高中物理 第三章 磁场 第四节 磁场对通电导线的作用力示范教案 新人教版选修3-1
人教版物理选修3-1第三章第四节 通电导线在磁场中受到的力 课件 (共23张PPT)
铁芯、线圈和指针是
一个整体可以转动。
［问题］电流表中磁场分布有何特点呢？
电流表中磁铁与铁芯之间是均匀辐向分布的.
所谓均匀辐向分布，就是说所有磁感线的延长线 都通过铁芯的中心，不管线圈处于什么位置，线 圈平面与磁感线之间的夹角都是零度. 该磁场并非匀强磁场， 但在以铁芯为中心的 圆圈上，各点的磁感 应强度B的大小是相 等的.
F、B、I方向关系
示意图
F
B I
安培力方向既与电流方向垂直 又与磁场方向垂直，即垂直于电流 和磁场所在的平面
判定以下通电导线所受安培力的方向
B
B
I
I
判定以下通电导线所受安培力的方向
B F I
F B
I B
I
I
30°
F
判定以下通电导线所受安培力的方向
B
B
F
（2）桌面对磁铁的支持 变小 力_______
（3）桌面对磁铁的摩擦 无 力________( 有,无).
做一做
例、两条导线AB和CD互相垂直，AB固定， CD可自由活动，两者相隔一小段距离， 当两条导线分别通以图示方向的电流时， 垂直纸面向里看导线CD将（ ） A．顺时针方向转动，同时靠近AB B．逆时针方向转动，同时靠近AB C．顺时外方向转动， 同时远离AB D．逆时针方向转动， 同时远离AB B
图 3－ 4－ 5
例.如图所示直角三角形abc组成的导线 框内通有电流I＝1A，处在方向竖直向下 o 的匀强磁场B＝2T中, ac=40cm， a 30 ， 求三角形框架各边所受的安培力。
c
Fbc 0 N
Fab Fac 0.69 N
b I a
B
三、磁电式电流表
2011高中物理 第三章第4节 磁场对通电导线的作用力教案 新人教版选修3-1
第三章第四节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，又与电流方向垂直答案：D解析：电流放入磁场中，不管电流与磁场是否垂直，安培力均垂直磁场和电流所确定的平面，即安培力总是垂直磁场方向，安培力总是垂直电流方向．2．(2009·某某模拟)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.为使F＝0，可能达到要求的方法是( )A．加水平向右的磁场B．加水平向左的磁场C．加垂直纸面向里的磁场D．加垂直纸面向外的磁场答案：C解析：为使F＝0，则F安必竖直向上且F安＝mg，由左手定则可判定磁场一定是垂直纸面向里，故选项C正确．3．一段通电导线平行于磁场方向放入匀强磁场中，导线上的电流方向由左向右，如图所示．在导线以其中心点为轴转动90°的过程中，导线受到的安培力( ) A．大小不变，方向不变B．由零增大到最大，方向时刻变C．由最大减小到零，方向不变D．由零增大到最大，方向不变答案：D解析：导线转动前，电流方向与磁场方向平行，导体不受安培力；当导体转过一个小角度后，电流与磁场不再平行，导体受到安培力的作用；当导体转过90°时，电流与磁场垂直，此时导体所受安培力最大．根据左手定则判断知，力的方向始终不变．选项D正确．4．已知质量为m的通电细杆ab与导轨间的摩擦系数为μ，有电流时，ab恰好在导轨上静止，如图所示，下图是它的四个侧视图四种可能的匀强磁场方向，其中能使杆ab与导轨之间摩擦力为零的图是( )答案：AB解析：用左手定则判断各图中导电细杆的受力方向，再判断通电细杆所受的合力．5．如图所示，接通开关时，观察到金属棒动起来这说明________，断开开关后，将滑动变阻器的滑动片向左滑动一段距离后，再接通开关时你观察到________；这种现象说明________．答案：通电导线在磁场中受到力的作用；金属棒摆动的角度更大些；电流越强，导线受到的安培力越大6．如图所示，两平行光滑导轨相距为20cm，金属棒MN的质量为10g，电阻R＝8Ω，匀强磁场的磁感应强度B＝0.8T，方向竖直向下，电源电动势E＝10V，内阻r＝1Ω，当电键K闭合时，MN恰好平衡，求变阻器R1的取值为多少？设θ＝45°.答案：7Ω解析：先根据左手定则判定安培力的方向，然后根据平衡条件列方程，再利用安培力公式以及闭合电路欧姆定律进行求解．金属棒平衡时的平面受力图，如图2所示．当MN平衡时，有mg sinθ－BIL cosθ＝0①由全电路欧姆定律，得I＝ER＋R1＋r②由①、②式联立并代入数据，得R1＝7Ω.7．地球是个大磁体，在赤道上，地磁场可以看成是沿南北方向的匀强磁场．如果赤道某处的磁感应强度大小为0.5×10－4T，在赤道上有一根东西方向的直导线，长为20m，载有从东往西的电流30A.则地磁场对这根导线的作用力有多大？方向如何？答案：3.0×10－2N；方向垂直指向地面．解析：地磁场的磁感应强度为0.5×10－4T，方向由南向北；导线垂直于地磁场放置，长度为20m，载有电流30A，则其所受安培力F＝BIL＝0.5×10－4×30×20N＝3.0×10－2N根据左手定则可以判断导线所受安培力的方向垂直指向地面.1.如图所示，在蹄形磁铁的上方，放置一个可以自由运动的通电线圈abcd，最初线圈平面与蹄形磁铁处于同一竖直面内．则通电线圈的运动情况是( )A．ab边转向纸外，cd边转向纸里，同时向下运动B．ab边转向纸外，cd边转向纸里，同时向上运动C．ab边转向纸里，cd边转向纸外，同时向下运动D．ab边转向纸里，cd边转向纸外，同时向上运动答案：C解析：先画出蹄形磁铁磁极附近的磁感线，如图所示(这是先决条件)ab边处在水平方向的磁场分量，根据左手定则，ab边受的安培力指向纸里；cd边处也有水平方向的磁场分量，cd边受的安培力指向纸外．bc边和da边的合力为零．整个线圈发生ab向里、cd向外的转动．当线圈由图示位置到转过90°的过程中，根据左手定则，da边受到的安培力向下，bc 边受到的安培力向上，由于da处磁场较强，所以da边受到向下的安培力大于bc边受到向上的安培力，合力向下．综合以上分析，选项C正确．2．在稀硫酸溶液中有一浮子，它的上部是一轻金属环，下部是分开的铜片和锌片．一开始金属环如图示放置，松开浮子后，则( )A．浮子一直保持静止不动B．浮子将不停地转动C．浮子将转过90°后再保持静止D．浮子将转过180°后再保持静止答案：A解析：该装置为一化学电池，铜片为电池正极．弯曲金属环中电流由铜片流向锌片．图示位置电流环平面与地磁场方向垂直，受磁力矩为零．所以浮子不会转动．利用等效方法将环形电流看成小条形磁铁，其N极指向与地磁场此处磁感线方向相同，电流环不会转动．在此位置处金属环属于稳定平衡态．3．(2009·某某高二检测)一条形磁铁放在水平桌面上，在它的上方靠S极一侧吊挂一根与它垂直的导体棒，图中只画出此棒的横截面图，并标出此棒中的电流是流向纸内的，在通电的一瞬间可能产生的情况是( )A．磁铁对桌面的压力减小B．磁铁对桌面的压力增大C．磁铁受到向右的摩擦力D．磁铁受到向左的摩擦力答案：AD解析：由左手定则可判知导体棒受到磁铁给它斜向左下方的安培力，根据牛顿第三定律得到磁铁受到斜向右上方的作用力，所以A、D选项正确．4．(2009·黄冈模拟)如图所示，两根无限长的平行导线a和b水平放置，两导线中通以方向相反、大小不等的恒定电流，且I a>I b.当加一个垂直于a、b所在平面的匀强磁场B 时；导线a恰好不再受安培力的作用．则与加磁场B以前相比较( )#A．b也恰好不再受安培力的作用B．b受的安培力小于原来安培力的2倍，方向竖直向上C．b受的安培力等于原来安培力的2倍，方向竖直向下D．b受的安培力小于原来安培力的大小，方向竖直向下答案：D解析：当a不受安培力时，I b产生的磁场与所加磁场在a处叠加后的磁感应强度为零，此时判断所加磁场垂直纸面向外，因I a>I b，所以在b处叠加后的磁场垂直纸面向里，b受安培力向下，且比原来小．故选项D正确．5．在倾角为30°的光滑斜面上垂直纸面放置一根长为L、质量为m的直导体棒，一匀强磁场垂直于斜面向下，如图所示，当导体棒内通有垂直纸面向里的电流I时，导体棒恰好静止在斜面上，则磁感应强度的大小为B＝________.答案：mg2IL解析：通电导体棒受三个力：重力、弹力和安培力．其中安培力沿斜面向上，与导体棒重力沿斜面向下的分力平衡，故有：BIL＝mg sin30°，所以B＝mg2IL6．如图所示，一根长为L的细铝棒用两个劲度系数为k的弹簧水平地悬吊在匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面向里，当棒中通以向右的电流I时，弹簧缩短Δy；若通以向左的电流，也是大小等于I时，弹簧伸长Δy，则磁感应强度B为________．答案：2kΔy/IL解析：通以向右的电流时，铝棒受安培力向上；弹簧原拉伸形变的大小发生改变，变化量为Δy，由铝棒平衡可知：弹簧弹力大小的变化量等于安培力，即2·kΔy＝BIL.同理，在通以向左的电流时，铝棒在原来没通电时受力平衡的基础上，弹力的改变量等于安培力，即2kΔy＝BIL.所以B＝2kΔy/IL.7．(思维拓展题)在生物学中，我们已经知道有生物电流存在，由于电和磁是紧密联系的，因此生物也应有磁性和磁场.1963年美国两位科学家第一次测出心脏有规律的磁场变化.1970年一位教授用超导量子干涉式磁强计描出了清晰的心磁图，它与心电图十分相似．大家知道电流有磁效应，当生命物质发生离子的迁移或电荷的转移时，形成生物电流的同时，相伴产生了生物磁场．假如肌体有如图所示的生物电流在流动，当外界磁体靠近这部分肌体时，此电流的流动X围将如何变化？答案：扩大解析：根据左手定则可确定，生物电流受到由中心指向外的作用力，因此电流流动的X 围将扩大．8．如图所示，在倾角为37°的光滑斜面上有一根长为0.4m ，质量为6×10－2kg 的通电直导线，电流I ＝1A ，方向垂直纸面向外，导线用平行于斜面的轻绳拴住不动，整个装置放在磁感应强度每秒增加0.4T ，方向竖直向上的磁场中，设t ＝0，B ＝0，则需要多长时间斜面对导线的支持力为零？(g 取10m/s 2)答案：5s 解析：斜面对导线的支持力为零时导线的受力如图所示．由平衡条件F T cos37°＝F ①F T sin37°＝mg ②由①②解得：F ＝mgtan37°代入数值得：F ＝0.8N由F ＝BIL 得： B ＝F IL ＝0.81×0.4T ＝2T. B 与t 的变化关系为B ＝0.4t .所以：t ＝5s。
高中物理 第三章 4 第4节 通电导线在磁场中受到的力课件 新人教版选修3-1
电流相斥判断相互作用情况
两平行直线电流在相互作用过程中，无转动趋势，同
向电流互相吸引，反向电流互相排斥；两不平行的直 结论法
线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋
2．电流方向、磁场方向和安培力方向三者的关系 电流方向和磁场方向间没有因果关系，这两个方向的关系是不 确定的．这两个方向共同决定了安培力的方向，所以，已知电 流方向和磁场方向时，安培力的方向是唯一确定的，但已知安 培力和磁场方向时，电流方向不确定． 3．电场力与磁场力的方向特点 与磁场力相比，电场力是纵向力，其方向总是与电场方向平行， 而磁场力是横向力，其方向总是与磁场方向垂直．
【题组过关】 1．长度为 L、通有电流为 I 的直导线放入一匀强磁场中，电流 方向与磁场方向如图所示，已知磁感应强度为 B，对于下列各 图中，导线所受安培力的大小计算正确的是( )
解析：选 A.A 图中，导线不和磁场垂直，故将导线投影到垂直 磁场方向上，故 F＝BILcosθ，A 正确；B 图中，导线和磁场方 向垂直，故 F＝BIL，B 错误；C 图中，导线和磁场方向垂直， 故 F＝BIL，C 错误；D 图中，导线和磁场方向垂直，故 F＝BIL， D 错误．
解析：选 AD.若 a 点电势高于 b 点，则由左手定则可知，ab 所 受磁场力方向垂直 ab 边向上；ac 所受磁场力方向垂直 ac 边沿 bc 方向斜向上，大小 Fac＝BI1·－ac；bc 所受磁场力方向垂直 ac 边沿 bc 方向斜向上，大小 Fac＝BI1·－ac；bc 所受磁场力方向垂 直 bc 边沿 ac 方向斜向上，大小 Fbc＝BI1·－ac；由几何关系可 知，两力的合力垂直于 ab 向上，故 ab 与 acb 所受的磁场力方 向相同，选项 A 正确，B 错误；若 acb 支路电流等于 ab 支路电 流，则因 acb 等效长度等于 ab，故 acb 所受磁场力等于 ab 所受 的磁场力；但是由于 acb 支路导线较长，电阻较大，故电流较 小，则由 F＝BIL 可知 ab 所受的磁场力大于 acb 所受的磁场力， 选项 D 正确，C 错误．
高中物理 第三章 磁场 第4节 通电导线在磁场中受到的力课件 新人教版选修3-1
同向电流互相吸引，反向电流互相排斥；两不平 行的直线电流相互作用时，有转到平行且电流方
转换 研究 对象法
向相同的趋势 定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题，
可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后 由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的反作
用力，从而确定磁体所受合力及运动方向
如图所示， 将通电直导线 AB 用丝 线悬挂在电磁铁的正上方，直导线可自 由转动，则接通开关 K 的瞬间( D ) A．A 端向上运动，B 端向下运动，悬线 张力不变 B．A 端向下运动，B 端向上运动，悬线张力不变 C．A 端向纸外运动，B 端向纸内运动，悬线张力变小 D．A 端向纸内运动，B 端向纸外运动，悬线张力变大
b．L 是有效长度，匀强磁场中弯曲导线的有效长度 L，等于 连接两端点直线的长度(如图)；相应的电流沿 L 由始端流向 末端．
(2)F＝ILBsin θ 的适用条件：导线所处的磁场应为匀强磁场； 在非匀强磁场中，公式仅适用于很短的通电导线．
考查维度 1
安培力方向的判断
画出下列各图中磁场对通电导线的安培力的方向．
2．当通电导线与磁场不：当电流方向跟磁感线方向不垂直时，安培力的方向仍 垂直于电流和磁场共同决定的平面，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．
安培力
1．判定方法
手掌：拇指与四指垂直且在
左手 定则 图示
一平面内 四指：电流方向
磁场中受的力． 1．安培力：通电导线在____
2．决定安培力方向的因素
磁场方向；(2)____ 电流 方向． (1)____
3．左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且
掌心进入，并使四指指 都与手掌在同一平面内；让磁感线从____ 拇指所指的方向就是通电导线在磁场中 向电流 ____的方向，这时____
高中物理 第3章 磁场 4 通电导线在磁场中受到的力课件 新人教版选修3-1
重点难点突破
一、安培力方向的判断 1．安培力的方向不仅跟磁场方向垂直，还跟电流方向垂 直，故安培力的方向垂直于磁场方向与电流方向所构成的平 面。在判断安培力方向时，应首先判定这个平面，然后再应用 左手定则。 2．当电流方向与磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂 直于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，只是磁感线不是垂直进入掌心。 3．注意区别安培力的方向和电场力的方向与磁场、电场 的方向的关系，安培力的方向总是与磁场的方向垂直，而电场 力的方向与电场的方向平行。
[特别提醒](1)F⊥I，F⊥B，但B与I不一定垂直。 (2)若已知B、I方向，F方向惟一确定，但若已知B(或I)、F 方向，I(或B)方向不惟一。
(北京十二中2014～2015学年高二上学期期中)在下列各图 中，分别标出了匀强磁场的磁感应强度B的方向、电流I的方 向以及通电直导线所受安培力F的方向，其中正确表示这三个 方向关系的图是( )
知识自主梳理
安培力
1.概念 把通电导线在磁场中受的力称为安培力。 2．安培力的方向 左手定则：如图所示，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。让磁感线从_掌__心____进入，并使四 指指向__电__流___的方向，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。
答案：C 解析：根据通电导线受到向右的作用力，由左手定则判定 导线处于垂直纸面向外的磁场中，根据右手定则可判只有C选 项符合要求，故选C。
四、分析导体在磁场中运动情况的几种常用方法
电流 元法
把整段弯曲导线分为多段直线电流元，先用左手定则 判断每段电流元受力的方向，然后判断整段导线所受 合力的方向，从而确定导线运动方向
最新人教版高中物理选修3-1第三章《通电导线在磁场中受到的力》教学设计
教学设计4通电导线在磁场中受到的力本节分析本节是在学习了磁场基本概念的基础上，进一步通过实验探究和逻辑推理让学生了解磁场对通电导线的力的作用.安培力是磁场基本特性的应用之一，也是高考的重要知识点之一，学好本节可以为后面学习“运动电荷在磁场中受到的力”及“带电粒子在匀强磁场中的运动”两节课做好铺垫；也可以为今后学习“电磁感应”及力电综合问题打下基础.学情分析学生通过前面的学习已经了解了磁场的一般现象，知道了如何形象地描述磁场的磁感线，建立了磁感应强度的概念，本节是在这些基本知识的基础上继续学习磁场对电流的作用.本节学习的重点是安培力的大小和方向，而弄清安培力、电流、磁感应强度三者方向的空间关系是学生学习的一个难点.教学目标●知识与技能（1）观察安培力方向与哪些因素有关的实验，记录实验现象并得出相关结论.知道安培力的方向与电流、磁感应强度的方向都垂直，并会用左手定则判断安培力的方向.（2）推导匀强磁场中安培力的表达式，计算匀强磁场中安培力的大小.（3）知道磁电式电流表的基本构造以及运用它测量电流大小和方向的基本原理.●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.●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＝ILB sin θ，使学生掌握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.教学重难点●重点：安培力的方向和大小的计算，左手定则.●难点：安培力、电流、磁感应强度三者方向的空间关系.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.教学准备蹄形磁铁2个、铁架台1个、线圈、电池、木板、内含磁铁的手套一只、开关、电流相互作用演示器一套、三支颜色不同的箭头、橡皮泥.教学设计（设计者：钱墨君）教学过程设计【演示2】如教材第92页图3.4-3所示，连接好电路，分析通电平行直导线间作用力的方向.【引入】中学实验室里使用的电流表是磁电式电流表，下面我们来学习磁电式电流表的工作原理.阅读教材第93页图3.4-5，引导学生弄清以下几点：1.磁电式电流表的原理是什么？2.磁电式电流表的基本结构是什么？板书设计4通电导线在磁场中受到的力一、安培力的方向左手定则：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平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，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．二、安培力的大小1.垂直于磁场B放置、长为L的一段导线，当通过的电流为I时，它所受的安培力F＝ILB2.当磁感应强度B的方向与导线方向成θ角时，导线受到的安培力F＝ILB sin θ三、磁电式电流表1.原理：安培力与电流的关系2.结构：最基本的组成部分是磁铁和放在磁铁两极之间的线圈3.优缺点(1)优点：灵敏度高，可以测出很弱的电流(2)缺点：线圈的导线很细，允许通过的电流很弱教学反思教学过程的设计和安排，必须从学生的角度出发，以学生的感受和经验为基础，以学生的思考和理解为前提来加以选择和实施．为此我精心准备，创设有驱动性的物理情景，巧妙设置认知冲突，让学生在前后矛盾获知与不知的强烈冲突中由“无疑”而“生疑”，由“有疑”而“释疑”．在本节教学中，为了激发学生的学习兴趣，用“隔山打牛”的实验，其目的是使学生产生好奇心，从而让学生在对真实的物理情景的思考与讨论中探索产生这种现象的原因．而三色箭头模型，是出于学生的认知，往往被局限于平面问题，而本节的左手定则阐释却是安培力、电流、磁感应强度三者方向的空间关系，所以为了突破这个学生学习的难点，我们从学生的认知出发，利用了三色箭头的模型让学生更为直观地了解到安培力、电流、磁感应强度三者方向的空间关系．在教学过程中怎样理顺知识的逻辑结构，使知识之间的联系更为紧密，怎样设置引人入胜的问题，使抽象的概念、规律具体化、形象化、情景化；怎样促进学生的交流与沟通，使学生在不同思维的评判和反思中，看到一个问题的多个层面和不同角度，从而使其对知识的应用更为深刻和全面，是一节课能否环环相扣、事半功倍的关键．本节中关于安培力大小公式的推导过程就采用了学生自主讨论，通过逐步深入的推导过程让学生对安培力的大小有更深入的理解．备课资料●自制撞针式电磁炮19世纪，英国科学家法拉第发现，如果让导线在磁场中做切割磁感线的运动，导线上会产生电流；而如果给位于磁场中的导线通电，则这根导线将会受到一个力的推动．这就是著名的法拉第电磁感应定律．正是根据这一定律，人们发明了现在广泛应用的发电机和电动机．电动机产生的强劲扭矩启示了科学家和军事家，如果把磁场中的这根导线换成一个导轨，上面再搁一枚炮弹，或干脆把导线换作一枚可导电的炮弹，这枚炮弹能不能被发射出去呢？1901年，挪威人克里斯廷·伯克兰制造出了世界上第一台电磁发射器，开创了电磁炮的先河．目前，电磁炮受到各个国家的关注，因为它具有普通火炮无法比拟的优势：炮弹的速度快，射程远，精度高，威力大．普通炮弹的飞行速度最高约1 800米/秒，而电磁炮炮弹弹丸的速度可达其3倍以上，威力巨大．电磁炮作为发展中的高技术武器，具有广阔的军事前景．可以预见，电磁炮将很快成长为现代战场强有力的武器．电磁炮图纸及工作原理图构造图：工作原理图：。
高中物理人教版选修3-1第3章第4节：《磁场对通电导线的作用力》课件
课 后 强 化 作 业
探 究 目 标 情 景 切 入 自 主 研 习 要 点 探 究 走 出 误 区
特别提醒： 因为磁电式电流表的线圈很细，允许通过的电流很弱，
所以在使用时一定注意表的量程，测量大电流时需要将表改
装．
题 型 设 计
课 后 强 化 作 业
探 究 目 标 情 景 切 入 自 主 研 习 要 点 探 究 走 出 误 区
如图，当通电导线与磁感线不垂直时，可用左手定则 判断安培力的方向吗？
答案：可以．当导线和磁感线不垂直时，把导线所在
处的磁感应强度B分解为平行导线的分量B∥和垂直导线的分 量B⊥，让 B⊥垂直穿入手心，即可利用左手定则判断出安培 力的方向.
题 型 设 计
课 后 强 化 作 业
探 究 目 标 情 景 切 入 自 主 研 习 要 点 探 究 走 出 误 区
1．人们把通电导线在磁场中受的力称为 安培力 ，判断 安培力的方向用 左手定则 ． 2．研究静电力时，用来检验电场强度的是 检验电荷 ， 检验电荷受静电力的方向与电场的方向 相同或相反 ． 研究安培力时，用来检验磁感应强度的是 电流元 ，电
题 型 设 计
流元受力的方向、磁场的方向、电流的方向三者不但不在一
电流表的刻度为什么是均匀的？
答案：由于磁场对电流的作用力跟电流成正比，所以 电流表的通电线圈受到的力矩 M1也跟被测的电流 I成正比，
即： M1 ＝ nBIdL ＝ k1I ，其中 k1 ＝ nBLd ，另一方面，弹簧产
生的力矩M2跟偏角θ成正比，即M2＝k2θ，其中k2是一个由弹 簧材料决定的比例恒量． 由力矩平衡M1＝M2得k1I＝k2θ，则有θ＝kI，其中k＝ 也是一个恒量．可见，电流表测量时指针偏转的角度
2017年高二人教版选修3-1,第三章磁场,第四节《通电导线在磁场中受到的力》教学设计
3.4通电导线在磁场中受到的力一、教学目标（一）知识与技能1、知道左手定则的内容，并会用它判断安培力的方向。
2、知道什么是安培力，会推导安培力公式F=BIL sinθ。
（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、态度与价值观通过推导一般情况下安培力的公式F=BILsinθ，使学生形成认识事物规律要抓住一般性的科学方法。
二、教学重点、难点（一）教学重点安培力的大小计算和方向的判定。
（二）教学难点用左手定则判定安培力的方向。
三、教学过程（一）互设自探1.通过预习说说安培在电磁学领域的贡献有哪些？2.安培力的方向与哪些因素有关？如何判断安培力的方向？3.试推导安培力大小的一般表达式（二）互动合探1.安培力的方向学生互动完成电流方向和受力方向。
通过观察教师演示四种情况下电流元的受力方向、磁场方向和电流方向，完成下面图【学生分析得出结论】（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。
3、左手定则：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，让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向电流的方向，那么，大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。
【课堂练习】画出下列通电导体所受安培力的方向。
分析两条平行的通电导线之间的相互作用力异向电流相互________________2、安培力的大小1、当B ⊥I 时，F=_________________2、当B ∥I 时,F=______________3、当B 与I 的夹角为θ时，F=____________注意：1、仅适用于匀强磁场2、非匀强磁场， 仅适用于电流元3、L 为有效长度4、有效长度的理解：结论：弯曲导线的有效长度L ，等于连接两端点直接的长度,相应的电流沿L 由始端指向末端【例】如图所示直角三角形abc 组成的导线框内通有电流I ＝1A ，处在方向竖直向下的匀强磁场B ＝2T 中, ac=1m ，∠a=30º，求三角形框架各边所受的安培力。
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4 磁场对通电导线的作用力教学设计(一)整体设计教学分析安培力的方向一定与电流、磁感应强度的方向都垂直，但电流方向与磁感应强度方向可以成任意角度。
当电流方向与磁感应强度方向垂直时，安培力最大。
对此，学生常常混淆，例如在解决实际问题时误以为安培力、电流、磁感应强度一定是两两垂直的关系。
左手定则是判断安培力、电流、磁感应强度方向的一种简便、直观的方法，可以让学生在探究中体验它的方便性。
另外，空间想象能力对本节的学习至关重要。
要使学生能够看懂立体图，熟悉各种角度的侧视图、俯视图和剖面图，需要一定量的巩固训练。
教学目标1．探究安培力方向与哪些因素有关的实验，记录实验现象并得出相关结论。
知道安培力的方向与电流、磁感应强度的方向都垂直，会用左手定则判断安培力的方向。
2．推导匀强磁场中安培力的表达式，计算匀强磁场中安培力的大小。
3．知道磁电式电流表的基本构造以及运用它测量电流大小和方向的基本原理。
教学重难点安培力的方向和大小是本节重点，弄清安培力、电流、磁感应强度三者方向的空间关系是本节难点。
教学方法与手段实验探究、观察法、逻辑推理法等。
以演示实验为先导，激发学生探究安培力、电流、磁感应强度三者方向的空间关系，并寻找描述安培力方向的简便方法。
展示三维空间模型，帮助学生建立安培力、电流、磁感应强度三者方向的直观关系。
学生自主学习磁电式电流表的基本构造以及运用它测量电流大小和方向的基本原理，训练学生阅读自学能力。
课前准备教学媒体学生电源、悬挂式线圈、导线和开关、蹄形磁铁若干组、玻璃器皿盐水、铁架台、磁电式电表、安培力方向三维空间模型、多媒体辅助教学设备(多媒体课件、实物投影仪、视频片断)。
知识准备当电流与磁感应强度两者方向垂直时，安培力大小为F＝ILB。
教学过程导入新课[事件1]教学任务：创设情景，导入新课师生活动：【演示】课本P93旋转的液体(简介器皿中的盐水可以导电，相当于导线，实验过程中滴一滴蓝色墨水更易于观察)液体向哪个方向旋转？观察并讨论：原来静止的液体为什么旋转了起来？回答：肯定有力的作用，力是改变运动状态的原因。
【学情预设】如果学生回答有磁场或电流的原因，教师都应该给予充分肯定。
结论：通电导线在磁场中所受的作用力叫做安培力。
这节课我们将对安培力作进一步的讨论。
通电导线与磁体通过磁场发生相互作用说明：实验引入新课，形象、生动、直观，利于调动学生物理学习的积极性。
这里也可以演示“通电电流间相互作用”的实验，但实际操作效果不是很好，若采用课件动画模拟的方法演示，效果还是不错的。
但模拟实验毕竟代替不了实际试验所引起的震撼，所以建议引入上述实验，效果显著。
推进新课[事件2]教学任务：探究安培力的方向师生活动：探究问题：1.影响安培力方向的因素。
2．怎样描述安培力的方向？学生猜想：1.可能与电流的方向有关，与磁感线的方向有关。
2．可能与电流同向，与磁感线的方向相同……实验仪器：悬挂式线圈，学生电源，蹄形磁铁，导线设计实验方案：提问学生试验方法——控制变量法探究卡片：提醒学生注意事项(条件为导线垂直于磁场)。
如上图所示，连接好电路。
1．改变电流的方向，观察发生的现象；2．调换磁铁两极的位置来改变磁场方向，观察发生现象。
附录：探究实验指导卡片探究实验指导卡片[Work sheets]编号：5820100220 您小组成员姓名：______ 实验操作注意事项：1．实验用的线圈相当于直导线，注意搞清研究的是哪段导线。
2．实验中要求保证导线和磁场的垂直条件，你怎样做到。
3．学生电源直流电压2 V即可，注意观察线圈连接电源的正负极。
4．建议你设计表格以便信息采集。
交流：和别的实验小组交流一下，总结一下有什么规律。
你能否通过实验总结出一种较为方便的方法表达这种关系呢？(用手试试)你还有什么问题和想法？请写在反面。
学生分组实验：建议学生自主设计表格信息采集总结与归纳：学生小组讨论互助合作(1)安培力的方向和磁场方向、电流方向都有关系。
(什么关系？)(2)安培力的方向既跟磁场方向垂直，又跟电流方向垂直。
【学情预设】学生补充回答，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。
教师即时评价：很好，同时展示三维空间模型，如图所示。
[事件3]教学任务：描述安培力的方向的方法——左手定则师生活动：提示问题：你能否通过实验总结出一种较为方便的方法表达这种关系呢？讨论与交流：实验小组内同学相互讨论、合作交流问题引导：引导一：模仿右手螺旋定则伸出你的手试一试；引导二：将手伸平再试试看。
【学情预设】学生使用左右手的表述方法实际上都是可以的，不过我们更习惯于用手心来表述(如图所示)。
结论：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，让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向电流的方向，那么，大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，这就是左手定则。
说明：左手定则是一个难点，涉及三个物理量的方向，涉及三维空间，而学生的空间想象力还不强，所以教师展示三维空间模型显得尤为重要。
这里教师还应引导学生如何将三维图形用二维图形表达(侧视图、俯视图和剖面图等)，还要引导学生如何将二维图形想象成三维图形。
可将下图从侧视图、俯视图和剖面图几个方面引导学生展示。
一般情形的安培力方向法则介绍：电流和磁场可以不垂直，但安培力必然和电流方向垂直，也和磁场方向垂直，用左手定则时，磁场不一定垂直穿过手心，只要不从手背穿过就行。
[事件4]教学任务：利用左手定则判断安培力的方向师生活动：应用一：两条通电平行直导线会通过磁场发生相互作用。
在什么情况下两根导线相互吸引？在什么情况下相互排斥？课件演示：链接PPT课件演示问题分析：液体向哪个方向旋转？结论：同向电流相互吸引，异向电流相互排斥。
应用二：在[事件1]演示实验中原来静止的液体向哪个方向旋转？学生实践：用左手定则判断盐水的旋转方向。
情境导入：刚才实验中你会求解安培力的大小吗？[事件5]教学任务：求解安培力的大小师生活动：提示问题：通过第二节课的学习，我们已经知道(1)垂直于磁场B放置的通电导线L，所通电流为I时，它在磁场中受到的安培力F＝ILB；(2)当磁感应强度B的方向与导线平行时，导线受力为零。
思考并讨论：当磁感应强度B的方向与导线方向夹角成θ时，导线受的安培力多大呢？展示三维空间模型交流与讨论：分解磁感应强度(或等效L′＝Lsinθ)将磁感应强度B分解为与导线垂直的分量B⊥和与导线平行的分量B∥，则，B⊥＝BsinθB∥＝Bcosθ因B∥不产生安培力，导线所受安培力是B⊥产生的。
结论：一般情况下的安培力公式：F＝ILBsinθ说明：在推导公式时，要让学生明确两点：一是矢量的正交分解体现两个分量与原来的矢量是等效替代的关系，二是从特殊到一般的归纳的思维方法。
还有，尽管公式F＝ILB是从公式B＝F/IL变形而得的，但两者的物理意义却有不同。
①公式B＝F/IL是根据放置于给定磁场中的给定点上的检验电流(电流元)受力情况，来确定这一位置的磁场的性质，它对任何磁场中的任何点都是适用的。
②公式F＝ILB则是在已知磁场性质的基础上，确定在给定位置上给定的一小段通电直导线的受力情况，在中学阶段，它只适用于匀强磁场。
教师应该给学生指出：物理公式在作数学的等价变形时，其物理意义和适用范围将会发生变化。
这是应用数学知识解决物理问题时所要引起注意的问题，但却往往被人们所忽视。
讨论分析：安培力与库仑力的区别电荷在电场中某一点受到的库仑力是一定的，方向与该点的电场方向要么相同，要么相反。
而电流在磁场中某处受到的磁场力，与电流在磁场中放置的方向有关，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，一般情况下的安培力大于零，小于BIL，方向与磁场和电流所在平面垂直。
[事件6]教学任务：自主学习磁电式电流表构造及工作原理师生活动：问题引导：中学实验室里使用的电流表是磁电式电流表，下面我们来学习磁电式电流表的工作原理。
[投影课本图 3.4－5,3.4－6,3.4－7]展示实物并进行实际操作演示电流表的使用。
请同学们阅读课文，然后思考问题并完成应用三。
问题提示：(1)电流表主要由哪几部分组成？(2)为什么电流表可测出电流的强弱和方向？(3)电流表中磁场分布有何特点？为何要如此分布？(4)磁电式仪表的优缺点是什么？应用三：如图甲所示是磁电式电流表的结构图。
图乙是磁极间的磁场分布图。
以下选项中错误的是( )甲电流表的构造乙A．指针稳定后，线圈受到螺旋弹簧的作用效果与线圈受到的安培力作用效果方向是相反的B．在线圈转动的范围内，通电线圈中的电流越大，电流表指针偏转的角度也越大C．在线圈转动的范围内，各处的磁场都是匀强磁场D．在线圈转动的范围内，线圈所受安培力与电流有关，可以测量大电流答案：CD【教师即时评点】 (1)电流表的组成及磁场分布：电流表的组成有永久磁铁、铁芯、线圈、螺旋弹簧、指针、刻度盘(最基本的是磁铁和线圈)六部分组成。
a.铁芯、线圈和指针是一个整体；b.蹄形磁铁内置软铁是为了(和铁芯一起)造就辐形磁场；c.观察发现铁芯转动时螺旋弹簧会形变。
(2)电流表的工作原理：引导学生弄清楚以上几点并自己归纳总结，即知道了①线圈的转动是怎样产生的；②线圈为什么不一直转下去；③为什么指针偏转角度的大小可以说明被测电流的强弱；④如何根据指针偏转的方向来确定电路上电流的方向；⑤使用时要特别注意什么等问题。
让学生将每个选项逐一分析判断，即分别回答以上所有问题。
教师只要重点介绍一下辐形磁场即可，其他从略。
【教师进一步讲解】所谓辐形磁场就是指磁场的均匀辐向分布，就是说所有磁感线的延长线都通过铁芯的中心，不管线圈处于什么位置，线圈平面与磁感线之间的夹角都是零度。
该磁场并非匀强磁场，但在以铁芯为中心的圆圈上，各点的磁感应强度B的大小是相等的。
课堂巩固与反馈[事件7]教学任务：形成性测试1．将长度为20 cm、通有0.1 A电流的直导线放入一匀强磁场中，电流与磁场的方向如图所示，已知磁感应强度为1 T。
试求出下列各图中导线所受安培力的大小和方向。
2．如图所示，蹄形磁铁用悬线悬于O点，在磁铁的正下方有一水平放置的长直导线，当导线中通以由左向右的电流时，蹄形磁铁的运动情况将是( )A．静止不动B．向纸外平动C．N极向纸外转动，S极向纸内转动D．N极向纸内转动，S极向纸外转动3．如图所示，一根长为L的细铝棒用两个倔强系数为k的弹簧水平地悬吊在匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面向里，当棒中通以向右的电流I时，弹簧缩短Δy；若通以向左的电流，也是大小等于I时，弹簧伸长Δy，则磁感应强度B为多少？参考答案：1．(1)0；导线与磁感线平行(2)0.02 N；安培力方向垂直导线水平向右(3)0.02 N；安培力的方向在纸面内垂直导线斜向上2．解析：首先画出导线所在位置的磁感线分布情况如图所示，导线左边与右边的磁场方向不同，故把导线分为左右两部分。