1.2.1《电流的磁场》教学设计 2024-2025学年浙教版科学八年级下册

电流的磁场 一、教材分析 本课出自浙教版《科学》八年级下册第1章第 2节电生磁的第1课时 。主要内容有通电直导线周围和螺线管周围存在磁场及其特点，用右手螺旋定则判断磁场方向和电流方向之间的关系。在本节教学是对前面所学磁现象知识的深化；是学生首次知晓电和磁是有一定内在联系的，即电能产生磁，为今后继续学习电磁铁、电磁继电器，以及磁生电等知识做了很好的准备。 本节内容是学生在初中阶段首次接触到电和磁的联系，由于电流和磁场都是看不见、摸不着的抽象概念，并且有关电和磁之间的联系，学生生活经验累积不多，为理解该知识带来难度。所以，教材安排了较多的实验，尤其是奥斯特实验，力图使学生通过观察导线通电时和断电时小磁针发生的变化，帮助学生认识到电流周围存在磁场，初步认识电与磁之间存在某种关系，同时通过实验，让学生认识到通电直导线周围磁场的方向与电流方向有关以及直线电流磁场分布特点，同时培养学生的实验探究能力。通电螺线管的磁场是本节学习的重点之间，教师应该努力让学生自己根据奥斯特实验的经验去设计实验方案，并通过小组实验、讨论，用自己的语言描述出通电螺线管的磁场极性与电流方向之间的关系，以培养学生的空间想象能力和语言表达能力。在学生完成通电螺线管实验之后，教师引导学生得出右手螺旋定则。 二、教学目标 1.知道通电导线会在其周围产生磁场。 2.知道直线电流所产生的磁场的特点和通电螺线管所产生的磁场的特点。 3.能区分直线电流和通电螺线管的右手螺旋定则的异同点，并会简单运用右手螺旋定则。 4.在实验探究中，培养观察实验、比较分析、抽象概括的能力。 5.通过“电生磁”的现象，初步体会自然现象之间存在相互联系，并乐于探索自然界的奥秘。 【重点】通电直导线和螺线管周围存在磁场及其特点 【难点知识】通电螺线管磁场的极性与电流之间的关系 三、教学过程 （一）引出新课。 前面的学习，我们知道磁场有南北极，同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引；知道电流由正负电荷定向运动形成，有正负极，同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。那电与磁之间是否存在着一定的联系？ 19世纪初，奥斯特就注意到电和磁有许多相似之处，他坚信：电和磁之间一定存在着某种联系，电一定可以产生磁。奥斯特指出：电流通过导线，导线比较粗的时候会发热，导线比较细时会发光，导线很细时将会产生磁。但在很长时间内却没有获得满意的结果。 那电能不能产生磁呢？今天我们来学习新的一课：电生磁。 （二）直线电流的磁场。 1.奥斯特实验。 （1）引入科学史：奥斯特实验的介绍。 教师讲述： 1820 年奥斯特在一次电磁学讲座时，把通电导线移到小磁针附近，突然意外地发现小磁针稍稍动了一下。此后两个多月，他用了不同金属材料做了大量的实验，证实了通电导线周围存在磁场——电流的磁效应。 【设计意图】 再现历史，让学生认识科学家发现一个科学现象，得出一个科学规律都不是一蹴而就的事情，需要一个有准备的头脑、一双敏锐的眼睛，坚忍不拔的毅力和刻苦专研的精神。图1 奥斯特实验1 （2） 演示奥斯特实验，如图1。 第一次演示：将导线与置于磁针的正上方，并与磁针相互垂直。通电后学生发现，磁针并不会发生偏转。然后提示学生思考：如果你不知道电流会不会产生磁场，你认为磁针不发生偏转有哪些可能的原因？引导学生分析三种可能的原因：一是磁场太弱；二是通电导线产生的磁场方向与小磁针方向一致；三是通电导线不会在周围产生磁场。针对三种可能，要引导学生进行评估：在穷尽自己的努力之前，我们是不会轻易地接受第三种可能；而对前两种可能，检验第二种可能是最方便的，我们只要改变导线与磁针的相对位置即可。 第二次演示：将导线改为与磁针平行的方向放置在小磁针上方，通电后学生发现小磁针偏转。验证第一次演示小磁针不发生偏转的原因是通电导线产生的磁场方向与小磁针方向一致。 第三次演示：将导线置于磁针上方，并与磁针方向平行，通电后磁针发生了偏转；改变电流的方向，磁针朝相反的方向偏转，如图2。学生完成仔细观察，记录实验现象，得到结论：通电导线会在其周围产生磁场，磁场的方向与电流的方向有关。 图2 奥斯特实验2 【设计意图】分三次演示奥斯特实验，体验实验结论得到的不易，有梯度的问题设置利于学生思维的发展。第一次演示实验的不成功的分析和求证过程能够使学生认识到，眼睛看不见某个现象并不意味着某个事物不存在，我们应当分析导致我们看不到相关现象的各种可能的原因。 2.探究直线电流的磁感线。 （1）提出问题：直线电流的周围存在磁场，这个磁场的磁感线究竟是怎样的呢？ （2）启发学生分析： ①根据奥斯特实验，可以得到通电导体中电流的方向和导线下方小磁针的指向，如图4甲。 ②如果用一个小箭头表示小磁针所在处磁场的方向，可以得到图4乙； ③我们已知通电导体下方磁场的方向，那么，通电导体上方、左方、右方……即在如图5丙所示平面内的A、B、C、D、E、F、G各个位置，磁场究竟各朝哪个方向呢？ ④我们将图4丙导线转过90°，使它的左端向上，图4丙即变为图5，要求学生在图5上用箭头代表磁场方向标出A、B、C、D、E、F、G各个位置磁场的方向，并要求学生说出理由。 G A B C D E F · · · · · · · I I 甲 乙 丙 图 4 图 5 · · · · · · · A B C G F E D I 【设计意图】 该环节较难，也是教材中没有的内容，着力培养学生的想像力，为实验探究建立假设。 （3） 实验检验，演示实验。 老师演示实验：在机玻璃板中央穿孔，将一束直导线穿过小孔，在有机玻璃板上均匀撒上铁屑。给直导线通电后，轻敲有机玻璃板，观察铁屑分布情况。 ①如图 6 所示，通电后，与导线垂直的有机玻璃板上的小铁屑将排列成一个个圆圈。 ② 将小磁针放在有机玻璃板上，小磁针 N 极的指向与导线垂直；当改变电流方向时，小磁针转过 180°，N 极的指向仍与导线垂直。 ③作出磁感线，并标出磁感线方向与电流方向，如图7甲、乙所示。实验结论：直线电流磁场的磁感线是环绕导线的同心圆；磁场方向与电流方向有关。 ④教师指出：直线电流周围的磁感线并非只是在一个平面上，而是任何一个与导线垂直的平面上都有，所以是分布在如图8 所示的圆柱面上 。这个圆柱面的每一个横截面都是一组以导线为圆心的同心圆。进一步的实验可以得知，离通电导线越远处，磁场越弱。所以，在画磁感线时，外面的同心圆要疏一些，里面的同心圆要密一些。 图6 图7 图8 3.直线电流的安培定则。图9 （1）提出问题：利用小磁针可以判定直线电流的磁场方向跟电流方向有关 。有什么简单的方法可以直接判断直线电流磁场的方向吗？ （2）教师引导。 ①按图 9 所示的方式，竖直大拇指，用另外四个手指去握直导线，使大拇指的方向与电流方向一致 。你发现了什么？ ——四个手指弯曲的方向与磁场方向一致。 ②电流方向相反时，结果也是这样的吗？——也是这样的 。 （3） 总结归纳： 这反映了直线电流方向与其产生的磁场方向的关系：右手螺旋定则（安培定则）。 利用它，已知电流方向可以判断磁场方向，已知磁场方向可以判断电流方向。 【设计意图】 创造机会，让学生自己发现磁场方向与电流方向的关系，增强学习的探究性。 （三）通电螺线管的磁场。 1.通电螺线管磁场的特点 ①提出问题：单凭一根通电的直导线，所产生的磁场是微弱的。怎样利用一根导线产生更强的磁场呢？ ②老师分析：一根直导线的磁场分散在比较大的区域中（图10 甲），如果能够将磁场集中在一个较小的区域，磁场就会变得更强，从两个方向看，环形电流的磁场分布如图乙、丙所示，即磁感线在环内就成聚集成一束，从而使环内及其附近两侧的磁场得到增强，（图10乙、丙）。 甲 乙 丙 图10 直导线磁场到环形导线磁场 ③追问：怎样在保持电流一定的情况下，使通电导线产生更强的磁场呢？引导学生思考，如果将通电直导线再绕一个圆圈，并与第一个圆圈叠在一起，通过圆环的磁感线密度就增加一倍；如果圆环的数目增加，这个区域中的磁场就会随之成倍地增强；如果有许多圆环叠在一起变成通电螺线管（如图11），其内部和两极附近的磁场就会大大地增强。图11 通电螺线管磁场 ④学生实验：在穿过螺线管的有机玻璃板上均匀地撒上铁屑。通电后轻敲玻璃板，观察铁屑的分布，并在学案上画出通电螺线管的磁感线模型图，如图12。在螺线管周围放若干小磁针，通过小磁针N极的指向判断螺线管的磁极，如图13。得出实验结论：通电螺线管周围的磁场分布与条形磁体的磁场很相似，两端磁性最强 。 图12 通电螺线管的磁场 图13 通电螺线管的磁场方向 【设计意图】利用已有知识进行推测，为探究实验建立假设。通过对书本实验的补充，帮助学生理解通电螺线管周围的磁场及其特点。 2.通电螺线管的安培定则 （1）学生活动：给每一组学生一个螺线管，其中一半学生的螺线管上导线的绕行方向与另一半的相反，如图14甲、乙所示。 图14 不同绕线方向的螺线管 教师提出问题：通电螺线管的磁极跟什么因素有关？学生会认为通电螺线管的磁极跟电流的方向有关。接着让学生进行实验，并填写下表。 电流方向 通电螺线管两端的磁极 A端 B端 电流从A端流入，B端流出 电流从B端流入，A端流出 实验结果学生意外地发现，有一半小组的实验结果与另一半不同，即：有的左端是N极、右端是S极；有的却相反。于是他们陷入了困惑：为什么会出现这种情况呢？有不同的结果，用的螺线管一定有所不同。通过比较，学生将发现，两种螺线管导线的绕行方向不同。 （2）分析现象，得出结论。 教师把不同小组所做的实验用下图描述出来（如图15），并引导学生作进一步的探究。引导学生在图15 乙、丙图的螺线管上画出电流的流向，看看有什么相同之处。——如图16 乙、丙两种情形中，螺线管上电流的流向相同。由此得出概括1：螺线管上电流流向相同，则磁极相同。 预言：图15 甲、丁两种情形中，螺线管的磁极相同，则两螺线管上的电流也应相同。——在图15甲、丁两图的通电螺线管上作电流方向，如图16甲、丁所示，预言获证。由此得出概括2：磁极只与螺线管上电流的流向相关。 图15 图16 图16 引导思考：通电螺线管的磁极与电流的流向关系如何？ 引导学生尝试用右手握下图甲的螺线管，寻找电流方向与磁极的关系。得出概括3：四指顺着电流方向，大拇指所指则为N极。 引导思考：这个关系是否适用于其他情形？——用下图乙、丙、丁螺线管检验概括3，并得出安培定则。 在通电螺线管的每一匝线圈上作出电流的方向，如果竖起你的右手的大拇指，用另外四个手指顺着电流的方向握通电螺线管（如图 16），你有什么发现？——四个手指是顺着电流的方向握通电螺线管，大拇指所指的一端是通电螺线管的 N 极。 （3）总结归纳：我们由此可以得到适用于通电螺线管的右手螺旋定则（安培定则）。 利用它，已知电流方向可以判断磁极，已知磁极可以判断电流方向。 练习：P11第2题，判断如图17所示的通电螺线管的磁极或者电源极性。 图17 （4）学生比较直线电流的右手定则和通电螺线管的右手定则有什么共同点和不同点？让学生填写下表 直线电流安培定则 通电螺线管安培定则 不同点 大拇指指向 电流方向 磁场方向（或N 极） 四个手指指向 磁场方向 电流方向 共同点 都用右手去握，大拇指都要竖起 【设计意图】 通过比较，防止学生将两个安培定则混淆不请。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$