以问题为中心的高中物理课堂教学设计

牛宝谦

一、教材分析

“磁场对通电导线的作用力”是人教版高中物理选择性必修第二册第一章第一节的内容，它承接了电磁感应相关知识点，也为后续洛伦兹力相关知识的学习打下基础。教材在设计上主要以实验为引，通过把一段导体棒悬挂在蹄形磁铁的两极间，再通上电流，来唤醒学生对相关知识点的印象，同时引入若干引导性问题，结合实例来帮助学生了解左手法则的来源。教学的核心应放在安培力、电流、磁感应强度之间的方向关系讲解，以求让学生在了解左手法则的同时了解其本质，达到知其所以然的目的。

二、学情分析

经过前面的学习，学生已经基本了解了电场、磁场等相关知识，同时对物理学科探究的积极性也相较于高中入学时期有了明显的提升，具备了深入探究的基础。

三、教学目标

1.理解安培力的概念和产生条件，掌握安培力方向的判定方法，并能应用其解决一些实际问题。

2.了解安培力在生活中的应用情况，结合生活实例加深对安培力相关知识的理解，激发物理探究兴趣，了解物理与生活的关系。

四、教学重难点

教学重点：在掌握安培力F=IlB公式的基础上，明确安培力方向的确定方法。

教学难点：了解左手法则的由来，并能够在不同的场景中灵活运用左手法则来解决实际问题。

五、教学过程

（一）课时导入

教师播放视频，带领学生简单了解电動机、电磁铁、磁悬浮列车，引出本节课的主题。

教师：同学们，经过前面的学习，想必你们对电和磁之间的关系有了简单的了解，有没有哪位同学自告奋勇，带着大家回顾一下相关知识呢？

学生举手发言，对必修三电磁感应相关知识进行回顾。

教师：看来这位同学对相关知识点掌握得不错，电和磁的一些特性在我们的生活中有着广泛的应用（多媒体展示电动机、电磁铁、磁悬浮列车，并将画面切换到其电动机的构造上）。大家看，这就是电动机的内部构造，里面是一个磁铁和一个线圈，如果给电动机通电的话，它就会这样工作。（播放视频动画，电动机通电后，线圈开始转动）

教师提问：假如我们将电流的方向反过来，又会产生怎样的现象呢？

学生猜测：我猜线圈也会反过来转动。

（教师改变电流方向，线圈的转动方向果然发生了变化）

教师：大家是不是逐渐对这一现象产生好奇了呢？但仅凭我们目前掌握的知识还无法解释这一现象。但只要大家认真学习，这节课结束的时候，相信大家都会有答案的。

（设计意图：通过播放电动机、电磁铁和磁悬浮列车的视频，引导学生回顾了电磁感应的相关知识，而后以电动机的内部构造和工作原理自然地引入本节课的主题。在改变电流方向观察线圈转动方向变化的简单动画实验中留下悬念，进一步激发学生的探索欲望。）

（二）问题探究

◆问题一：安培力的大小和方向与哪些因素有关？（概念初探）

教师利用视频动画复现教材第2页的实验案例（见图1），学生观察现象并在课本上记录假设：方向变化可能与磁场方向和电流方向有关。

教师：接下来，我们来探究安培力的大小与哪些因素有关。我们可以通过控制变量法来研究这个问题。首先，保持其他条件不变，只改变磁感应强度B，观察安培力F的变化。然后，保持其他条件不变，只改变导体长度l，观察安培力F的变化。最后，保持其他条件不变，只改变电流强度I，观察安培力F的变化情况。

学生通过实验观察并记录数据，得出结论：安培力的大小与磁感应强度、导线长度、电流大小（暂未引入夹角）有关，即F=IlB（匀强磁场）。

◆问题二：怎样更加直观地判断安培力的方向？（概念具化）

学生从公式中可以初步地感知安培力方向的判定条件，但想要直接判断安培力时，却又犯了难。教材给出了一个简单的判定方法——左手法则。

（1）左手法则的引入

教师：实际上，为了直观地判断安培力的方向，物理学家为我们总结出了一个简单的方法——左手法则。下面我来演示一下这个方法。

（教师演示左手法则：将左手掌伸平，让大拇指与四指在同一平面内且互相垂直，然后将磁感线穿入手心，四指指向电流方向，大拇指所指的方向即为安培力的方向。）

（2）学生实践操作

教师：现在请同学们尝试运用左手法则来判断安培力的方向。大家跟着课件上的动画一起来试一试，大拇指指向磁场方向，四指指向电流方向，然后将左手掌伸平，按照刚才教的方法进行操作，看一看安培力的方向是不是和动画中展现的一样。

学生实践操作后，交流培力方向的判断心得，并记录在笔记本上。

◆问题三：在现实应用场景中，导线和磁感线并不总是垂直，这时又该如何判断安培力的方向呢？（概念拓展）

在现实应用中，导线与磁感线普遍存在一个夹角。为了解决这个问题，教学时需要引入一个新的概念——有效长度。有效长度是指导线在垂直于磁场方向上的投影长度。当导线与磁感线不垂直时，可以通过计算有效长度来近似地表示安培力的大小，即F=IlBsinθ。

（1）有效长度的引入

教师：同学们，我们刚才学习了左手法则，运用它可以方便地判断安培力的方向。但是，这个方法有一个前提条件，就是导线和磁感线必须垂直。如果导线和磁感线之间有一个夹角，那么左手法则还适用吗？我们来看一个实验。（播放视频动画，展示导线与磁感线之间有一个夹角的情况，导线通过一个弹簧秤连接到一个固定点，电流通过导线时，导线受到安培力，弹簧秤显示出安培力的大小。）请同学们观察视频中的现象，并记录下来。我们发现，当导线和磁感线之间的夹角变化时，安培力的大小也随之变化。那么，安培力的大小和夹角之间有什么关系呢？我们可以用什么公式来表示呢？

（2）学生自主探究

学生根据提示，尝试推导安培力的公式，并将自己的推导过程写在纸上。

提示1：如果导线和磁感线之间的夹角是90°，安培力的大小是多少？这时候，左手法则还适用吗？

提示2：如果导线和磁感线之间的夹角是0°，安培力的大小又是多少？这时候，左手法则还适用吗？

提示3：如果導线和磁感线之间的夹角是任意角度θ，那么安培力的大小是多少？这时候，左手法则还适用吗？

（3）讨论交流

教师：请同学们将自己的推导过程和结果与小组成员进行交流，看看大家有没有不同的想法，并找出最合理的答案。

（教师巡视，观察学生的讨论情况。）

（设计意图：整个探究流程以问题为线索不断推进能够更好地激发学生的学习兴趣，引导他们在探究过程中不断思考，从而培养他们的科学探究能力和自主学习能力。对安培力公式的推导和应用，学生可以更加深入地理解安培力的概念，为后续的概念讲解打下基础。）

（三）概念教学

教师：通过对三个问题的探究，相信大家已经对老师开头给大家留的问题有了答案。但物理学习是严谨的，我们只清楚其中的原理还不够，还需要用科学的语言进行总结。现在让我们回到课本，看一看课本上是怎样描述这些规律的。

（教师引导学生再次回顾课本内容。虽然课本上的概念相对抽象，但学生经过探究后很容易就能明白这些概念。）

学生查看教材是怎样描述左手法则、安培力的方向，以及电流方向与磁场方向夹角θ是如何影响安培力的。在这个阶段，学生也终于明白了之前F=IlB是怎样得出的，当夹角θ为90°时，sin90°=1，F=IlBsinθ也就等于F=IlB了。

（设计意图：本部分主要总结概念，规范学生的表达，并逐步形成物理思维。将概念教学放在问题探究之后，目的在于让学生通过自己的探究和思考对概念形成初步的认识，然后在教师的引导下，结合课本中的描述，对概念进行深入体会，从而加深学生对概念的理解。）

（四）小试牛刀

教师：为了检验大家对今天所学内容的掌握情况，我们来做一些练习题。

（教师多媒体展示课本第6页的练习题，让学生作答。）

学生根据所学知识，认真审题并尝试自己解答。教师可针对具体情况给予一定的提示。

（设计意图：通过练习，学生可以更好地掌握本节课所学内容，提高解题能力和应用能力。同时，通过学生的答题情况，了解学生对本节课内容的掌握情况。）

（五）教学总结

教师：同学们，今天我们学习了安培力大小的计算方法，也学会了它的一般公式，以及如何利用左手法则判断安培力的方向。这些知识在现实生活中有着广泛的应用。物理就是这样一门课程，它源于生活中的一些微小现象，假如我们用心，就能够从中一窥自然界的奥秘。

（教师布置预习任务和练习作业，对学生的表现进行简评，完成教学总结。）

（设计意图：教师和学生共同回顾本节课所学内容，加深学生对所学知识的印象。同时，引导学生认识到这些知识在现实生活中的应用价值，激发学生的学习兴趣。）

六、教学反思

本次教学基本达到预期效果，课堂主体部分也以问题为核心，成功地引导学生完成了安培力公式、方向的判断，以及有效长度概念的学习。从学生的反应和互动中可以看出，大部分学生对这些内容有了较为深刻的理解。首先，在概念教学部分，我通过对三个问题的探究，引导学生在实际操作和思考中逐渐理解安培力、电流方向与磁场方向的关系等。学生通过翻阅教材，进一步明确和规范了对这些概念的描述，这对于形成物理思维、加深理解非常有益。但在练习环节中，我发现部分学生在解答有关安培力的问题时，仍存在一些问题，他们容易忘记考虑电流和磁场之间的夹角。这说明学生对概念的理解仍然相对模糊，需要在作业部分强化记忆，在后续的教学中，需要注重对公式中每个物理量的解读，并多进行一些相关练习，以提高解题能力。同时，我也应该增加更多的实例演示，多留给学生讨论消化的时间，让学生在实践中更好地掌握知识。最后，由于课堂主要以问题讨论为主，我讲解时间相对较少，教学节奏可能稍快，导致部分学生无法跟上。为此，我在今后的教学中，会更加注重学生的反馈，适时调整教学节奏，确保每个学生都能充分掌握所学内容。

（作者单位：甘肃省会宁县第五中学）

编辑：常超波