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视频标签：磁场中的,通电导线
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视频课题：高中物理鲁科版选修1-1第3章《磁场中的通电导线》福建省 - 南平
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磁场中的通电导线
教材分析
本节课是鲁科版高中文科物理第三章第1节的内容。本章节承接了上一章奥斯特发现电流磁效应的内容，中心内容是研究电磁之间的相互作用力。《磁场中的通电导线》一课可分为两个课时，第一课时通过实验探究让学生知道安培力方向的判定和大小的计算。本节课在掌握安培力大小、方向的基础上，探究安培力在生活中的应用，进一步学习磁电式电流表、电动机等装置的工作原理，让学生感知磁场会对电流产生力的作用以及电能可以转化为机械能，为后面学习电能的生产与应用奠定基础，因此本节课起着承上启下的重要作用。
学情分析
学生在第一课时的学习过程中已经获得安培力的概念，并能计算磁场与电流方向垂直时安培力的大小、会用左手定则判定安培力的方向，虽然高二的学生具备一定的分析推理能力，但文科生的实验设计能力还比较薄弱。
核心素养
物理观念
能用左手定则判断安培力的方向，能计算在匀强磁场中，当通电导线与磁场方向垂直时安培力的大小。 科学思维
会利用左手定则和安培力的计算公式判断线圈在磁场中的运动情况。 科学探究
1.让学生亲身经历设计磁电式电流表、电动机的过程，理解它们的工作原理。 2.通过让学生在观察的基础上分析推理，改进实验方案，培养学生的分析、推理和实验设计能力。
3.通过让学生自主设计并制作简易电动机，培养学生将理论应用于实践操作的能力和动手能力。 科学态度与责任
让学生亲身经历设计电动机的过程，感受到科学探究的艰辛。通过学生分组讨论，让学生体验成功的喜悦和讨论交流与合作的重要性。了解物理知识对生产力发展的推动作用，培养学生的发明创造意识。
鲁科版高中物理选修1-1第三章第1节 磁场中的通电导线 南平高级中学 林梦婷
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教学重难点
重点：会利用左手定则和安培力的计算公式判断线圈在磁场中的运动情况，知道磁
电式电流表、电动机的工作原理。 难点：电动机换向器的设计。
教学方法
主要采取问题讨论和科学探究相结合的教学方法。 教具及媒体
干电池、开关、导线、磁电式电流表、自制可拆装电动机、裸铜线、强力磁铁、希沃一体机、课件、Hiteach IRS反馈系统。
教学过程
一、复习引入（3min)
教师提问：通过上节课的学习我们知道，通电导线在磁场中会受到力的作用，我们把这个力称之为安培力。力是矢量，有大小也有方向。如何判断安培力的大小和方向呢？ 教师利用Hiteach IRS系统中的随时挑人功能任意抽取学生。 学生回答：判断安培力的方向可以用左手定则：伸开左手，四指与拇指在同一平面内并相互垂直，让磁感线垂直穿过手心，四指指向电流的方向，拇指的方向就是安培力的方向。安培力的大小等于电流、磁感应强度和导线长度的乘积，用公式F=BIL表示。
教师强调：在匀强磁场中，当通电导线与磁场方向垂直时，公式F=BIL才适用。 【设计意图：在上一课时中，教师通过实验重点探究安培力的大小和方向。该环节让学生温习上节课重点知识，也是本节课需要应用到的知识点，起到承上启下的过渡作用。利用Hiteach IRS系统中的随时挑人功能，了解学生对上节课内容的掌握情况，可对掌握不牢的知识点进行查缺补漏，同时调动同学们动脑思考的积极性。】
二、科学探究（该环节围绕3个递进的问题展开）
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线圈在与磁场平行的平面内的
受力分析图
1.磁电式电流表的工作原理(10min)
播放视频，让学生观看上节课做过的奥斯特实验，要求学生认真观察通电后导体是怎样运动的？学生观察到通电后导体沿水平方向运动。
解决问题1、如何让通电导体沿着水平方向的运动变成线圈的转动？ 课件演示：将导线折成线圈，放在与磁场平行的平面 内，使线圈的两条边与磁感线平行，另外两条边与磁 感线垂直。通入逆时针方向的电流。
引导思考：根据左手定则，通电后磁场对四条边作用 力如何？
学生分析：根据左手定则可知线圈与磁场平行的两条 边不受磁场对它的作用力；与磁场垂直的两条边一个受到 向上的力，另一个受到向下的力。两个力不在同一条直线 上因此不会平衡。
引导思考：如果给线圈加上一根轴，线圈会怎样运动？ 学生分析：线圈会绕着轴顺时针转动。
教师介绍：在轴的两端分别加上一个螺旋弹簧，线圈转动时，螺旋弹簧产生形变，阻碍线圈的转动。再加上一根指针，指针也跟着转，根据公式F=BIL，其他条件不变时，电流越大，安培力越大，指针转过的角度就越大。如若再装好刻度盘，就可以通过
指针偏转的角度来判定电流的大小了。这样用来测定电流大小的装置，就叫做磁电式电流表。
视频演示：磁电式电流表的实物结构，拆去前后的玻璃板及刻度盘观看看它的内部装置。红蓝两色的是蹄形磁铁，灰色的是弧形的极靴，中间是圆柱形铁心，在夹缝间有线圈和转轴，安在两端的支架上，可以自由转动，在线圈转轴的两端，各安有一个螺旋弹簧，阻碍线圈的转动，线圈
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双环电路图 转轴与指针相连，指针转过的角度和电流大小成正比。
实物演示：将磁电式电流表与干电池、2000欧定值电阻相连接，观察磁电式电流表工作情况，改变电流方向，磁电式电流表偏转方向随之改变。
归纳总结：磁电式电流表的优点是，灵敏度高，可以测出很弱的电流。缺点是线圈的导线很细，允许通过的电流微弱，如果需要测量较大的电流值，需要进行改装，扩大量程。电流表、电压表、多用表等都是利用它来改装的。
【设计意图：该环节让学生在观察的基础上分析推理，深刻理解磁电式电流表的工作原理，培养学生观察实验、设计实验的科学意识。】
2.电动机的工作原理(15min)
教师提问：磁电式电流表工作时，线圈无需持续转动，如何让线圈持续转动，变成一台电动机呢？
课件演示：线圈绕着轴转动，但是导线会缠绕在一起，这时线圈转动不下去了。
解决问题2：如何解决线圈转动引起的导线缠绕问题？ 引导思考：导线缠绕是因为导线和线圈连接在一起，线 圈动导线也跟着动。如果能让线圈动，但是导线固定不 动，问题就解决了。
设计方案:将导线固定在接线柱上。
引导思考：怎么保证导线和线圈保持接触良好？
教师提示：可以在线圈的两端各接上一个金属圆环，并在两边
的接线柱上都装上一片电刷。这样就能保证导线和线圈时刻保持接触良好。
实物演示：将设计做成实物，介绍自制教具的各个部分名称（主要包括：磁体、线圈、 圆环、电刷），特别强调蓝色电刷和蓝色圆环接触，红色电刷和红色圆环接触。指出导 线已经固定在接线柱上，人工拨动线圈，让学生观察。
导线缠绕图
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教师提问：假如线圈会成功转动起来，导线会不会缠绕？ 学生回答：不会。
教师提问：通电后，线圈会转动起来吗？
教师操作：接通电源，线圈转动起来了，成功地解决了导线缠绕的问题。 教师提问：线圈转动起来了，但是出现了什么问 题？很显然，线圈不能持续转动，而是左右摆动几 下后，就停下来。停在哪里呢？
实物演示：演示2次，让学生观察到，线圈停在竖 直面附近。
教师引导：分析线圈在竖直面内的受力情况。
讨论与交流：根据左手定则，判断出此时线圈受力F1与 F2大小相等、方向相反、并且在同一直线上，此时二力 平衡。 教师介绍：把这个特殊的位置定义为平衡位置。 教师提问：本来线圈受力平衡应该静止，为什么会转过平衡位置呢？
学生回答：由于惯性。
教师提问：那为什么线圈又会左右摆动呢？
教师引导：因为磁场方向和电流方向始终不变，磁场对 电流的作用力方向就不变，ab边总是受到向下的力，cd
线圈于平衡位置右偏图
红色电刷
红色圆环
线圈
线圈于平衡位置
双环模型
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边总是受到向上的力。当线圈cd边在平衡位置右边的时候，在这两个力的作用下线圈 就回到平衡位置，由于惯性，线圈就转过平衡位置。在这两个力的作用下，线圈又回到 平衡位置。因此，线圈就会在平衡位置左右摆动，最后在阻力的作用下就停下来了。怎 么做才能使线圈持续地转动下去呢？这是问题的关键，请同学们分组认真讨论。 学生利用Hiteach IRS抢权器抢答：在线圈刚转过平衡位置时，立即改变线圈所受磁场对它的作用力方向，使得ab边受到的力向上，cd边受到的力向下，问题就解决了。 引导思考：改变磁场对电流作用力有哪些方法？
学生回答：有两种，一种是改变磁场方向，一种是改变电流方向。
教师提示：由于在实物中，磁体是被固定住的，自动变换磁场方向做不到，只能选用改 变电流方向的方案。进一步提示，在装置中，蓝色电刷和电源正极相连、红色电刷和电 源负极相连，由于电刷、接线柱、电源、磁体、开关都是被固定住的，只有圆环随着线 圈的转动而转动，所以要改变电流方向，要从改进圆环入手。
解决问题3：如何让线圈转到平衡位置时自动变换电流的方向，从而实现持续转动？ 学生讨论：如果让线圈刚转过平衡位置时，蓝色圆环和红色电刷接触，红色圆环和蓝色 电刷接触，电流方向就能自动改变了。也就是说，线圈每转过平衡位置，电流方向就自 动改变一次。
教师提示：但是装置中做不到这一点，于是对蓝色圆环进行分析，经分析得出要自动改 变电流方向，只能在原来两个圆环的基础上各拆去一半，将各自剩下的半环拼接在一起 组成一个圆环，但是中间留有缝隙，避免短路。
单环实物
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课件演示：随着线圈转动，每转过一次中性面，两个半环交替着和两个电刷接触，电流 的方向自动改变一次，我们将这个装置叫做换向器。 模型操作：接通电源，线圈转动起来。
教师介绍：线圈转动起来，电能成功地转化成了机械能，这样的装置叫做电动机，并在电动机的轴上装上叶片，发现电动机可以带动叶片转动。电动机转动的部分，如线圈，称为转子，固定不动的部分，如永磁体和电动机的外壳称为定子。为了增大电动机的功率，在实际生产、生活中，电动机的转子一般由多个线圈绕在同一个铁心上，定子也多采用磁性更强的电磁铁。电动机可以提供动力，推动生产力的发展，为社会的进步做了巨大贡献！
【设计意图： 这一步设计引导学生实验探究电动机转动的工作原理。让学生经历设计
电动机的整个过程，在设计实验过程中，步步深入，不断地克服实验中遇到的难题，改进设计方案，最终达到实验目的。这样的设计加深学生对电动机转动原理的理解，同时有利于促进学生科学探究能力、逻辑思维能力的发展，使学生感受到科学探究的艰辛，激发学生发明创造的愿望。】
三、分组实验：制作简易电动机（12min）
教师提问：制作电动机需要哪些基础仪器？
学生回答：首先要有物体转动，就要有线圈。电动机是电能转化成机械能，要有电源。线圈要收到安培力才会转起来，仅仅有电还不行，还要有磁。
教师介绍：线圈、电和磁是制作电动机的基础。教师提供裸铜线作为线圈，提供电池作为电源，这些像纽扣电池一样的是强力磁铁。 教师引导：如何让线圈在获得电流的同时，又处在磁场中获得安培力，便可以转动起来。
学生分组实验在教师的提示下设计简易电动机。 教师利用Hiteach IRS系统中的反馈功能，实时了解学生完成情况，
希沃投屏：完成较快、较好的学生作品，并让学生介绍设计思路。
学生回答：把磁铁吸在电池的下面，将裸铜线弯折，分别和电池的正负极接触，形成的闭合回路，线圈中通有电流，在强磁铁磁场的作用下，会受到安培力转动起来。
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教师总结：有些同学是线圈没有和磁铁接触，形成闭合回路， 有些同学强力磁铁使用的太少了，磁性不够，所以线圈转动不起来。课后请同学们自行寻找材料，让通电导线在磁场中运动起来。体会物理知识对现代社会发展的贡献。
【设计意图：整个环节培养学生的实验设计能力和动手能力，学生扮演的是实验的策划者、执行者，教师仅仅起到了指导提示作用，充分确立了学生的主体地位，使学生充分获得学习的成就感。】
板书设计
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附录1：
本教学设计的创新之处
1. 目标创新
教师在教授《磁场中的通电导线》一课时，往往重理论而轻应用，本节课在学生已具备安培力知识基础的前提下，通过探讨磁电式电流表、电动机的设计原理、制作简易电动机三个过程，让学生从理论走向设计，从设计走向实践，学有所得、学有所用。
教师从温习奥斯特实验出发，从旧的知识中提出新问题，设置循序渐进的问题情境，结合实物以及模拟课件，组织学生对一个个出现的新难题，进行充分的分析、讨论后提出新的设计方案，在必要的时候加以启发，即根据问题教学的有关理论展开教学，使整个教学过程成为提出问题、讨论问题、解决问题的过程。从而培养学生实验设计能力和交流、讨论的习惯。
2. 教法创新
新课程倡导将学习的重心从过分强调知识的传承和积累转向知识的探究过程，让学生经历科学探究的过程，学习科学的研究方法，受到科学精神的熏陶，同时理解和掌握科学的内容。根据这一理念，本节安培力的概念注重利用已学知识来构建新知识。教师根据“问题讨论法”进行教学，结合自制教具和演示实验，让学生经历设计的过程，问题层层递进，让学生思考步步深入。利用希沃一体机、Hiteach IRS系统，实时了解学生掌握情况， 加强师生互动，提升学习效率，实现信息技术与教学的深度融合，。
3. 物理创新
整个授课过程采用分步引导的方式来了解实验原理，符合高二文科学生的认知水平，容易取得良好的教学效果。
电动机换向器的设计是本节课的难点，该部分让师生经历共同改进实验方案的过程。这样的设计突出了层层递进，步步深入的物理思维方式，并关注学生通过参与设计而获得直接经验的作用，有利于促进学生科学探究能力、逻辑思维能力的发展和对科学探究本身的理解。
视频来源：优质课网 www.youzhik.com
