18.2 探究：通电螺线管外部磁场的方向 教学设计 2025-2026学年沪科版物理九年级全一册

该初中物理教学设计聚焦通电螺线管外部磁场方向探究，以重现奥斯特实验导入，衔接磁体磁场知识，引导学生从电流磁效应切入，构建“电生磁”认知框架，为后续电磁应用学习奠定基础。 此设计以分组实验（铁屑法、小磁针法）驱动科学探究，通过模型建构（右手螺旋定则）发展科学思维，结合电磁起重机等实例渗透科学态度与责任。助力学生提升实验操作与空间想象能力，为教师提供结构化教学流程，高效落实核心素养培养。

《第二节 探究：通电螺线管外部磁场的方向》教学设计 基本信息 课题 探究：通电螺线管外部磁场的方向 学科及年级 初中物理·九年级全一册 教材版本 沪科版 【课时教材分析】 本节课选自沪科版九年级物理第十八章《磁及其相互作用》的第二节，是继“认识磁场”之后对电磁现象的深入探究。教材以奥斯特实验为切入点，引导学生从“电流能产生磁场”这一基本事实出发，进一步探究通电螺线管外部磁场的分布特点与方向规律。通过铁屑法和小磁针探测法两种实验手段，帮助学生直观感知磁场的存在与方向，并引出右手螺旋定则（安培定则）来判断磁极。教材内容逻辑清晰、层层递进，既注重科学探究过程的完整性，又强调物理规律的实际应用，如电磁起重机、电磁继电器等实例，体现了“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程理念。本节内容是后续学习电动机、发电机原理的重要基础，在整个电磁学体系中具有承上启下的关键作用。 【课时学情分析】 九年级学生已具备一定的物理知识基础，掌握了磁体的基本性质、磁场的概念以及用磁感线描述磁场的方法，能够使用小磁针判断磁场方向。同时，他们在八年级已学习过电路连接、开关控制、滑动变阻器使用等电学实验技能，具备初步的动手操作能力。然而，将“电”与“磁”联系起来仍是一个思维跃迁的过程，学生容易将通电导线周围的磁场与永久磁体的磁场割裂看待。此外，右手螺旋定则作为一种空间想象与手势配合的记忆方法，部分学生在初期可能存在方向混淆、手部动作不协调等问题。因此，教学中需通过真实实验增强感性认识，借助分步演示和小组合作降低认知难度，并通过多层次练习强化空间思维训练，帮助学生建立“电生磁”的科学观念。 【课时设计思想】 本课以“问题驱动—实验探究—归纳建构—迁移应用”为主线，围绕“通电螺线管是否具有磁性？其磁场有何特点？如何判断磁极？”三大核心问题展开。采用议题式教学法创设真实情境，激发学生探究欲望；运用情境探究法还原奥斯特实验的历史场景，增强科学体验感；结合合作探究法组织学生分组完成实验设计与操作，提升实践能力；辅以讲授法精讲重点难点，确保知识系统化。教学过程中突出学生的主体地位，强调“做中学”，让学生在观察铁屑排列、记录小磁针偏转、绘制磁感线的过程中自主发现规律，经历完整的科学探究流程。同时融入我国古代指南针发明的文化背景，培养学生的民族自豪感与社会责任意识，实现物理学科核心素养的全面发展。 【教学目标】 物理观念： 1. 理解通电螺线管周围存在磁场，知道其外部磁场分布与条形磁体相似，能说出磁极与电流方向的关系。 2. 初步建立“电能生磁”的物理图景，理解电磁铁的基本结构及其磁性强弱可调控的特点。 科学思维： 1. 能通过类比条形磁体的磁感线分布，推理出通电螺线管磁场的空间形态，发展模型建构能力。 2. 能运用右手螺旋定则判断通电螺线管的N、S极，提升空间想象与逻辑推理能力。 科学探究： 1. 能设计并完成“探究通电螺线管外部磁场方向”的实验，正确使用铁屑和小磁针观测磁场分布。 2. 能根据实验现象提出合理猜想，收集证据得出结论，并进行反思交流，形成科学探究的基本流程意识。 科学态度与责任： 1. 在实验中养成实事求是、严谨细致的科学态度，尊重实验数据，勇于修正错误假设。 2. 认识电磁技术在现代生产生活中的广泛应用，体会科学技术推动社会进步的价值，增强社会责任感。 【教学重难点】 【教学重点】 1. 通过实验探究得出通电螺线管外部磁场与条形磁体磁场的相似性。 2. 掌握右手螺旋定则的内容，并能用其判断通电螺线管的磁极。 【教学难点】 1. 理解通电螺线管磁场方向与电流方向之间的对应关系，克服空间想象障碍。 2. 在实验中准确观察铁屑分布形态和小磁针指向变化，排除干扰因素获得可靠结论。 【教学课时】 1课时（45分钟） 【教学策略】 采用议题式教学法、情境探究法、合作探究法与讲授法相结合的教学策略，注重实验体验与思维引导，促进学生主动建构知识体系。 【教学准备】 教师准备：多媒体课件、条形磁体、小磁针若干、铁屑盒、通电螺线管实验装置（含电源、开关、滑动变阻器）、电磁起重机模型、电磁继电器实物或动画演示视频。学生分组实验器材：螺线管、电池组、导线、开关、滑动变阻器、有机玻璃板、铁屑、小磁针。 【教学过程】 教学活动 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 一、情境导入，引发思考 一、重现奥斯特实验，点燃探究之火 （1）、讲述历史故事，创设问题情境 同学们，让我们回到1820年4月的一天，丹麦物理学家奥斯特正在做实验。他在课堂上演示电流热效应时，无意间将通电导线靠近桌上的小磁针，突然发现小磁针发生了轻微偏转！这个微小的现象被他敏锐捕捉，随后反复验证，最终揭示了电与磁之间隐藏千年的秘密——电流周围存在磁场。这就是著名的奥斯特实验。今天，我们就化身小小科学家，一起来重现这一伟大发现。 现在我把一根直导线平行架设在小磁针上方，请大家注意观察：当电路断开时，小磁针指向哪里？现在我闭合开关，导线中有电流通过，你们看到了什么现象？这说明了什么？再改变电源正负极，让电流反向流动，小磁针又发生了怎样的变化？这又能说明什么问题？请大家认真观察并思考这些问题。 （2）、展示教材图18-14，引导归纳结论 我们一起来看教材第142页图18-14所示的模拟奥斯特实验示意图。 从刚才的实验我们可以总结出两个重要结论：第一，当导线通电时，小磁针发生偏转；断电后恢复原位。这充分说明通电导体周围存在着磁场，这种现象称为电流的磁效应。第二，当电流方向改变时，小磁针偏转方向也随之改变，说明通电导体周围磁场的方向与电流方向有关。这两个结论为我们接下来研究更复杂的电磁装置打下了坚实基础。 1. 认真倾听奥斯特发现电流磁效应的历史故事，感受科学发现的偶然性与必然性。 2. 观察教师演示实验：注意小磁针在通电前后及电流方向改变时的指向变化。 3. 思考并回答问题：通电导致小磁针偏转说明电流周围存在磁场；电流方向改变引起偏转方向改变说明磁场方向与电流方向有关。 4. 结合教材图18-14，理解实验装置与现象之间的对应关系。 通过讲述科学史实激发兴趣，营造探究氛围；利用经典实验引入新知，帮助学生建立“电能生磁”的初步概念；通过设问引导观察与思考，激活已有知识经验，为后续探究做好铺垫。 二、实验探究，建构新知 二、聚焦核心问题，开展小组探究 （1）、提出探究主题，明确任务目标 奥斯特发现了直导线通电产生磁场，但如果我们将导线绕成一圈圈的螺线管，情况会怎样呢？请同学们打开教材第143页，我们今天的探究主题是：“探究通电螺线管外部磁场的方向”。我们的主要任务有两个：一是探究通电螺线管外部磁场的分布特点；二是探究其磁场方向与电流方向的关系。下面我们将分成两大组进行实验： 第一组使用铁屑法观察磁场分布：请在有机玻璃板上安装好螺线管，均匀撒上铁屑，连接电路后通电并轻轻敲击板面，观察铁屑形成的图案，并拍照记录。 第二组使用小磁针法探测磁场方向：将多个小磁针放置在螺线管周围不同位置，先记录未通电时的指向，再通电观察各点小磁针N极的新指向，特别注意两端的变化。然后改变电流方向，再次观察记录。 实验前请大家思考：你预期铁屑会怎样排列？小磁针会如何偏转？ （2）、巡视指导操作，规范实验行为 现在开始实验，时间为12分钟。我在各组间巡视，重点关注以下几点：第一，电路连接是否正确，特别是电源极性与导线缠绕方向的对应关系；第二，铁屑是否均匀分布，敲击力度是否适中，避免剧烈震动造成误差；第三，小磁针摆放位置是否合理，能否覆盖螺线管两端及侧面区域；第四，是否及时记录现象和数据。提醒学生注意安全，不要长时间通电以免线圈过热。 对于铁屑组，我会提示：“观察铁屑连成的曲线是从哪一端出发，回到哪一端？”对于小磁针组，我会提问：“比较螺线管两端的小磁针指向，它们是否像条形磁体一样呈现明显的两极特征？”鼓励学生大胆猜测磁场的整体形态。 （3）、组织汇报交流，提炼实验结论 时间到，请各组派代表分享你们的发现。首先请铁屑组的同学展示你们拍摄的照片或绘制的草图。你们看到铁屑形成了什么样的图案？这些线条有什么规律？与其他磁体相比，它最像哪种磁体的磁场分布？ 接着请小磁针组汇报：通电后各个位置的小磁针N极指向发生了什么变化？特别是在螺线管的两端，小磁针的指向呈现出怎样的特点？当电流方向改变后，所有小磁针的指向是否都发生了反转？这说明了什么？ 根据同学们的实验结果，我们可以共同得出两个结论：第一，通电螺线管外部的磁场分布与条形磁体非常相似，磁感线从一端发出，进入另一端；第二，通电螺线管的磁极取决于电流的方向，电流方向改变，磁极也随之互换。 1. 明确实验目的与分工，积极参与小组讨论，预测实验现象。 2. 分组实验：第一组进行铁屑实验，观察并记录铁屑排列形状；第二组进行小磁针实验，记录通电前后及电流反向时各点小磁针N极指向。 3. 小组内整理实验数据，绘制简易磁感线示意图，尝试解释现象。 4. 派代表上台展示成果，口头描述实验现象与初步结论，回应其他同学的疑问。 通过分组探究实现全员参与，培养学生合作意识与实验技能；利用铁屑与小磁针两种方法互补验证，增强结论的可信度；引导学生经历“预测—实验—观察—分析—结论”的完整探究过程，发展科学探究能力。 三、规律总结，深化理解 三、引入右手螺旋定则，掌握判断方法 （1）、介绍安培定则，示范标准动作 同学们已经通过实验发现通电螺线管的磁极与电流方向有关，但每次都要做实验才能知道磁极显然不方便。有没有一种简便的方法可以直接判断呢？有！这就是著名的右手螺旋定则，也叫安培定则。请大家翻开教材第144页图18-18。 我来演示一遍：用右手握住螺线管，让四指弯曲的方向与螺线管中电流的环绕方向一致，此时大拇指所指的那一端就是通电螺线管的N极。注意！四指表示的是电流在线圈中的流动路径，不是直线方向；大拇指指向N极。为了让大家看得更清楚，我用一个透明模型配合彩色箭头标注电流方向来进行演示。 （2）、设置辨析任务，强化规则应用 现在我给出几个不同的螺线管绕线图，请大家运用右手螺旋定则判断其N、S极。第一个是教材图18-22(a)，我们一起来分析： 先确定电流从哪一端流入线圈，沿着导线走向用手指模拟电流路径，再套用右手定则判断。第二个是(b)图，这次请一位同学上来演示判断过程。第三个(c)图请大家独立完成并在纸上标出磁极。 特别提醒易错点：有些同学会把手掌朝向搞反，或者误将电流的直线方向当作环绕方向。解决办法是先在图上用箭头标出每一段导线的电流流向，尤其是绕过顶端和底端的部分，形成闭环路径后再用手比划。 （3）、联系旧知对比，构建知识网络 回忆一下，我们之前学过的条形磁体有哪些特性？它有固定的N、S极，磁感线从N极出发回到S极。而通电螺线管在不通电时没有磁性，通电后才表现出类似条形磁体的磁场特征，且磁极可通过改变电流方向来切换。这种可以人为控制磁性的磁体叫做电磁铁。如果我们在螺线管内部插入铁芯，由于铁芯被磁化，磁场会大大增强，这就构成了实用的电磁铁。下面我们来看几个生活中的应用案例。 1. 观察教师示范，模仿右手螺旋定则的手势动作，理解“四指=电流方向，拇指=N极”的口诀。 2. 运用右手螺旋定则判断教材图18-22中各螺线管的磁极，参与课堂互动练习。 3. 在笔记本上画出典型绕线方式的螺线管，标注电流方向并判断磁极，巩固记忆。 4. 对比条形磁体与通电螺线管的异同，理解电磁铁的概念与优势。 通过直观演示与口诀记忆突破空间想象难点；设置阶梯式练习由扶到放，逐步提升应用能力；通过对比归纳帮助学生厘清概念差异，完善知识结构，体现从现象到规律再到应用的认知逻辑。 四、联系实际，拓展延伸 四、走进生活，感受科技魅力 （1）、展示电磁起重机工作原理 大家见过搬运废钢铁的大吊车吗？它们不用钩子，却能把成吨的铁块吸起来。这就是电磁起重机的秘密所在。它的核心部件是一个巨大的电磁吸盘，里面缠绕着大量线圈。当我们给线圈通电时，产生强大磁场，就能牢牢吸住钢铁制品；运输到位后切断电源，磁性消失，货物自动脱落。这种方法既高效又安全，广泛应用于炼钢厂和回收站。请看教材第145页图18-19，这就是电磁起重机的工作场景。 （2）、解析电磁继电器控制机制 再来看另一个重要应用——电磁继电器。它通常由电磁铁、衔铁、弹簧片和触点组成，包含低压控制电路和高压工作电路两部分。当我们在控制端加上低电压时，电磁铁产生磁力吸引衔铁，使触点闭合，从而接通高电压电路。断电后弹簧使衔铁复位，切断高压电路。这样就可以用小电流控制大电流，实现远程操作和自动化控制，比如冰箱压缩机的启停、电梯门的开关都离不开它。教材图18-20展示了其内部结构。 （3）、布置迷你实验任务，鼓励课外实践 课本第146页“迷你实验室”教我们如何用漆包线、铁钉和电池制作一个简易电磁铁。回家后大家可以尝试制作，并测试它最多能吸起多少枚大头针。还可以试试换成木棒会发生什么变化？为什么？下节课我们将邀请几位同学分享你们的制作经验和发现。另外，请查阅资料了解我国古代指南针的发明历程及其对世界航海事业的巨大贡献，准备一次简短的班级分享。 1. 观看图片与讲解，理解电磁起重机“通电有磁、断电消磁”的工作特性。 2. 分析电磁继电器的工作流程，明白“以小控大、安全隔离”的设计智慧。 3. 记录家庭实验任务，计划材料准备与制作步骤，激发动手兴趣。 4. 主动搜集关于指南针的历史资料，准备下节课交流分享。 将物理知识与生产生活紧密联系，展现科学技术的应用价值；通过具体实例加深对电磁铁优越性的理解；布置实践性作业延伸学习时空，培养学生创新精神与社会责任感。 【作业设计】 一、基础巩固题 1. 奥斯特实验表明：通电导线周围存在______，这种现象叫做_________。当电流方向改变时，其周围磁场的方向________。 2. 通电螺线管外部的磁场与________的磁场相似。它的磁极可以用________定则来判断。 3. 右手螺旋定则的内容是：用右手握住螺线管，让四指弯曲的方向与螺线管中的________方向一致，则大拇指所指的那端就是通电螺线管的______极。 二、能力提升题 4. 在下列选项中，能使通电螺线管的N、S极位置互换的是（ ）   A. 把线圈的匝数增加1倍   B. 改变电流的方向   C. 把电流大小减小一半   D. 开关断开后重新闭合 请说明理由：_____________________________________________________________ 5. 根据教材图18-22所示的小磁针静止时的指向，在括号中标出通电螺线管的N、S极，并用箭头在导线上标出电流方向。 （a）[图示小磁针N极指向左] → 螺线管左端为（ ）极，电流方向：_______ （b）[图示小磁针N极指向上方右侧] → 螺线管右端为（ ）极，电流方向：_______ （c）[图示小磁针N极指向下方左侧] → 螺线管左端为（ ）极，电流方向：_______ 三、实践探究题 6. 利用家中材料（如漆包线、铁钉、干电池、开关、回形针等）制作一个简易电磁铁。记录你的制作过程，测试它最多能吸起多少个回形针，并尝试改变线圈匝数或电池数量观察磁性强弱变化。写出一份不少于200字的实验报告，包括：实验目的、材料清单、实验步骤、观察现象、结论分析。 四、拓展阅读题 7. 上网或查阅图书资料，了解我国古代四大发明之一——指南针的发展历史。简述战国时期的“司南”是如何工作的？指南针的发明对郑和下西洋、哥伦布发现新大陆等重大航海活动有何重要意义？写一篇300字左右的小短文。 【板书设计】 第二节 探究：通电螺线管外部磁场的方向 一、奥斯特实验 → 电流的磁效应   ● 通电导体周围存在磁场   ● 磁场方向与电流方向有关 二、通电螺线管的磁场   ● 外部磁场 ≈ 条形磁体   ● 磁极由电流方向决定 三、右手螺旋定则（安培定则）   ● 右手握管，四指→电流方向，拇指→N极 四、电磁铁及其应用   ● 构造：螺线管 + 铁芯   ● 特点：磁性有无、强弱、方向均可控   ● 应用：电磁起重机、电磁继电器、电铃、磁浮列车 【教学反思】 本节课整体达到了预设的教学目标，学生积极参与实验探究，课堂气氛活跃。通过重现奥斯特实验成功激发了学生的求知欲，使抽象的“电生磁”概念变得具体可感。分组实验的设计有效提升了学生的动手能力和团队协作意识，尤其是在铁屑实验中，学生亲眼看到磁感线的可视化呈现，留下了深刻印象。但在实验环节也暴露出一些问题：个别小组因电路接触不良导致实验失败，影响了探究进度，今后应在实验前加强电路检查指导；部分学生在使用右手螺旋定时仍存在方向混淆，需在后续课程中增加专项训练和纠错反馈。此外，电磁继电器的工作原理较为复杂，尽管借助图示讲解，仍有少数学生理解困难，建议下次配合动态Flash动画演示其动作过程，帮助学生建立清晰的物理图像。总体而言，本节课较好地实现了知识传授与能力培养的统一，体现了以学生为中心的教学理念。 学科网（北京）股份有限公司 $