人教版(新教材)高中物理選擇性必修第二冊PAGEPAGE11.1磁場對通電導(dǎo)線的作用力〖教材分析〗安培力的方向和大小是本節(jié)的重點(diǎn)內(nèi)容，也是這一章的重點(diǎn)內(nèi)容之一。安培力、電流、磁感應(yīng)強(qiáng)度三者方向的空間關(guān)系（左手定則）是本節(jié)的難點(diǎn)，比如：安培力的方向一定與電流、磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直，但電流方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向可以成任意角度；當(dāng)電流方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直時(shí)，安培力最大。正確應(yīng)用左手定則也是本章的難點(diǎn)之一?！冀虒W(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)〗物理觀念：通過磁場對電流作用力的實(shí)驗(yàn)，體會(huì)安培力，生成安培力概念。科學(xué)思維：通過安培力方向及大小的學(xué)習(xí)，體會(huì)物理模型在探索自然規(guī)律中的作用。科學(xué)探究：掌握研究安培力的方法，能在具體問題中判斷安培力方向?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過磁電式電流表的原理分析，體會(huì)科學(xué)技術(shù)對社會(huì)發(fā)展的促進(jìn)作用。〖教學(xué)重難點(diǎn)〗教學(xué)重點(diǎn)：安培力的大小計(jì)算和方向判定。教學(xué)難點(diǎn)：用左手定則判定安培力的方向?！冀虒W(xué)準(zhǔn)備〗多媒體課件、導(dǎo)線、蹄形磁鐵、導(dǎo)體棒、鐵架臺(tái)、電源等?！冀虒W(xué)過程〗（回顧奧斯特的實(shí)驗(yàn)過程）奧斯特發(fā)現(xiàn)通電導(dǎo)線能使磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，不僅開啟了研究電與磁聯(lián)系的序幕，還使人們認(rèn)識(shí)了這種神奇的"力"?，F(xiàn)在，這種力還能應(yīng)用到新能源交通工具上，讓電動(dòng)車行駛在街頭;應(yīng)用到發(fā)射臺(tái)上，射出數(shù)倍音速的炮彈……未來的某一天，可能還會(huì)應(yīng)用到發(fā)射塔上，發(fā)射航天器，在這一章里，就讓我們一起去探究這種神奇的作用力吧!一、新課引入（展示圖片：導(dǎo)體棒在磁場中受力）在圖中，當(dāng)導(dǎo)體棒中有電流流過時(shí)，導(dǎo)體棒就會(huì)因受力而發(fā)生運(yùn)動(dòng)。這個(gè)力的方向該如何判斷?它的大小除了與磁感應(yīng)強(qiáng)度有關(guān)外，還與哪些因素有關(guān)?二、新課教學(xué)在必修課中，我們已經(jīng)知道了磁場對通電導(dǎo)線有作用力，并從這個(gè)現(xiàn)象入手定義了物理量——磁感應(yīng)強(qiáng)度B，B=eq\f(F,Il)。安培在研究磁場與電流的相互作用方面作出了杰出的貢獻(xiàn)，為了紀(jì)念他，人們把通電導(dǎo)線在磁場中受的力稱為安培力，把電流的單位定為安培。安培力：通電導(dǎo)線在磁場中所受的作用力。問題1：安培力的大小和方向是怎么樣的呢？（一）安培力的方向首先來學(xué)習(xí)安培力的方向。課本的演示實(shí)驗(yàn)：安培力的方向與什么因素有關(guān)（閱讀），分別演示①改變磁場方向，②改變電流方向后導(dǎo)線受力方向是否改變。通過①與原圖對比說明安培力與什么有關(guān)？F安的方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度B有關(guān)。通過②與原圖對比說明安培力與什么有關(guān)？F安的方向與電流方向有關(guān)。那它們有什么規(guī)律呢？平面圖很難觀察到具體的關(guān)系，換成立體圖就更加清晰。通過用立方體的方式簡單描述F、B、I的關(guān)系，比較之后，你能用簡潔的方法表達(dá)F、B、I方向的關(guān)系？注意觀察我們看到力的方向與電流方向是垂直的，而磁感線的方向從N到S，力也與它垂直。即安培力的方向與導(dǎo)線、磁感應(yīng)強(qiáng)度方向都垂直。也就是說，安培力的方向總是垂直于導(dǎo)線和磁感應(yīng)強(qiáng)度方向所在的平面。問題2：如何更加精確的判斷安培力的方向呢?安培經(jīng)過研究總結(jié)出了，左手定則。①伸出左手，使大拇指與其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面；怎么樣放到磁場中呢？②使磁感線垂直穿過手掌，四指指向電流方向；③大拇指所指的方向就是直線電流所受安培力的方向。這就是判斷安培力方向的左手定則。那么有的同學(xué)就疑惑了，以前學(xué)習(xí)過右手定則，很容易混亂。我教大家一個(gè)小方法，力的這一撇，向則左邊的，所以用左手定則，記住拉。在這里普及一下打叉打點(diǎn)的知識(shí)，打點(diǎn)表示垂直紙面向外，好比如弓箭從紙面出來，我們看到的只有箭頭的一個(gè)點(diǎn)，打叉表示垂直紙面向里，好比如弓箭進(jìn)入紙面我們看到的只有箭尾的打叉圖樣。讓磁感線垂直穿過手心，再把四個(gè)手指方向調(diào)整到跟電流方向一致。這時(shí)拇指的方向就是安培力的方向了。問題3：剛才導(dǎo)線和磁感線垂直，那要是不垂直又該怎么判斷呢？可以將磁場按平行和垂直分解，讓跟導(dǎo)線垂直穿過手心，安培力的方向?yàn)榇怪奔埫嫦蚶?。（二）安培力的大小研究一個(gè)力除了方向還有大小。前面咱們研究磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小的時(shí)候，引入了電流源Il，也就是一段通有電流I長度為l的導(dǎo)線。利用它垂直于磁場時(shí)所受安培力F，定義了磁感應(yīng)強(qiáng)度B=eq\f(F,Il)。那么F=BIl，這也就是安培力的計(jì)算公式。但是這個(gè)的前提是導(dǎo)線必須與磁場垂直。我們還知道導(dǎo)線平行于磁場時(shí)，安培力為0。即①當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與導(dǎo)線方向垂直時(shí)F=IlB②當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與導(dǎo)線方向平行時(shí)F=0。問題4：如果通電導(dǎo)線與磁場方向既不平行也不垂直時(shí)，導(dǎo)線與磁場夾角θ時(shí)，安培力又該是多大呢？我們知道磁感應(yīng)強(qiáng)度B是矢量，所以可以將B正交分解。沿電流B//=Bcosθ,垂直電流方向B⊥=Bsinθ,安培力由B⊥產(chǎn)生，所以大小就是F=BIlsinθ（F依然垂直與BI組成的平面）其中θ=0時(shí)，也就是二者平行，sinθ=0,，即F=0。其中θ=90度時(shí)，也就是二者垂直，sinθ=1，即F=BIl。正是剛才的兩種特殊情況。注意1：B必須是在勻強(qiáng)磁場。如果是非勻強(qiáng)磁場那就必須將導(dǎo)線分割為無數(shù)個(gè)小電流元。求出每一個(gè)小電流元所受的安培力，最后再讓他們進(jìn)行矢量疊加。注意2：l是有效長度。剛才用的都是直導(dǎo)線，l就是它本身的總長度，如果不是直導(dǎo)線，比如這個(gè)圖，還能用總長度計(jì)算嗎？顯然不行，這時(shí)就要用到有效長度這個(gè)概念，在這個(gè)圖中，紅色的線段是對稱的，所以安培力也是大小相等方向相反互相抵消。青色的線段也是。那只剩這幾段，他們就相當(dāng)于從這兒到這兒的一段線段。這個(gè)就是他的有效長度l。它受到的安培力就是F=BIl。既然這樣那如果我在這添一根導(dǎo)線，把線路變成閉合的，那這一段的電流方向就要向上，所受的安培力就跟左邊這部分大小相等方向相反互相抵消了。也就是說①閉合回路有效長度就是0，受到的總安培力就是0。對于更復(fù)雜的導(dǎo)線就可以利用這個(gè)結(jié)論來解決，比如圖是閉合的話有效長度就是0。所以去掉這段后，剩余部分的有效長度就是這一段這么長，但是電流方向跟這個(gè)相反是從原來的起點(diǎn)到原來的終點(diǎn)。也就是說②不閉合的導(dǎo)線有效長度就是一條從起點(diǎn)到終點(diǎn)的線段。電流方向也是從起點(diǎn)到終點(diǎn)。那么遇到這種更加這樣更復(fù)雜的弧線，也只需要連接這兩點(diǎn)就可以了，電流方向是從起點(diǎn)指向終點(diǎn)。（三）磁電式電流表（實(shí)驗(yàn)演示線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)和電流表的指針偏轉(zhuǎn)）磁電式儀表最基本的組成部分是磁鐵和放在磁鐵兩極之間的線圈。圖是線圈在磁場中受力情況的圖示。當(dāng)電流通過線圈時(shí)，導(dǎo)線受到安培力的作用。由左手定則可以判定，線圈左右兩邊所受的安培力的方向相反，于是安裝在軸上的線圈就要轉(zhuǎn)動(dòng)。問題：為什么斷電后指針會(huì)回復(fù)原來的位置呢？因?yàn)檠b有螺旋彈簧，彈簧會(huì)回復(fù)原狀。安培力總與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直。為了使電流表表盤的刻度均勻，兩磁極間裝有極靴，極靴中間又有一個(gè)鐵質(zhì)圓柱。這樣，極靴與圓柱間的磁場都沿半徑方向，線圈無論轉(zhuǎn)到什么位置，它的平面都跟磁感線平行，表盤的刻度就是均勻的了。線圈中的電流方向改變時(shí)，安培力的方向隨著改變，指針的偏轉(zhuǎn)方向也隨著改變。所以，根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)方向，可以知道被測電流的方向?！及鍟O(shè)計(jì)〗1.1通電導(dǎo)線在磁場中受到的力一、安培力的方向①安培力的方向總是垂直于磁感線和通電導(dǎo)線所在的平面②左手定則掌心→磁感線進(jìn)入四指→電流方向拇指→安培力方向③平行通電直導(dǎo)線之間的相互作用:同向電流相互吸引，反向電流相互排斥。二、安培力的大小F=IlB①平行時(shí)：F＝0②有夾角時(shí)：F=IlBsinθθ=0°時(shí)，平行：F＝0θ=90°時(shí)，垂直：F＝BIl彎曲導(dǎo)線的有效長度l，等于連接兩端點(diǎn)直接的長度；相應(yīng)的電流沿l由始端向末端。三、磁電式電流表〖教學(xué)反思〗①學(xué)生在電流和磁場是否垂直上缺乏空間想象力，要讓他們學(xué)會(huì)用手去判斷，讓學(xué)生通過練習(xí)中體會(huì)。②教學(xué)中，制造懸念，科學(xué)方法教育一直處于教學(xué)的主線隱含中。通過信息技術(shù)的融合，更加清晰形象的展示了通電導(dǎo)線在磁場受力情況，有助于學(xué)生分析問題和解決問題。③幾何磁電式電流表教學(xué)，對學(xué)生進(jìn)行技術(shù)教育，加強(qiáng)了物理與現(xiàn)實(shí)生活的聯(lián)系。1.1磁場對通電導(dǎo)線的作用力〖教材分析〗安培力的方向和大小是本節(jié)的重點(diǎn)內(nèi)容，也是這一章的重點(diǎn)內(nèi)容之一。安培力、電流、磁感應(yīng)強(qiáng)度三者方向的空間關(guān)系（左手定則）是本節(jié)的難點(diǎn)，比如：安培力的方向一定與電流、磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直，但電流方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向可以成任意角度；當(dāng)電流方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直時(shí)，安培力最大。正確應(yīng)用左手定則也是本章的難點(diǎn)之一?！冀虒W(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)〗物理觀念：通過磁場對電流作用力的實(shí)驗(yàn)，體會(huì)安培力，生成安培力概念?？茖W(xué)思維：通過安培力方向及大小的學(xué)習(xí)，體會(huì)物理模型在探索自然規(guī)律中的作用?？茖W(xué)探究：掌握研究安培力的方法，能在具體問題中判斷安培力方向?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過磁電式電流表的原理分析，體會(huì)科學(xué)技術(shù)對社會(huì)發(fā)展的促進(jìn)作用?！冀虒W(xué)重難點(diǎn)〗教學(xué)重點(diǎn)：安培力的大小計(jì)算和方向判定。教學(xué)難點(diǎn)：用左手定則判定安培力的方向。〖教學(xué)準(zhǔn)備〗多媒體課件、導(dǎo)線、蹄形磁鐵、導(dǎo)體棒、鐵架臺(tái)、電源等。〖教學(xué)過程〗（回顧奧斯特的實(shí)驗(yàn)過程）奧斯特發(fā)現(xiàn)通電導(dǎo)線能使磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，不僅開啟了研究電與磁聯(lián)系的序幕，還使人們認(rèn)識(shí)了這種神奇的"力"。現(xiàn)在，這種力還能應(yīng)用到新能源交通工具上，讓電動(dòng)車行駛在街頭;應(yīng)用到發(fā)射臺(tái)上，射出數(shù)倍音速的炮彈……未來的某一天，可能還會(huì)應(yīng)用到發(fā)射塔上，發(fā)射航天器，在這一章里，就讓我們一起去探究這種神奇的作用力吧!一、新課引入（展示圖片：導(dǎo)體棒在磁場中受力）在圖中，當(dāng)導(dǎo)體棒中有電流流過時(shí)，導(dǎo)體棒就會(huì)因受力而發(fā)生運(yùn)動(dòng)。這個(gè)力的方向該如何判斷?它的大小除了與磁感應(yīng)強(qiáng)度有關(guān)外，還與哪些因素有關(guān)?二、新課教學(xué)在必修課中，我們已經(jīng)知道了磁場對通電導(dǎo)線有作用力，并從這個(gè)現(xiàn)象入手定義了物理量——磁感應(yīng)強(qiáng)度B，B=eq\f(F,Il)。安培在研究磁場與電流的相互作用方面作出了杰出的貢獻(xiàn)，為了紀(jì)念他，人們把通電導(dǎo)線在磁場中受的力稱為安培力，把電流的單位定為安培。安培力：通電導(dǎo)線在磁場中所受的作用力。問題1：安培力的大小和方向是怎么樣的呢？（一）安培力的方向首先來學(xué)習(xí)安培力的方向。課本的演示實(shí)驗(yàn)：安培力的方向與什么因素有關(guān)（閱讀），分別演示①改變磁場方向，②改變電流方向后導(dǎo)線受力方向是否改變。通過①與原圖對比說明安培力與什么有關(guān)？F安的方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度B有關(guān)。通過②與原圖對比說明安培力與什么有關(guān)？F安的方向與電流方向有關(guān)。那它們有什么規(guī)律呢？平面圖很難觀察到具體的關(guān)系，換成立體圖就更加清晰。通過用立方體的方式簡單描述F、B、I的關(guān)系，比較之后，你能用簡潔的方法表達(dá)F、B、I方向的關(guān)系？注意觀察我們看到力的方向與電流方向是垂直的，而磁感線的方向從N到S，力也與它垂直。即安培力的方向與導(dǎo)線、磁感應(yīng)強(qiáng)度方向都垂直。也就是說，安培力的方向總是垂直于導(dǎo)線和磁感應(yīng)強(qiáng)度方向所在的平面。問題2：如何更加精確的判斷安培力的方向呢?安培經(jīng)過研究總結(jié)出了，左手定則。①伸出左手，使大拇指與其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面；怎么樣放到磁場中呢？②使磁感線垂直穿過手掌，四指指向電流方向；③大拇指所指的方向就是直線電流所受安培力的方向。這就是判斷安培力方向的左手定則。那么有的同學(xué)就疑惑了，以前學(xué)習(xí)過右手定則，很容易混亂。我教大家一個(gè)小方法，力的這一撇，向則左邊的，所以用左手定則，記住拉。在這里普及一下打叉打點(diǎn)的知識(shí)，打點(diǎn)表示垂直紙面向外，好比如弓箭從紙面出來，我們看到的只有箭頭的一個(gè)點(diǎn)，打叉表示垂直紙面向里，好比如弓箭進(jìn)入紙面我們看到的只有箭尾的打叉圖樣。讓磁感線垂直穿過手心，再把四個(gè)手指方向調(diào)整到跟電流方向一致。這時(shí)拇指的方向就是安培力的方向了。問題3：剛才導(dǎo)線和磁感線垂直，那要是不垂直又該怎么判斷呢？可以將磁場按平行和垂直分解，讓跟導(dǎo)線垂直穿過手心，安培力的方向?yàn)榇怪奔埫嫦蚶?。（二）安培力的大小研究一個(gè)力除了方向還有大小。前面咱們研究磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小的時(shí)候，引入了電流源Il，也就是一段通有電流I長度為l的導(dǎo)線。利用它垂直于磁場時(shí)所受安培力F，定義了磁感應(yīng)強(qiáng)度B=eq\f(F,Il)。那么F=BIl，這也就是安培力的計(jì)算公式。但是這個(gè)的前提是導(dǎo)線必須與磁場垂直。我們還知道導(dǎo)線平行于磁場時(shí)，安培力為0。即①當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與導(dǎo)線方向垂直時(shí)F=IlB②當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與導(dǎo)線方向平行時(shí)F=0。問題4：如果通電導(dǎo)線與磁場方向既不平行也不垂直時(shí)，導(dǎo)線與磁場夾角θ時(shí)，安培力又該是多大呢？我們知道磁感應(yīng)強(qiáng)度B是矢量，所以可以將B正交分解。沿電流B//=Bcosθ,垂直電流方向B⊥=Bsinθ,安培力由B⊥產(chǎn)生，所以大小就是F=BIlsinθ（F依然垂直與BI組成的平面）其中θ=0時(shí)，也就是二者平行，sinθ=0,，即F=0。其中θ=90度時(shí)，也就是二者垂直，sinθ=1，即F=BIl。正是剛才的兩種特殊情況。注意1：B必須是在勻強(qiáng)磁場。如果是非勻強(qiáng)磁場那就必須將導(dǎo)線分割為無數(shù)個(gè)小電流元。求出每一個(gè)小電流元所受的安培力，最后再讓他們進(jìn)行矢量疊加。注意2：l是有效長度。剛才用的都是直導(dǎo)線，l就是它本身的總長度，如果不是直導(dǎo)線，比如這個(gè)圖，還能用總長度計(jì)算嗎？顯然不行，這時(shí)就要用到有效長度這個(gè)概念，在這個(gè)圖中，紅色的線段是對稱的，所以安培力也是大小相等方向相反互相抵消。青色的線段也是。那只剩這幾段，他們就相當(dāng)于從這兒到這兒的一段線段。這個(gè)就是他的有效長度l。它受到的安培力就是F=BIl。既然這樣那如果我在這添一根導(dǎo)線，把線路變成閉合的，那這一段的電流方向就要向上，所受的安培力就跟左邊這部分大小相等方向相反互相抵消了。也就是說①閉合回路有效長度就是0，受到的總安培力就是0。對于更復(fù)雜的導(dǎo)線就可以利用這個(gè)結(jié)論來解決，比如圖是閉合的話有效長度就是0。所以去掉這段后，剩余部分的有效長度就是這一段這么長，但是電流方向跟這個(gè)相反是從原來的起點(diǎn)到原來的終點(diǎn)。也就是說②不閉合的導(dǎo)線有效長度就是一條從起點(diǎn)到終點(diǎn)的線段。電流方向也是從起點(diǎn)到終點(diǎn)。那么遇到這種更加這樣更復(fù)雜的弧線，也只需要連接這兩點(diǎn)就可以了，電流方向是從起點(diǎn)指向終點(diǎn)。（三）磁電式電流表（實(shí)驗(yàn)演示線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)和電流表的指針偏轉(zhuǎn)）磁電式儀表最基本的組成部分是磁鐵和放在磁鐵兩極之間的線圈。圖是線圈在磁場中受力情況的圖示。當(dāng)電流通過線圈時(shí)，導(dǎo)線受到安培力