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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 同學們好！現在我們開始上課！ 社會的不斷發(fā)展，使我們的生活更加豐富多彩?，F在屏幕展現的是，作為大都市無處不在的觀光電梯，動感的觀光電梯，讓人享受美好的城市生活，演奏著社會和諧的音符。想過沒有，這上上下下的享受是依靠什么來實現的。同樣，在閑暇之余，我們會情不自禁地走向大自然，當我們乘做纜車，一覽祖國美好河山時，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核心部件----電動機。 其實，電動機在我們的生活中有著廣泛的應用，比如，城市軌道交通需要電動機車牽引，港口貨物搬運需要起重機的助力，就連我們身邊的洗衣機、電風扇中都有電動機的身影，那么，電動機的工作原理是什么？ 轟鳴的馬達，演奏著城市生活的樂章；縱橫交錯的軌道交通動脈，編織著現代時尚的遐想；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，如果這些設備出了故障，需要檢修時，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？ 一個是能提供強大動力的電動機，一個是能診斷機器故障的電表，兩者看起來好象沒有多大的關聯，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部結構之后同學們就能明白了。（展示結構）同學們看看這兩者的結構中有什么相同之處？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組合能實現如此的功能。 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組合能實現上述的功能之前，也就是說，在探討電動機和電表的制作原理之前，我想請大家思考這樣一個問題，或者說，大家有沒有想過這樣一個問題，人們?yōu)槭裁磿氲饺パ芯看艌龊碗娏鞯年P系的？ 為幫助大家的思考，我為大家提供當時物理學發(fā)展的一些背景。在當時，人們已經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；電荷定向移動就形成電流。 現在的問題是，當你面對這樣的史學背景，你會萌發(fā)怎樣的思考。在你的思考過程中，你是依據怎樣的認知策略來形成你的觀點的。下面，大家倆倆討論討論…… 對，依據類比思維，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？實際上，當時許多物理學家，就是這樣提出這個研究命題的。 下面，就讓我們來研究這個問題——磁場對電流的作用 現在，在講臺上有這樣一套裝置：一個蹄形磁鐵，一根金屬棒放置在兩根平行的金屬導軌上，導軌通過導線、電流表、開關與電源相連，形成回路。利用這套實驗裝置，我們就可以對“磁場對電流的作用”這個問題進行實驗層面上的研究。 接下來，希望大家思考的問題是，為什么這樣的實驗裝置可以對“磁場對電流的作用”這個命題進行實驗層面上的研究。也就是說，當我們面對一個具體的物理問題時，需要經歷怎樣的認知過程才能設計出一個具有探究意義的實驗裝置。 對，我們首先要把握構成這個問題的基本要素以及這些要素之間可能存在的某種聯系，（磁場和電流），以此作為構建實驗裝置的重要依據。 那么，像這樣一套裝置能不能實現我們的探究要求呢？要回答這樣的問題，必須分析構成這個問題的基本要素以及這些要素之間可能存在的某種聯系。 由我們的研究命題可知，磁場和電流是構成這個研究命題的基本要素，不難看出，構成該實驗裝置的主要結構是：磁場和電流，由此說明，該實驗裝置具有…… 在此基礎上，若再通過對構成這個問題的要素之間可能存在的某種聯系進行分析，大家想一想，此舉對實驗探究具有怎樣的價值。對。它是我們生成實驗操作步驟的重要依據。 也就是說，探究時，我們應該先把金屬棒靜止放置在導軌上，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。下面我們就來進行實驗探究。 下面，請大家注意觀察，當我們閉合開關后，會出現什么現象？（演示實驗現象）我們看到，接通電源后，金屬棒的運動會狀態(tài)發(fā)生了變化。 面對這一實驗現象我們可以得出怎樣的實驗推論。 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，…… 為幫助大家體驗和把握上述實驗過程中所蘊涵的認知要素，下面，老師給你們以下實驗器材，兩根導線、電源、開關等，看看能不能利用這些實驗器材設計出能探究“磁場對電流作用”的實驗。說出你們的設計原理。 下面，大家拿出紙和筆，倆倆討論…… 旁：剛才老師用磁鐵來產生磁場；還有沒有別的產生磁場方法？回想我們曾經所學的，電流與磁場的關系…… 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原理，利用通電導線產生的磁場來替代由磁鐵產生的磁場。依據這樣的思路，我們就可以設計出相應的實驗裝置來研究我們所要研究的問題了。 現在大家來看這樣一套裝置：我們將兩根直導線豎直懸掛、互相靠近，再通過電源、開關，使它們組成回路。請大家分析一下，這樣的實驗裝置能不能實現我們的探究要求呢？ 學生分析…… 好，下面請同學們一起來觀察實驗現象。接通電源……（演示實驗） 我們看到什么現象？我們看到兩根導線都向內彎曲了。 這說明了什么？導線發(fā)生形變，說明它受到力的作用。 大量的實驗都可以說明，磁場對電流確實有力的作用。在這個問題的研究過程中，著名物理學家安培做出了巨大的貢獻，后人為了紀念他，就把這個力稱為安培力。 我們再來看剛才兩個實驗，同學有沒有注意到，安培力在這里起著排斥的作用，而這那里起著吸引的作用。為什么會有這種不同呢？要想回答這個問題，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。現在我們就從方向這個角度來研究這個問題。 首先，請同學們思考，有哪些因素會影響安培力的方向？（學生討論）我們知道，產生安培力需要磁場和電流。那么這兩個要素具有什么相同的特點？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生影響。那么我們應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？根據這一方法的要求，前面實驗中的兩組實驗器材，哪一組更適合我們的研究？下面請同學們思考這個實驗應該怎樣操作？我們就按照同學們的設計思路來做一做這個實驗，注意觀察現象，想一想這種現象說明了什么。（演示實驗） 我們發(fā)現，改變磁場或者電流的方向，安培力的方向也隨之改變。這是我們得到的實驗現象，我們希望，通過現象總結出一個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？還是應該從現象能夠入手，深入分析其中蘊含的要點。同學們有沒有注意到，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、電流的關系呢？用哪只手？怎么描述？（學生討論）我們發(fā)現，左手的掌心、四指、拇指恰好與實驗中磁場、電流、安培力的方向相對應，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，請同學們試著解釋剛才實驗中兩根導線為什么會相互吸引呢？如果通 以相反方向的電流，情況又是怎樣的？導線產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。由于兩根導線中都有電流，各自都產生磁場，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線的情況，那如果把導線的形狀改變一下，彎成一個線圈，它的受力情況又是怎樣的呢？（學生討論）我們發(fā)現，線圈實際上受到一個力矩的作用，使它能夠轉動。那么，轉動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用。我們再來看看電流表的結構，想一想，如果有電流流入電流表，會發(fā)生什么現象？線圈受到力矩的作用轉動，帶動指針發(fā)生偏轉，在表盤上就有了讀數?？墒峭瑢W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問題的呢？（學生討論）我們發(fā)現，電流表中的磁場時向心型的，這樣，線圈受到的力矩就始終不變，轉過相同的角度，它的變化就是均勻的了。 但是，如果讓線圈繼續(xù)轉下去，新的問題又出現了。同學們有沒有發(fā)現，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)地轉動。我們有什么辦法能讓線圈持續(xù)轉動呢？（學生討論）我們發(fā)現，只要在線圈轉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)轉下去。根據前面的左手定則，同學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)轉動。在換向器中，兩個鐵片與兩個半圓環(huán)分別相貼。但線圈轉過平衡位置時，鐵片恰好與原來的鐵環(huán)脫離而與另一個鐵環(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)轉動下去。這樣一套裝置就是我們前面看到的電動機的基本結構。這是一種最簡單的電動機，在我們生活中還有各種其他類型的電動機。在我們學習了后面知識后，同學們就能明白它們的工作原理了。 三． 小結 今天，我們研究的是磁場對電流的作用?；仡欉@節(jié)課，同學們是否還記得人們是如何想到去研究這個問題的？對，通過類比的方法，從一個已知的現象中拓展得到的。這是人們發(fā)現新問題的一種重要的方法。 在研究這個問題的時候，我們首先要尋找問題的要素有哪些，根據要素去選擇器材，設計實驗。我們通過兩組不同的實驗，說明磁場確實對電流有力的作用，稱為安培力。 在我們發(fā)現了新事物----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，根據要素確定實驗方法，選擇實驗器材，設計實驗過程。這是我們進行實驗探究的一個基本的思路。 在觀察到實驗現象之后，人們總是希望自己的認識不是停留在現象上，而是通過現象總結出一定的規(guī)律。同學們回想一下，我們是怎么得出左手定則的？首先分析現象中的特點，然后展開聯想，尋找我們熟悉的、與之相似的事物，建立兩者之間的聯系，從而總結歸納出規(guī)律。并且，我們運用規(guī)律解釋了前面的現象以及在我們生活中的應用，回答了開始時提出的問題。 四． 作業(yè) 其實，這一部分知識在生活中還有很多方面的應用，比如電磁炮和電流天平。請同學們 根據今天所學的內容，試著解釋一下它們的工作原理。 　　今天的課就上到這里，下課！