巧改實驗定量教學

郭信平

“探究安培力”這節課是教師教與學生學的難點，在市公開課中，筆者精心設計了教師演示實驗和學生分組實驗，主要有：一是安培力的方向用十二字訣（“萬箭穿心”、“仙人指路”、“一指乾坤”）總結出來，降低了學生的記憶難度；二是安培力大小演示實驗從教材給出的定性實驗巧妙設計為定量實驗，提升實驗的可信度和精確度。安培力大小定量實驗的成功突破了教學重難點的同時，培養了學生觀察、實驗和歸納總結等能力，實現了知識和能力的共增長。

粵教版新課程教材選修3-1第三章第三節“探究安培力”，這節課容量多，難度大，演示實驗為簡單的定性實驗，沒有說服力。為此，大部分老師在處理這部分內容時都是直接給出安培力大小的計算公式，筆者在2009年10月份一堂市級公開課——“探究安培力”，經過一個多月的準備，這節課呈現了探究式教學法的設計理念，在教材“實驗與探究”定性實驗基礎上，巧妙設計為學生分組實驗，使實驗從定性分析轉變為定量測量。公開課得到了聽課專家、教研員和教師的高度評價。現把這節課的教學小結如下，與大家共勉。

一、 教學準備

電動機模型、鐵架臺、三個蹄形磁鐵、電源、滑動變阻器、電鍵、導線、電流表、直尺

二、 教學過程

新課引入：[演示]教師展示電動機模型主要構件——磁鐵（定子）、線圈（轉子），當場組裝電動機模型，接通電源讓電動機轉動。

師：電動機接通電源后，線圈轉動，說明通電線圈受到力的作用。物理學家安培首先發現這個現象并對此力進行研究，后人為了紀念安培的貢獻，將磁場對電流的作用力稱為安培力。師：力是矢量，有大小有方向。今天這節課我們就從這兩個方面去探究學習磁場對電流的作用力——安培力。首先我們來研究安培力的方向。安培力的方向與哪些因素有關？生：磁場方向、電流方向。

這是安培力演示器，U型磁鐵提供磁場，不接電源，銅管靜止在近光滑導軌上；接通電源，銅管會如何？代表什么意思？生：銅管會動起來，銅管運動方向代表銅管的受力方向，即電流受力方向。師：磁鐵N極在上，S極在下，磁場方向向哪？生：磁場方向向下。師：這邊接電源正極，另一邊接電源負極，電流如何流？生：向左。

教師接通電源，銅管如何運動？說明安培力的方向向哪？生：向外運動，安培力向外。教師PPT展示三者的立體示意圖。教師重復類似實驗，給出另外三幅立體示意圖。

師：從這四幅立體圖中同學們可以看出安培力的方向有什么特點？生：安培力的方向垂直于磁場方向和電流方向。師：安培力的方向可以用左手定則來判斷。PPT展示左手定則的內容及左手定則的立體圖。

師：左手定則的內容比較長。請同學發揮自己的想象力并把左手伸出來感受如圖所示的情境。磁感線是帶箭頭的直線，像不像弓箭？“伸開左手，使拇指與四指在同一平面并跟四指垂直，手心打開讓磁感線垂直穿過手心”，稱為“萬箭穿心”；“萬箭穿心”是一件很痛苦的事情，只能請求神仙的幫忙，“使四指指向電流的方向”稱為“神仙指路”；“大拇指所指的就是通電導體所受安培力的方向”成為“一指乾坤”。所以我們判斷安培力的方向只需記住這個十二個字訣：“萬箭穿心”、“仙人指路”、“一指乾坤”。

師：安培力的方向我們弄清楚了，接下來我們來研究安培力的大小與哪些因素有關，請同學們來猜猜。生：電流大小I、磁場強弱、通電導線的長度L。師：將安培力演示器中通過銅管的電流的方向變成與磁場平行，請同學們來看看實驗有什么不同？銅管怎么動？說明什么？生：銅管不動，說明不受安培力。師：電流與磁場垂直，銅管運動，說明銅管受到安培力；電流與磁場平行，銅管不受安培力，這說明什么？生：安培力還與電流與磁場的夾角有關。師：經分析，我們知道安培力大小與電流大小I、磁場強弱、導線長度L、電流方向與磁場方向的夾角θ有關。實驗證明，電流與磁場垂直時，安培力最大；電流與磁場平行時，安培力最小，F安=0；電流與磁場在某一夾角時，安培力在最大值和0之間。為了研究問題的方便，我們今天只研究電流與磁場的夾角θ=90°的情況下，安培力大小與電流大小、導線長度、磁場強弱的關系。師：下面請同學根據桌面所給出的實驗器材來設計實驗研究安培力大小與電流大小、導線長度、磁場強弱的關系。

教師給學生3、4分鐘設計實驗原理并組裝實驗器材。師：安培力F與多個因素有關，應采用什么實驗方法？生：控制變量法。師：怎么控制？生：在磁場強弱、導線長度相同情況下，研究F與I的關系；在磁場強弱、電流情況相同情況下，研究F與L的關系。

教師引導學生從實驗數據及圖像得出：F∝I；F∝L。師：實驗證明：F∝I；F∝L；則我們可以說：F∝IL；師：F與IL的乘積成正比，寫成表達式形式，前面有個常數，該常數與什么因素有關？同學們想想F還與什么因素有關？生：與磁場強弱有關。師：該常數由磁場決定，物理上用B表示，所以F=BIL；B稱為磁感應強度，是反映磁場強弱的物理量，由磁場決定。磁場越強，B越大。

三、 板書設計

安培力：磁場對電流的作用力

1.方向 左手定則：萬箭穿心、仙人指路、一指乾坤

2.大小 F=BIL （I⊥B）

B——磁場強度，描述磁場強弱的物理量； L——導線有效長度

適用條件：勻強磁場

（作者單位：廣西壯族自治區桂林市桂電中學）