2019-2020年新課標魯科版3-1 選修三6.1《探究磁場對電流的作用》 WORD教案1.doc
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2019-2020年新課標魯科版3-1 選修三6.1探究磁場對電流的作用 WORD教案1【教學目的】通過實驗,認識到通電導線在磁場中受到力的作用,這種力就叫安培力;知道影響安培力大小和方向的因素;知道左手定則和安培力大小的計算公式;用左手定則判斷安培力的方向,能計算在勻強磁場中,當通電導線所受安培力的大小。通過安培力了解磁感應強度的比值定義法?!窘虒W重點】使學生掌握電流在勻強磁場中所受安培力大小的決定因素、計算公式以及安培力方向的判定;使學生熟練的利用三視圖來分析磁場、電流以及安培力之間的關系。并能擴展到線框受力?!窘虒W難點】在掌握磁感應強度定義的基礎上,掌握磁場對電流作用的計算方法,并能熟練地運用左手定則判斷通電導線受到的磁場力的方向【教學媒體】實驗: 馬蹄形磁鐵、干電池、導線、通電直導線研究儀等。課件:磁電式多用電表的內(nèi)部結(jié)構FLASH,電動機的原理FLASH。【教學安排】第1課時【新課導入】(1)將粉筆放置在蹄形磁鐵兩極之間,粉筆受力嗎?如果把粉筆換成是小磁針呢?生:粉筆不受力小磁針受力(磁體磁場磁體)(2)我們上一章學過的奧斯特的實驗我們看到了什么現(xiàn)象呢?為什么?生:看到了小磁針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。因為通電導線產(chǎn)生的磁場對它施的力 (電流磁場磁體)師:我們同樣也知道運動的電荷也會產(chǎn)生磁場同樣也會讓小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。(運動電荷磁場磁體)(3)既然通電導線周圍存在的磁場對小磁針有力的作用,那么小磁針也會產(chǎn)生磁場,小磁針的磁場對通電導線是否也有力的作用呢?(磁體磁場電流?)【新課內(nèi)容】1、安培力的定義及力的作用點:講述:“上面的這個問題來自一位我們不得不提到的偉大的物理學家安培。他出身于一個富裕的家庭,不過在他身上歷了各種不幸:父親在法國大革命中被殺害,妻子過早的就離開了他,他一度沉浸在悲痛中,后來是盧梭關于植物學的著作燃起了他對科學的熱情,他開始潛心研究學問。他主要的貢獻集中在電磁學方面:發(fā)現(xiàn)了電流產(chǎn)生磁場的規(guī)律-安培定律;提出了著名的分子環(huán)流假說,闡述了磁現(xiàn)象的電本質(zhì);第一個把研究動電的理論稱為“電動力學”為了紀念安培,我們以其名字來命名電流的單位。符號為A。這是物理7個基本單位之一。講述:在上個世紀,許多物理學家就提出通電導體在磁場里是否受力的問題,并著手研究其中安培也在進行這方面的研究,并且他提出了兩個思考: 磁場對通電導線是否有力的作用。 通電導線之間是否有力的作用。在這節(jié)課,我們就用老師帶來的這套儀器來親自動手研究,看看能發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律。展示器材,介紹各個部分,并在黑板上畫出實物圖。師:發(fā)現(xiàn)什么現(xiàn)象?說明了什么?(變換磁鐵的方向再做一次,使學生看到導體向相反的方向運動這一現(xiàn)象)生:導體動起來了導體從靜止變成運動,運動狀態(tài)改變,說明通電導體受到力的作用師:是誰給通電導體施加了力呢?這個力的受力物體是電流還是導體?(學生思考)演示:(1)切斷電流,導體雖在磁場中,卻不動(2)去掉磁場再通電流,導體也不動(啟發(fā)學生認識到是磁體周圍的磁場給了電流以力的作用)師:我們把磁場對電流的這一作用力稱為安培力。因此,我們知道了磁場不僅能對放入磁場中的磁體有力的作用,對放入其中的電流也有力的作用。大家說一說,力有哪三個要索?生:大小、方向、作用點。師:現(xiàn)在我們已經(jīng)知道受力體是導線中的電流,也就是說畫安培力的示意圖時,力的作用點要畫在電流上(導線的中心上),接下來我們再來研究一下力的方向2、安培力的方向:剛才我們觀察到作用力方向不完全相同,說明作用力的方向與某些因素有關系,如何去研究這一問題呢?若學生不能回答,可出示蹄形磁鐵(內(nèi)置導體)在黑板上畫出其平面圖(圖2)啟發(fā)學生:磁鐵口向右有幾種放法?(兩種)導體中的電流方向有幾種?(兩種)使學生知道共有四種情況需要研究 由此圖我們可以看出,磁場中通電導線所受安培力的方向與磁場方向和電流方向都有關。師:那么現(xiàn)在請同學們看課本122頁,閱讀課本中關于左手定則的描述。(等學生閱讀完后再用來判斷圖2中各圖,看看是否符合。) 練習導體受力方向,完成手冊P124/2所示的四種情況。3、安培力的大?。褐v述:通過實驗我們發(fā)現(xiàn),當放入磁性強弱不同的磁鐵,或者使用數(shù)目不同的電池,或者改變磁場中導線的長度時,導線偏轉(zhuǎn)的角度不同,這樣我們可以得到什么結(jié)論呢?生:電流所受的安培力大小跟磁感應強度、電流大小以及磁場中垂直磁場方向?qū)Ь€的長度有關。師:該怎么設計實驗來探索他們之間的關系呢?引導學生討論出:1、安培力的測量需要用導線在磁場中的偏離豎直方向的角度大小來體現(xiàn)類似于庫侖定律的定性實驗。教師指出這樣把不易測量的物理量轉(zhuǎn)化成易測量的量來進行的方法稱為替代法。2、磁場要勻強磁場,可用馬蹄形磁鐵的N、S極之間來進行實驗。3、導線不能太長,電流又要大,需要用較粗的導體棒(細銅棍)和能通過大電流的電源(否則電源易燒壞)。4、可用滑動變阻器調(diào)節(jié)電流,用安培表測量電流的大小。5、可改變導體棒接入的長度。但由于實驗條件限制,我們只能進行定性的實驗。教師演示并歸納實驗現(xiàn)象的出:進一步的實驗表明,在勻強磁場中,當通電導線與磁場方向垂直時,安培力的大小等于電流、磁感應強度和導線長度的乘積: F=BIL 在式中,F(xiàn)的單位為牛頓(N),I的單位為安培(A),B的單位為特斯拉(T),L的單位為米(m)。為什么要加一個垂直于磁場放置的限制呢?如果導線與磁場不垂直會怎樣?定性實驗發(fā)現(xiàn)不垂直時導線受力比較小。因此影響安培力大小的因素不僅有電流大小I,磁場強弱B和導線長度L,還有電流與磁場的夾角。當=90時,即電流與磁場垂直時,安培力最大,為F=BIL;當=0時,即電流與磁場平行時,安培力最小,為F=0;當090時,即電流與磁場互成角度時,安培力介于零與最大之間,為0FBIL。請大家思考一下,怎樣計算這時的安培力的大小呢?(學生討論)可運用分解的方法,將磁感應強度分解到電流方向和與電流垂直的方向上。或?qū)Ь€射影到與磁場垂直的方向上。得到為F=BILsin。例1:書P124/例題強調(diào)地磁場中東南西北和上下的方向表示。要求學生用赤道上空的俯視圖來描述本題情境。例2:手冊P123/例1強調(diào)磁場中物體的受力平衡同樣依照以前的受力分析步驟進行,先場力,再接觸力。鞏固練習:將長度為20cm、通有O.1A電流的直導線放入一勻強磁場中,電流與磁場的方向如圖所示.已知磁感應強度為1T,試求下列各圖中導線所受安培力的大小并在圖中標明方向.4、電流對電流的作用力:師:現(xiàn)在我們已經(jīng)得到安培的第一個問題的答案了。磁體對電流會產(chǎn)生安培力的作用,也知道了它的大小和方向規(guī)律。下面來看第二個問題,電流對電流會不會有力的作用?大家對此有什么看法?(學生討論,可能有的從磁場對電流產(chǎn)生作用,電流也會產(chǎn)生磁場,會對磁場中的其他電流產(chǎn)生作用的角度分析;也可能說要通過實驗來進行檢驗。教師暫不給出結(jié)論)師:來看一下這個實驗裝置通電直導線研究儀(介紹一下基本裝置,并在黑板上畫出大致的形狀)按照這個裝置,當接通電源后會出現(xiàn)什么現(xiàn)象的呢?生:(有此學生說互相吸引,另一部分學生說會互相排斥)師:好了,那我們一起來親手做一下,看到底會出現(xiàn)什么現(xiàn)象。演示:首先接同向的電流師:我們看到什么現(xiàn)象呢?生:兩根導線互相吸引師:好,那我們重新連接裝置,使之成為反向電流演示:接同反向電流師:這次我們看到了什么現(xiàn)象呢? 生:兩根導線互相排斥。在黑板上畫出圖示,引導學生分析兩根通電直導線相吸或相斥現(xiàn)象的原因。結(jié)論:同向電流相吸引,反向電流相排斥。可見電流會受到磁場的作用力,但這磁場可能是磁體形成的,也可能是另一段電流形成的。同理,我們可以確定運動電荷產(chǎn)生的磁場也會對場中的其他電流產(chǎn)生安培力的作用。但電流受力的方向判定與磁體受力的方向判斷方法不一樣。而且電流受力的大小可以明確測定,而磁體則不行。因此我們也利用電流受到的安培力來定義磁感應強度的大小。我們說:如果同樣的長度的導線,通以同樣的電流,都垂直放置在勻強磁場中,則誰受的安培力越大,就說明誰所在處的磁場越強。因此用B=F/IL(F為電流垂直于磁場放置時受的安培力)來定義B。這類似于電場強度E=F/q。也是一個比值定義式。要注意的是這也是一個計算式,而非決定式。所以1T=1N/Am。(參手冊P114/4、6)第2課時【新課導入】1. 復習上節(jié)課所講內(nèi)容(能夠產(chǎn)生磁場的物質(zhì),安培力的大小、方向)SNIaIb2. 引入新課:如右圖將通電導線a入磁場中它會受到安培力,這個力方向用左手定則判斷(垂直黑板向內(nèi));將通電導線b磁場中它會受到安培力,這個力方向用左手定則判斷(垂直黑板向外)【新課內(nèi)容】 3. 引出矩形通電線圈在磁場中的運動NN NS將通電導線放磁場中會受到安培力的作用,如果現(xiàn)在將一根通電長導線拗成一個矩形線圈,將這個線圈放入磁場中那么哪些邊會受到安培力?如右圖(學生討論得出結(jié)論線圈在磁場中,線圈將繞OO/ 軸轉(zhuǎn)動。(可配合線圈實物說明)正是因為線圈的兩邊是反向電流,使它們在同一磁場中所受磁場力方向相反。使得線圈轉(zhuǎn)了起來。大家可以想一想,利用線圈的這個特性,我們可以做什么用途?4. 磁電式電流表的工作原理:(flash)在前面我們學習過電壓表電流表的改裝和多用電表的內(nèi)部結(jié)構,知道它們有一個共同的部件表頭,也就是電流計。我們來看看表頭的內(nèi)部結(jié)構(播放FLASH),這里面在圓弧狀的磁極之間有個圓柱體鐵心。通過磁化,形成了一個軸向輻射磁場,以鐵心為中心,有個矩形線圈。線圈平面與磁場方向平行。當線圈中有電流流過的時候。線圈中與磁場垂直的兩條邊會受反向力而使線圈旋轉(zhuǎn)。其動力矩M=2IBLL/2;因為是軸向輻射磁場,所以線圈轉(zhuǎn)動中受到的動力矩不變。但轉(zhuǎn)的越多,旋轉(zhuǎn)力矩M/(阻力矩與旋轉(zhuǎn)角度成正比M/=K)就越大,到指針不動時,即M=M/。IBLL/=K,由于對給定的表頭來說B、K、L、L/都是定值。旋轉(zhuǎn)角度與電流大小成正比。所以通過線圈的電流越大,線圈兩條邊受到的安培力也就越大,指針轉(zhuǎn)過的角度也就越大。5. 電動機旋轉(zhuǎn)的奧秘(事物展示)其實,不僅是電表,我們在生活中也離不開安培力。當我們夏天開風扇,洗完頭開電吹風,洗衣服用洗衣機時都要用到安培力,這就是電動機。也就是常說的電機。誰能說說電動機的原理?學生討論,分析。估計學生會套用磁電式電流表的結(jié)構原理。教師可以提出進一步的分析?電表要穩(wěn)定時才能測量,所以加入了產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)力矩的游絲。電機則要持續(xù)運轉(zhuǎn),所以不會加游絲。沒有了阻力,電機會不會就一直這么順著安培力轉(zhuǎn)動下去呢?分析表明,當線圈在磁場中在安培力作用下轉(zhuǎn)過半圈后受力方向相反,線圈將減速旋轉(zhuǎn)到停止,然后反轉(zhuǎn)。如圖。這顯然不符合電機的要求。 提問:該如何克服這個難題,讓一個線圈沿一個方向一直轉(zhuǎn)動下去? 如上圖,如果我們能在線圈轉(zhuǎn)過與磁場方向垂直的位置后,如果改變線圈電流方向,線圈就可以沿一個方向一直運動下去。介紹電刷與換向器的作用要注意的是,電機運動的機械能不是憑空產(chǎn)生的,而是要靠消耗電能為前提的。即電動機是將電能轉(zhuǎn)化為機械能的用電器。通電導線,通電線圈在磁場中的運動都是由電能轉(zhuǎn)化為動能。6. 鞏固提升借助下列例題達到讓學生體會有效長度的意義、能熟練判斷電流磁場是否垂直的問題、能夠運用所學知識將實際問題數(shù)學化解題。例1:手冊P124/例2。例2:手冊P126/6例3:手冊P139/4【課后作業(yè)】教科書P127/1、2教科書P127/3 【課后反思】- 配套講稿:
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