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安培力是高中物理教学中的一个非常重要的概念,对磁场的研究就是从磁场对电流的作用力开始的,安培力这个概念可以联系到物理学家安培在探究物理规律时所显现出来的人格、科学素养和情操,安培力在高中物理教学中也是探究洛仑兹力的重要途径,它和洛仑兹力有着不可分割的联系,安培力做功问题,涉及到能量之间的转换,是应用物理上不可小觑的一个课题。
笔者就自己的教学实践,谈谈高中物理教学中“安培力”对学生的探究意识、应用能力以及情感态度与价值观等方面的积极影响。
一、讲述安培力的研究历程,培养学生情感体验
人教版《物理》第三章的前三节是安培力概念建立的过程,给读者展示的是磁场的初步认识,从磁现象、电流的磁效应开始到安培的分子电流假说,有9个版面,涉及多位著名的物理学家,“奥斯特”这个名字最难忘,书本第81页安培和法拉第都对奥斯特在电磁学上的贡献作出了极高的评价,奥斯特的成功是那么偶然,又是那么必然,电流磁效应的发现,可让学生设计实验去体验,同时学生体会到物理就在我们身边,我们需要“慧眼”,“安培”这个名字出现最多,第一次出现是在第80页,他和库仑等站在一起,认为电和磁没有任何联系;第二次出现是站出来肯定与他昔日观点不同的“奥斯特”,充分体现了对真理的尊重,他不断地探究,一直到人们为了纪念他在这段物理历程中的贡献,用他的名字命名重要的物理概念“安培力”,这段物理学史充分体现了科学家在发现物理规律上那种认真的态度,敢于猜想,孜孜不倦地追求真理的科学素质,震撼学生的心灵,学生的情感因此而升华,可以增强学生的毅力。
二、分析安培力,激发学生探究意识
1.控制变量研究安培力与哪些因素有关
控制变量法是研究物理规律、探究物理量间关系的重要方法,这个过程可培养学生的科学探究能力,学生体验到科学探究的一般过程。
通过学生亲自参与探究并获得探究的成功,不仅得到是物理知识和规律,也得到了科学探究的方法和探究的成就感,更进一步激发了学生探究的热情,增强了学生自主探究的意识。
2.安培力与洛仑兹力的关系讨论
电荷的定向移动形成电流,磁场对电流的作用力其本质是磁场对运动电荷的作用力,那么洛仑兹力与安培力之间必然存在着一定的联系。
其实,人教版《物理》第96页的思考与讨论也是利用安培力公式来完成洛仑兹力公式的推导的,思考是最为简单的一种情况,导线静止且导线的方向与磁场的方向垂直时两个力之间的内在关系,导体棒中的电流I=nqsv,其中s为棒横截面的面积,q为导体中自由电荷的电荷量,n为其单位体积所含的数目,由于导体棒静止,所以每个自由电荷的定向移动速度都相等,式中用v表示,洛仑兹力表达式为,=Bqv;安培力表达式为F=BIL=BnsqvL导体中自由电荷总数为N=nsL由以上三式可以得出,安培力等于各移动电荷所受磁场对其洛仑兹力的矢量和。
如果导体棒是运动的,那么情况会是怎样呢?教师可引导学生进行定性探究。
如图1,光滑导轨上,水平放置一根导体棒ab,不难看出,流过导体棒的电流方向为a到b,根据左手定则,可判断导体棒受到磁场对其的安培力方向向右,导体棒ab将向右运动。
如图2,棒中的自由电子根据电流方向会有沿棒的分运动,分运动速度记作v1,同时电荷又参与了随导体棒ab向右的分运动,记作v2,很明显合运动使得粒子受到磁场对其的洛仑兹力不是水平向右的,也就是说,在通电导体运动的情况下,安培力不是各自由电荷受到洛仑兹力的矢量和。
那么,这种情况下两种力之间又有怎样的关系呢?教师可引导学生进一步探究,运用分运动的独立性和等效性,根据左手定则,可以判断,由分运动速度v1引起的洛伦兹力分量记作F1,方向向右,由分运动速度v1引起的洛伦兹力分量记作F2,方向沿棒ab由a指向b,棒ab所受的安培力F等效于所有粒子所受分力F1的叠加,而另一分量F2则是导体棒ab做切割磁感线运动产生感应电动势的非静电力。
笔者就自己的教学实践,谈谈高中物理教学中“安培力”对学生的探究意识、应用能力以及情感态度与价值观等方面的积极影响。
一、讲述安培力的研究历程,培养学生情感体验
人教版《物理》第三章的前三节是安培力概念建立的过程,给读者展示的是磁场的初步认识,从磁现象、电流的磁效应开始到安培的分子电流假说,有9个版面,涉及多位著名的物理学家,“奥斯特”这个名字最难忘,书本第81页安培和法拉第都对奥斯特在电磁学上的贡献作出了极高的评价,奥斯特的成功是那么偶然,又是那么必然,电流磁效应的发现,可让学生设计实验去体验,同时学生体会到物理就在我们身边,我们需要“慧眼”,“安培”这个名字出现最多,第一次出现是在第80页,他和库仑等站在一起,认为电和磁没有任何联系;第二次出现是站出来肯定与他昔日观点不同的“奥斯特”,充分体现了对真理的尊重,他不断地探究,一直到人们为了纪念他在这段物理历程中的贡献,用他的名字命名重要的物理概念“安培力”,这段物理学史充分体现了科学家在发现物理规律上那种认真的态度,敢于猜想,孜孜不倦地追求真理的科学素质,震撼学生的心灵,学生的情感因此而升华,可以增强学生的毅力。
二、分析安培力,激发学生探究意识
1.控制变量研究安培力与哪些因素有关
控制变量法是研究物理规律、探究物理量间关系的重要方法,这个过程可培养学生的科学探究能力,学生体验到科学探究的一般过程。
通过学生亲自参与探究并获得探究的成功,不仅得到是物理知识和规律,也得到了科学探究的方法和探究的成就感,更进一步激发了学生探究的热情,增强了学生自主探究的意识。
2.安培力与洛仑兹力的关系讨论
电荷的定向移动形成电流,磁场对电流的作用力其本质是磁场对运动电荷的作用力,那么洛仑兹力与安培力之间必然存在着一定的联系。

其实,人教版《物理》第96页的思考与讨论也是利用安培力公式来完成洛仑兹力公式的推导的,思考是最为简单的一种情况,导线静止且导线的方向与磁场的方向垂直时两个力之间的内在关系,导体棒中的电流I=nqsv,其中s为棒横截面的面积,q为导体中自由电荷的电荷量,n为其单位体积所含的数目,由于导体棒静止,所以每个自由电荷的定向移动速度都相等,式中用v表示,洛仑兹力表达式为,=Bqv;安培力表达式为F=BIL=BnsqvL导体中自由电荷总数为N=nsL由以上三式可以得出,安培力等于各移动电荷所受磁场对其洛仑兹力的矢量和。
如果导体棒是运动的,那么情况会是怎样呢?教师可引导学生进行定性探究。
如图1,光滑导轨上,水平放置一根导体棒ab,不难看出,流过导体棒的电流方向为a到b,根据左手定则,可判断导体棒受到磁场对其的安培力方向向右,导体棒ab将向右运动。
如图2,棒中的自由电子根据电流方向会有沿棒的分运动,分运动速度记作v1,同时电荷又参与了随导体棒ab向右的分运动,记作v2,很明显合运动使得粒子受到磁场对其的洛仑兹力不是水平向右的,也就是说,在通电导体运动的情况下,安培力不是各自由电荷受到洛仑兹力的矢量和。
那么,这种情况下两种力之间又有怎样的关系呢?教师可引导学生进一步探究,运用分运动的独立性和等效性,根据左手定则,可以判断,由分运动速度v1引起的洛伦兹力分量记作F1,方向向右,由分运动速度v1引起的洛伦兹力分量记作F2,方向沿棒ab由a指向b,棒ab所受的安培力F等效于所有粒子所受分力F1的叠加,而另一分量F2则是导体棒ab做切割磁感线运动产生感应电动势的非静电力。