第2节 电流的磁场（教学课件）物理沪科版（五四学制）2024九年级下册

该初中物理课件围绕电流的磁场展开，涵盖电流的磁效应、通电螺线管磁场分布及方向（右手螺旋定则）、电磁铁的磁性特点及应用。以磁浮列车悬浮现象设问导入，通过奥斯特实验揭示电生磁本质，再探究螺线管磁场类比条形磁体，用右手定则确定磁极，最终结合电磁铁、电磁继电器说明应用，构建“现象-规律-应用”的学习支架。 其亮点在于以科学探究为主线，通过奥斯特实验、螺线管磁场探究（铁屑显示分布、小磁针定方向）、电磁铁磁性影响因素实验（控制变量法），培养学生科学探究能力。结合右手螺旋定则建构磁场方向判断模型，体现科学思维；STSE部分介绍我国磁浮列车技术，渗透科学态度与责任。小结系统梳理知识，学生能提升应用能力，教师可借助完整实验设计与练习提高教学效率。

沪科版（五·四学制） 九年级下册 第14章 电与磁 第2节 电流的磁场 01 02 03 04 05 CONTENTS 电流周围有磁场吗？ 通电螺线管外部的磁场 电流的磁场的应用 学习目标 1. 学习奥斯特实验发现电流的磁效应； 2. 探究通电导线产生的磁场方向与电流方向有关； 3. 螺线管的介绍； 4. 探究通电螺线管外部的磁场特点； 5. 掌握右手螺旋定则； 6. 了解电磁铁的概念、工作原理、磁极；影响电磁铁 磁性强弱的因素； 7. 电磁继电器的概念、工作原理及其应用。 重点难点 教学重点： 1.电流的磁效应； 2.通电螺线管外部磁场的部分、方向； 3.电流的磁场的应用——电磁铁、电磁继电器等。 1.实验探究通电螺线管外部磁场的分布、方向； 2.电磁铁、电磁继电器的综合应用。 教学难点： 情景引入 2002 年12月31日，世界上第一列投入商业运营的磁浮列车（图 14-2-1 ）在上海通车，其设计最高速度为 430 km/h。磁浮列车行驶时车身悬浮在轨道上，大大减小了列车前进过程中的阻力，从而能够高速行驶。磁浮列车为什么能悬浮起来呢？ PART ONE 电流周围有磁场吗？ 在历史上，人们在相当长的一段时间里都认为电和磁是互不相关的。1820年，丹麦物理学家奥斯特（H. C.Oersted ，1777-1851）发现： 电路通电时，导线下方的小磁针会转动。 探究新知 奥斯特 奥斯特在深入研究该现象后指出，电流周围也存在着磁场，这一现象叫做电流的磁效应。正是电流周围的磁场，影响了下方小磁针的指向。 电流周围存在着磁场 磁场对磁体的作用 下方的小磁针会转动（影响指向） 电流的磁效应 自主活动 如图14-2-2所示，将导线平行架设在小磁针的上方，闭合开关，观察小磁针的偏转情况。将电源的正、负极对调， 闭合开关，观察小磁针的偏转情况。 图 14-2-2 通电导线使小磁针偏转 现象：闭合开关后小磁针发 生偏转；若改变通电直导线中电流的方向，小磁 针的偏转方向发生了改变。 说明：通电导线产生的磁场方向与导线中电流的方向有关。 奥斯特相信电、磁、光、热等自然现象之间一定存在着某种内在联系。美国科学家富兰克林（B. Franklin ，1706— 1790）发现莱顿瓶放电能使钢针磁化，使得奥斯特更坚信电与磁的转化是可能的。奥斯特一边 实验一边思考，他从电流通过导线时所产生的热现象想到磁的作用会不会像热那样是向四周扩展的呢？在1820年4月某天的一个晚上，奥斯特在做关于电和磁现象的讲演时即兴地把导线平行放置在小磁针的上 方。当他接通电源的一瞬间，看到磁针发生了偏转，这正是他苦苦探寻 多年的神奇景象。此后的几个月，他先后做了 60 多个实验来确认电流 能否产生磁场。1820年7月21日，奥斯特发表论文，正式公布了电流的磁效应。虽然奥斯特发现这一现象有点偶然性，但在科学研究中，机遇总是青睐有准备的头脑。 电流的磁效应揭示了电和磁之间存在着联系，打开了电磁学研究领域的大门。 科学与人文 电流磁效应的发现进一步激发了科学家们的探索热情，他们让电流通过不同形状的导线，研究电流周围产生的磁场。如图14-2-3 所示，将导线绕制成螺旋形的线圈，做成螺线管，通电螺线管周围的磁场会强得多。 螺线管 思考：通电螺线管的磁场是怎样的呢？ 图14-2-3 螺线管 PART TWO 通电螺线管外部的磁场 与研究磁体周围磁场的方法相同，我们也利用小磁针和铁屑来探究通电螺线管外部的磁场。 在玻璃板上均匀地撒一些铁屑，给螺线管通电后，轻轻敲击玻璃板，观察铁屑的排列情况，如图 14-2-4 所示，可以看出通电螺线管外部的磁场分布与条形磁体周围的磁场分布相似。 图14-2-4 通电螺线管、条形磁体周围的铁屑排列 通电螺线管外部磁场的分布 思考：通电螺线管的哪一端相当于条形磁体的N极？ 学生实验 探究通电螺线管外部磁场的方向 提出问题 通电螺线管外部不同位置磁场的方向是怎样的？通电螺线管的磁场方向与电流的环绕方向有什么关系？ 搜集证据 器材 螺线管（带玻璃板或白纸板）、电源、开关、导线若干、_______________。 小磁针若干 方案 用导线将螺线管与电源、开关串联，在螺线管外部放置_______________。闭开关，观察并记录不同位置处______________________ 。 为了研究通电螺线管的磁场方向与电流的环绕方向的关系，还需要进行的 实验操作是：__________________________________ 。 小磁针 小磁针N极所指的方向 对调螺线管所接电源的正、负极 记录 将观察到的不同位置处_______________________记录下来，并标注实验时相应的电流环绕方向。 小磁针N极所指的方向 分析 比较螺线管通电时外部不同位置处_____________________，并分析此时通电螺线管的哪一端相当于条形磁体的N极。 比较通电螺线管电流环绕方向不同时，螺线管外部同一位置处____________________。 作出解释 小磁针N极所指的方向 小磁针N极所指的方向 结论 由上述实验可得，_____________________________________________。 将本小组的实验记录和结论与其他小组交流，比较各小组的通电螺线管外部磁场的方向。能否用一种简单的方法，描述通电螺线管N极与电流环绕方向的关系？ 交流反思 通电螺线管外部的磁场分布情况与条形磁体的磁场相似；改变通电螺线管中电流的方向，通电螺线管外部的磁场方向也相应发生改变。 大量实验表明：通电螺线管外部的磁场分布情况与条形磁体的磁场相似；改变通电螺线管中电流的方向，通电螺线管外部的磁场方向也相应发生改变。 图14-2-5 条形磁体、通电螺线管周围的磁感线 就像用磁感线描述条形磁体的磁场一样，我们可以用磁感线描述通电螺线管的磁场，如图14-2-5所示。 法国物理学家安培又进一步做了大量实验， 研究了通电螺线管磁场方向与电流方向之间的关系，并总结出了右手螺旋定则，如图14-2-6所示。 右手螺旋定则 图14-2-6 右手螺旋定则 右手螺旋定则：用右手握住通电螺线管，弯曲的四指指向电流方向，那么大拇指所指的那端就是通电螺线管的N极。 PART THREE 电流的磁场的应用 特点：有电流通过时有磁性，没有电流时就失去磁性。 内部带有铁芯的螺线管在通电时磁性会更 强，我们把内部带有铁芯的螺线管叫做电磁铁， 图 14-2-7 所示的装置就是最简单的电磁铁。 电磁铁 图14-2-7 电磁铁 21 电磁继电器 感应式冲水器阀门 磁悬浮列车 巨型发电机组 电磁起重机 电铃 电磁铁的应用 利用电流的磁效应工作。在螺线管的内部插入铁芯通电后，铁芯在螺线管的磁场中被磁化，两磁场叠加，使电磁铁的磁性大大增强。 电磁铁的工作原理 23 与通电螺线管的磁极相同； 当电流方向改变时，磁极也发生改变。 电磁铁的磁极 24 实验器材： 匝数不同的两个电磁铁、电源、开关、导线、圆铁片、 滑动变阻器、电流表。 实验方法： 控制变量法、转换法 猜想假设： 可能与电流的大小、线圈的匝数有关。 设计实验： 1.如何判断电磁铁磁性的强弱？ 根据吸引铁片的多少来判断螺线管的磁性强弱。 2.如何让匝数不同的电磁铁通过的电流相等？ 让不同的线圈(内含铁芯)串联起来 实验探究 影响电磁铁的磁性强弱的因素 实验步骤： （1）探究电流大小对电磁铁磁性强弱的影响 按照电路图，把滑动变阻器、电流表和一定匝数的线圈（内有铁芯）串联起来，调整变阻器，改变电路中的电流。观察电流大小不同时，电磁铁吸引铁片数目有什么变化。 结论：匝数一定时，通过的电流越大，电磁铁的磁性越强。 现象：电流越大，能吸引的铁片数越多 结论：电流一定时，外形相同的螺线管匝数越多，电磁铁的磁性越强。 （2）探究线管匝数对电磁铁磁性强弱的影响 按照电路图，把匝数不同的两个线圈串联起来，闭合开关，观察比较A、B吸引铁片的数量。 现象：匝数多的电磁铁B，能吸引的铁片数越多 （1）同一个电磁铁，流过的电流越大，磁性越强。 （2）电流一时，外形相同的电磁铁，线圈匝数越多，磁性越强。 实验结论 电磁铁的优点: （1）电磁铁磁性有无，可用电流通断来控制； （2）电磁铁磁性强弱，可用电流大小、线圈的匝数来控制； （3）电磁铁的极性变换，可用电流方向来控制。 实验表明，电磁铁的磁性强弱与线圈的匝数、线圈中的电流大小等有关。 由于电磁铁磁性的有无、强弱和磁场的方向都可以由电流来方便地控制，电磁铁在生产生活中有着广泛的应用。 电磁铁最直接的应用之一是电磁起重机。电磁铁安装在吊车上，通电后一次可以吸起几吨钢材，如图14-2-8 所示，移动到指定位置后切断电流，即可放下钢材。 图14-2-8 大型电磁起重机 磁浮列车是科技创新和社会发展的产物，具有高速、舒适、噪声小和能耗低等优点，能够有效缓解城市交通拥堵和环境污染问题。2021年7月20日，具有我国完全自主知识产权的、速度可达 600 km/h 的高速 磁浮交通系统在青岛成功下线，这是目前世界上最快的轨道交通工具。 磁浮列车是依靠磁场悬浮起来的。图 14-2-1中的上海磁浮列车的磁场由电流产生，这种电磁悬浮系统耗能较大，且要靠复杂的控制技术来实现。采用永磁体产生磁场可避免以上问题，因此寻找磁性稳定、密度足够高，能满足列车悬浮需求的永磁体，是研制 新型磁浮列车的关键。 2022 年8月9日，利用永磁体“悬挂”的永磁磁浮空轨列车“兴国号”（图 14-2-9）成功运行， 标志着全球首条永磁磁浮 轨道交通工程试验线顺利建成。 图14-2-9 “兴国号”永磁磁浮空轨列车 STSE 利用电磁铁控制电路通断的开关称为电磁继电器。如图14-2-10所示，虚线框内的电磁铁、 衔铁、弹簧、触点等部件组成电磁继电器。当闭合控制电路中的开关S时，有较小的电流通过电磁铁的线圈，电磁铁就获得了磁性从而吸引衔 铁，使触点接通工作电路。 通过电磁继电器控制工作电路，可以达到安全、智能的目的。变电站、电梯、数控机床里的控制电路，一般都使用电磁继电器。 图14-2-10 电磁继电器的原理图 1 ．首先发现电流磁效应的是 ( ) A ．安培 B ．伏特 C ．托里拆利 D ．奥斯特 D 课堂练习 2 ．在图中标出电源的正负极和小磁针的N极。 3 ．如图所示，小明在有机玻璃板上均匀撒满细铁屑，螺线管通电后，为更好地显示磁场分布情况。接下来的操作应该是 。为了进一步探究通电螺线管周围磁场的方向，可用 代替铁屑进行实验。 轻敲有机玻璃 小磁针 4 ．如图所示是根据螺线管中电流的方向判断螺线管的极性，其中正确的是 ( ) A． D． C． B． A 5 ．在“探究通电螺线管外部磁场的方向”实验中，在螺线管周围的不同位置放上小磁针，接通电路，小磁针静止时的指向如图所示，小磁针 极的指向就是该点的磁场方向，由此 可知通电螺线管的右端是 极。把电池的正负极对调，再进行实验，目的是探究通电螺 线管外部磁场方向与 方向是否有关。 N S 电流 A ．闭合开关前，条形磁铁受到桌面向左的摩擦力 B ．闭合开关后，电磁铁的左端为 N 极，右端为 S 极 C ．闭合开关后，条形磁铁受到桌面向右的摩擦力 D ．闭合开关后，滑片由b 向 a 移动过程中，条形磁铁受到的摩擦力变大 6 ．如图，一条形磁铁放在水平桌面上，电磁铁固定于条形磁铁附近并正对条形磁铁。开关闭合前后，条形磁铁均处于静止状态。下列说法中正确的是 ( ) D 课堂小结 1 ．如图所示，标出磁感线方向、通电螺线管和小磁针的N极。 布置作业 A ．闭合开关 S ，电磁铁 A 线圈的匝数更少，所以通过电磁铁 A 线圈的电流更大 B ．闭合开关 S ，电磁铁 B 线圈的匝数更多，所以电磁铁 B 吸引的大头针数量更多 C ．若要使电磁铁 A 和 B 的磁性增强，可向右移滑动变阻器的滑片 P D ．只将两个铁钉换成同规格的两个铜钉，闭合开关 S ，电磁铁 A 吸引的大头针数量增多 2 ．某同学将两个相同的铁钉绕制成电磁铁，连接如图所示的电路，使用足够数量的大头针进行探究实验。下列探究正确的是 ( ) B 3 ．电磁继电器是一种电子控制器件，被广泛应用于航空、航天、船舶、家电等领域。如图所示，在工作电路中， 电磁继电器相当于 （填电路元件名称）；指示灯和电动机是 （选填“串联”或“并联”）的。 开关 并联 感谢观看 THANK YOU FOR WATCHING $