物理概念教學中學科素養的培養

張繼良

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一、通過復習引導學生回憶所學磁感應強度的概念，目的是使學生的思維進入物理課堂

如：磁感應強度由什么決定？磁感應強度的大小如何量度？

答：磁感應強度由磁場本身性質決定，是矢量，方向小磁針靜止時北極指向，大小可用來描述磁場的強弱。磁感應強度的定義式是： （通電導線垂直放置磁場中），所以磁場中某一點的磁感應強度大小可用垂直放置于該點的電流元所受磁場力的大小與該電流元的長度L、電流強度I的乘積IL的比值來量度。

二、通過觀看演示實驗引入新課，目的是激發學生興趣

如圖1，通電導線在磁場中，電建閉合，棒由靜止到運動，狀態改變，說明受力了。受到的磁場力通常叫做安培力。這節課我們主要研究安培力的大小和方向。

三、通過學生分組實驗探究，總結分析得出安培力的方向

探究安培力的方向與哪些因素有關？

1.實驗探究：學生分組實驗

實驗器材：線圈、蹄形磁鐵、導線、一節干電池。

改變磁場B方向，觀察線框下邊運動方向，說明安培力F方向改變;

改變電流I方向，觀察線框下邊運動方向，說明安培力F方向改變;

分析總結：通過實驗探究，學生發現通電導線所受安培力方向既與電流方向垂直又與磁場方向垂直，即垂直于電流和磁場所在的平面，如圖2。

如何用簡潔的方式來表示出導體棒所受安培力的方向？找學生通過學生的分組實驗分析總結，得出安培力的方向，實現“從碎片知識到概念體系的過度”。

2.引導學生將矢量物理量建立在三維立體空間中，然后總結得出安培力方向的判定方法（通電導線垂直放在勻強磁場中，F、B、I方向關系——左手定則，如圖3）

（1）伸開左手，大拇指跟四指垂直，且在同一個平面內。

（2）讓磁感線垂直穿過手心。

（3）使四指指向電流方向，則拇指指向安培力的方向。

3.紙面簡捷示意圖

知道了安培力方向的判定方法了，如何在紙面上表示出四個物理量之間的關系呢？教給學生立體圖、側視圖、俯視圖、剖面圖如何觀看，如何分析，如何畫出。

如圖4：已知磁場方向和導線中的電流方向，判斷通電導線所受安培力的方向

規范對F、B、I物理量在平面圖中的畫法約定，通過畫圖加深對觀念的理解，培養學生三維空間的想象力。

4.通過實驗總結規律，理論分析實際應用

教師演示實驗，由實驗觀察到現象同向電流相吸，異向電流相斥，如圖5。

理論分析：特別強調1導線中的電流在2導線周圍空間產生磁場（左側導線為1導線，右側導線為2導線），使得通電導線2受到磁場力的作用。同理2導線中的電流在1導線周圍空間產生磁場，使得通電導線1受到磁場力的作用。采用畫圖法，帶領學生分析2導線中的電流用1導線的電流在其周邊產生的磁場，同理分析1導線中的電流用2導線的電流在其周邊產生的磁場，通過分析受力，感悟實驗現象與理論分析吻合，加深對概念的理解。

四、安培力大小的公式表述

如圖6，若已知磁感應強度B，在磁場中導體棒的長度L 和導體棒中通的電流的大小I，由磁感應強度的定義式： （通電導線垂直放置磁場中）則導體棒在磁場中所受力的大小為 。

例題：已知勻強磁場方向垂直黑板向里，且磁感應強度B=0.5T，導線中通入電流強度I=0.2A的電流，其方向如圖所示。若導線長L=0.2m，試求圖6中導線所受安培力的大小及方向.

解：因導線是垂直放人勻強磁場中，所以安培力大小 。安培力的方向滿足左手定則：在黑板平面內且垂直于導線斜向上，如圖6所示。

若通電導線斜放入勻強磁場中，電流方向與磁場方向不垂直時，如圖所示，求導線所受安培力的大小？（培養學生的邏輯思維能力，推理能力，運用數學解決物理問題的能力）

方法一：（分解B）當電流方向垂直磁場方向時，F=BIL;當電流方向平行于磁場方向時，F=0。所以可把磁感應強度B進行分解，分解為垂直電流方向的磁感應強度分量 和平行于電流方向的分量 ，而求出 對導線的作用力即可（如圖7）。

以上兩種解法，方法不同結果相同。當導線方向與磁場方向不垂直而是成任意角θ時，導線所受安培力的大小為 ，θ是B方向與I方向的夾角。公式普遍適用于任何方向放置在勻強磁場中的通電導線的受力情況。

學生反饋練習：表示以下各圖安培力的大小和方向，進一步強化對安培力概念的深刻理解。

五、課堂小結

1.掌握安培力方向判定—左手定則

2.安培力大小計算F=BILsinθ（θ是B方向與I方向的夾角）

通過本節課的概念教學，培養學生小組合作，實驗探究，三維立體空間想象力，立體圖、側視圖、俯視圖、剖面圖如何觀看，如何分析。對于如何將三維空間立體圖畫在二維平面上，如何畫出的基本要求進行約定。學生通過對安培力大小的公式推導從而培養學生的邏輯思維能力，推理能力，運用數學解決物理問題的能力，將概念教學進一步深化。從而也展示了物理與實際生活密切貼近，與各學科之間相互交織，從人類的生存發展，以及智商發展，進一步體現了學生在接受物理教育過程中逐步形成的適應個人終身發展和社會需要的必須品格和關鍵能力，是學生通過物理學習內化的帶有物理學科特性的品質，所以物理教學要注重學生科學素養的培養。