《定量实验探究通电导线在磁场中受力的因素》教学设计

湖北省宜昌市三峡高级中学(443100)

万宗琼

《定量实验探究通电导线在磁场中受力的因素》教学设计

湖北省宜昌市三峡高级中学(443100)

万宗琼

1 实验器材

学生电源、开关、导线、自制分组实验探究仪、自制演示仪等。

2 实验创新点

自制通电导线受力探究仪如图1所示，用此仪器进行实验与教材原实验相比有四大改进。①用线圈代替单根导线，增强磁场力的作用效果；②变定性判断为定量测量：用细绳将受力后摆动一定角度的线圈拉到竖直位置，由力的平衡知识可知测出细绳拉力的大小即为磁场力的大小；③用劲度系数很小的橡皮筋能产生较大的形变量；④通过改变磁铁的个数来改变导线的有效长度，操作方便快捷。

图1 通电导线受力探究仪

3 实验教学目标

3.1 知识与技能

(1)理解通电导线在磁场中受到的力跟电流、导线长度、磁场强弱、导线与磁场放置位置之间的关系。

(2)能自主设计探究磁场力与电流、导线长度、磁场强弱关系的实验并规范操作实验。

3.2 过程与方法

(1)学生通过分组实验定量探究磁场力跟电流、导线长度、磁场强弱、导线与磁场放置位置之间的关系，体会控制变量法的应用。

(2)师生互动探究磁场力跟导线与磁场放置位置的关系。

(3)学生通过处理数据体会作图法特别是电脑作图法的应用。

3.3 情感、态度与价值观

培养学生的求实品质、探究意识，激发学生的创新精神。

4 实验教学重点

通过定量实验探究通电导线在磁场中受到的力跟电流、导线长度、磁场强弱、导线与磁场放置位置之间的关系。

5 实验教学难点

引导学生自主设计探究磁场力与电流、导线长度、磁场强弱的实验。

6 教学方法和过程

6.1 提出猜想

课前通过讨论不同磁场强弱不同，寻找到类比研究电场强弱探究磁场强弱的方法，即通过研究通电导线在磁场中受到的力来研究磁场的强弱。那么通电导线在磁场中受到的力可能与那些因素有关呢？

学生猜想：通电导线在磁场中受到的力可能与电流的大小、导线的长度(线圈的匝数)、磁场的强弱、导线在磁场中放置的位置有关。

6.2 自主设计实验方案

师生共同讨论，列出需要解决的问题。

(1)如何改变电流的大小？

(2)如何改变导线的长度？

(3)如何改变磁场的大小？

(4)导线的放置方式有哪些？

(5)如何测力的大小？

学生讨论后展示答案。

(1)①改变电压；②改变电阻。

(2)①改变线圈的匝数；②改变磁铁的个数；③改变导线在磁场中有电流部分的长度。

(3)①选用不同型号磁铁；②电磁铁可改变电流。

(4)①平行放置；②倾斜放置；③垂直放置。

(5)①观察偏角大小(定性)；②测出偏角(定量)；③用细线将导线拉到竖直位置，测出细线拉力(定量)。

6.3 实验探究

6.3.1 探究一

通电导线在磁场中受到的力究竟与导线在磁场中放置的位置有没有关呢？

教师演示：保持导线位置不变，改变磁场方向，导线的偏角会变吗？

实验过程如图2所示。

图2 探究一实验过程

学生观察、思考：发现偏角逐渐变大，说明力与二者之间的放置位置有关。

6.3.2 探究二

通电导线在磁场中受到的力是否与电流、导线长度、磁场有强弱关呢？

自制“通电导线受力探究仪”分组实验探究，教师巡回指导。

学生分组探究实验过程如图3所示。

图3 探究二实验过程

(1)控制导线长度、磁场的大小一定(电流与磁场垂直)，改变电流，探究力与电流的关系。

(2)控制电流、磁场的大小一定(电流与磁场垂直)，改变长度，探究力与长度的关系。

(3)控制电流、导线长度一定(电流与磁场垂直)，改变磁铁的型号，探究力与磁场强弱的关系。

6.4 数据处理，得出结论

电脑输入学生实验数据，生成F-I和F-L图像，两图像均为一条过原点的直线，如图4、图5所示。

图4 F-I图像

图5 F-L图像

6.5 课堂小结

探究过程：提出猜想——设计方案——实验探究——得出结论。

实验方法：控制变量法、作图法。

6.6 实验教学效果与评价

6.6.1 实验设计亮点

(1)引导学生独立思考，大胆猜想。

(2)引导学生自主设计实验方案。

(3)自制实验教具定量分组实验探究。

(4)采用电脑作图法处理数据。

6.6.2 教学评价

在突破教学难点的同时，充分调动了学生学习的主动性，体现了学生的主体地位，培养了学生的探究意识、合作意识、创新精神、动手能力、分析问题和解决问题的能力以及求实的品质。

实验教学

2017-07-02

2015年河南省教育技术装备和实践教育研究课题“信息技术与小学科学实验教学整合的实践研究”，课题编号：PZS191。