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.doc

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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(xué)們好！現(xiàn)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(xiàn)在屏幕展現(xiàn)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(xiàn)的。同樣，在閑暇之余，我們會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，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(yīng)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(fēng)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(xiàn)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(shè)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(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組合能實現(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組合能實現(xiàn)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(guān)系的？ 為幫助大家的思考，我為大家提供當(dāng)時物理學(xué)發(fā)展的一些背景。在當(dāng)時，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；電荷定向移動就形成電流。 現(xiàn)在的問題是，當(dāng)你面對這樣的史學(xué)背景，你會萌發(fā)怎樣的思考。在你的思考過程中，你是依據(jù)怎樣的認知策略來形成你的觀點的。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？實際上，當(dāng)時許多物理學(xué)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(xiàn)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(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(dāng)我們面對一個具體的物理問題時，需要經(jīng)歷怎樣的認知過程才能設(shè)計出一個具有探究意義的實驗裝置。 對，我們首先要把握構(gòu)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(lián)系，（磁場和電流），以此作為構(gòu)建實驗裝置的重要依據(jù)。 那么，像這樣一套裝置能不能實現(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)成這個研究命題的基本要素，不難看出，構(gòu)成該實驗裝置的主要結(jié)構(gòu)是：磁場和電流，由此說明，該實驗裝置具有…… 在此基礎(chǔ)上，若再通過對構(gòu)成這個問題的要素之間可能存在的某種聯(lián)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(jù)。 也就是說，探究時，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。下面我們就來進行實驗探究。 下面，請大家注意觀察，當(dāng)我們閉合開關(guān)后，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？（演示實驗現(xiàn)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(xiàn)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(dǎo)線、電源、開關(guān)等，看看能不能利用這些實驗器材設(shè)計出能探究“磁場對電流作用”的實驗。說出你們的設(shè)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(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)計出相應(yīng)的實驗裝置來研究我們所要研究的問題了。 現(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，這樣的實驗裝置能不能實現(xiàn)我們的探究要求呢？ 學(xué)生分析…… 好，下面請同學(xué)們一起來觀察實驗現(xiàn)象。接通電源……（演示實驗） 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(xué)家安培做出了巨大的貢獻，后人為了紀(jì)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(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?，F(xiàn)在我們就從方向這個角度來研究這個問題。 首先，請同學(xué)們思考，有哪些因素會影響安培力的方向？（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(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(xué)們思考這個實驗應(yīng)該怎樣操作？我們就按照同學(xué)們的設(shè)計思路來做一做這個實驗，注意觀察現(xiàn)象，想一想這種現(xiàn)象說明了什么。（演示實驗） 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。這是我們得到的實驗現(xiàn)象，我們希望，通過現(xiàn)象總結(jié)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(yīng)該從現(xiàn)象能夠入手，深入分析其中蘊含的要點。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、拇指恰好與實驗中磁場、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)們試著解釋剛才實驗中兩根導(dǎo)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(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)，線圈實際上受到一個力矩的作用，使它能夠轉(zhuǎn)動。那么，轉(zhuǎn)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(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，會發(fā)生什么現(xiàn)象？線圈受到力矩的作用轉(zhuǎn)動，帶動指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在表盤上就有了讀數(shù)?？墒峭瑢W(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問題的呢？（學(xué)生討論）我們發(fā)現(xiàn)，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(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。我們有什么辦法能讓線圈持續(xù)轉(zhuǎn)動呢？（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。在換向器中，兩個鐵片與兩個半圓環(huán)分別相貼。但線圈轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)。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(xué)習(xí)了后面知識后，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。回顧這節(jié)課，同學(xué)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(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。 在研究這個問題的時候，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(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)要素確定實驗方法，選擇實驗器材，設(shè)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(xiàn)象之后，人們總是希望自己的認識不是停留在現(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，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(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！