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/ 让教学更有效 精品试卷 | 物理学科
电与磁
第五节　磁场对通电导线的作用力
教 材 解 读 　本节主要内容有通过实验掌握磁场对电流有力的作用、能熟练应用左手定则判定力的方向与电流方向和磁场方向的关系。将物理知识应用到实际是学习物理的目标,电动机和动圈式扬声器是磁场对电流作用的应用。通过演示实验了解直流电动机的工作原理、基本结构和工作过程,知道实际生产、生活中使用的电动机和教学电动机的区别,掌握其结构和工作原理。了解电动机和动圈式扬声器在实际生产、生活中的应用。
学 习 目 标 物理观念 　1.知道磁场对通电导线有力的作用。 　2.知道通电导线在磁场中受力的方向跟电流方向和磁场方向有关。 　3.理解左手定则并能熟练应用。 　4.了解动圈式扬声器和耳机的构造和原理。
科学思维 　1.通过对通电导线在磁场中受力情况的分析,体验概括规律的过程及方法。 　2.通过参与电动机工作过程的分析,锻炼口头表达能力和逻辑思维能力。
科学探究 　1.经历磁场对电流产生作用的实验探究过程,体验控制变量的方法。 　2.经历制作模拟电动机的过程,了解直流电动机的结构和工作原理。
科学态度 与责任 　通过了解物理知识如何转化成实际技术的应用,进一步提高学生学习科学技术知识的兴趣。
重点 难点 　重点: 磁场对电流的作用和电动机的工作原理和工作过程。 　难点:应用左手定则判定通电导体受力的方向与磁场方向和电流方向之间的关系,并理解通电线圈在磁场中为什么会转动。
合 作 探 究 　探究课题:磁场对通电导线的作用力 　提出问题:通电直导线在磁场中,闭合开关的一瞬间,导线为什么会运动 当改变电流方向,或者改变磁场方向,会观察到什么现象 　学生活动: 　1.只改变电流方向,观察直导线运动方向; 　2.只改变磁场方向,观察直导线运动方向; 　3.同时改变磁场和电流方向,观察直导线运动方向。 　现场指导:教师巡回指导强调学生记录直导线的运动方向。 　归纳总结:实验运用了控制变量法,实验总结出结论通电导线在磁场中受力方向与电流方向和磁场方向有关。
备课 资料 　word版电子教案、匹配的课件见电子资源
教师活动 学生活动 设计意图
【导入新课】 思考:它们的动力是由什么装置提供的呢 观察、思考、交流 从学生了解的身边物品入手分析,直奔本节课主题。
【探究新知】 对比: 1.磁体的磁场对小磁针有力的作用。 2.通电导体对小磁针有力的作用。 猜想:磁场对通电导线是否有力的作用呢 探究活动1: (1)把电源、磁体按图示组装连接好,闭合开关,观察直导体运动状态有什么变化 (2)改变电流方向或磁场方向,观察直导体运动状态有什么变化 思考、实验、交流、回答 通过问题设置,引导学生实验并得出结论。
(续表)
教师活动 学生活动 设计意图
一、磁场对通电导体的作用 1.磁场对通电导体有力的作用。 2.通电导体受力的方向和电流的方向、磁场的方向有关。 问题:通电导体在磁场中,只能朝一个方向运动,如果把通电线圈放在磁场中,它会怎样运动 演示:自制小小电动机 二、电动机 1.构造:转子和定子。 探究活动2: 分析讨论下图中的线圈为什么不能连续转动 思考:能不能采取什么办法让线圈连续转起来呢 电动机在工作过程中,能量是如何转化的呢 2.换向器 思考、交流 观察、思考、交流 引导学生动手制作小小电动机,让学生体会物理最终要应用到实际生活中,为人类服务。 通过学生的讨论,来引出电动机的换向器,并揭示它的作用,感受人们研究问题的过程。
(续表)
教师活动 学生活动 设计意图
当线圈依靠惯性转过平衡位置时,换向器立即改变线圈中的电流方向,使线圈持续转下去。 3.能量转化:电能→机械能。 三、动圈式扬声器 师:还记得声音是怎样产生的吗 生:由发声体振动产生的。 师:扬声器是怎么发出声音的,看投影(展示扬声器的构造示意图)。 演示:将一节5号电池通过开关直接连到扬声器的输入端,电路通电和断电时,观察扬声器锥形纸盆的运动情况;改变电源的极性,再观察扬声器锥形纸盆的运动情况。 1.动圈式扬声器的原理:通电线圈在磁场中受力而运动。 2.能量转化:电能转化为机械能 课堂小结(略) 课堂练习(略) 布置作业(略) 阅读、讨论、分析 思考、讨论、分析、总结 让学生细心观察、通过交流思考,归纳总结,培养学生的分析概括能力。
学点1　磁场对通电导线的作用
实验探究:按如图14-5-8所示组装器材,完成下面实验,并观察、记录实验现象。
图14-5-8
实验过程:(1)如图所示,接通电源,就有电流通过这根直导线。磁感线的方向向下,电流的方向从b向a时,这时观察到导线ab向右运动。
(2)保持磁体的N极和S极位置不变,让通过ab的电流方向与原来相反,观察到导线ab的运动方向　向左　。
(3)保持导线ab中的电流方向与图中相同,把磁体的两个磁极对调,让磁感线的方向与原来相反,观察到导线ab的运动方向　向左　。
实验结论:通电导线在磁场中要受到力的作用,力的方向跟　电流的方向　、　磁感线的方向　都有关系。
知识拓展:(1)上图中,若电流方向和磁感线的方向同时改变,导线ab的受力方向　不变　(选填“改变”或“不变”)。
(2)上图中,若想使通电导线ab受到的作用力增大,可以通过　增大电流　、　增强磁场　等方法实现。
学点2　左手定则
图14-5-9
阅读教材P165,完成下列填空:
问　题:如图14-5-9所示,当通电导体和磁感线垂直时,通电导体受力方向和磁感线方向、电流方向之间的关系可用左手定则来表示,伸开　左　手,使大拇指与四指在同一个平面内并跟四指　垂直　,让　磁感线　垂直穿入手心,使　四指　指向电流方向,这时,　大拇指　所指的方向就是通电导线在磁场中所受磁场力的方向。
学点3　电动机
如图14-5-10所示,将通电线圈置于磁体两磁极间的磁场中,探究通电线圈在磁场中的运动,完成下列问题。
图14-5-10
问题1:使线圈静止在图乙位置上,闭合开关,线圈　不能　运动,这个位置是线圈的　平衡　位置;使线圈静止在图甲位置上,闭合开关,线圈受力　顺时针　方向转动,并由于　惯性　而越过　平衡位置　,到达图丙所示位置,由于换向器改变了线圈中的电流方向,线圈能够继续顺时针方向转动。
问题2:电动机的工作原理是　通电线圈在磁场中受力转动　,实际工作中,通过　换向器　及时改变线圈中的电流方向,使线圈能够持续转动下去。电动机工作过程中的能量转化是　电能　转化为　机械　能。
问题3:换向器的构造如上图所示,两个　铜半环　E和F跟线圈两端相连,可随线圈一起转动。A和B是　电刷　,分别跟两个半环接触,使电源和线圈组成闭合电路。
学点4　动圈式扬声器
阅读教材P168,观察图14-5-11,完成下列问题:
图14-5-11
问题1:动圈式扬声器主要由　永磁体　、　音圈　、　锥形纸盆　组成。
问题2:当音圈中有电流通过时,就会受到　磁场的作用力　而运动。由于扬声器工作时通过音圈的电流大小和方向是反复变化的,所以音圈就会　前后往复　运动,从而带动纸盆　来回振动　,就发出了声音。
问题3:现在,头戴的大耳机和小巧的耳塞机也都是动圈式的,构造和原理与上述扬声器相同,仅把大纸盆换成了小的　音膜　,由其振动发声。
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电与磁
第五节　磁场对通电导线的作用力
方式一　【问题导入】
师:上课前,先来观察一些图片(多媒体展示如图14-5-1图片,并播放它们由停止到运转的状态),这些设备有什么共同特点
图14-5-1
生甲:它们都是电器。
生乙:它们的运转都需要用到电。
生丙:它们都是靠电动机转动来工作的。
师:这些机器中的电动机是如何转动的呢 (引入新课)
方式二　【问题导入】
师:磁体周围存在着磁场,磁体与磁体之间的相互作用是通过磁场发生的(如图14-5-2甲所示)。除了磁体之外,还有什么周围存在磁场
图14-5-2
生:通电导线。
师:既然磁体周围和通电导线周围都存在磁场,那磁体和通电导线(如图乙所示)之间有相互作用吗 本节课我们就来研究这些问题。引入新课。
详解通电线圈在磁场中转动的几个问题
通过教材P164图14-5-2的实验,我们会得到结论:通电导体在磁场中会受到力的作用,运动方向取决于电流方向和磁场方向,当只改变其中一个方向时,通电导体的受力方向就会改变。再由教材P165,图14-5-4实验就知道了通电线圈在磁场中受力而转动,但只能转动大约90度,最后过渡到P166图14-5-6电动机的工作原理。
在探究的过程中多数学生对以下几个问题理解不清,存在疑问,教师可以给学生做详细解答。
(1)通电线圈在磁场里为什么会转动
如图14-5-3甲所示,由一根导线绕成的线圈abcd悬吊在磁场中,磁场方向由右至左,图中线圈处在水平位置,左边导体ab中电流方向是a→b,所受磁场力方向竖直向上,右边导体cd中电流方向是c→d,受力方向竖直向下,因为两边导体的受力方向相反,且不在同一直线上,所以线圈会转动。
图14-5-3
(2)线圈为什么不会持续转动下去
如图甲所示,当线圈平面与磁场方向平行时,ab边和cd边受到的力最大,线圈最容易转动,因此我们称此位置为线圈的启动位置。
如图乙所示,当线圈由图甲中位置转过90°时,即线圈平面与磁场方向垂直时,ab边和cd边受到的力方向虽然仍相反,但此时两力处在同一条直线上,线圈如果一开始就在这个位置,通电后是不会转动的,因此我们称此位置为线圈的平衡位置。(bc边和da边受到的力始终是相互平衡的)
当线圈由启动位置转动起来,并由于惯性越过平衡位置进入另一半周后(如图丙所示)。由于电流方向和磁场方向均没有改变,所以ab边受力仍然向上,cd边受力仍然向下,此时的受力阻碍了线圈的转动,所以线圈不能再沿原来的顺时针方向转动,而要反过来沿逆时针方向转动,所以线圈就只能在平衡位置附近摆动了。
(3)怎样才能让线圈持续转动呢
线圈不能持续转动,是因为线圈越过了平衡位置以后,受到的力阻碍了它的转动,若要使线圈持续转动,则需要在线圈越过平衡位置后,及时地改变它的受力方向,我们可以通过改变线圈中电流的方向来实现,只要在装置中加上一个换向器,就可以及时地改变线圈内电流的方向,从而及时改变线圈的受力方向,这样线圈在磁场中就可以持续转动了。
[中考解读] 本节涉及的内容是有关磁场对通电导线的作用力的知识,其中通电导体在磁场中受力及受力方向的影响因素是中考的热点,电动机的原理及换向器知识是常考点,中考中多以选择题、填空题和实验探究题的形式出现。
[考点对接] 1.磁场对通电导线的作用
例1　(临沂中考)借助如图14-5-4所示的实验装置,晓明探究磁场对通电直导线的作用。闭合开关,原本静止的轻质硬直导线ab水平向右运动。要使ab水平向左运动,下列措施中可行的是 (　　)
图14-5-4
A.将ab两端对调
B.将滑动变阻器的滑片向右移动
C.换用磁性更强的蹄形磁体
D.将蹄形磁体的N、S极对调
[答案] D
[考点对接] 2.电动机的基本构造
例2　(广州中考)如图14-5-5所示的线圈abcd位于磁场中:
(1)通电后,cd段导线的电流方向　　　　(选填“由c到d”或“由d到c”)。
(2)cd段导线所受磁场力的方向如图所示,在图中画出ab段导线所受磁场力的方向。
图14-5-5
[答案] (1)由c到d
(2)如图所示
　　材料一——电风扇的构造和工作原理
图14-5-6
电风扇(如图14-5-6所示)的主要部件是交流电动机。电风扇的转子由磁铁、扇叶、轴组成;它的定子由硅钢片、线轴和轴承组成。电风扇的控制电路是由IC感应磁铁和磁铁电机经由电路控制其线圈导通而产生的内部激磁使得转子旋转。
电风扇的工作原理是通电线圈在磁场中受力而转动,能量的转化形式是电能主要转化为机械能,同时由于线圈有电阻,所以不可避免地有一部分电能要转化为内能。
电扇里有单相电机,通过启动电容移相作用,使单相交流电分离出另一相相位差90度的交流电,将这两相交流电分别送入两组或四组电机线圈绕组,就在电机内形成旋转的磁场,旋转磁场在电机转子内产生感应电流,感应电流产生的磁场与旋转磁场方向相反,被旋转磁场推拉进入旋转状态。
材料二——电流表的内部结构及原理
图14-5-7
电流表是根据通电导体在磁场中受磁场力的作用而制成的。电流表内部(如图14-5-7所示)有一永磁体,在磁极间产生磁场,磁场中有一个线圈,线圈两端各有一个游丝弹簧,两弹簧各连接电流表的一个接线柱,在弹簧与线圈间由一个转轴连接,在转轴相对于电流表的前端,有一个指针,当有电流通过时,电流沿弹簧、转轴通过磁场,所以受磁场力的作用,使线圈发生偏转,带动转轴、指针偏转。由于磁场力的大小随电流增大而增大,所以就可以通过指针的偏转程度来观察电流的大小。这种电流表叫磁电式电流表,也是我们平时实验室里常用类型。
　　材料一　电风扇的构造和工作原理 　　材料二　电流表的内部结构及原理 　　——详见电子资源
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