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2013年9月《开学第一课》观后感-开始

 

磁场对电流的作用力

1.      教学目标

1.      在物理知识方面的要求：

1.      掌握磁场对电流作用力的计算方法。

2.        掌握判断安培力方向的左手定则。

1.      通过观察演示实验，总结出安培力的方向总是既和磁场方向垂直又和电流方向垂直。培养学生的观察、分析能力。

2.        渗透物理学方法的教育：

通过磁场方向与电流方向垂直的情况，结合实验，引导学生抓住主要因素，推导出当磁场与电流方向斜交时，安培力的大小和方向。

1.      重点、难点分析

1.      重点是使学生掌握电流在匀强磁场中所受安培力大小的决定因素、计算公式以及安培力方向的判定。

2.        难点是磁场方向、电流方向、安培力方向之间的关系。磁场方向不一定总与电流方向垂直，但安培力一定垂直于磁感线决定的平面。

1.      教具

铁架台，线圈，导线，磁铁，电池。

2.        主要教学过程

1.      复习旧课，引入新课

提问：磁感应强度由什么决定？磁感应强度的大小如何量度？

答：磁感应强度由磁场本身决定，其大小可用来描述磁场的强弱。磁感应强度的定义式是：B=F/（IL）（通电导线垂直放置磁场中），所以磁场中某一点的磁感应强度大小可用垂直放置于该点的电流元所受磁场力的大小与该电流元的长度L、电流强度I的乘积IL的比值来量度。

提问：一根长为0.1m，电流强度为2.0A的通电导线放置于水平方向的、磁感应强度为1T的匀强磁场中。求该导线水平放置以及竖直放置时（如图所示），所受磁场力各为多大？

答：水平放置时，磁场力为零。竖直放置时，磁场力最大，大小可由B=（F/IL）变形得到：F=BIL=0.2N。

2.        新课教学

电流所受到的磁场力通常叫做安培力。这节课我们主要研究安培力的大小和方向。

1.      通电直导线垂直放入匀强磁场中

我们知道一个电流强度为I的电流元垂直放入磁场中某一点，若电流元所受安培力为F，则该处磁感应强度大小B=F/（IL）。显然，电流元在磁场中会受到F=BIL的安培力。如果磁场为匀强磁场，即磁场中各点的磁感应强度的大小和方向全相同，则上述公式也适用于长通电导线。

1.      电流强度为I，长为L的通电导线，垂直放入磁感应强度大小为B的匀强磁场中，则该导线所受安培力的大小F=BIL。

应注意的是：F=BIL公式成立的适用条件是通电导线要垂直放置于匀强磁场中。

2.        通电导线垂直放在匀强磁场中，所受安培力方向的判定方法��左手定则。

演示实验如图所示：

分别改变磁场方向和电流方向，观察安培力F方向的变化情况。

分析与概括：

通过实验，我们发现导线所受安培力的方向既与磁场方向有关，又与电流方向有关。而且安培力的方向总是既垂直于磁场方向又垂直于电流方向。

安培力的方向的判定方法��左手定则：

1.      伸开左手，大拇指跟四指垂直，且在同一个平面内。

2.        让磁感线垂直穿过手心。

3.        使四指指向电流方向，则拇指指向安培力的方向。

1.      已知匀强磁场方向垂直黑板向里，且磁感应强度B=0.5T，导线中通入电流强度I=0.2A的电流，其方向如图所示。若导线长L=0.2m，求：该导线所受安培力的大小及方向。

解：因导线是垂直放入匀强磁场中，所以安培力大小F=BIL=0.02N。安培力的方向满足左手定则：在黑板平面内且垂直于导线斜向上，如图3所示。

1.      通电导线斜放入匀强磁场中

1.      当电流方向与磁场方向不垂直时，注导线所受安培力的大小（如图4所示）。

第一种方法：

我们已经知道当电流方向垂直磁场方向时，F=BIL；当电流方向平行于磁场方向时，F=0。所以我们可把磁感应强度B进行分解，分解为垂直电流方向的磁感应强度分量B_垂直和平行于电流方向的分量B_平行，而求出B_垂直对导线的作用力即可（如图5所示）。

由学生自己推导：

因为B_垂直=Bsinθ，B_平行=Bcosθ

而F_垂直=ILB_垂直

I_平行=0

所以F=F_垂直=ILBsinθ=BILsinθ

其中θ角为磁场方向与电流方向的夹角。

第二种方法：

既然磁场对平行放入其中的通电导线作用力为零，那么我们也可把电流I分解为I_平行、I_垂直两个分量。求出磁场对I_垂直的作用力的大小，即是磁场对整个通电导线的作用力大小，如图6所示。

由学生自己推导：

因为I_垂直=Isinθ；I_平行=Icosθ

而F_垂直=BIL_垂直；F_平行=0

所以F=F_垂直=BLIsinθ=BILsinθ

其中θ角是电流强度与磁场方向的夹角。

综上所述，当电流方向与磁场方向不垂直而是成θ角时，导线所受安培力的大小F=BILsinθ。该公式普遍适用于任何方向放置在匀强磁场中的通电导线的受力情况。

讨论：

1.      当电流方向与磁场方向的夹角θ=0°时，F=0

2.        当θ=90°时，F=BIL

3.        当0°<θ<90°时，0<F<BIL

1.      斜放于匀强磁场中的通电导线所受安培力的方向。

再次演示前面的实验：

将导线在竖直平面内转一个角度，使磁场方向不再和电流方向垂直。如图7所示。

观察发现：虽然电流方向转了一个角度，但安培力方向并未改变，仍然垂直于B与I所决定的竖直平面。

概括总结：

任意方向放于匀强磁场中的通电导线所受安培力的方向总是垂直于磁场方向与电流方向所决定的平面，但电流方向与磁场方向不一定垂直。

例2．电流强度为I的通电导线放置于磁感应强度为B的匀强磁场中，导线所受安培力为F，则下列说法正确的是（ ）

A.      匀强磁场中通电导线所受安培力F，磁感应强度B及电流I，三者在方向上一定互相垂直。

B.       若I、B方向确定，则F方向唯一确定。

C.       若F与B方向确定，则I方向唯一确定。

D.      若F与B方向确定，则I方向不唯一确定，但I一定在与F垂直的平面内。

E.       若F与I方向确定，则B方向唯一确定。

F.       若F与I方向确定，则B方向不唯一确定，但B一定在与F垂直的平面内。

1.      课堂小结

通过这节课的学习，我们知道放入匀强磁场中的通电导线所受安培力的大小由磁感应强度大小B、电流强度大小I以及磁场方向与电流方向的夹角θ三方面因素决定。而导线所受安培力的方向一定同时垂直于磁场方向和电流方向，即安培力垂直于磁场方向与电流方向所决定的平面，但磁场方向与电流方向不一定互相垂直。

1.      说明

1.      在本课教学中还应向学生说明，磁感应强度B只由磁感本身决定，而导线所受安培力F由B、I、L、θ共同决定。

2.        在教学中可简要说明F=BIL公式除了适用于匀强磁场中的通电导线外，也适用于非匀强磁场中的电流元。