2019-2020高中物理沪科版选修3-1教学建议：5.4 探究安培力 Word版含答案

教学建议
在判断安培力的大小和方向的教学中,可采用问题讨论的方式进行。

一方面加深理解,另一方面培养学生分析解决问题的能力。

判断安培力的方向和大小是本节重点,弄清安培力方向、电流方向、磁感应强度方向三者的空间关系是本节难点。

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,学生常常产生混淆,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等等。

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,这需要进行一定量的训练来巩固。

(1)安培力的方向
做好演示实验,引导学生认真观察,记录,分析现象。

实验记录和分析的过程本身就是培养学生空间思维能力的过程,要很好地把握。

要引导学生区别安培定则和左手定则,并且用这个定则去解释“平行通电导线之间的相互作用”这一演示实验,解释时应明白左边的通电导线受到的安培力是右边的通电导线所产生的磁场施加的,反之亦然。

(2)安培力的大小
按照从特殊到一般的思路研究安培力的大小:很容易得到电流与磁场方向垂直时F=BIL,电流与磁场方向平行时F=0,再根据矢量分解的等效替代关系推导公式F=ILB sin θ(推导时可以借鉴电场的叠加和电场力的合成)。

推导的过程要注意两点:一是要在具体的空间情境下讨论安培力的大小和方向,不要离开具体问题做抽象的数学推理;二是要让学生对推导过程中涉及的科学思想方法(等效替代和从特殊到一般的思维方法)有所体会。

可以让学生对比安培力和库仑力。

应该提醒学生安培力与库仑力有很大的区别,首先在电场中只要有电荷就会有库仑力。

而在磁场中,导线所受安培力的大小与导线跟磁场的夹角有关,导线如果与磁场平行,就没有安培力的作用,导线和磁场的夹角为90°时,安培力最大。

因此在讨论单位电流元所受安培力与电流、导线长度的关系时,导线要与磁场垂直放置,以保持所受最大安培力的状态。

库仑力与安培力的第二点区别是在方向上,点电荷在电场中所受的库仑力的方向,与该点的电场方向要么相同,要么相反。

电流在磁场中某处受到的磁场力,不仅取决于磁场的方向还取决于电流的方向,安培力的方向总与磁场方向垂直。

参考资料
电能表工作原理及应用
电能表的工作原理是当把电能表接入被测电路时,电流线圈和电压线圈中就有交变电流流过,这两个交变电流分别在它们的铁芯中产生交变的磁通量;交变磁通量穿过铝盘,在铝盘中感应出涡流;涡流又在磁场中受到力的作用,从而使铝盘得到转矩(主动力矩)而转动。

负载消耗的功率越大,通过电流线圈的电流越大,铝盘中感应出的涡流也越大,使铝盘转动的力矩就越大。

即转矩的大小跟负载消耗的功率成正比。

功率越大,转矩也越大,铝盘转动也就越快。

铝盘转动时,又受到永久磁铁产生的制动力矩的作用,制动力矩与主动力矩方向相反;制动力矩的大小与铝盘的转速成正比,铝盘转动得越快,制动力矩也越大。

当主动力矩与制动力矩达到暂时平衡时,铝盘将匀速转动。

负载所消耗的电能与铝盘的转数成正比。

铝盘转动时,带动计数器,把所消耗的电能指示出来。

这就是电能表工作的简单过程。

按原理划分,电能表分为感应式和电子式两大类:
感应式电能表采用电磁感应的原理把电压、电流、相位转变为磁力矩,推动铝制圆盘转动,圆盘的轴(蜗杆)带动齿轮驱动计度器的鼓轮转动,转动的过程即是时间量累积的过程。

因此感应式电能表的好处就是直观、动态连续、停电不丢数据。

电子式电能表运用模拟或数字电路得到电压和电流向量的乘积,然后通过模拟或数字电路实现电能计量功能。

由于应用了数字技术,分时计费电能表、预付费电能表、多用户电能表、多功能电能表纷纷登场,进一步满足了科学用电、合理用电的需求。