探究安培力实验的设计
探究安培力实验的设计
探究安培力是高中物理教学中的一个重要实验。课程标准要求学生通过实验认识安培力，学会判断安培力的方向并计算匀强磁场中安培力的大小。现有的有关安培力的演示器材，其演示效果并不理想，很难让学生对安培力的定量关系（F=BIL）有一个深刻的认识。为此，笔者设计了两套实验器材，用于探究安培力的大小以及方向的规律。
一、背景
现在中学阶段用来演示安培力的器材主要是J2447型安培力演示器。它主要用来演示通电直导线在磁场中的受力情况，以便让学生掌握安培力的产生原理，以及安培力与电流方向、磁场方向三者之间的关系。
安培力演示器是演示安培力的主要实验器材，但实际演示效果并不理想。例如：滚动的导线和导轨经常会接触不良，导致演示实验失败；仪器的可视范围较小，不利于做演示实验。此外，演示通电导线与磁场方向平行和垂直两种不同情况的受力时，还要把两条通电导轨重新拆装。而且如果学生想了解影响安培力大小的三个因素，J2447型安培力演示器无法演示。
为了能让学生在实验中更好地理解安培力以及相关的影响因素，笔者设计和制作了用于安培力教学的两套实验器材：安培力演示仪、探究安培力实验仪。
二、实验器材的制作
1.安培力演示仪
制作底座及导轨
首先，选取60 cm×20 cm 的木板作为底座，对其表面进行打磨、上油漆，并用4个不锈钢支架将其支撑起来。然后，裁剪2条60 cm×2 cm 的紫铜条，用锤子将其弄平整后再用砂纸打磨表面，将表面的氧化物去掉。紧接着再对铜条进行打孔，把它们安装在底板上，并保持铜条间的距离为10 cm。最后，把导线连接到铜条上，并用焊锡固定。
制作匀强磁场
磁场由2块15 cm×10 cm的磁铁相对放置组成。具体操作过程如下：先在铝合金管上分别挖4个10 cm×2 cm的方孔，接着将2块磁铁套在其中。然后利用不锈钢条制作一个U型支架，最后再将套上铝合金管的2块磁铁安装在支架上。
装置示意图如图1所示。
图1
高中物理 3.3 探究安培力学案 粤教版选修3-1
3.3 探究安培力学案（粤教版选修3-1） 一、安培力的方向 1．磁场对电流的作用力称为________． 2．通电直导线所受安培力的方向和磁场方向、电流方向之间的关系，可以用__________定则来判断：伸开__________手使大拇指跟其余四指______，并且都跟手掌在一个平面内，把手放入磁场中让__________垂直穿入手心，并使伸开的四指指向________的方向，那么大拇指所指的方向就是______________________________的方向． 二、安培力的大小 1．物理学规定，当通电导线与磁场方向______时，通电导线所受安培力F跟________和 ______的乘积的比值叫做磁感应强度；用B表示，则B＝________. 2．磁感应强度B的单位是____________，符号是____．其方向为______，是____量．3．如果磁场的某一区域里，磁感应强度大小和方向处处相同，这个区域的磁场叫做______．4．在匀强磁场中，在通电直导线与磁场方向垂直的情况下，电流所受安培力F＝________. 三、磁通量 1．磁感应强度B与面积S的______叫做穿过这个面的磁通量，用Φ表示，则有Φ＝________，其中S为垂直______方向的面积． 2．磁通量的单位是________，符号是______. 一、安培力的方向 [问题情境] 通过上一节课的学习我们知道磁场对电流有力的作用，为了表彰和纪念安培在这方面作出的杰出贡献，人们把磁场对电流的作用力称为安培力． 1．通电直导线与磁场平行时，导线受安培力吗？ 2．通过课本实验与探究得到通电直导线与磁场方向垂直时，安培力沿什么方向？安培力的方向与哪些因素有关？ [要点提炼] ______手定则——安培力的方向判断 伸开______手，使大拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌处在同一个平面内；把手放入磁场中让______垂直穿入掌心，并使四指指向电流的方向，这时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． [问题延伸] 安培定则又称______手螺旋定则，是判断电流产生的磁场方向的；左手定则是判断电流在磁场中所受安培力方向的． 二、安培力的大小 [问题情境] 1.当通电导线与磁场垂直时、平行时、斜交时，所受安培力相同吗？何时最大？何时最小？2．本节中我们只研究什么情况下的安培力的大小？ 3．回顾描述电场强弱的物理量是什么？它是怎样定义的？能否用类似的方法来定义一个描述磁场强弱的物理量？
探究安培力的影响因素参考资料
师：[设疑]前面学习了电场和磁场，电和磁之间是否存在着某种内在联系？ [flash演示]奥斯特实验 [提问] 小磁针的偏转说明了什么？ [分析与讨论] 小磁针在磁场中受磁场力的作用才会发生偏转，实验结果说明，不仅磁铁能产生磁场，电流也能产生磁场。通电导线通过周围产生的磁场对磁体有力的作用（电流→磁场→磁体）。那根据牛顿第三定律可知，磁体通过周围的磁场对通电导线也应该有力的作用（磁体→磁场→电流？）。下面我们就用一个迷你小实验来探究一下磁场对通电导线是否也有力的作用呢？ 2、学生回答：不仅磁铁能产生磁场，电流也能产生磁场。 [板书] 一、探究磁场对电流的作用 1、安培力 [迷你实验] 第一种第二种第三种第四种 [分析与讨论] 实验中观察到什么现象？可以得到什么实验结果？ [总结] 当通电导线附近有磁体时，通电导线会受到力的作用。物理学上把磁场对电流的作用力称为安培力。 2、方向的判断—— [提出问题] 从前面的实验中发现，当通电导线的电流方向改变或磁体的磁极位置交换时，通电导线的受力方向也会发生改变。说明安培力的方向与电流方向和磁场方向有关。怎样具体确定安培力的方向？ [过渡] 安培力是个矢量，之前我们已经研究了它的方向，那么它的大小到底会与哪些因素有哪些？ 3、大小的探究——控制变量法 [提出问题] 请同学们在上述实验的基础上提出猜想，安培力的大小可能与哪些因素有关？ [猜想与假设] 引导学生在上述实验的基础上提出猜想，安培力可能与通电导线的长度
（通电导线在磁场中的长度）、电压（电流）以及磁场（磁感应强度）等因素有关。（导线材料？横截面积？） [总结] 基于有些因素前任已经排出了其可能性，今天我们就研究一下安培力与电流大小I、磁场中导线长度L及磁感应强度B的关系。 (引导学生进行讨论交流设计实验) [研究方法] 从上面的分析可知，影响安培力的因素很多，如果将它们混在一起考虑，无法知道每个因素是怎样影响安培力的。因此，实验中通常只让某个因素(变量)变化，不让其他因素变化(控制变量)，这样便知道这个因素是如何影响安培力的了。这就是物理学中一种重要的思想方法——控制变量法。（类似于探究牛顿第二定律a与F、m的关系） [设计实验] （1）研究F与I的关系： 控制B、L不变 如何改变I？通过调整滑动变阻器的滑片位置改变电流的大小（一种短路，一种较大电阻）如何通过现象判断F与I的关系？观察通电导线摆动后悬线与竖直方向的夹角（安培力越大，摆动角度越大） [实验方案] ①将导体棒用细铜丝悬挂起来，细铜丝与电源相连，导体棒置于蹄形磁铁中，并与磁感线垂直。（蹄形磁铁中间的磁场可以近似认为是匀强磁场） ②在磁感应强度和通电导线在磁场中的长度不变的情况下，合上开关，移动滑片位置改变电流的大小，探究电流的大小对安培力的影响。观察其现象。 [由学生分析现象] 当增大流过通电导线的电流时，通电导线摆动后悬线与竖直方向的夹角变大。（由力的平衡条件可得，F越大，夹角越大）→（定性研究得出）I越大，F越大；I越小，F越小→（经物理学家的进一步定量研究得出）F与I成正比。 （2）研究F与L的关系： 控制B、I不变（使滑动变阻器处于被短路状态） 如何改变L？通过并列放置2块磁感应强度磁铁改变磁场中导体的长度。
2013广东省东海中学高二物理教案3.3《探究安培力》
东海中学教师备课用表 备课时间：年月日
教学过程 教学活动设计 学生活动设计 （含设计意图） 授课教师 二次备课 教学过程： （一）复习引入 让学生回忆在在第二节中通电导线在磁场中受力大小与什么因素有关。 过渡：本节我们将对安培力做进一步的讨论。 （二）新课讲解----- 安培力：磁场对电流的作用力. 安培力是以安培的名字命名的，因为他研究磁场对电流的作用力有突出的贡献. 1．安培力的方向 【演示】。 （1）改变电流的方向，观察发生的现象. ［现象］导体向相反的方向运动. （2）调换磁铁两极的位置来改变磁场方向，观察发生的现象. ［现象］导体又向相反的方向运动 ［教师引导学生分析得出结论］ （1）安培力的方向和磁场方向、电流方向有关系. （2）安培力的方向既跟磁场方向垂直，又跟电流方向垂直，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.（P96图3。4-1） 如何判断安培力的方向呢？ 人们通过大量的实验研究，总结出通电 导线受安培力方向和电流方向、磁场方向存 在着一个规律一一左手定则． 左手定则：伸开左手，使大拇指跟其余 四个手指垂直，并且跟手掌在同一个平面内， 把手放人磁场中，让磁感线垂直穿人手心，
并使伸开的四指指向电流方向，那么，拇指所指的方向，就是通电导线在磁场中的受力方向．（如图）。 【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，而学生的空间想像力还不强，所以教师应引导学生如何将三维图形用二维图形表达(侧视图、俯视图和剖面图等等)，还要引导学生如何将二维图形想像成三维图形。---可将右图从侧视图、俯视图和剖面图一一引导学生展示。 *一般情形的安培力方向法则介绍… 结论：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，只要不从手背传过就行。 *至于大小法则，如果电流和磁场不垂直，则将磁场进行分解，取垂直分量代入公式即可；从这个角度不难理解——如果电流和磁场平行，那么安培力是多少？[学生]为零。 练习：判断下图中导线A所受磁场力的方向.
探究安培力教案
《探究磁场对通电导线的作用——安培力》教案 龙台中学：杨世洲 一、教学目标： 1．知识与技能 （1）知道磁场中垂直于磁场方向的通电直导线所受安培力的大小跟电流的大小、导线在磁场中的长度和磁场的强弱等因素有关。 （2）理解磁场的基本性质——磁场对电流有力的作用，掌握用左手定则判断安培力的方向。2．过程与方法 （1）通过用实验探究影响安培力大小的因素，学习用“控制变量法”研究问题的方法。 （2）经历探究安培力方向与哪些因素有关的过程，体会科学探究的一般方法。 （3）通过学习左手定则，理解磁场方向、电流方向和安培力方向三者之间的关系，培养学生空间想象能力。 3．情感、态度与价值观 （1）本节课通过引导学生对安培力进行探究，培养学生的观察能力、分析能力和与他人合作精神。（2）认识安培力的应用给我们的生活带来的影响。 二、教学重点： (1)定性地了解决定磁场对电流的作用力大小的有关因素及关系。 (2)掌握左手定则。 三、教学难点： 在探究影响安培力大小的因素中对学生的引导和对左手定则涉及的空间关系的理解是本节课教学的难点。 四、教学用具： 蹄形磁铁、方形线圈、自制安培力方向演示仪、电流表、滑动变阻器、电源、多媒体电脑等。 五、教学过程： （一）、问题引入 学生观看节目《劈空拳》（设置悬念，激发兴趣和求知欲）。 情景1：学生对着悬挂的通电线圈隔空打过去，线圈不动。（学生好奇） 情景2：老师对着悬挂的通电线圈隔空打过去，线圈运动。（学生迷惑） 问题：老师隔空打线圈为什么线圈会运动？（学生思考、回答） 解密：老师手中有强磁铁，它产生的磁场对通电导体产生力，使线圈运动。磁场对通电导体的作用力称为安培力，本节课我们一起来探究安培力。 （二）、新课教学 提问：我们通常从哪些方面去研究一个力？ （引导学生思考从力的大小、方向等要素去探究安培力）
探究安培力实验的设计
探究安培力实验的设计 探究安培力是高中物理教学中的一个重要实验。课程标准要求学生通过实验认识安培力，学会判断安培力的方向并计算匀强磁场中安培力的大小。现有的有关安培力的演示器材，其演示效果并不理想，很难让学生对安培力的定量关系（F=BIL）有一个深刻的认识。为此，笔者设计了两套实验器材，用于探究安培力的大小以及方向的规律。 一、背景 现在中学阶段用来演示安培力的器材主要是J2447型安培力演示器。它主要用来演示通电直导线在磁场中的受力情况，以便让学生掌握安培力的产生原理，以及安培力与电流方向、磁场方向三者之间的关系。 安培力演示器是演示安培力的主要实验器材，但实际演示效果并不理想。例如：滚动的导线和导轨经常会接触不良，导致演示实验失败；仪器的可视范围较小，不利于做演示实验。此外，演示通电导线与磁场方向平行和垂直两种不同情况的受力时，还要把两条通电导轨重新拆装。而且如果学生想了解影响安培力大小的三个因素，J2447型安培力演示器无法演示。 为了能让学生在实验中更好地理解安培力以及相关的影响因素，笔者设计和制作了用于安培力教学的两套实验器材：安培力演示仪、探究安培力实验仪。 二、实验器材的制作 1.安培力演示仪 制作底座及导轨 首先，选取60 cm×20 cm 的木板作为底座，对其表面进行打磨、上油漆，并用4个不锈钢支架将其支撑起来。然后，裁剪2条60 cm×2 cm 的紫铜条，用锤子将其弄平整后再用砂纸打磨表面，将表面的氧化物去掉。紧接着再对铜条进行打孔，把它们安装在底板上，并保持铜条间的距离为10 cm。最后，把导线连接到铜条上，并用焊锡固定。 制作匀强磁场 磁场由2块15 cm×10 cm的磁铁相对放置组成。具体操作过程如下：先在铝合金管上分别挖4个10 cm×2 cm的方孔，接着将2块磁铁套在其中。然后利用不锈钢条制作一个U型支架，最后再将套上铝合金管的2块磁铁安装在支架上。 装置示意图如图1所示。 图1
物理粤教版高二年级选修3-1第三章第3节探究安培力教学设计2
高中物理粤教版教材高二年级选修3-1 第三章第３节《探究安培力》教学设计 一、教材分析 本节内容通过实验探究了安培力的大小、方向的规律，是今后学习学习电流表工作原理和推导洛伦兹力公式的基础．指出了电学知识与力学知识之间的密切联系，是高中阶段物理电磁学的重点部分．安培力与哪些因素有关的科学探究是采用控制变量法探究物理基本规律的一节课，涵盖了科学探究的基本因素，让学生在认知过程中体验领悟科学探究的意义，掌握研究问题的科学方法． 二、教学目标 1．知识与技能 知道什么是安培力，知道安培力与哪些因素有关，掌握安培力的计算公式，会计算匀强磁场中安培力的大小．会用左手定则判断安培力的方向． 2．过程与方法 ①经历探究安培力与哪些因素有关的过程，以及如何确定安培力方向的探究过程．认识科学探究的意义． ②体会控制变量法、等效替代法等思想方法． 3．态度、情感与价值观 ①培养学生的观察能力、分析综合能力和主动与他人合作精神，实事求是的科学研究态度． ②认识安培力的应用给我们的生活带来的影响． 三、教学重难点 教学重点：安培力的计算公式，左手定则． 教学难点：匀强磁场中安培力大小与哪些因素有关的探究中对安培力影响因素猜想的引导，及增加磁体是哪个因素发生变化等学生容易弄错问题是本节教学难点． 四、教学媒体 蹄形磁铁、金属铝箔桥、安培力测量仪，多媒体电脑． 五、教学过程 [引入] 回顾初中学过知识和《海军时报》2月1日报道：美国海军试发电磁炮图片介绍及实验模拟电磁轨道炮发射过程引入课题． [结论]当通电导体附近有磁体时，通电导体会受到力的作用．从而建立磁场对电流的作用力——安培力概念． [说明]从学生兴趣情境中引入问题，比较符合高中学生认识过程，激发进一步学习的兴趣. 1、安培力方向 [学生分组活动]会动的铝箔“天桥” 实验准备：将一铝箔条折成天桥形状，用胶纸粘牢两端，使蹄形磁铁横跨过“天桥”． 1
教学设计-探究安培力
第三节探究安培力 【教材分析】 学生在初中已经对磁场有了初步的认识，并且初步了解了通电导体在磁场中受力的情况，但是对于如何用左手定则判断安培力的方向及安培力的大小与哪些因素有关还有一定的疑问。本教材安排了两个实验探究活动，分别探究安培力的方向和大小。定量探究影响安培力大小的因素是本节课的重点，教材采用控制变量法，既可以让学生动手操作，培养学生的探究能力和独立思考的能力，又可以帮助学生理解安培力大小的计算公式。同时，本节课的内容也为后面洛仑兹力的学习打下了基础。 【学情分析】 通过初中的学习，学生已经对安培力有了初步的认识，同时通过前面第二节内容的学习，学生进一步了解了磁场对通电导线的作用，并具有了一定的探究能力和探究意识，同时也具备了在实验中总结规律的能力，为本节课的实验探究奠定了基础。但是对于左手定则所涉及的空间关系的理解还存在一定的疑问。 【教学目标】 1.知识与技能 （1）理解左手定则，并学会用左手定则判断安培力的方向。 （2）知道安培力的大小与哪些因素有关，能够得出安培力的计算公式。 （3）学会利用安培力去分析和计算实际问题。
2.过程与方法 （1）通过对左手定则的学习，理解磁场方向、电流方向和安培力方向三者之间的关系，从而培养学生空间想象能力。 （2）通过实验探究影响安培力大小的因素，培养学生用“控制变量法”研究问题的方法。 （3）通过实验探究，培养学生动手操作能力和总结归纳能力。 3.情感、态度和价值观 （1）通过对安培力的探究，激发学生探究的兴趣，培养学生探究问题、处理数据、总结归纳的能力，让学生养成良好的科学态度。 （2）通过对本节课的学习，让学生知道安培力是实际应用中很重要的一种力，广泛用于电动机、电流表、发电机等多种设备，进一步激发学生探究的兴趣和好奇心。 【教学重点】 掌握左手定则，并学会用左手定则确定安培力的方向；学会计算安培力的大小。 【教学难点】 对左手定则所涉及的空间关系的理解及左手定则的应用。 【教学过程设计】