物理概念教學(xué)中學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)

張繼良

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一、通過復(fù)習(xí)引導(dǎo)學(xué)生回憶所學(xué)磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念，目的是使學(xué)生的思維進(jìn)入物理課堂

如：磁感應(yīng)強(qiáng)度由什么決定？磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小如何量度？

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

二、通過觀看演示實(shí)驗(yàn)引入新課，目的是激發(fā)學(xué)生興趣

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

三、通過學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)探究，總結(jié)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(guān)？

1.實(shí)驗(yàn)探究：學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)器材：線圈、蹄形磁鐵、導(dǎo)線、一節(jié)干電池。

改變磁場B方向，觀察線框下邊運(yùn)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(yùn)動方向，說明安培力F方向改變;

分析總結(jié)：通過實(shí)驗(yàn)探究，學(xué)生發(fā)現(xiàn)通電導(dǎo)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(dǎo)體棒所受安培力的方向？找學(xué)生通過學(xué)生的分組實(shí)驗(yàn)分析總結(jié)，得出安培力的方向，實(shí)現(xiàn)“從碎片知識到概念體系的過度”。

2.引導(dǎo)學(xué)生將矢量物理量建立在三維立體空間中，然后總結(jié)得出安培力方向的判定方法（通電導(dǎo)線垂直放在勻強(qiáng)磁場中，F(xiàn)、B、I方向關(guān)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(nèi)。

（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(guān)系呢？教給學(xué)生立體圖、側(cè)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(dǎo)線中的電流方向，判斷通電導(dǎo)線所受安培力的方向

規(guī)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(yǎng)學(xué)生三維空間的想象力。

4.通過實(shí)驗(yàn)總結(jié)規(guī)律，理論分析實(shí)際應(yīng)用

教師演示實(shí)驗(yàn)，由實(shí)驗(yàn)觀察到現(xiàn)象同向電流相吸，異向電流相斥，如圖5。

理論分析：特別強(qiáng)調(diào)1導(dǎo)線中的電流在2導(dǎo)線周圍空間產(chǎn)生磁場（左側(cè)導(dǎo)線為1導(dǎo)線，右側(cè)導(dǎo)線為2導(dǎo)線），使得通電導(dǎo)線2受到磁場力的作用。同理2導(dǎo)線中的電流在1導(dǎo)線周圍空間產(chǎn)生磁場，使得通電導(dǎo)線1受到磁場力的作用。采用畫圖法，帶領(lǐng)學(xué)生分析2導(dǎo)線中的電流用1導(dǎo)線的電流在其周邊產(chǎn)生的磁場，同理分析1導(dǎo)線中的電流用2導(dǎo)線的電流在其周邊產(chǎn)生的磁場，通過分析受力，感悟?qū)嶒?yàn)現(xiàn)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(yīng)強(qiáng)度B，在磁場中導(dǎo)體棒的長度L 和導(dǎo)體棒中通的電流的大小I，由磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義式： （通電導(dǎo)線垂直放置磁場中）則導(dǎo)體棒在磁場中所受力的大小為 。

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

解：因?qū)Ь€是垂直放人勻強(qiáng)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(nèi)且垂直于導(dǎo)線斜向上，如圖6所示。

若通電導(dǎo)線斜放入勻強(qiáng)磁場中，電流方向與磁場方向不垂直時(shí)，如圖所示，求導(dǎo)線所受安培力的大小？（培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，推理能力，運(yùn)用數(shù)學(xué)解決物理問題的能力）

方法一：（分解B）當(dāng)電流方向垂直磁場方向時(shí)，F(xiàn)=BIL;當(dāng)電流方向平行于磁場方向時(shí)，F(xiàn)=0。所以可把磁感應(yīng)強(qiáng)度B進(jìn)行分解，分解為垂直電流方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度分量 和平行于電流方向的分量 ，而求出 對導(dǎo)線的作用力即可（如圖7）。

以上兩種解法，方法不同結(jié)果相同。當(dāng)導(dǎo)線方向與磁場方向不垂直而是成任意角θ時(shí)，導(dǎo)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(qiáng)磁場中的通電導(dǎo)線的受力情況。

學(xué)生反饋練習(xí)：表示以下各圖安培力的大小和方向，進(jìn)一步強(qiáng)化對安培力概念的深刻理解。

五、課堂小結(jié)

1.掌握安培力方向判定—左手定則

2.安培力大小計(jì)算F=BILsinθ（θ是B方向與I方向的夾角）

通過本節(jié)課的概念教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生小組合作，實(shí)驗(yàn)探究，三維立體空間想象力，立體圖、側(cè)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(jìn)行約定。學(xué)生通過對安培力大小的公式推導(dǎo)從而培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，推理能力，運(yùn)用數(shù)學(xué)解決物理問題的能力，將概念教學(xué)進(jìn)一步深化。從而也展示了物理與實(shí)際生活密切貼近，與各學(xué)科之間相互交織，從人類的生存發(fā)展，以及智商發(fā)展，進(jìn)一步體現(xiàn)了學(xué)生在接受物理教育過程中逐步形成的適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會需要的必須品格和關(guān)鍵能力，是學(xué)生通過物理學(xué)習(xí)內(nèi)化的帶有物理學(xué)科特性的品質(zhì)，所以物理教學(xué)要注重學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)。