以問題為中心的高中物理課堂教學設計

一、教材分析

“磁場對通電導線的作用力”是人教版高中物理選擇性必修第二冊第一章第一節的內容，它承接了電磁感應相關知識點，也為后續洛倫茲力相關知識的學習打下基礎。教材在設計上主要以實驗為引，通過把一段導體棒懸掛在蹄形磁鐵的兩極間，再通上電流，來喚醒學生對相關知識點的印象，同時引入若干引導性問題，結合實例來幫助學生了解左手法則的來源。教學的核心應放在安培力、電流、磁感應強度之間的方向關系講解，以求讓學生在了解左手法則的同時了解其本質，達到知其所以然的目的。

二、學情分析

經過前面的學習，學生已經基本了解了電場、磁場等相關知識，同時對物理學科探究的積極性也相較于高中入學時期有了明顯的提升，具備了深入探究的基礎。

三、教學目標

1.理解安培力的概念和產生條件，掌握安培力方向的判定方法，并能應用其解決一些實際問題。

2.了解安培力在生活中的應用情況，結合生活實例加深對安培力相關知識的理解，激發物理探究興趣，了解物理與生活的關系。

四、教學重難點

教學重點：在掌握安培力F=IlB公式的基礎上，明確安培力方向的確定方法。

教學難點：了解左手法則的由來，并能夠在不同的場景中靈活運用左手法則來解決實際問題。

五、教學過程

（一）課時導入

教師播放視頻，帶領學生簡單了解電動機、電磁鐵、磁懸浮列車，引出本節課的主題。

教師：同學們，經過前面的學習，想必你們對電和磁之間的關系有了簡單的了解，有沒有哪位同學自告奮勇，帶著大家回顧一下相關知識呢？

學生舉手發言，對必修三電磁感應相關知識進行回顧。

教師：看來這位同學對相關知識點掌握得不錯，電和磁的一些特性在我們的生活中有著廣泛的應用（多媒體展示電動機、電磁鐵、磁懸浮列車，并將畫面切換到其電動機的構造上）。大家看，這就是電動機的內部構造，里面是一個磁鐵和一個線圈，如果給電動機通電的話，它就會這樣工作。（播放視頻動畫，電動機通電后，線圈開始轉動）

教師提問：假如我們將電流的方向反過來，又會產生怎樣的現象呢？

學生猜測：我猜線圈也會反過來轉動。

（教師改變電流方向，線圈的轉動方向果然發生了變化）

教師：大家是不是逐漸對這一現象產生好奇了呢？但僅憑我們目前掌握的知識還無法解釋這一現象。但只要大家認真學習，這節課結束的時候，相信大家都會有答案的。

（設計意圖：通過播放電動機、電磁鐵和磁懸浮列車的視頻，引導學生回顧了電磁感應的相關知識，而后以電動機的內部構造和工作原理自然地引入本節課的主題。在改變電流方向觀察線圈轉動方向變化的簡單動畫實驗中留下懸念，進一步激發學生的探索欲望。）

（二）問題探究

◆問題一：安培力的大小和方向與哪些因素有關？（概念初探）

教師利用視頻動畫復現教材第2頁的實驗案例（見圖1），學生觀察現象并在課本上記錄假設：方向變化可能與磁場方向和電流方向有關。

教師：接下來，我們來探究安培力的大小與哪些因素有關。我們可以通過控制變量法來研究這個問題。首先，保持其他條件不變，只改變磁感應強度B，觀察安培力F的變化。然后，保持其他條件不變，只改變導體長度l，觀察安培力F的變化。最后，保持其他條件不變，只改變電流強度I，觀察安培力F的變化情況。

學生通過實驗觀察并記錄數據，得出結論：安培力的大小與磁感應強度、導線長度、電流大小（暫未引入夾角）有關，即F=IlB（勻強磁場）。

◆問題二：怎樣更加直觀地判斷安培力的方向？（概念具化）

學生從公式中可以初步地感知安培力方向的判定條件，但想要直接判斷安培力時，卻又犯了難。教材給出了一個簡單的判定方法——左手法則。

（1）左手法則的引入

教師：實際上，為了直觀地判斷安培力的方向，物理學家為我們總結出了一個簡單的方法——左手法則。下面我來演示一下這個方法。

（教師演示左手法則：將左手掌伸平，讓大拇指與四指在同一平面內且互相垂直，然后將磁感線穿入手心，四指指向電流方向，大拇指所指的方向即為安培力的方向。）

（2）學生實踐操作

教師：現在請同學們嘗試運用左手法則來判斷安培力的方向。大家跟著課件上的動畫一起來試一試，大拇指指向磁場方向，四指指向電流方向，然后將左手掌伸平，按照剛才教的方法進行操作，看一看安培力的方向是不是和動畫中展現的一樣。

學生實踐操作后，交流培力方向的判斷心得，并記錄在筆記本上。

◆問題三：在現實應用場景中，導線和磁感線并不總是垂直，這時又該如何判斷安培力的方向呢？（概念拓展）

在現實應用中，導線與磁感線普遍存在一個夾角。為了解決這個問題，教學時需要引入一個新的概念——有效長度。有效長度是指導線在垂直于磁場方向上的投影長度。當導線與磁感線不垂直時，可以通過計算有效長度來近似地表示安培力的大小，即F=IlBsinθ。

（1）有效長度的引入

教師：同學們，我們剛才學習了左手法則，運用它可以方便地判斷安培力的方向。但是，這個方法有一個前提條件，就是導線和磁感線必須垂直。如果導線和磁感線之間有一個夾角，那么左手法則還適用嗎？我們來看一個實驗。（播放視頻動畫，展示導線與磁感線之間有一個夾角的情況，導線通過一個彈簧秤連接到一個固定點，電流通過導線時，導線受到安培力，彈簧秤顯示出安培力的大小。）請同學們觀察視頻中的現象，并記錄下來。我們發現，當導線和磁感線之間的夾角變化時，安培力的大小也隨之變化。那么，安培力的大小和夾角之間有什么關系呢？我們可以用什么公式來表示呢？

（2）學生自主探究

學生根據提示，嘗試推導安培力的公式，并將自己的推導過程寫在紙上。

提示1：如果導線和磁感線之間的夾角是90°，安培力的大小是多少？這時候，左手法則還適用嗎？

提示2：如果導線和磁感線之間的夾角是0°，安培力的大小又是多少？這時候，左手法則還適用嗎？

提示3：如果導線和磁感線之間的夾角是任意角度θ，那么安培力的大小是多少？這時候，左手法則還適用嗎？

（3）討論交流

教師：請同學們將自己的推導過程和結果與小組成員進行交流，看看大家有沒有不同的想法，并找出最合理的答案。

（教師巡視，觀察學生的討論情況。）

（設計意圖：整個探究流程以問題為線索不斷推進能夠更好地激發學生的學習興趣，引導他們在探究過程中不斷思考，從而培養他們的科學探究能力和自主學習能力。對安培力公式的推導和應用，學生可以更加深入地理解安培力的概念，為后續的概念講解打下基礎。）

（三）概念教學

教師：通過對三個問題的探究，相信大家已經對老師開頭給大家留的問題有了答案。但物理學習是嚴謹的，我們只清楚其中的原理還不夠，還需要用科學的語言進行總結。現在讓我們回到課本，看一看課本上是怎樣描述這些規律的。

（教師引導學生再次回顧課本內容。雖然課本上的概念相對抽象，但學生經過探究后很容易就能明白這些概念。）

學生查看教材是怎樣描述左手法則、安培力的方向，以及電流方向與磁場方向夾角θ是如何影響安培力的。在這個階段，學生也終于明白了之前F=IlB是怎樣得出的，當夾角θ為90°時，sin90°=1，F=IlBsinθ也就等于F=IlB了。

（設計意圖：本部分主要總結概念，規范學生的表達，并逐步形成物理思維。將概念教學放在問題探究之后，目的在于讓學生通過自己的探究和思考對概念形成初步的認識，然后在教師的引導下，結合課本中的描述，對概念進行深入體會，從而加深學生對概念的理解。）

（四）小試牛刀

教師：為了檢驗大家對今天所學內容的掌握情況，我們來做一些練習題。

（教師多媒體展示課本第6頁的練習題，讓學生作答。）

學生根據所學知識，認真審題并嘗試自己解答。教師可針對具體情況給予一定的提示。

（設計意圖：通過練習，學生可以更好地掌握本節課所學內容，提高解題能力和應用能力。同時，通過學生的答題情況，了解學生對本節課內容的掌握情況。）

（五）教學總結

教師：同學們，今天我們學習了安培力大小的計算方法，也學會了它的一般公式，以及如何利用左手法則判斷安培力的方向。這些知識在現實生活中有著廣泛的應用。物理就是這樣一門課程，它源于生活中的一些微小現象，假如我們用心，就能夠從中一窺自然界的奧秘。

（教師布置預習任務和練習作業，對學生的表現進行簡評，完成教學總結。）

（設計意圖：教師和學生共同回顧本節課所學內容，加深學生對所學知識的印象。同時，引導學生認識到這些知識在現實生活中的應用價值，激發學生的學習興趣。）

六、教學反思

本次教學基本達到預期效果，課堂主體部分也以問題為核心，成功地引導學生完成了安培力公式、方向的判斷，以及有效長度概念的學習。從學生的反應和互動中可以看出，大部分學生對這些內容有了較為深刻的理解。首先，在概念教學部分，我通過對三個問題的探究，引導學生在實際操作和思考中逐漸理解安培力、電流方向與磁場方向的關系等。學生通過翻閱教材，進一步明確和規范了對這些概念的描述，這對于形成物理思維、加深理解非常有益。但在練習環節中，我發現部分學生在解答有關安培力的問題時，仍存在一些問題，他們容易忘記考慮電流和磁場之間的夾角。這說明學生對概念的理解仍然相對模糊，需要在作業部分強化記憶，在后續的教學中，需要注重對公式中每個物理量的解讀，并多進行一些相關練習，以提高解題能力。同時，我也應該增加更多的實例演示，多留給學生討論消化的時間，讓學生在實踐中更好地掌握知識。最后，由于課堂主要以問題討論為主，我講解時間相對較少，教學節奏可能稍快，導致部分學生無法跟上。為此，我在今后的教學中，會更加注重學生的反饋，適時調整教學節奏，確保每個學生都能充分掌握所學內容。

（作者單位：甘肅省會寧縣第五中學）

編輯：常超波