探究磁场对电流的作用正式版

第一节探究磁场对电流的作用

【教学目的】

通过实验，认识到通电导线在磁场中受到力的作用，这种力就叫安培力；知道影响安培力大小和方向的因素；知道左手定则和安培力大小的计算公式；用左手定则判断安培力的方向，能计算在匀强磁场中，当通电导线所受安培力的大小。通过安培力了解磁感应强度的比值定义法。

【教学重点】

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；使学生熟练的利用三视图来分析磁场、电流以及安培力之间的关系。并能扩展到线框受力。

【教学难点】

在掌握磁感应强度定义的基础上，掌握磁场对电流作用的计算方法，并能熟练地运用左手定则判断通电导线受到的磁场力的方向

【教学媒体】

实验：马蹄形磁铁、干电池、导线、通电直导线研究仪等。课件：磁电式多用电表的内部结构FLASH，电动机的原理FLASH。

【教学安排】

第1课时

【新课导入】

（1）将粉笔放置在蹄形磁铁两极之间，粉笔受力吗？如果把粉笔换成是小磁针呢？

生：粉笔不受力．小磁针受力（磁体→磁场→磁体）

（2）我们上一章学过的奥斯特的实验我们看到了什么现象呢？为什么？

生：看到了小磁针发生了偏转。因为通电导线产生的磁场对它施的力．

（电流→磁场→磁体）

师：我们同样也知道运动的电荷也会产生磁场同样也会让小磁针发生偏转。

（运动电荷→磁场→磁体）

（3）既然通电导线周围存在的磁场对小磁针有力的作用，那么小磁针也会产生磁场，

小磁针的磁场对通电导线是否也有力的作用呢？（磁体→磁场→电流？）

【新课内容】

1、安培力的定义及力的作用点：

讲述：“上面的这个问题来自一位我们不得不提到的伟大的物理学家——安培。他

出身于一个富裕的家庭，不过在他身上历了各种不幸：父亲在法国大革命中被杀害，妻子

过早的就离开了他，他一度沉浸在悲痛中，后来是卢梭关于植物学的著作燃起了他对科学

的热情，他开始潜心研究学问。

他主要的贡献集中在电磁学方面：发现了电流产生磁场的规律---安培定律；提出了

著名的分子环流假说，阐述了磁现象的电本质；第一个把研究动电的理论称为“电动力学”……

为了纪念安培，我们以其名字来命名电流的单位。符号为A。这是

物理7个基本单位之一。

讲述：在上个世纪，许多物理学家就提出通电导体在磁场里是否受

力的问题，并着手研究．其中安培也在进行这方面的研究，并且他提出

了两个思考：

①磁场对通电导线是否有力的作用。

②通电导线之间是否有力的作用。

在这节课，我们就用老师带来的这套仪器来亲自动手研究，看看能发现什么规律。展示器材，介绍各个部分，并在黑板上画出实物图。

师：发现什么现象？说明了什么？（变换磁铁的方向再做一次，使学生看到导体向

相反的方向运动这一现象）

生：导体动起来了．导体从静止变成运动，运动状态改变，说明通电导体受到力的

作用．

师：是谁给通电导体施加了力呢？这个力的受力物体是电流还是导体？（学生思考）演示：（1）切断电流，导体虽在磁场中，却不动．（2）去掉磁场再通电流，导体

也不动．

（启发学生认识到是磁体周围的磁场给了电流以力的作用）

师：我们把磁场对电流的这一作用力称为

安培力。因此，我们知道了磁场不仅能对放入磁场

中的磁体有力的作用，对放入其中的电流也有力的

作用。大家说一说，力有哪三个要索？

生：大小、方向、作用点。

师：现在我们已经知道受力体是导线中的电

流，也就是说画安培力的示意图时，力的作用点要

画在电流上（导线的中心上），接下来我们再来研

究一下力的方向．

2、安培力的方向：刚才我们观察到作用力方向不完全相同，说明作用力的方向与某

些因素有关系，如何去研究这一问题呢？

若学生不能回答，可出示蹄形磁铁（内置导体）在黑板上画出其平面图（图2）启发

学生：磁铁口向右有几种放法？（两种）导体中的电流方向有几种？（两种）使学生知道

共有四种情况需要研究．

由此图我们可以看出，磁场中通电导线所受安培力的方向与磁场方向和电流方向都有关。师：那么现在请同学们看课本122页，阅读课本中关于左手定则的描述。

（等学生阅读完后再用来判断图2中各图，看看是否符合。）

练习导体受力方向，完成手册P124/2所示的四种情况。

3、安培力的大小：

讲述：通过实验我们发现，当放入磁性强弱不同的磁铁，或者使用数目不同的电池，

或者改变磁场中导线的长度时，导线偏转的角度不同，这样我们可以得到什么结论呢？

生：电流所受的安培力大小跟磁感应强度、电流大小以及磁场中垂直磁场方向导线的

长度有关。

师：该怎么设计实验来探索他们之间的关系呢？

引导学生讨论出：1、安培力的测量需要用导线在磁场中的偏离竖直方向的角度大小

来体现——类似于库仑定律的定性实验。教师指出这样把不易测量的物理量转化成易测量

的量来进行的方法称为替代法。2、磁场要匀强磁场，可用马蹄形磁铁的N、S极之间来进

行实验。3、导线不能太长，电流又要大，需要用较粗的导体棒（细铜棍）和能通过大电

流的电源（否则电源易烧坏）。4、可用滑动变阻器调节电流，用安培表测量电流的大小。5、可改变导体棒接入的长度。

但由于实验条件限制，我们只能进行定性的实验。教师演示并归纳实验现象的出：进

一步的实验表明，在匀强磁场中，当通电导线与磁场方向垂直时，安培力的大小等于电流、

磁感应强度和导线长度的乘积： F=BIL 在式中，F的单位为牛顿（N），I的单位为

安培（A），B的单位为特斯拉（T），L的单位为米（m）。

为什么要加一个垂直于磁场放置的限制呢？如果导线与磁场不垂直会怎样？定性实验——发现不垂直时导线受力比较小。因此影响安培力大小的因素不仅有电流大小I，磁

场强弱B和导线长度L，还有电流与磁场的夹角θ。

当θ=90o时，即电流与磁场垂直时，安培力最大，为F=BIL；

当θ=0o时，即电流与磁场平行时，安培力最小，为F=0；

当0o<θ<90o时，即电流与磁场互成角度时，安培力介于零与最大之间，为0

请大家思考一下，怎样计算这时的安培力的大小呢？（学生讨论）

可运用分解的方法，将磁感应强度分解到电流方向和与电流垂直的方向上。或将导线

射影到与磁场垂直的方向上。得到为F=BILsinθ。

例1：书P124/例题——强调地磁场中东南西北和上下的方向表示。要求学生用赤道上

空的俯视图来描述本题情境。

例2：手册P123/例1——强调磁场中物体的受力平衡同样依照以前的受力分析步骤进行，先场力，再接触力。

巩固练习：将长度为20cm、通有O.1A电流的直导线放入一匀强磁场中，电流与磁场的方向如图所示.已知磁感应强度为1T，试求下列各图中导线所受安培力的大小并在图中标明方向.

4、电流对电流的作用力：

师：现在我们已经得到安培的第一个问题的答案了。磁体对电流会产生安培力的作用，也

知道了它的大小和方向规律。下面来看第二个问题，电流对电流会不会有力的作用？大家

对此有什么看法？

（学生讨论，可能有的从磁场对电流产生作用，电流也会产生磁场，会对磁场中的其

他电流产生作用的角度分析；也可能说要通过实验来进行检验。教师暂不给出结论）

师：来看一下这个实验装置——通电直导线研究仪（介绍一下基本装置，并在黑板上画出

大致的形状）按照这个装置，当接通电源后会出现什么现象的呢？

生：（有此学生说互相吸引，另一部分学生说会互相排斥）

师：好了，那我们一起来亲手做一下，看到底会出现什么现象。

演示：首先接同向的电流

师：我们看到什么现象呢？

生：两根导线互相吸引

师：好，那我们重新连接装置，使之成为反向电流

演示：接同反向电流

师：这次我们看到了什么现象呢？生：两根导线互相排斥。

在黑板上画出图示,引导学生分析两根通电直导线相吸或相斥现象的原因。

结论：同向电流相吸引，反向电流相排斥。

可见电流会受到磁场的作用力，但这磁场可能是磁体形成的，也可能是另一段电流形成的。

同理，我们可以确定运动电荷产生的磁场也会对场中的其他电流产生安培力的作用。但电流受力的方向判定与磁体受力的方向判断方法不一样。而且电流受力的大小可以明确测定，而磁体则不行。因此我们也利用电流受到的安培力来定义磁感应强度的大小。 我们说：如果同样的长度的导线，通以同样的电流，都垂直放置在匀强磁场中，则谁受的安培力越大，就说明谁所在处的磁场越强。因此用B=F/IL （F 为电流垂直于磁场放置时受的安培力）来定义B 。这类似于电场强度E=F/q 。也是一个比值定义式。要注意的是这也是一个计算式，而非决定式。所以1T=1N/Am 。（参手册P114/4、6）

第2课时

【新课导入】

1. 复习上节课所讲内容(能够产生磁场的物质，安培力的大小、方向)

2. 引入新课：如右图——将通电导线a 入磁场中

它会受到安培力，这个力方向用左手定则判断（垂直黑板向内）；将通电导线b 磁场中它会受到安培

力，这个力方向用左手定则判断（垂直黑板向外） 【新课内容】

3. 引出矩形通电线圈在磁场中的运动

将通电导线放磁场中会受到安培力的作用，如果现在将一

根通电长导线拗成一个矩形线圈，将这个线圈放入磁场中那么哪些边会受到安培力？如右图（学生讨论得出结论——线圈在磁场中，线圈将绕O －O / 轴转动。（可配合线圈实物说

明）

正是因为线圈的两边是反向电流，使它们在同一磁场中

所受磁场力方向相反。使得线圈转了起来。大家可以想一想，利用线圈的这个特性，我们可以做什么用途？

4. 磁电式电流表的工作原理：（flash ）

在前面我们学习过电压表电流表的改装和多用电表的内部结构，知道它们有一个共同的部件——表头，也就是电流计。

我们来看看表头的内部结构（播放FLASH ），这里面在圆弧状的磁极之间有个圆柱体铁心。通过磁化，形成了一个轴向辐射磁场，以铁心为中心，有个矩形线

圈。线圈平面与磁场方向平行。当线圈中有电流流过的时候。线圈

中与磁场垂直的两条边会受反向力而使线圈旋转。其动力矩

M=2IBLL //2；因为是轴向辐射磁场，所以线圈转动中受到的动力矩

不变。但转的越多，旋转力矩M /（阻力矩与旋转角度成正比M /=K θ）

就越大，到指针不动时，即M=M /。IBLL /=K θ，由于对给定的表头来

说B 、K 、L 、L /都是定值。旋转角度与电流大小成正比。所以通过线圈的电流越大，线圈两条

边受到的安培力也就越大，指针转过的角度也就越大。

5. 电动机旋转的奥秘（事物展示）

其实，不仅是电表，我们在生活中也离不开安培力。当我们夏天开风扇，洗完头开电吹风，洗衣服用洗衣机时都要用到安培力，这就是电动机。也就是常说的电机。谁能说说电动机的原理？

学生讨论，分析。——估计学生会套用磁电式电流表的结构原理。

教师可以提出进一步的分析？——电表要稳定时才能测量，所以加入了产生扭转力矩的游丝。电机则要持续运转，所以不会加游丝。没有了阻力，电机会不会就一直这么顺着安培力转动下去呢？

Ia I b

分析表明，当线圈在磁场中在安培力作用下转过半圈后受力方向相反，线圈将减速旋转到停止，然后反转。如图。这显然不符合电机的要求。

提问：该如何克服这个难题，让一个线圈沿一个方向一直转动下去？

如上图，如果我们能在线圈转过与磁场方向垂直的位置后，如果改变线圈电流方向，线圈就可以沿一个方向一直运动下去。介绍电刷与换向器的作用

要注意的是，电机运动的机械能不是凭空产生的，而是要靠消耗电能为前提的。即电动机是将电能转化为机械能的用电器。通电导线，通电线圈在磁场中的运动都是由电能转化为动能。

6.巩固提升——借助下列例题达到让学生体会有效长度的意义、能熟练判断电流磁场

是否垂直的问题、能够运用所学知识将实际问题数学化解题。

例1：手册P124/例2。

例2：手册P126/6

例3：手册P139/4

【课后作业】

教科书P127/1、2

教科书P127/3

【课后反思】