内容是位于人教版选修3 - 1第三章第四节通电导线在磁场中的受力。接下来我们将开始我的正式授课。
各位同学大家好,今天我们要授课的内容是通电导线在磁场中的受力。
首先给大家看一张图片,这张图片当中是什么呀?很好,是航空母舰,还可以看到甲板上有很多的舰载机。我们知道在作战当中往往要求能够迅速地起飞一架舰载机,目前世界上能够做到最快18秒起飞一架航空母舰上的舰载机。
那么为什么我们可以迅速地让舰载机从航空母舰上起飞呢?要思考这个问题,我们可以抓住这个问题当中的关键词,迅速起飞意味着舰载机它要迅速地去改变它的运动状态,从一开始的静止到运动。用什么可以改变它的运动状态呢?很好,我们需要给它一个外力,给它提供一个加速度,从而改变它的状态。那么这个力从哪里来的呢?这个力其实就是航空母舰的弹射装置提供给它的安培力,安培力就是我们今天课堂的主角。
那么到底什么是安培力呢?接下来我们用一个实验来简单探究一下什么是安培力。
我们可以看到这样的一组实验装置,在这一组实验装置当中有电池、有开关,还有一个闭合导线,三者形成一个闭合回路。接下来请大家注意观察在这个演示实验当中老师的行为以及对应的通电导线的运动状态。好,接下来我们开始观察这个视频。
目前的状态是开关断开的,如果开关闭合的时候会有电流从红端流向白端。我们先记录一下此时开关断开,观察到导体棒是静止不动的。好,接下来我们闭合开关,它还是没有动,再确认一次,确实没有动。好,接下来我们提供一个磁场,一个条形磁铁,红色这端是北极,下面白色的一端是南极。接下来去观察,此时当开关断开的时候,导体棒的运动状态,它没有动。
再闭合开关,观察此时它的运动状态可能是什么样子的。发现当它闭合的一瞬间以及闭合之后,导体棒向内运动。
接下来我们来整理一下我们的实验。刚刚我们发现在一开始开关断开,并且没有磁铁的情况下,断开和闭合开关时,导体棒一直都是不动的。而现在我们在刚刚的两个小组实验当中发现,当开关断开并且有磁场时,导体棒也是不动的。而当我们把开关闭合并且有磁场时,这个时候它开始运动。
这样的话我们发现在第四种情况下,闭合开关有电流,有磁场的情况下,通电导线受到一个力的作用,迫使它从一开始的静止变到了运动。那么其他情况下要不就是没有磁场,要不就是有磁场、没有电流,它们都不受到力的作用。
所以这时候我们发现只有当在磁场内时,通电导线会受到一个力的作用,那么这个时候这个力叫做什么呢?就是我们今天的主人公安培力。这样的话我们就知道了安培力的概念,就是通电导线在磁场中受到的力。
我们发现安培力是一个矢量,实际上它有大小,有方向。那么安培力的方向可能跟什么有关呢?这个问题来了,大家可以先思考一下它的方向可能与什么因素有关。
我们可以从刚刚知道的安培力的概念来着手,通电导线在磁场中的受力有两个关键词,通电导线。那可能跟,很好,电流方向有关,也有可能跟磁场方向有关。还有可能呢?当我听到这位同学的答案非常好,可能磁铁在运动,可能导体也在运动,非常好,大家的点子都很棒,我们把它统称为其他因素。那么今天我们就先来简单地探究一下它跟电流方向以及磁场方向之间的关系。
好,那我们来想一下要怎么样去探究、去观察这两个因素跟安培力方向之间的关系?有可能安培力变化是由两个因素的共同作用所引起的,那这个时候到底跟哪个因素有关我们也不清楚,所以这个时候对于多个影响因素,我们必须要选择,非常好,控制变量法,我们之前在牛顿第二定律的实验当中就用到了相同的办法。
好,那么首先我们要来研究安培力跟磁场方向之间的关系的话,我们这个时候要保持什么不变呢?很好,电流方向不变。那么这个时候我们保证电流方向不变,来探究它可能与磁场方向的关系。
在这个实验仪器当中我们可以观察到这组实验仪器跟我们一开始的实验仪器是一样的,电流方向也是从红端流向白端。所以我们控制电流的方向不变,让电流方向始终是向右的。
这个时候我们来改变磁场的方向,目前磁场的方向我们可以观察到红色一端是北极,白色一端是南极,一开始的状态是向下的。我们在改变之后让磁场方向向上,观察这两种情况下,安培力的方向是否发生改变。接下来请大家注意观察我们的演示视频,思考安培力的方向是什么方向的。
不好意思,磁场方向由北极指向南极,方向向下,电源方向水平向右,这个时候我们选择闭合开关来观察一下它的受力情况。
