《通电导线所受安培力与磁场和导线夹角关系》说课稿(全国实验说课大赛获奖案例)

《通电导线所受安培力与磁场和导线夹角关系》说课稿一、使用教材

人教版高中物理二年级选修3-1第三章第四节《通电导线在磁场中受到的力》。

二、实验器材

图1 图2

两块方形磁铁、自制可调匝数线圈、直流电动机、底座、力传感器、电流传感器、数据采集器手工有机玻璃框架、重锤、两个学生可调电压源，笔记本电脑，导线以及测量工具。

三、实验创新要点

1.演示了磁场与通电导线平行时，通电导线所受安培力为零

2.实验数据精确

3.实验数据清楚直观的得出了安培力与磁场和导线夹角之间的正弦关系

4.实验可全面探究与、和的定量关系

四、实验原理

（一）安培力的测量

图3 图4

线圈通电时处于静止状态，重力与拉力平衡，接通电源，线圈仍是静止，水平方向导线受力平衡，竖直方向拉力等于重力和安培力之和，所以底边线圈所受安培力等于两次拉力之差-。实际操作中，可在线圈不通电时，logger pro 3.15软件中按下归零按钮，类似于电子秤中的去皮功能，再给线圈通电，此时拉力显示值即为安培力。这一力传感器，操作方便简单，数据容易处理，其精确度高达N。

（二）磁场与电流方向夹角的改变

通过转动转盘改变磁场方向，从而可以改变磁场与电流的夹角，为了观察连续性变化，可用电动机带动转盘匀速转动。则安培力就会随着夹角的变化而变化，并通过传感器将力的信号实时输出。

五、教学目标

1.物理观念：认识磁场与通电导线平行时，安培力为零。

2.科学思维：通过将磁感应强度正交分解，模型建构以及分析论证得出安培力的表达式。

3.科学探究：通过实验设计，参与实验使学生对物理观念和物理思维认识有进一步深入认识。

六、实验教学内容

1.证明磁场和通电导线平行时安培力为零。

2.探究通电导线所受安培力与磁场和导线夹角的关系。

3.探究通电导线所受安培力与电流、导线长度及磁场强弱的关系。

七、实验教学过程

1.实验步骤

(1)可调电压直流电源连接到电流传感器和线圈形成闭合回路，安装拉力传感器。拉力传感器和电流传感器通过数据采集器与计算机相连，打开软件logger pro 3.15。

(2)将300匝线圈接入回路，传感器归零，保持电流不变，用手转动转盘改变磁场与电流夹角观察安培力随夹角如何变化。

(3)让直流电机接通电源，调节电压，保持电流与长度不变，带动转盘匀速转动，每隔0.02s 记录一组数据，观察安培力随时间时如何变化。

(4)保持其他因素不变，逐渐增大转盘转速，观察安培力随时间变化的图像。

(5)保持其他因素不变，逐渐减小电流，观察安培力随时间变化的图像。

(6)定量研究安培力与电流、长度，磁感应强度的关系。

2.数据分析

(1)磁场与电流夹角为90度时，安培力最大；夹角为零时，安培力为零。

(2)转盘匀速转动时安培力随时间的变化

图5 -图像

分析：当前校准：0.9940.该图线弥合后为正弦函数。由于是匀速转动，夹角与时间成正比。结论：在误差允许的范围内，在其他因素不变情况下，安培力与夹角成正弦函数关系。(3)保持其他因素不变，逐渐增大转盘转速，观察安培力随时间变化的图像

图6 -图像（逐渐增大转速）

结论：保持其他因素不变，随着转速的增大，安培力变化频率也在逐渐增大。

(4)保持其他因素不变，逐渐减小电流，观察安培力随时间变化的图像。

图7 -图像（逐渐减小电流）

结论：保持其他因素不变，随着电流的逐渐减小，安培力的峰值在逐渐减小。

(5)与之间的关系

图8 -图像

结论：在误差允许的范围内，当磁场和通电导线长度不变时，与成正比。

(6)探究F与L间关系

表1

探究安培力与线圈匝数之间的关系(磁场和保持

不变)

图9 -图像

结论：在误差允许的范围内，安培力与线圈匝数成正比。即安培力与导线有效长度成正比。（7）探究与间关系

保持电流和匝数不变，增大方形磁铁距离，探究安培力与磁场强弱的关系。

图10 –图像图11-图像

结论：在误差允许的范围内，磁场越强安培力越大，斜率越大，这个斜率可以反应磁场强弱。综上：在误差允许的范围内，精确地探究了安培力与磁场与电流夹角、电流，长度，磁感应强度的关系，解决了这一表达式的定量探究。

3误差分析：

（1）竖直两边切割磁感线会产生变化的反电动势，但由于转盘转速、磁感应强度、导线切割磁感线的有效长度均较小，所以反电动势影响较小。

（2）磁场的边缘效应，导线框四条边都会受到安排力，竖直的两边受力水平方向，处于上边的线框也会受到安培力，但由于外围磁场较弱，几乎不受力。

（3）换成更大磁铁或者励磁线圈产生匀强磁场。

（4）不同圈所对应有效长度稍有区别，用匝数来代替有效长度有误差。

（5）采用拉力传感器和电流传感器，通过数据采集器传输到电脑，用软件直接生成图像，数据精度高，作图误差可以忽略。

（6）在探究F与N关系时，图像是用excel生成的，存在作图误差。

总体来说，虽然误差不可避免，但是对于我们的探究所起的影响很小，由于仪器设备的改进，实验的精确度得以大幅提升。

4.操作展示

（1）安装线圈，将传感器与计算机相连，打开电脑软件logger pro 3.15。对拉力传感器进行归零，接通电源，将300匝线圈接入回路，保持电流不变，用手缓慢转动转盘，改变磁场与电流的夹角，观察安培力随夹角如何变化，

（2）让直流电机接通电源，调节电压，保持电流与长度不变，带动转盘匀速转动，我们来观察力随时间是如何变化的，每隔0.02s记录一组数据。

（3）保持其他因素不变，逐渐增大转盘转速，观察安培力随时间变化的图像。

（4）保持其他因素不变，逐渐减小电流，观察安培力随时间变化的图像。

七、实验效果评价：

学生通过本实验能够对磁场与通电导线平行时安培力为零以及安培力与磁场和导线夹角的正弦函数关系更加信服，对这一物理观念和科学思维有进一步深入认识。

本实验教具的构思非常奇妙，用方形磁铁代替了马蹄形磁铁，将竖直方向磁场转变为水平方向磁场，从而通电导线受水平的安培力力转为受竖直方向的安培力，大大开阔了思维，容易直接测量安培力。用线圈代替单根通电导线，使实验效果更加明显。本实验采用了传感器，使得数据的测量方便精确，解决了安培力难以测量这一难点。电脑软件logger pro 3.15直接拟合力与磁场和电流间夹角的关系，拟合效果好，精确度高，实现了磁场与电流平行时不受安培力的实验演示，实现了安培力随夹角的连续性变化图像，真正实现了影响安培力因素的定量测量，使学生对磁场的认识从定性转为定量，从被动接受转为主动探究，培养了学生的学习兴趣，实验探究能力得以提升。