物理概念教学中学科素养的培养

张继良

         

一、通過复习引导学生回忆所学磁感应强度的概念，目的是使学生的思维进入物理课堂

如：磁感应强度由什么决定？磁感应强度的大小如何量度？

答：磁感应强度由磁场本身性质决定，是矢量，方向小磁针静止时北极指向，大小可用来描述磁场的强弱。磁感应强度的定义式是： （通电导线垂直放置磁场中），所以磁场中某一点的磁感应强度大小可用垂直放置于该点的电流元所受磁场力的大小与该电流元的长度L、电流强度I的乘积IL的比值来量度。

二、通过观看演示实验引入新课，目的是激发学生兴趣

如图1，通电导线在磁场中，电建闭合，棒由静止到运动，状态改变，说明受力了。受到的磁场力通常叫做安培力。这节课我们主要研究安培力的大小和方向。

三、通过学生分组实验探究，总结分析得出安培力的方向

探究安培力的方向与哪些因素有关？

1.实验探究：学生分组实验

实验器材：线圈、蹄形磁铁、导线、一节干电池。

改变磁场B方向，观察线框下边运动方向，说明安培力F方向改变;

改变电流I方向，观察线框下边运动方向，说明安培力F方向改变;

分析总结：通过实验探究，学生发现通电导线所受安培力方向既与电流方向垂直又与磁场方向垂直，即垂直于电流和磁场所在的平面，如图2。

如何用简洁的方式来表示出导体棒所受安培力的方向？找学生通过学生的分组实验分析总结，得出安培力的方向，实现“从碎片知识到概念体系的过度”。

2.引导学生将矢量物理量建立在三维立体空间中，然后总结得出安培力方向的判定方法（通电导线垂直放在匀强磁场中，F、B、I方向关系——左手定则，如图3）

（1）伸开左手，大拇指跟四指垂直，且在同一个平面内。

（2）让磁感线垂直穿过手心。

（3）使四指指向电流方向，则拇指指向安培力的方向。

3.纸面简捷示意图

知道了安培力方向的判定方法了，如何在纸面上表示出四个物理量之间的关系呢？教给学生立体图、侧视图、俯视图、剖面图如何观看，如何分析，如何画出。

如图4：已知磁场方向和导线中的电流方向，判断通电导线所受安培力的方向

规范对F、B、I物理量在平面图中的画法约定，通过画图加深对观念的理解，培养学生三维空间的想象力。

4.通过实验总结规律，理论分析实际应用

教师演示实验，由实验观察到现象同向电流相吸，异向电流相斥，如图5。

理论分析：特别强调1导线中的电流在2导线周围空间产生磁场（左侧导线为1导线，右侧导线为2导线），使得通电导线2受到磁场力的作用。同理2导线中的电流在1导线周围空间产生磁场，使得通电导线1受到磁场力的作用。采用画图法，带领学生分析2导线中的电流用1导线的电流在其周边产生的磁场，同理分析1导线中的电流用2导线的电流在其周边产生的磁场，通过分析受力，感悟实验现象与理论分析吻合，加深对概念的理解。

四、安培力大小的公式表述

如图6，若已知磁感应强度B，在磁场中导体棒的长度L 和导体棒中通的电流的大小I，由磁感应强度的定义式： （通电导线垂直放置磁场中）则导体棒在磁场中所受力的大小为 。

例题：已知匀强磁场方向垂直黑板向里，且磁感应强度B=0.5T，导线中通入电流强度I=0.2A的电流，其方向如图所示。若导线长L=0.2m，试求图6中导线所受安培力的大小及方向.

解：因导线是垂直放人匀强磁场中，所以安培力大小 。安培力的方向满足左手定则：在黑板平面内且垂直于导线斜向上，如图6所示。

若通电导线斜放入匀强磁场中，电流方向与磁场方向不垂直时，如图所示，求导线所受安培力的大小？（培养学生的逻辑思维能力，推理能力，运用数学解决物理问题的能力）

方法一：（分解B）当电流方向垂直磁场方向时，F=BIL;当电流方向平行于磁场方向时，F=0。所以可把磁感应强度B进行分解，分解为垂直电流方向的磁感应强度分量 和平行于电流方向的分量 ，而求出 对导线的作用力即可（如图7）。

以上两种解法，方法不同结果相同。当导线方向与磁场方向不垂直而是成任意角θ时，导线所受安培力的大小为 ，θ是B方向与I方向的夹角。公式普遍适用于任何方向放置在匀强磁场中的通电导线的受力情况。

学生反馈练习：表示以下各图安培力的大小和方向，进一步强化对安培力概念的深刻理解。

五、课堂小结

1.掌握安培力方向判定—左手定则

2.安培力大小计算F=BILsinθ（θ是B方向与I方向的夹角）

通过本节课的概念教学，培养学生小组合作，实验探究，三维立体空间想象力，立体图、侧视图、俯视图、剖面图如何观看，如何分析。对于如何将三维空间立体图画在二维平面上，如何画出的基本要求进行约定。学生通过对安培力大小的公式推导从而培养学生的逻辑思维能力，推理能力，运用数学解决物理问题的能力，将概念教学进一步深化。从而也展示了物理与实际生活密切贴近，与各学科之间相互交织，从人类的生存发展，以及智商发展，进一步体现了学生在接受物理教育过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会需要的必须品格和关键能力，是学生通过物理学习内化的带有物理学科特性的品质，所以物理教学要注重学生科学素养的培养。