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2019-2020年滬科版物理高二上9-B《磁場(chǎng)對(duì)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(huì)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(wú)處不在的觀光電梯，動(dòng)感的觀光電梯，讓人享受美好的城市生活，演奏著社會(huì)和諧的音符。想過(guò)沒(méi)有，這上上下下的享受是依靠什么來(lái)實(shí)現(xiàn)的。同樣，在閑暇之余，我們會(huì)情不自禁地走向大自然，當(dāng)我們乘做纜車，一覽祖國(guó)美好河山時(shí)，想過(guò)沒(méi)有，又是來(lái)自何處的力量使我們能漫步云中，陶醉在人間仙境。對(duì)，一切的一切都是源自這樣一個(gè)核心部件----電動(dòng)機(jī)。 其實(shí)，電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)車牽引，港口貨物搬運(yùn)需要起重機(jī)的助力，就連我們身邊的洗衣機(jī)、電風(fēng)扇中都有電動(dòng)機(jī)的身影，那么，電動(dòng)機(jī)的工作原理是什么？ 轟鳴的馬達(dá)，演奏著城市生活的樂(lè)章；縱橫交錯(cuò)的軌道交通動(dòng)脈，編織著現(xiàn)代時(shí)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(guò)沒(méi)有，如果這些設(shè)備出了故障，需要檢修時(shí)，最常用的檢修工具是什么，對(duì)，是電表，通過(guò)它我們可以檢測(cè)到故障的所在。那么，為什么電表能夠幫助我們檢測(cè)故障的所在呢？它的工作原理又是怎樣的呢？ 一個(gè)是能提供強(qiáng)大動(dòng)力的電動(dòng)機(jī)，一個(gè)是能診斷機(jī)器故障的電表，兩者看起來(lái)好象沒(méi)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(guò)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(duì)，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(jī)組合能實(shí)現(xiàn)如此的功能。 磁場(chǎng)對(duì)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(jī)組合能實(shí)現(xiàn)上述的功能之前，也就是說(shuō)，在探討電動(dòng)機(jī)和電表的制作原理之前，我想請(qǐng)大家思考這樣一個(gè)問(wèn)題，或者說(shuō)，大家有沒(méi)有想過(guò)這樣一個(gè)問(wèn)題，人們?yōu)槭裁磿?huì)想到去研究磁場(chǎng)和電流的關(guān)系的？ 為幫助大家的思考，我為大家提供當(dāng)時(shí)物理學(xué)發(fā)展的一些背景。在當(dāng)時(shí)，人們已經(jīng)知道電場(chǎng)對(duì)電荷有力的作用，還知道與電場(chǎng)類似，有磁場(chǎng)存在；電荷定向移動(dòng)就形成電流。 現(xiàn)在的問(wèn)題是，當(dāng)你面對(duì)這樣的史學(xué)背景，你會(huì)萌發(fā)怎樣的思考。在你的思考過(guò)程中，你是依據(jù)怎樣的認(rèn)知策略來(lái)形成你的觀點(diǎn)的。下面，大家倆倆討論討論…… 對(duì)，依據(jù)類比思維，人們猜想：既然電場(chǎng)對(duì)電荷有力的作用，是不是磁場(chǎng)對(duì)電流也有力的作用呢？實(shí)際上，當(dāng)時(shí)許多物理學(xué)家，就是這樣提出這個(gè)研究命題的。 下面，就讓我們來(lái)研究這個(gè)問(wèn)題——磁場(chǎng)對(duì)電流的作用 現(xiàn)在，在講臺(tái)上有這樣一套裝置：一個(gè)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(guò)導(dǎo)線、電流表、開關(guān)與電源相連，形成回路。利用這套實(shí)驗(yàn)裝置，我們就可以對(duì)“磁場(chǎng)對(duì)電流的作用”這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)層面上的研究。 接下來(lái)，希望大家思考的問(wèn)題是，為什么這樣的實(shí)驗(yàn)裝置可以對(duì)“磁場(chǎng)對(duì)電流的作用”這個(gè)命題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)層面上的研究。也就是說(shuō)，當(dāng)我們面對(duì)一個(gè)具體的物理問(wèn)題時(shí)，需要經(jīng)歷怎樣的認(rèn)知過(guò)程才能設(shè)計(jì)出一個(gè)具有探究意義的實(shí)驗(yàn)裝置。 對(duì)，我們首先要把握構(gòu)成這個(gè)問(wèn)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(chǎng)和電流），以此作為構(gòu)建實(shí)驗(yàn)裝置的重要依據(jù)。 那么，像這樣一套裝置能不能實(shí)現(xiàn)我們的探究要求呢？要回答這樣的問(wèn)題，必須分析構(gòu)成這個(gè)問(wèn)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(chǎng)和電流是構(gòu)成這個(gè)研究命題的基本要素，不難看出，構(gòu)成該實(shí)驗(yàn)裝置的主要結(jié)構(gòu)是：磁場(chǎng)和電流，由此說(shuō)明，該實(shí)驗(yàn)裝置具有…… 在此基礎(chǔ)上，若再通過(guò)對(duì)構(gòu)成這個(gè)問(wèn)題的要素之間可能存在的某種聯(lián)系進(jìn)行分析，大家想一想，此舉對(duì)實(shí)驗(yàn)探究具有怎樣的價(jià)值。對(duì)。它是我們生成實(shí)驗(yàn)操作步驟的重要依據(jù)。 也就是說(shuō)，探究時(shí)，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(chǎng)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(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。 下面，請(qǐng)大家注意觀察，當(dāng)我們閉合開關(guān)后，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？（演示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象）我們看到，接通電源后，金屬棒的運(yùn)動(dòng)會(huì)狀態(tài)發(fā)生了變化。 面對(duì)這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象我們可以得出怎樣的實(shí)驗(yàn)推論。 對(duì)，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(shuō)，…… 為幫助大家體驗(yàn)和把握上述實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所蘊(yùn)涵的認(rèn)知要素，下面，老師給你們以下實(shí)驗(yàn)器材，兩根導(dǎo)線、電源、開關(guān)等，看看能不能利用這些實(shí)驗(yàn)器材設(shè)計(jì)出能探究“磁場(chǎng)對(duì)電流作用”的實(shí)驗(yàn)。說(shuō)出你們的設(shè)計(jì)原理。 下面，大家拿出紙和筆，倆倆討論…… 旁：剛才老師用磁鐵來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)；還有沒(méi)有別的產(chǎn)生磁場(chǎng)方法？回想我們?cè)?jīng)所學(xué)的，電流與磁場(chǎng)的關(guān)系…… 好。下面我們一起來(lái)交流一下。 …… 對(duì)，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(chǎng)來(lái)替代由磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)。依據(jù)這樣的思路，我們就可以設(shè)計(jì)出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)研究我們所要研究的問(wèn)題了。 現(xiàn)在大家來(lái)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(guò)電源、開關(guān)，使它們組成回路。請(qǐng)大家分析一下，這樣的實(shí)驗(yàn)裝置能不能實(shí)現(xiàn)我們的探究要求呢？ 學(xué)生分析…… 好，下面請(qǐng)同學(xué)們一起來(lái)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。接通電源……（演示實(shí)驗(yàn)） 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(shuō)明了什么？導(dǎo)線發(fā)生形變，說(shuō)明它受到力的作用。 大量的實(shí)驗(yàn)都可以說(shuō)明，磁場(chǎng)對(duì)電流確實(shí)有力的作用。在這個(gè)問(wèn)題的研究過(guò)程中，著名物理學(xué)家安培做出了巨大的貢獻(xiàn)，后人為了紀(jì)念他，就把這個(gè)力稱為安培力。 我們?cè)賮?lái)看剛才兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，同學(xué)有沒(méi)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(huì)有這種不同呢？要想回答這個(gè)問(wèn)題，我們就必須深入研究磁場(chǎng)對(duì)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(gè)角度來(lái)研究這個(gè)問(wèn)題。 首先，請(qǐng)同學(xué)們思考，有哪些因素會(huì)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(chǎng)和電流。那么這兩個(gè)要素具有什么相同的特點(diǎn)？它們都是有方向的量。所以，磁場(chǎng)的方向和電流的方向都對(duì)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(duì)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(shí)驗(yàn)中的兩組實(shí)驗(yàn)器材，哪一組更適合我們的研究？下面請(qǐng)同學(xué)們思考這個(gè)實(shí)驗(yàn)應(yīng)該怎樣操作？我們就按照同學(xué)們的設(shè)計(jì)思路來(lái)做一做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，注意觀察現(xiàn)象，想一想這種現(xiàn)象說(shuō)明了什么。（演示實(shí)驗(yàn)） 我們發(fā)現(xiàn)，改變磁場(chǎng)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，我們希望，通過(guò)現(xiàn)象總結(jié)出一個(gè)簡(jiǎn)單有效的方法來(lái)判斷安培力的方向。問(wèn)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(yùn)含的要點(diǎn)。同學(xué)們有沒(méi)有注意到，安培力、磁場(chǎng)、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(méi)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(lái)描述安培力的方向與磁場(chǎng)、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(shí)驗(yàn)中磁場(chǎng)、電流、安培力的方向相對(duì)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(qǐng)同學(xué)們?cè)囍忉寗偛艑?shí)驗(yàn)中兩根導(dǎo)線為什么會(huì)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(chǎng)我們用右手定則來(lái)判斷，而受到的力用左手定則來(lái)判斷。由于兩根導(dǎo)線中都有電流，各自都產(chǎn)生磁場(chǎng)，又都受到對(duì)方磁場(chǎng)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(gè)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(shí)際上受到一個(gè)力矩的作用，使它能夠轉(zhuǎn)動(dòng)。那么，轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈在我們的生活中有沒(méi)有用處呢？ 首先我們來(lái)看看它在電流表中的應(yīng)用。我們?cè)賮?lái)看看電流表的結(jié)構(gòu)，想一想，如果有電流流入電流表，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？線圈受到力矩的作用轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)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(méi)有注意到，在平行磁場(chǎng)中，線圈受到的力矩是逐漸變小的，轉(zhuǎn)過(guò)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(gè)問(wèn)題的呢？（學(xué)生討論）我們發(fā)現(xiàn)，電流表中的磁場(chǎng)時(shí)向心型的，這樣，線圈受到的力矩就始終不變，轉(zhuǎn)過(guò)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(wèn)題又出現(xiàn)了。同學(xué)們有沒(méi)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(dòng)。我們有什么辦法能讓線圈持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)呢？（學(xué)生討論）我們發(fā)現(xiàn)，只要在線圈轉(zhuǎn)過(guò)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(jué)得是改變磁場(chǎng)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(dòng)。在換向器中，兩個(gè)鐵片與兩個(gè)半圓環(huán)分別相貼。但線圈轉(zhuǎn)過(guò)平衡位置時(shí)，鐵片恰好與原來(lái)的鐵環(huán)脫離而與另一個(gè)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(dòng)下去。這樣一套裝置就是我們前面看到的電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。這是一種最簡(jiǎn)單的電動(dòng)機(jī)，在我們生活中還有各種其他類型的電動(dòng)機(jī)。在我們學(xué)習(xí)了后面知識(shí)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(chǎng)對(duì)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(gè)問(wèn)題的？對(duì)，通過(guò)類比的方法，從一個(gè)已知的現(xiàn)象中拓展得到的。這是人們發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題的一種重要的方法。 在研究這個(gè)問(wèn)題的時(shí)候，我們首先要尋找問(wèn)題的要素有哪些，根據(jù)要素去選擇器材，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。我們通過(guò)兩組不同的實(shí)驗(yàn)，說(shuō)明磁場(chǎng)確實(shí)對(duì)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(lái)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(gè)探究過(guò)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(shí)驗(yàn)方法，選擇實(shí)驗(yàn)器材，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程。這是我們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究的一個(gè)基本的思路。 在觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象之后，人們總是希望自己的認(rèn)識(shí)不是停留在現(xiàn)象上，而是通過(guò)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(diǎn)，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(yùn)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(shí)提出的問(wèn)題。 四． 作業(yè) 其實(shí)，這一部分知識(shí)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(qǐng)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！