梯，動(dòng)感的觀光電梯，讓人享受美好的城市生活，演奏著社會(huì)和諧的音符。想過沒有，這上上下下的享受是依靠什么來實(shí)現(xiàn)的。同樣，在閑暇之余，我們會(huì)情不自禁地走向大自然，當(dāng)我們乘做纜車，一覽祖國美好河山時(shí)，想過沒有，又是來自何處的力量使我們能漫步云中，陶醉在人間仙境。對，一切的一切都是源自這樣一個(gè)核心部件-電動(dòng)機(jī)。其實(shí)，電動(dòng)機(jī)在我們的生活中有著廣泛的應(yīng)用，比如，城市軌道交通需要電動(dòng)機(jī)車牽引，港口貨物搬運(yùn)需要起重機(jī)的助力，就連我們身邊的洗衣機(jī)、電風(fēng)扇中都有電動(dòng)機(jī)的身影，那么，電動(dòng)機(jī)的工作原理是什么？轟鳴的馬達(dá)，演奏著城市生活的樂章；縱橫交錯(cuò)的軌道交通動(dòng)脈，編織著現(xiàn)代時(shí)尚的遐想；各種琳瑯滿目的家用電器，讓人享受著美好的城市生活。想過沒有，如果這些設(shè)備出了故障，需要檢修時(shí)，最常用的檢修工具是什么，對，是電表，通過它我們可以檢測到故障的所在。那么，為什么電表能夠幫助我們檢測故障的所在呢？它的工作原理又是怎樣的呢？一個(gè)是能提供強(qiáng)大動(dòng)力的電動(dòng)機(jī)，一個(gè)是能診斷機(jī)器故障的電表，兩者看起來好象沒有多大的關(guān)聯(lián)，然而，為什么今天我們要把它們放置在一起呢？或許在看過它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)之后同學(xué)們就能明白了。（展示結(jié)構(gòu)）同學(xué)們看看這兩者的結(jié)構(gòu)中有什么相同之處？對，都有磁鐵和線圈等。今天，我們要探究的是，為什么磁鐵和電圈的有機(jī)組合能實(shí)現(xiàn)如此的功能。磁場對電流的作用 左手定則二、講授新課在探究為什么磁鐵和電圈的有機(jī)組合能實(shí)現(xiàn)上述的功能之前，也就是說，在探討電動(dòng)機(jī)和電表的制作原理之前，我想請大家思考這樣一個(gè)問題，或者說，大家有沒有想過這樣一個(gè)問題，人們?yōu)槭裁磿?huì)想到去研究磁場和電流的關(guān)系的？ 為幫助大家的思考，我為大家提供當(dāng)時(shí)物理學(xué)發(fā)展的一些背景。在當(dāng)時(shí)，人們已經(jīng)知道電場對電荷有力的作用，還知道與電場類似，有磁場存在；電荷定向移動(dòng)就形成電流?，F(xiàn)在的問題是，當(dāng)你面對這樣的史學(xué)背景，你會(huì)萌發(fā)怎樣的思考。在你的思考過程中，你是依據(jù)怎樣的認(rèn)知策略來形成你的觀點(diǎn)的。下面，大家倆倆討論討論對，依據(jù)類比思維，人們猜想：既然電場對電荷有力的作用，是不是磁場對電流也有力的作用呢？實(shí)際上，當(dāng)時(shí)許多物理學(xué)家，就是這樣提出這個(gè)研究命題的。下面，就讓我們來研究這個(gè)問題磁場對電流的作用現(xiàn)在，在講臺(tái)上有這樣一套裝置：一個(gè)蹄形磁鐵，一根金屬棒放置在兩根平行的金屬導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌通過導(dǎo)線、電流表、開關(guān)與電源相連，形成回路。利用這套實(shí)驗(yàn)裝置，我們就可以對“磁場對電流的作用”這個(gè)問題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)層面上的研究。接下來，希望大家思考的問題是，為什么這樣的實(shí)驗(yàn)裝置可以對“磁場對電流的作用”這個(gè)命題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)層面上的研究。也就是說，當(dāng)我們面對一個(gè)具體的物理問題時(shí)，需要經(jīng)歷怎樣的認(rèn)知過程才能設(shè)計(jì)出一個(gè)具有探究意義的實(shí)驗(yàn)裝置。對，我們首先要把握構(gòu)成這個(gè)問題的基本要素以及這些要素之間可能存在的某種聯(lián)系，（磁場和電流），以此作為構(gòu)建實(shí)驗(yàn)裝置的重要依據(jù)。那么，像這樣一套裝置能不能實(shí)現(xiàn)我們的探究要求呢？要回答這樣的問題，必須分析構(gòu)成這個(gè)問題的基本要素以及這些要素之間可能存在的某種聯(lián)系。由我們的研究命題可知，磁場和電流是構(gòu)成這個(gè)研究命題的基本要素，不難看出，構(gòu)成該實(shí)驗(yàn)裝置的主要結(jié)構(gòu)是：磁場和電流，由此說明，該實(shí)驗(yàn)裝置具有在此基礎(chǔ)上，若再通過對構(gòu)成這個(gè)問題的要素之間可能存在的某種聯(lián)系進(jìn)行分析，大家想一想，此舉對實(shí)驗(yàn)探究具有怎樣的價(jià)值。對。它是我們生成實(shí)驗(yàn)操作步驟的重要依據(jù)。也就是說，探究時(shí)，我們應(yīng)該先把金屬棒靜止放置在導(dǎo)軌上，讓它處于磁場中，然后，接通電源，觀察金屬棒狀態(tài)的變化。好。下面我們就來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。下面，請大家注意觀察，當(dāng)我們閉合開關(guān)后，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？（演示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象）我們看到，接通電源后，金屬棒的運(yùn)動(dòng)會(huì)狀態(tài)發(fā)生了變化。面對這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象我們可以得出怎樣的實(shí)驗(yàn)推論。對，由牛頓第一定律我們知道，金屬棒一定受到了力的作用。也就是說，為幫助大家體驗(yàn)和把握上述實(shí)驗(yàn)過程中所蘊(yùn)涵的認(rèn)知要素，下面，老師給你們以下實(shí)驗(yàn)器材，兩根導(dǎo)線、電源、開關(guān)等，看看能不能利用這些實(shí)驗(yàn)器材設(shè)計(jì)出能探究“磁場對電流作用”的實(shí)驗(yàn)。說出你們的設(shè)計(jì)原理。下面，大家拿出紙和筆，倆倆討論旁：剛才老師用磁鐵來產(chǎn)生磁場；還有沒有別的產(chǎn)生磁場方法？回想我們曾經(jīng)所學(xué)的，電流與磁場的關(guān)系好。下面我們一起來交流一下。對，我們可以利用電流的磁效應(yīng)原理，利用通電導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場來替代由磁鐵產(chǎn)生的磁場。依據(jù)這樣的思路，我們就可以設(shè)計(jì)出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置來研究我們所要研究的問題了?，F(xiàn)在大家來看這樣一套裝置：我們將兩根直導(dǎo)線豎直懸掛、互相靠近，再通過電源、開關(guān)，使它們組成回路。請大家分析一下，這樣的實(shí)驗(yàn)裝置能不能實(shí)現(xiàn)我們的探究要求呢？學(xué)生分析好，下面請同學(xué)們一起來觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。接通電源（演示實(shí)驗(yàn)）我們看到什么現(xiàn)象？我們看到兩根導(dǎo)線都向內(nèi)彎曲了。這說明了什么？導(dǎo)線發(fā)生形變，說明它受到力的作用。大量的實(shí)驗(yàn)都可以說明，磁場對電流確實(shí)有力的作用。在這個(gè)問題的研究過程中，著名物理學(xué)家安培做出了巨大的貢獻(xiàn)，后人為了紀(jì)念他，就把這個(gè)力稱為安培力。我們再來看剛才兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，同學(xué)有沒有注意到，安培力在這里起著排斥的作用，而這那里起著吸引的作用。為什么會(huì)有這種不同呢？要想回答這個(gè)問題，我們就必須深入研究磁場對電流的作用力具有怎樣的規(guī)律?，F(xiàn)在我們就從方向這個(gè)角度來研究這個(gè)問題。首先，請同學(xué)們思考，有哪些因素會(huì)影響安培力的方向？（學(xué)生討論）我們知道，產(chǎn)生安培力需要磁場和電流。那么這兩個(gè)要素具有什么相同的特點(diǎn)？它們都是有方向的量。所以，磁場的方向和電流的方向都對安培力的方向產(chǎn)生影響。那么我們應(yīng)該用什么方法去研究它們各自對安培力的方向有什么影響呢？根據(jù)這一方法的要求，前面實(shí)驗(yàn)中的兩組實(shí)驗(yàn)器材，哪一組更適合我們的研究？下面請同學(xué)們思考這個(gè)實(shí)驗(yàn)應(yīng)該怎樣操作？我們就按照同學(xué)們的設(shè)計(jì)思路來做一做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，注意觀察現(xiàn)象，想一想這種現(xiàn)象說明了什么。（演示實(shí)驗(yàn)）我們發(fā)現(xiàn)，改變磁場或者電流的方向，安培力的方向也隨之改變。這是我們得到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，我們希望，通過現(xiàn)象總結(jié)出一個(gè)簡單有效的方法來判斷安培力的方向。問題是這樣一種方法怎么去找呢？還是應(yīng)該從現(xiàn)象能夠入手，深入分析其中蘊(yùn)含的要點(diǎn)。同學(xué)們有沒有注意到，安培力、磁場、電流三者的方向是怎樣的位置關(guān)系？三者在空間中是怎樣的？（空間中兩兩垂直）我們身邊有沒有什么東西也具有這種特性？比如墻角，再比如我們的手。伸出我們的手，四指伸直，拇指分開，掌心、四指、拇指三者的方向是怎樣的位置關(guān)系？是不是也具有這種特性？那我們能不能用我們的手來描述安培力的方向與磁場、電流的關(guān)系呢？用哪只手？怎么描述？（學(xué)生討論）我們發(fā)現(xiàn)，左手的掌心、四指、拇指恰好與實(shí)驗(yàn)中磁場、電流、安培力的方向相對應(yīng)，于是我們就得到了能夠描述安培力方向的法則左手定則。二 鞏固新課了解了左手定則，請同學(xué)們試著解釋剛才實(shí)驗(yàn)中兩根導(dǎo)線為什么會(huì)相互吸引呢？如果通以相反方向的電流，情況又是怎樣的？導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場我們用右手定則來判斷，而受到的力用左手定則來判斷。由于兩根導(dǎo)線中都有電流，各自都產(chǎn)生磁場，又都受到對方磁場的作用，所以它們都發(fā)生了形變。剛才我們討論的都是直導(dǎo)線的情況，那如果把導(dǎo)線的形狀改變一下，彎成一個(gè)線圈，它的受力情況又是怎樣的呢？（學(xué)生討論）我們發(fā)現(xiàn)，線圈實(shí)際上受到一個(gè)力矩的作用，使它能夠轉(zhuǎn)動(dòng)。那么，轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈在我們的生活中有沒有用處呢？首先我們來看看它在電流表中的應(yīng)用。我們再來看看電流表的結(jié)構(gòu)，想一想，如果有電流流入電流表，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？線圈受到力矩的作用轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在表盤上就有了讀數(shù)。可是同學(xué)們有沒有注意到，在平行磁場中，線圈受到的力矩是逐漸變小的，轉(zhuǎn)過相同的角度，它的變化不均勻。但表盤上的刻度卻是均勻的。人們是如何解決這個(gè)問題的呢？（學(xué)生討論）我們發(fā)現(xiàn)，電流表中的磁場時(shí)向心型的，這樣，線圈受到的力矩就始終不變，轉(zhuǎn)過相同的角度，它的變化就是均勻的了。但是，如果讓線圈繼續(xù)轉(zhuǎn)下去，新的問題又出現(xiàn)了。同學(xué)們有沒有發(fā)現(xiàn)，線圈受到的力矩總是使線圈回到受力平衡的位置而不能使線圈持續(xù)地轉(zhuǎn)動(dòng)。我們有什么辦法能讓線圈持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)呢？（學(xué)生討論）我們發(fā)現(xiàn)，只要在線圈轉(zhuǎn)過平衡位置之后立刻改變安培力的方向，就能使線圈繼續(xù)轉(zhuǎn)下去。根據(jù)前面的左手定則，同學(xué)們覺得是改變磁場方向還是電流方向更方便呢？如何改變？（學(xué)生討論）老師向大家介紹一種裝置換向器，它能很方便的改變電流的方向，從而使線圈持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。在換向器中，兩個(gè)鐵片與兩個(gè)半圓環(huán)分別相貼。但線圈轉(zhuǎn)過平衡位置時(shí)，鐵片恰好與原來的鐵環(huán)脫離而與另一個(gè)鐵環(huán)相貼，這樣，線圈中的電流就正好方向，于是線圈就能繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)下去。這樣一套裝置就是我們前面看到的電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。這是一種最簡單的電動(dòng)機(jī)，在我們生活中還有各種其他類型的電動(dòng)機(jī)。在我們學(xué)習(xí)了后面知識(shí)后，同學(xué)們就能明白它們的工作原理了。三 小結(jié)今天，我們研究的是磁場對電流的作用?；仡欉@節(jié)課，同學(xué)們是否還記得人們是如何想到去研究這個(gè)問題的？對，通過類比的方法，從一個(gè)已知的現(xiàn)象中拓展得到的。這是人們發(fā)現(xiàn)新問題的一種重要的方法。在研究這個(gè)問題的時(shí)候，我們首先要尋找問題的要素有哪些，根據(jù)要素去選擇器材，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。我們通過兩組不同的實(shí)驗(yàn)，說明磁場確實(shí)對電流有力的作用，稱為安培力。在我們發(fā)現(xiàn)了新事物-安培力之后，探尋它的規(guī)律就成為我們接下來要做的事情。今天，我們探尋的是如何判斷安培力的方向。在這個(gè)探究過程中，我們還是要首先尋找影響安培力方向的要素有哪些，根據(jù)要素確定實(shí)驗(yàn)方法，選擇實(shí)驗(yàn)器材，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程。這是我們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究的一個(gè)基本的思路。在觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象之后，人們總是希望自己的認(rèn)識(shí)不是停留在現(xiàn)象上，而是通過現(xiàn)象總結(jié)出一定的規(guī)律。同學(xué)們回想一下，我們是怎么得出左手定則的？首先分析現(xiàn)象中的特點(diǎn)，然后展開聯(lián)想，尋找我們熟悉的、與之相似的事物，建立兩者之間的聯(lián)系，從而總結(jié)歸納出規(guī)律。并且，我們運(yùn)用規(guī)律解釋了前面的現(xiàn)象以及在我們生活中的應(yīng)用，回答了開始時(shí)提出的問題。四 作業(yè)其實(shí)，這一部分知識(shí)在生活中還有很多方面的應(yīng)用，比如電磁炮和電流天平。請同學(xué)們根據(jù)今天所學(xué)的內(nèi)容，試著解釋一下它們的工作原理。今天的課就上到這里，下課！