磁场对通电导线的作用力
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。

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⊥＝Bsinθ
B∥＝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？
[事件8]
教学任务：引导学生从知识、方法、情感三个方面小结本节课的学习活动。

1．判断安培力的方向的方法：左手定则
2．计算安培力的大小：F＝ILBsinθ
3．了解磁电式电流表的构造及基本原理
布置作业
完成课本课后“问题与练习”。

板书设计
4磁场对通电导线的作用力
一、安培力
1．安培力的方向：左手定则
2．安培力的大小：F＝ILBsinθ
二、磁电式电流表
活动与探究
课题：设计制作电磁炮
过程：电磁炮是一种理想的兵器，它的主要原理如图所示。

1982年，澳大利亚制成了能把2.2 kg的弹体(包括金属杆EF的质量)加速到10 km/s的电磁炮(常规炮弹的速度约为2 km/s)。

上网查找资料，根据磁场对电流会产生作用力的原理，学生自主设计制作电磁炮模型。

研究了解电磁炮的工作原理，分析并改进其发射速度与性能的办法。

小组同学之间交流合作。

各小组派代表向全班同学展示汇报研究成果。