3 电磁铁（表格式教学设计）物理教科版2024 九年级上册

该初中物理教学设计聚焦电磁铁的结构、工作原理、磁性强弱影响因素及电磁继电器应用，通过磁悬浮列车、电磁起重机等实例提问导入，衔接电流磁效应、通电螺线管磁场等旧知，搭建认知支架。 此设计以实验探究为核心，用控制变量法和转换法探究磁性强弱，结合自制电磁铁、继电器模拟实验，体现科学思维与科学探究素养，联系防盗报警器等生活应用，培养学生实验能力和应用意识，助力教师突破重难点，提升教学效率。

7.3 电磁铁（教学设计） 年级 九年级 学科 物理 教师 课题 7.3 电磁铁 教学 目标 物理观念 理解电磁铁是利用电流磁效应工作的可控磁体，认识其结构、工作原理及磁性的电控特性。 科学思维 能运用控制变量法和转换法探究电磁铁磁性强弱的影响因素，并分析电磁继电器的工作逻辑。 科学探究 通过设计实验、观察现象、处理数据，探究电磁铁的性质及其在电路控制中的应用。 科学态度 与责任 认识电磁技术的应用价值，培养科学探究兴趣、安全意识与社会责任感。 教材 分析 电磁铁是初中电与磁知识体系中连接电学基础与电磁应用的核心环节，是对电流磁效应、磁场与磁化等概念的深化与拓展，为学生理解电磁转换原理及电磁技术的工程应用奠定了重要的认知基础。内容围绕“结构原理—磁性强弱—实际应用”的逻辑主线展开系统性学习： 一是工作原理（从物理视角理解电磁铁的本质，即通电螺线管插入铁芯后利用电流磁效应产生磁场，断电则磁性消失）； 二是磁性探究（通过控制变量法探究影响磁性强弱的因素，理解电流大小、线圈匝数对磁场强度的定量影响）； 三是技术应用（从工程视角认识电磁铁在电磁继电器、自动控制、磁悬浮等实际装置中的作用，体会其“以小控大、以弱控强”的技术优势）。 在教学过程中，需遵循“实验感知—原理建构—因素探究—应用迁移”的认知逻辑。其中，理解电磁铁的工作原理、掌握磁性强弱的影响因素是本课教学重点；而灵活运用控制变量法进行实验设计、理解电磁继电器的工作过程及其在复杂电路中的控制逻辑，则是学生需要突破的认知难点。此外，引导学生认识电磁技术在社会生活中的广泛应用，有助于培养其科学态度、技术意识与社会责任感。 学情分析 1. 知识储备分析： 学生已具备电流磁效应、通电螺线管磁场、磁极相互作用等电与磁的基础概念，能够理解“电可生磁”的基本原理。但学生对“电磁铁如何实现磁性可控”“如何通过电流控制磁场强弱和方向”缺乏系统的实验认知，对电磁继电器在电路中的控制逻辑与连接方式理解仍较模糊。 2. 思维能力分析：学生已初步掌握控制变量法等科学探究方法，能够进行简单的实验设计与现象分析。但电磁铁影响因素探究涉及电流、匝数等多个变量协同作用，电磁继电器工作原理包含控制电路与工作电路的逻辑关联，这对学生的系统思维、逻辑推理与电路分析能力提出了较高要求。 3. 学习兴趣与动机分析：学生对电磁起重机、磁悬浮列车、自动控制设备等电磁应用表现出浓厚兴趣，对“看不见的磁场如何产生力”“小电流如何控制大设备”充满好奇。通过动手制作简易电磁铁、模拟继电器控制实验等活动，可有效激发学生探究电磁技术原理的主动性，并促进其工程实践意识的初步形成。 教学重点 1.电磁铁的工作原理；2.影响电磁铁磁性强弱的因素；3.电磁继电器的结构和工作原理。 教学难点 磁继电器的工作原理及其在控制电路中的应用；影响电磁铁磁性强弱的因素及其探究方法。 教学 器材 电磁铁，电流表，学生电源，开关，滑动变阻器，铁架台，导线及大头针若干、多媒体课件等。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 【提出问题】 为什么磁悬浮列车能悬浮飞驰、电磁起重机能轻松吸起成吨的钢铁？这背后到底隐藏着怎样一种“看不见的力量”？ 思考并回答问题，进入情景。 学习新课 一、电磁铁 1. 电磁铁的基本概念 电磁铁的定义：将导线绕成螺线管，再在螺线管中插入铁芯，在有电流通过时有磁性，没有电流时就失去磁性，这种磁体叫做电磁铁。 电磁铁的工作原理：电磁铁利用电流的磁效应工作。通电后，铁芯被螺线管的磁场磁化，两磁场叠加，电磁铁的磁场大大增强。 2. 自制电磁铁 【思考】电磁铁的磁性强弱与哪些因素有关？这些因素如何影响电磁铁的磁性？ 【猜想与假设】 （1）电磁铁通电产生磁场，磁性强弱可能与电流大小有关。 （2）电磁铁的主要构造是缠绕的线圈，磁性强弱可能与线圈匝数以及线圈的缠绕方式有关。 【实验器材】不同匝数的电磁铁，电流表，学生电源，开关，滑动变阻器，铁架台，导线及大头针若干。 【实验方法】 ①控制变量法；控制电磁铁线圈的匝数相同，改变线圈中电流的大小；控制电磁铁线圈的电流相同，改变线圈匝数。 ②转换法：根据吸引大头针的数量多少来判断螺线管的磁性强弱，吸引大头针越多，代表磁性越强。 【实验一、探究电磁铁的磁性强弱跟电流大小的关系】将滑动变阻器、电流表和电磁铁串联起来，闭合开关，此时电磁铁线圈匝数一定，调节滑动变阻器，改变通过线圈的电流大小，观察电磁铁吸引大头针的数目变化。 【分析与论证】对比甲乙可知，在电磁铁线圈匝数一定时，滑动变阻器接入电路阻值越大时，电路中电流越小，吸引的大头针数量越少。反之，电流越大时，吸引的大头针数量越多。 结论一：当匝数一定时，通过电磁铁的电流越大，电磁铁的磁性越强。 【实验二、探究电磁铁的磁性强弱跟线圈匝数的关系】将匝数不同的电磁铁，与滑动变阻器、电流表串联在电路中，闭合开关，此时电路中电流大小相等，观察电磁铁吸引大头针的数目。 【分析与论证】串联电路中电流处处相等，对比甲乙可知，线圈匝数较多的甲吸引的大头针数量更多。 结论二：当电流一定时，电磁铁线圈的匝数越多，磁性越强。 【总结归纳】影响电磁铁磁性强弱的因素有： （1）线圈的匝数相同时，通过电磁铁的电流越大，电磁铁的磁性越强。 （2）当电路中电流一定时，电磁铁线圈的匝数越多，磁性越强。 【例题1】电磁铁 (1)电磁铁：带 的螺线管叫作电磁铁。 (2)原理：在螺线管内插一个铁芯，当电流通过带铁芯的螺线管时，螺线管中的铁芯就被电流的磁场磁化成了 ，使通电螺线管的磁性 ；当断开电路时，它们的磁性就立即 了。 【答案】(1)铁芯 (2) 磁铁 大大增强 消失 【例题2】九年级的同学们做“探究影响电磁铁磁性强弱的因素”的实验，他们用相同的铁钉和漆包线制成了甲、乙两电磁铁，并设计了如图1所示的电路。请你回答下列问题。 (1)图1所示的电路主要研究的是电磁铁磁性强弱与 的关系； (2)将甲、乙两电磁铁串联起来的目的是： ； (3)实验过程中小明发现电磁铁吸引的大头针下端是分散开的，原因是 。 【答案】(1)线圈匝数； (2)使通过两电磁铁的电流相同 (3)大头针被磁化，同名磁极相互排斥 3. 电磁铁的优点 （1）电磁铁磁性的有无可由电流的通断来控制。 （2）可通过改变电流大小、线圈匝数多少来控制电磁铁的磁性强弱。 （3）电磁铁的极性变换，可通过改变电流方向来实现。 4. 电磁铁的应用 电磁铁在生活、生产和科学技术中有很广泛的应用。从家里的全自动洗衣机到电动汽车，从磁悬浮列车到三峡水库的发电站，各种大小的电磁铁无处不在。 【例题3】如图所示，是王强同学在研究性学习活动中为某仓库设计的一种防盗报警器。其中，踏板在仓库门口，电铃和电灯在值班室内。根据电路，请你猜想：当有人踩踏板时，灯泡和电铃的工作情况是 （选填“灯亮铃不响”、“铃响灯不亮”或“灯亮且铃响”），理由是 。 【答案】铃响灯不亮 此时电磁铁有磁性，吸引衔铁向下移动，使灯泡电路断开、电铃电路接通 【例题4】电磁铁被广泛应用于生产、生活中。下列产品中没有用到电磁铁的是（    ） A．磁悬浮列车 B．台灯 C．老式电话机 D．电磁起重机 【答案】B 介绍电磁铁的定义与基本概念。 阐述电磁铁的工作原理。 提出问题，引导同学们思考电磁铁磁性强弱的影响因素有哪些。 设计实验并验证。 实验中应用的方法介绍。 结论一，磁性强弱与电流大小有关。 具体阐述电磁铁磁性随电流增大而增大。 结论二：磁性强弱与线圈匝数有关。 归纳总结影响磁性强弱的因素。 完成例题1例题2加深对电磁铁以及电磁铁磁性影响因素的认识。 介绍电磁铁的优点。 表面电磁铁的应用在生活、生成中的重要性。 完成例题3例题4，继续强化对于电磁铁知识的理解和认识。 学习新课 二、认识电磁继电器 【思考】电磁起重机在工作，其主要部件之一是电磁铁。电磁铁安装在吊车上，通电后吸起大量钢铁，移动到另一个位置后切断电流，钢铁被放下。要驱动巨大机器的电流高达有几十上几百安。如此大的电流，应该如何控制，才能保证操作安全？ 1.电磁继电器概念 电磁继电器是利用低电压、弱电流电路的通断，来间接地控制高电压、强电流电路通断，来控制工作电路的一种开关的装置。 电磁继电器实质是利用一个回路中的电流控制另一个回路通断的装置。 2.电磁继电器的结构 电磁继电器由低压控制电路和高压工作电路组成。 控制电路主要构造：电磁铁、衔铁、弹簧、触点。 电磁铁：通电时产生磁性，吸下衔铁；衔铁: 带动动触点上下运动；弹簧: 电磁铁无磁性时，带动衔铁离开电磁铁；触点: 相当于被控制电路的开关。 3.电磁继电器的工作原理 控制电路中闭合开关S，电磁铁的线圈有电流通过产生磁性，衔铁B被吸下，动触点D与静触点E接触，高压电路闭合，电动机M开始工作。 断开开关S，电磁铁中电流消失，磁性随之消失，衔铁B在弹簧弹力作用下被弹起，动触点D与静触点E分离，高压电路断开，电动机M停止工作。 4.电磁继电器的应用 电磁继电器是一种常用的电子控制开关，它的开关特性在电力系统保护，生产过程自动化等领域有着广泛应用。 （1）汽车点火系统 在卡车（或汽车）启动系统中，点火开关仅通过较小电流 ，控制启动继电器（电磁继电器），继电器触点闭合，将蓄电池大电流送至启动电机，让发动机转动。 优点：保护点火开关、减少线路损耗、实现远程控制。 （2） 机械电铃 通电后电磁铁吸引衔铁，敲击铃碗发声，衔铁被吸合时，弹性片与螺钉分离，控制电路断电，电磁铁失磁，弹性片弹回与螺钉接触，电路再次接通，如此往复，持续发声。 【例题5】小明为抽屉设计了一个简易防盗报警器，并将它安装在抽屉内。报警器原理图如图，光敏电阻的阻值随光照强度的增大而变小。合上抽屉时，电磁铁磁性 （选填“增强”“减弱”“不变”）。为使电铃更容易响起，可将的阻值 （选填“增大”“减小”）。 【答案】减弱 减小 【例题6】下图是电磁继电器的工作原理图。 (1)当低压控制电路闭合时，电磁铁A （选填“具有”或“失去”）磁性，吸引衔铁B，从而使动触点D与静触点E吸合，高压工作电路 （选填“闭合”或“断开”）。 (2)当低压控制电路断开时，电磁铁A （选填“具有”或“失去”）磁性，衔铁B在左侧弹簧C的作用下返回原位，动触点D与静触点E分离，高压工作电路 （选填“闭合”或“断开”）。 (3)衔铁B与动触点D之间的硬棒应该用 （选填“导体”或“绝缘体”）制成，它与衔铁、动触点一起组成一个杠杆，弹簧C始终处于 （选填“拉伸”或“压缩”）状态。 【答案】(1) 具有 闭合 (2) 失去 断开 (3) 绝缘体 拉伸 引导同学们思考，安全控制大电流的方法，引出电磁继电器。 简单介绍电磁继电器的基本概念以及内部结构。 具体说明每个结构的作用。 阐述电磁继电器的工作原理。 介绍电磁继电器在生活生成中的具体应用。 完成例题4和例题5进一步对加强对电磁继电器的认识。 课 堂 练 习 课 堂 练 习 1．在下图所示的电路中，能使电磁铁磁性增强的是（　　） A．将滑片P向右移动 B．将滑片P向左移动 C．将开关S由触点2扳到触点1 D．将电源的正、负极对调 【答案】B 【详解】A．滑片P向右移动，连入电路的电阻增大，电源电压不变，根据欧姆定律可知电流减小，在线圈匝数和铁芯不变时，电流减小，电磁铁的磁性减弱，故A不符合题意； B．滑片P向左移动，连入电路的电阻减小，电源电压不变，根据欧姆定律可知电流增大，在线圈匝数和铁芯不变时，电流增大，电磁铁的磁性增强，故B符合题意； C．将开关S由触点2扳到触点1，电路中电源电压不变，电阻不变，根据欧姆定律可知电流不变，但线圈的匝数会变少，电磁铁的磁性减弱，故C不符合题意； D．将电源的正、负极对调，可以改变电磁铁的磁极，但不能改变电磁铁的磁性强弱，故D不符合题意。 故选B。 2．学校安装了一款能根据光照强度实现自动控制的“智能照明灯”，电路如图所示。电源电压保持不变，为定值电阻，为光敏电阻，其阻值随光照强度增大而减小。闭合开关S，当光照强度减小时，下列说法正确的是（　　） A．灯泡一定发光 B．电磁铁磁性增强 C．电压表示数减小 D．通过的电流减小 【答案】D 【详解】BCD．控制电路中，、串联，电压表测两端电压。闭合开关S，当光照强度减小时，光敏电阻阻值变大，根据串联分压原理，两端电压变大，则电压表示数变大；总电阻变大，根据，控制电路中电流变小，则通过的电流减小，电磁铁磁性减弱，故BC错误，D正确； A．由上述分析可知，闭合开关S，当光照强度减小时，电磁铁磁性减弱，只有当电磁铁磁性减弱到某个程度时，衔铁才会自动弹上去，灯泡才会发光，故A错误。 故选D。 3．如图所示，一个轻质弹簧下悬挂一个铁块，为使弹簧伸长量增大，可采取的措施是（　　） A．不改变滑片P的位置，S由1改接到2 B．S接1不变，将滑片P向右滑 C．S接1不变，将滑片P向左滑 D．S接1不变，滑片P的位置不变，将铁芯抽出 【答案】C 【详解】A．不改变滑片P的位置，电路中电流大小不变，S由1改接到2，线圈匝数减少。电磁铁磁性强弱与电流大小、线圈匝数有关，电流不变时，匝数越少磁性越弱，对铁块的吸引力越小，弹簧伸长量减小，故A不符合题意； B．S接1不变，线圈匝数不变，将滑片P向右滑，滑动变阻器接入电阻变大，电路中电流变小。电流越小电磁铁磁性越弱，对铁块的吸引力越小，弹簧伸长量减小，故B不符合题意； C．S接1不变，线圈匝数不变，将滑片P向左滑，滑动变阻器接入电阻变小，电路中电流变大。电流越大电磁铁磁性越强，对铁块的吸引力越大，弹簧伸长量增大，故C符合题意； D．S接1不变，滑片P位置不变，电路中电流和线圈匝数均不变，将铁芯抽出，电磁铁磁性会减弱（铁芯可增强磁性），对铁块的吸引力减小，弹簧伸长量减小，故D不符合题意。 故选C。 4．电磁继电器是利用电磁铁来控制工作电路的一种 。如图所示的自动控制电路中： （1）当控制电路的开关S闭合时，电磁铁 （选填“有”或“无”）磁性，衔铁被吸下，动触点与 （选填“上方”或“下方”）静触点接触，工作电路中 （选填“灯亮”或“铃响”）。 （2）当控制电路的开关S断开时，工作电路中 （选填“灯亮”或“铃响”）。 【答案】 开关 有 下方 铃响 灯亮 【详解】[1]电磁继电器是利用电磁铁来控制工作电路的一种开关。 [2][3][4]当控制电路的开关S闭合时，有电流通过电磁铁，电磁铁有磁性，衔铁被吸下，动触点与下方静触点接触，此时工作电路中电铃所在的电路接通，所以工作电路中铃响。 [5]当控制电路的开关S断开时，电磁铁中无电流通过，电磁铁失去磁性，衔铁在弹簧的作用下向上抬起，动触点与上方静触点接触，此时工作电路中灯泡所在的电路接通，所以工作电路中灯亮。 5．如图是说明巨磁电阻特性原理的示意图，图中GMR是巨磁电阻，它的电阻在磁场中会急剧减小。如果闭合、并使滑片P向左滑动，电磁铁的磁性变 ，灯泡的亮度变 。 【答案】 强 亮 【详解】[1][2]当滑片P向左移动时，滑动变阻器阻值变小，根据可知，电流变大，通电螺线管磁性增强；由于巨磁电阻随着磁场增强而急剧减小，又根据可知，电流变大，灯变亮。 6．小红和小刚在做探究电磁铁的磁性跟哪些因素有关的实验时，作出了如下猜想： 猜想①：电磁铁通电时有磁性，断电时没有磁性 猜想②：通电的电磁铁的磁性与线圈的匝数有关 猜想③：通电的电磁铁的磁性与电流大小有关 为了验证上述猜想是否正确，小红和小刚共同设计了以下实验方案：用漆包线在大铁钉上绕制若干圈，制成简单的电磁铁。实验中观察到的现象如图甲、乙、丙所示的实验电路，请你完成如下填空： (1)通过观察电磁铁吸引大头针数目多少的不同，来判断它的 ； (2)通过比较甲乙两图，可以验证猜想 （选填“①”“②”或“③”）是正确的；将图乙中的滑动变阻器向右滑，发现电磁铁吸引的大头针数目 （选填“变多”“变少”或“不变”），可以验证猜想 （选填“①”“②”或“③”）是正确的； (3)实验中，大头针的下端都是分开的，原因是 ； (4)用实验器材组成了如图丙所示的实验电路，分别连接电磁铁线圈的接线柱A、C，并调节滑动变阻器控制电流不变，可以发现接 （选填“A”或“C”）柱时，大铁钉下方吸引大头针较多。 【答案】(1)磁性强弱 (2) ① 变少 ③ (3)见解析 (4)A 【详解】（1）根据转换法，实验中通过观察电磁铁吸引大头针数目多少的不同，来判断它的磁性强弱，吸引大头针数目越多，说明电磁铁磁性越强。 （2）[1]通过比较甲乙两图，只有闭合开关，电磁铁才吸引大头针，说明电磁铁通电时有磁性，断电时没有磁性，即可以验证猜想①是正确的。 [2][3]将图乙中的滑动变阻器向右滑，变阻器阻值变大，电路中电流变小，发现电磁铁吸引的大头针数目变少，说明通电的电磁铁的磁性与电流大小有关，可以验证猜想③是正确的。 （3）大头针被磁化后，下端是同名磁极，根据同名磁极相互排斥，下端都是分开的。 （4）通电的电磁铁的磁性与线圈的匝数有关，当电流相同时，线圈的匝数越多，它的磁性越强。连接电磁铁线圈的接线柱A时，线圈的匝数较多，电磁铁的磁性较强，大铁钉下方吸引大头针较多。 板 书 设 计 第3节 电磁铁 一、电磁铁 概念：内部带有铁芯的通电螺线管。 工作原理：电流的磁效应。 影响电磁铁磁性强弱的因素：电流大小；线圈匝数。 电磁铁的优点： （1）电磁铁磁性的有无可由电流的通断来控制。 （2）可通过改变电流大小、线圈匝数多少来控制电磁铁的磁性强弱。 （3）电磁铁的极性变换，可通过改变电流方向来实现。 2、 电磁继电器 定义：利用低电压、弱电流电路的通断，来间接地控制高电压、强电流电路通断，来控制工作电路的一种开关的装置。 主要构造：电磁铁、衔铁、弹簧、触点。 工作原理：通过电磁铁与弹簧的共同作用实现工作电路通断状态的切换。 课 堂 小 结 7.3 电磁铁 作 业 1. 完成课后作业：“练习与应用” 2. 配套同步分层作业 教学反思 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $