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左手定则阐述的是通电导线在磁场中所受的安培力方
向与磁场方向和电流方向的关系左手定则的探究实验装置
如图1。笔者在听课中发现学生在用分组实验的方式探究左
手定则时存在探究目标不清晰、探究内容不具体、探究规律
不自然、受力物体不明确的“四不”现象。为此,应使学生明确
左手定则探究的“四是四不是”。
1 是探究磁场力方向与电流方向和磁场方向的关系,而不
是探究磁场力方向、电流方向和磁场方向三者间的关系
磁场的基本性质是磁场对放在磁场中的通电导体有力
的作用,这个力即安培力。安培力的方向是由电流方向和磁
场方向共同决定的。左手定则是探究安培力方向与电流方向
和磁场方向之间所遵循的规律,其中,电流方向和磁场方向
之间的夹角是任意的,并且电流方向与磁场方向平行时磁场
对电流没有作用力,电流方向与磁场方向垂直时,磁场对电
流的作用力最大。所以,左手定则的探究目标是探究安培力
方向与电流方向和磁场方向的关系,而不是探究这三个方向
之间的关系。
2 是探究电流方向与磁场方向不同夹角时安培力方向与电
流方向和磁场方向的关系,而不是只探究电流方向与磁场方
向垂直时安培力与电流方向和磁场方向的关系
由于安培力方向由电流方向和磁场方向共同决定,而电
流方向和磁场方向之间的夹角是任意的。所以,本实验探究
过程中要改变电流方向和磁场方向之间的夹角,确定二者不
同夹角时安培力方向与电流方向和磁场方向的关系,即安培
力方向所遵循的规律。在图1实验装置中调整悬挂导体棒悬
线的长度使导体棒倾斜以此来改变电流方向和磁场方向之
间的夹角,确定在电流方向和磁场方向之间不同夹角时的
安培力方向,从而根据实验现象论证安培力方向与电流方
向和磁场方向的关系。
3 是由实验现象探索现象所遵循的规律。而不是由实验现
象生硬的得出现象所遵循的规律
在探究实验中,多次改变导体棒与磁场方向之间的夹角
从而改变电流方向和磁场方向之间的夹角,实验现象一是安
培力方向总是与电流方向和磁场方向所决定的平面垂直,二
是保持电流方向不变而使磁场方向反向,则安培力方向随之
反向;保持磁场方向不变而电流方向反向,则安培力方向也
随之反向,但安培力方向始终与电流方向和磁场方向所决定
的平面垂直。
如何由实验现象得出安培力方向与电流方向和磁场方
向之间所遵循的规律,即左手定则,从而使实验向理论转化
是本探究实验的最终目标。但教师在教学中直接说出实验现
象遵循左手定则,然后给出左手定则的内容,如此,左手定则
的探究实验也就失去了探究的意义。
根据实验现象如何得出左手定则是本实验分析与论证
的困难之处。对此,首先要建立长、宽、高的三维空间概念,其
中电流方向和磁场方向处在长、宽二维空间所决定的平面
内,安培力方向处在与此平面垂直的第三维空间内;其次要
建立人左右手的三维空间姿势,即伸直的四指是空间的一个
维度(长),手心所对的方向是空间的一个维度(宽),伸直的
大拇指又是空间的一个维度(高),最后让学生把实验现象中
的安培力方向、电流方向、磁场方向与自己左右手的三维姿
势方向对照,从而得出左手定则。
4 研究对象是通电导线各个部分的电流元。而不是通电导
线的整个导体
通电导线在安培力作用下从静止开始运动,导线是电流
的载体,导线的运动是磁场对电流作用力的宏观表现,其实
质是磁场对运动电荷作用力的宏观效果。而通电导线是由无
数个电流元组成的,所以,左手定则探究实验的研究对象不
是通电导线的整个导体,而是载有一定电流的电流元。这样,
研究通电导体在磁场中的受力问题,应根据具体问题情景,
灵活的选择通电导体上的某一个电流元为研究对象。
向与磁场方向和电流方向的关系左手定则的探究实验装置
如图1。笔者在听课中发现学生在用分组实验的方式探究左
手定则时存在探究目标不清晰、探究内容不具体、探究规律
不自然、受力物体不明确的“四不”现象。为此,应使学生明确
左手定则探究的“四是四不是”。
1 是探究磁场力方向与电流方向和磁场方向的关系,而不
是探究磁场力方向、电流方向和磁场方向三者间的关系
磁场的基本性质是磁场对放在磁场中的通电导体有力
的作用,这个力即安培力。安培力的方向是由电流方向和磁
场方向共同决定的。左手定则是探究安培力方向与电流方向
和磁场方向之间所遵循的规律,其中,电流方向和磁场方向
之间的夹角是任意的,并且电流方向与磁场方向平行时磁场
对电流没有作用力,电流方向与磁场方向垂直时,磁场对电
流的作用力最大。所以,左手定则的探究目标是探究安培力
方向与电流方向和磁场方向的关系,而不是探究这三个方向
之间的关系。
2 是探究电流方向与磁场方向不同夹角时安培力方向与电
流方向和磁场方向的关系,而不是只探究电流方向与磁场方
向垂直时安培力与电流方向和磁场方向的关系
由于安培力方向由电流方向和磁场方向共同决定,而电
流方向和磁场方向之间的夹角是任意的。所以,本实验探究
过程中要改变电流方向和磁场方向之间的夹角,确定二者不
同夹角时安培力方向与电流方向和磁场方向的关系,即安培
力方向所遵循的规律。在图1实验装置中调整悬挂导体棒悬
线的长度使导体棒倾斜以此来改变电流方向和磁场方向之
间的夹角,确定在电流方向和磁场方向之间不同夹角时的
安培力方向,从而根据实验现象论证安培力方向与电流方
向和磁场方向的关系。
3 是由实验现象探索现象所遵循的规律。而不是由实验现
象生硬的得出现象所遵循的规律
在探究实验中,多次改变导体棒与磁场方向之间的夹角
从而改变电流方向和磁场方向之间的夹角,实验现象一是安
培力方向总是与电流方向和磁场方向所决定的平面垂直,二
是保持电流方向不变而使磁场方向反向,则安培力方向随之
反向;保持磁场方向不变而电流方向反向,则安培力方向也
随之反向,但安培力方向始终与电流方向和磁场方向所决定
的平面垂直。
如何由实验现象得出安培力方向与电流方向和磁场方
向之间所遵循的规律,即左手定则,从而使实验向理论转化
是本探究实验的最终目标。但教师在教学中直接说出实验现
象遵循左手定则,然后给出左手定则的内容,如此,左手定则
的探究实验也就失去了探究的意义。
根据实验现象如何得出左手定则是本实验分析与论证
的困难之处。对此,首先要建立长、宽、高的三维空间概念,其
中电流方向和磁场方向处在长、宽二维空间所决定的平面
内,安培力方向处在与此平面垂直的第三维空间内;其次要
建立人左右手的三维空间姿势,即伸直的四指是空间的一个
维度(长),手心所对的方向是空间的一个维度(宽),伸直的
大拇指又是空间的一个维度(高),最后让学生把实验现象中
的安培力方向、电流方向、磁场方向与自己左右手的三维姿
势方向对照,从而得出左手定则。
4 研究对象是通电导线各个部分的电流元。而不是通电导
线的整个导体
通电导线在安培力作用下从静止开始运动,导线是电流
的载体,导线的运动是磁场对电流作用力的宏观表现,其实
质是磁场对运动电荷作用力的宏观效果。而通电导线是由无
数个电流元组成的,所以,左手定则探究实验的研究对象不
是通电导线的整个导体,而是载有一定电流的电流元。这样,
研究通电导体在磁场中的受力问题,应根据具体问题情景,
灵活的选择通电导体上的某一个电流元为研究对象。