1.1.1 磁场对通电导线的作用力 教学设计 -2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

1.1.1磁场对通电导线的作用力教学设计-2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册科目授课时间节次--年—月—日（星期——）第—节指导教师授课班级、授课课时授课题目（包括教材及章节名称）1.1.1磁场对通电导线的作用力教学设计-2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册设计思路本节课以“磁场对通电导线的作用力”为主题，通过实验探究和理论分析相结合的方式，引导学生理解洛伦兹力的产生原理和计算方法。课程设计紧密围绕人教版选择性必修第二册物理教材，结合实际教学情况，注重培养学生的实验操作能力和理论思维能力。通过课堂讲解、小组讨论、实验演示等环节，使学生深刻掌握磁场对通电导线的作用力这一重要概念。核心素养目标1.发展科学探究能力，通过实验探究磁场对通电导线的作用力，培养观察、分析和解决问题的能力。

2.培养科学思维，理解洛伦兹力的产生机制，运用物理模型解释现象。

3.增强科学态度与责任，认识到物理知识在工程和技术中的应用价值，培养严谨求实的科学精神。教学难点与重点1.教学重点，

①理解并掌握洛伦兹力的概念及其计算公式。

②能够运用左手定则判断通电导线在磁场中受到的力的方向。

③掌握通过实验验证磁场对通电导线作用力的方法，包括实验设计、操作和数据分析。

2.教学难点，

①理解洛伦兹力的方向与电流方向、磁场方向的关系，特别是当电流方向与磁场方向不垂直时的情形。

②掌握在复杂磁场中计算通电导线受力情况，包括非均匀磁场和多个磁场叠加的情况。

③分析实验误差，提高实验数据的准确性和可靠性，能够对实验结果进行合理解释。教学资源准备1.教材：确保每位学生都有本节课所需的教材或学习资料。

2.辅助材料：准备与教学内容相关的图片、图表、视频等多媒体资源，以帮助学生直观理解磁场对通电导线作用力的概念。

3.实验器材：准备电流表、导线、磁铁、电源等实验器材，确保实验器材的完整性和安全性。

4.教室布置：布置教室环境，包括分组讨论区和实验操作台，以适应教学活动。教学实施过程1.课前自主探索

教师活动：

发布预习任务：通过在线平台发布预习PPT，要求学生阅读关于磁场对通电导线作用力的基本原理和公式。

设计预习问题：设计问题如“如何判断通电导线在磁场中受到的力？”，引导学生思考力的方向和大小。

监控预习进度：通过班级微信群监控学生预习进度，确保学生完成预习任务。

学生活动：

自主阅读预习资料：学生阅读预习资料，理解磁场对通电导线作用力的基本概念。

思考预习问题：学生针对预习问题进行思考，例如计算特定条件下的洛伦兹力。

提交预习成果：学生将预习笔记和思考结果提交至平台，教师进行初步评估。

2.课中强化技能

教师活动：

导入新课：通过展示通电导线在磁场中运动的视频，引出本节课的主题。

讲解知识点：讲解洛伦兹力的计算公式，结合实例说明如何应用左手定则。

组织课堂活动：进行小组实验，让学生观察通电导线在磁场中的运动，并记录数据。

解答疑问：针对学生在实验中遇到的问题，及时给予解答和指导。

学生活动：

听讲并思考：学生认真听讲，思考洛伦兹力的计算和应用。

参与课堂活动：学生积极参与实验，观察并记录通电导线在磁场中的运动情况。

提问与讨论：学生提出实验中的疑问，与同学和老师进行讨论。

教学方法/手段/资源：

讲授法：讲解洛伦兹力的基本原理和计算方法。

实验活动法：通过实验活动，让学生直观感受磁场对通电导线的作用力。

合作学习法：通过小组讨论，培养学生的合作精神和沟通能力。

3.课后拓展应用

教师活动：

布置作业：布置计算不同条件下洛伦兹力的作业，巩固学生对公式的应用。

提供拓展资源：推荐相关物理实验网站和书籍，供学生进一步学习。

反馈作业情况：批改作业，针对学生的错误给予反馈，并指导学生如何改进。

学生活动：

完成作业：学生独立完成作业，巩固课堂所学知识。

拓展学习：利用推荐资源进行拓展学习，加深对磁场和电流关系的理解。

反思总结：学生反思自己的学习过程，总结学习心得，提出改进措施。教学资源拓展1.拓展资源：

-磁场的基本性质：介绍磁场的概念、磁感应强度、磁场线等基本概念，以及磁场对运动电荷的作用。

-洛伦兹力的历史背景：介绍洛伦兹力的发现者亨德里克·安东·洛伦兹及其贡献，以及洛伦兹力在物理学中的地位。

-通电导线在磁场中的运动：探讨通电导线在磁场中受到的力的大小和方向，以及运动轨迹的变化。

-磁场与电流的关系：研究磁场对电流的作用，包括安培力、法拉第电磁感应定律等。

-磁场在生活中的应用：介绍磁场在电机、变压器、磁悬浮列车等设备中的应用。

2.拓展建议：

-阅读物理科普书籍：推荐阅读《电磁学的故事》、《电磁学原理》等书籍，了解电磁学的发展历程和基本原理。

-观看科普视频：推荐观看“电磁学原理”系列视频，通过动画演示磁场对通电导线的作用力。

-参与物理实验：鼓励学生参与电磁学实验，如制作小型电动机、观察通电导线在磁场中的运动等。

-查阅相关资料：指导学生查阅有关磁场和电流关系的科学论文，了解电磁学领域的最新研究进展。

-开展小组讨论：组织学生开展关于磁场和电流关系的小组讨论，培养学生的合作精神和沟通能力。

-设计创新实验：鼓励学生设计创新实验，如利用磁场控制电流的方向，探索电磁学的更多可能性。

-参加物理竞赛：推荐学生参加物理竞赛，如全国青少年物理竞赛，提升学生的物理素养和竞赛能力。

-探索电磁学在其他领域的应用：引导学生关注电磁学在其他领域的应用，如生物医学、信息技术等。

-撰写科普文章：鼓励学生撰写关于电磁学的科普文章，提高学生的写作能力和科学传播意识。典型例题讲解例题1：

一长直导线通有电流I，放置在水平面内，导线与x轴重合。另一长直导线通有电流I'，放置在垂直面内，导线与y轴重合。求两导线之间的相互作用力。

解答：

设两导线之间的距离为d，根据毕奥-萨伐尔定律，导线在x轴处产生的磁场为：

\[B_x=\frac{\mu_0I}{2\pid}\]

同理，导线在y轴处产生的磁场为：

\[B_y=\frac{\mu_0I'}{2\pid}\]

由于磁场是矢量，我们需要计算两个磁场的矢量和。根据右手定则，我们可以得到两个磁场在x轴和y轴方向上的分量。然后，我们可以使用安培力公式计算两个导线之间的相互作用力：

\[F=B_xI'\cdotl+B_yI\cdotl\]

其中，l是导线的长度。代入磁场表达式，得到：

\[F=\frac{\mu_0II'}{2\pi}\cdot\frac{l^2}{d}\]

例题2：

一长直导线通有电流I，放置在平面内，导线与x轴重合。一圆形导线通有电流I'，放置在垂直平面内，导线与y轴重合。圆形导线的半径为r，求圆形导线中心处的磁感应强度。

解答：

圆形导线在中心处产生的磁感应强度为：

\[B=\frac{\mu_0I'}{2r}\]

这个结果是通过积分计算得到的，考虑到圆形导线在中心处的磁场是均匀分布的。

例题3：

一长直导线通有电流I，放置在平面内，导线与x轴重合。一矩形线圈通有电流I'，放置在垂直平面内，导线与y轴重合。矩形线圈的长为a，宽为b，求矩形线圈中心处的磁感应强度。

解答：

矩形线圈在中心处产生的磁感应强度可以通过叠加原理计算。将矩形线圈分成多个小矩形，每个小矩形产生的磁感应强度可以单独计算，然后将它们叠加起来。对于每个小矩形，磁感应强度为：

\[B_{\text{小矩形}}=\frac{\mu_0I'}{2\pid}\]

其中，d是小矩形中心到导线的距离。通过积分，可以得到矩形线圈中心处的磁感应强度为：

\[B=\frac{\mu_0I'}{2\pi\sqrt{a^2+b^2}}\]

例题4：

一长直导线通有电流I，放置在平面内，导线与x轴重合。一圆形线圈通有电流I'，放置在垂直平面内，导线与y轴重合。圆形线圈的半径为r，求圆形线圈中心处的磁场力矩。

解答：

磁场力矩可以通过计算圆形线圈上每个微小电流元受到的力矩的积分得到。对于每个微小电流元，力矩为：

\[\tau_{\text{微小}}=I'\cdotdL\timesB\]

其中，dL是微小电流元的长度，B是磁场。通过积分，可以得到圆形线圈中心处的磁场力矩为：

\[\tau=\frac{\mu_0I'I}{2r}\]

例题5：

一长直导线通有电流I，放置在平面内，导线与x轴重合。一矩形线圈通有电流I'，放置在垂直平面内，导线与y轴重合。矩形线圈的长为a，宽为b，求矩形线圈在导线产生的磁场中受到的力矩。

解答：

矩形线圈在导线产生的磁场中受到的力矩可以通过计算线圈上每个微小电流元受到的力矩的积分得到。对于每个微小电流元，力矩为：

\[\tau_{\text{微小}}=I'\cdotdL\timesB\]

其中，dL是微小电流元的长度，B是磁场。通过积分，可以得到矩形线圈受到的力矩为：

\[\tau=\frac{\mu_0I'Ia^2}{2\pib}\]教学评价1.课堂评价

-提问反馈：在课堂教学中，通过提问学生关于磁场对通电导线作用力的基本概念、计算方法以及实验操作等知识，及时了解学生对知识的掌握程度，并根据学生的回答情况进行针对性的指导和解释。

-观察记录：在实验操作过程中，观察学生的实验操作规范性、实验结果是否准确，以及学生在遇到问题时是否能够独立思考并解决问题。

-课堂测试：在课程结束后，进行短暂的课堂测试，检验学生对磁场对通电导线作用力的理解程度和计算能力。

2.作业评价

-作业批改：对学生的作业进行认真批改，关注学生的计算过程和结果，以及对公式的运用是否正确。

-作业点评：针对学生的作业，给予具体的点评和建议，指出作业中的错误和不足，鼓励学生进行自我修正。

-反馈交流：与学生进行面对面的交流，了解学生在完成作业过程中遇到的困难和问题，解答学生的疑问，并指导学生如何提高学习效果。

3.形成性评价

-实验报告评价：对学生的实验报告进行评价，考察学生在实验过程中的实验设计、数据记录和分析能力。

-小组讨论评价：评价学生在小组讨论中的参与度、合作精神和解决问题的能力。

-反思总结评价：鼓励学生对自己的学习过程进行反思总结，评价学生是否能够发现自己的不足并提出改进措施。

4.总结性评价

-期末考试：通过期末考试，全面评价学生对磁场对通电导线作用力的知识掌