巧改实验定量教学

郭信平

“探究安培力”这节课是教师教与学生学的难点，在市公开课中，笔者精心设计了教师演示实验和学生分组实验，主要有：一是安培力的方向用十二字诀（“万箭穿心”、“仙人指路”、“一指乾坤”）总结出来，降低了学生的记忆难度；二是安培力大小演示实验从教材给出的定性实验巧妙设计为定量实验，提升实验的可信度和精确度。安培力大小定量实验的成功突破了教学重难点的同时，培养了学生观察、实验和归纳总结等能力，实现了知识和能力的共增长。

粤教版新课程教材选修3-1第三章第三节“探究安培力”，这节课容量多，难度大，演示实验为简单的定性实验，没有说服力。为此，大部分老师在处理这部分内容时都是直接给出安培力大小的计算公式，笔者在2009年10月份一堂市级公开课——“探究安培力”，经过一个多月的准备，这节课呈现了探究式教学法的设计理念，在教材“实验与探究”定性实验基础上，巧妙设计为学生分组实验，使实验从定性分析转变为定量测量。公开课得到了听课专家、教研员和教师的高度评价。现把这节课的教学小结如下，与大家共勉。

一、 教学准备

电动机模型、铁架台、三个蹄形磁铁、电源、滑动变阻器、电键、导线、电流表、直尺

二、 教学过程

新课引入：[演示]教师展示电动机模型主要构件——磁铁（定子）、线圈（转子），当场组装电动机模型，接通电源让电动机转动。

师：电动机接通电源后，线圈转动，说明通电线圈受到力的作用。物理学家安培首先发现这个现象并对此力进行研究，后人为了纪念安培的贡献，将磁场对电流的作用力称为安培力。师：力是矢量，有大小有方向。今天这节课我们就从这两个方面去探究学习磁场对电流的作用力——安培力。首先我们来研究安培力的方向。安培力的方向与哪些因素有关？生：磁场方向、电流方向。

这是安培力演示器，U型磁铁提供磁场，不接电源，铜管静止在近光滑导轨上；接通电源，铜管会如何？代表什么意思？生：铜管会动起来，铜管运动方向代表铜管的受力方向，即电流受力方向。师：磁铁N极在上，S极在下，磁场方向向哪？生：磁场方向向下。师：这边接电源正极，另一边接电源负极，电流如何流？生：向左。

教师接通电源，铜管如何运动？说明安培力的方向向哪？生：向外运动，安培力向外。教师PPT展示三者的立体示意图。教师重复类似实验，给出另外三幅立体示意图。

师：从这四幅立体图中同学们可以看出安培力的方向有什么特点？生：安培力的方向垂直于磁场方向和电流方向。师：安培力的方向可以用左手定则来判断。PPT展示左手定则的内容及左手定则的立体图。

师：左手定则的内容比较长。请同学发挥自己的想象力并把左手伸出来感受如图所示的情境。磁感线是带箭头的直线，像不像弓箭？“伸开左手，使拇指与四指在同一平面并跟四指垂直，手心打开让磁感线垂直穿过手心”，称为“万箭穿心”；“万箭穿心”是一件很痛苦的事情，只能请求神仙的帮忙，“使四指指向电流的方向”称为“神仙指路”；“大拇指所指的就是通电导体所受安培力的方向”成为“一指乾坤”。所以我们判断安培力的方向只需记住这个十二个字诀：“万箭穿心”、“仙人指路”、“一指乾坤”。

师：安培力的方向我们弄清楚了，接下来我们来研究安培力的大小与哪些因素有关，请同学们来猜猜。生：电流大小I、磁场强弱、通电导线的长度L。师：将安培力演示器中通过铜管的电流的方向变成与磁场平行，请同学们来看看实验有什么不同？铜管怎么动？说明什么？生：铜管不动，说明不受安培力。师：电流与磁场垂直，铜管运动，说明铜管受到安培力；电流与磁场平行，铜管不受安培力，这说明什么？生：安培力还与电流与磁场的夹角有关。师：经分析，我们知道安培力大小与电流大小I、磁场强弱、导线长度L、电流方向与磁场方向的夹角θ有关。实验证明，电流与磁场垂直时，安培力最大；电流与磁场平行时，安培力最小，F安=0；电流与磁场在某一夹角时，安培力在最大值和0之间。为了研究问题的方便，我们今天只研究电流与磁场的夹角θ=90°的情况下，安培力大小與电流大小、导线长度、磁场强弱的关系。师：下面请同学根据桌面所给出的实验器材来设计实验研究安培力大小与电流大小、导线长度、磁场强弱的关系。

教师给学生3、4分钟设计实验原理并组装实验器材。师：安培力F与多个因素有关，应采用什么实验方法？生：控制变量法。师：怎么控制？生：在磁场强弱、导线长度相同情况下，研究F与I的关系；在磁场强弱、电流情况相同情况下，研究F与L的关系。

教师引导学生从实验数据及图像得出：F∝I；F∝L。师：实验证明：F∝I；F∝L；则我们可以说：F∝IL；师：F与IL的乘积成正比，写成表达式形式，前面有个常数，该常数与什么因素有关？同学们想想F还与什么因素有关？生：与磁场强弱有关。师：该常数由磁场决定，物理上用B表示，所以F=BIL；B称为磁感应强度，是反映磁场强弱的物理量，由磁场决定。磁场越强，B越大。

三、 板书设计

安培力：磁场对电流的作用力

1.方向 左手定则：万箭穿心、仙人指路、一指乾坤

2.大小 F=BIL （I⊥B）

B——磁场强度，描述磁场强弱的物理量； L——导线有效长度

适用条件：匀强磁场

（作者单位：广西壮族自治区桂林市桂电中学）