20.3 电磁铁 电磁继电器 教学设计 2025-2026学年人教版九年级物理全一册

该初中物理教学设计聚焦电磁铁与电磁继电器，涵盖构造、原理、磁性强弱影响因素及继电器应用。通过“魔术”演示电磁铁磁性可控，关联奥斯特实验旧知，引导制作简易电磁铁，搭建从感知到探究的学习支架。 此设计以“制 - 探 - 用”为主线，突出科学探究，学生亲手制作电磁铁并通过控制变量法探究磁性强弱；强化科学思维，用解剖模型与动画解析继电器“以弱控强”原理。结合电磁起重机、自动控制实例，培养科学态度，助力学生构建物理观念，为教师提供清晰教学流程与丰富实操资源。

第三节 《电磁铁 电磁继电器》 1. 物理观念：知道电磁铁的构造与工作原理；通过实验探究影响电磁铁磁性强弱的因素（电流大小、线圈匝数、有无铁芯）；了解电磁继电器的基本结构和工作原理，能说明其在电路中的作用。 2. 科学思维：能运用“电生磁”和“磁对铁磁性物质的作用”等观念，分析与解释电磁铁及继电器的工作原理；通过控制变量法设计并实施探究实验，归纳科学规律；能阅读简单的电磁继电器控制电路图，并进行逻辑分析。 3. 科学探究：经历制作简易电磁铁、探究其磁性强弱影响因素的全过程，提升实验设计、操作、数据收集与分析的能力。 4. 科学态度与责任：体会电磁铁这一装置将电能便捷转化为磁能的应用价值；通过了解电磁继电器在自动控制、安全电路中的应用，认识物理学对社会发展与技术进步的重要推动作用，激发创新意识。 重点：电磁铁的特性；探究影响电磁铁磁性强弱的因素；电磁继电器的结构和工作原理。 难点：运用控制变量法设计并完成探究实验；理解电磁继电器如何利用低电压、弱电流控制高电压、强电流电路。 教师用：大型电磁铁演示器（含变阻器）、电磁继电器实物及解剖模型、多媒体课件、相关视频（电磁起重机、自动控制装置）。 学生分组用（每组一套）：电池组（或学生电源）、滑动变阻器、开关、导线若干、大铁钉（或铁芯）、绝缘导线（不同长度/匝数）、小铁钉（或大头针，用于检验磁性）、电流表、一小块永磁体。 【环节一：魔术启思，磁力可控】- 情景导入 (设计时长：5分钟) 情境设计与操作： 1. 魔术表演：教师展示一个绕有导线的铁芯（电磁铁），将其与电池、开关串联，但电路断开。用其靠近一堆混有铜屑的铁屑，无法吸引。然后闭合开关，电磁铁瞬间吸起大量铁屑。断开开关，铁屑纷纷落下。 2. 设疑激趣：提问：“这个装置是磁铁吗？它的‘磁性’为何能凭空出现，又能瞬间消失？”引导学生回顾“通电导线周围存在磁场”的奥斯特实验，启发思考：能否制造一个“可控的磁铁”？ 设计意图：以“魔术”形式呈现电磁铁“磁性的有无”可控这一核心特征，视觉冲击力强，能迅速抓住学生好奇心。从旧知（电流的磁效应）自然引出新知（电磁铁），建立知识联系。 教师引导：“这个能通过电流‘指挥’的磁铁，我们称之为电磁铁。它正是人类利用‘电生磁’原理制作的一个非常实用的工具。今天，我们就来亲手制作、并深入研究这个神奇的‘听话磁铁’。” 【环节二：手作磁芯，初窥门径】- 制作与感知 (设计时长：8分钟) 学生活动与探究： 1. 活动一：制作简易电磁铁。学生根据电路图，将导线紧密缠绕在大铁钉上，连接电池和开关，制作一个简易电磁铁。 2. 测试与比较：a. 闭合开关，用电磁铁尖端吸引小铁钉，观察现象。b. 断开开关，观察现象。c. 将电磁铁中的铁钉换成塑料棒或木棒，再测试其磁性。d. 只用导线绕成线圈（无铁芯），测试其磁性。 3. 归纳总结：引导学生得出电磁铁的基本构造（由线圈和铁芯组成）和工作特性：通电时有磁性，断电时磁性消失；插入铁芯，磁性大大增强。 设计意图：让学生通过亲手制作和对比实验，直观感知电磁铁的基本构成和核心特性（磁性的可控性与增强铁芯的作用）。这是从理论认识到实践体验的第一步，为后续探究奠基。 过渡设计：“大家都成功制作了自己的‘小磁铁’。但我们发现，有的小组吸起的铁钉多，有的少。这说明电磁铁的磁性有强有弱。那么，哪些因素决定了它的磁性强弱呢？我们能否像调节音量一样，来调节磁性的‘音量’？” 【环节三：探秘强弱，掌控变量】- 实验探究 (设计时长：15分钟) 学生活动与探究： 1. 活动二：探究影响电磁铁磁性强弱的因素。 提出问题：电磁铁的磁性强弱与哪些因素有关？ 猜想与假设：引导学生根据已有知识（电流的磁场、磁体特性）进行猜想：可能与电流大小、线圈匝数、铁芯材料等有关。 设计实验：教师引导学生明确如何用吸引小铁钉的数量（或使铁钉刚刚被吸引时的距离）来比较磁性强弱。重点讨论如何运用控制变量法：①探究与电流关系（控制匝数、铁芯相同，改变电流）。②探究与线圈匝数关系（控制电流、铁芯相同，改变匝数）。 进行实验：学生分组利用提供的器材（滑动变阻器用于改变电流，不同长度的导线用于改变匝数）完成探究，记录数据。 分析与结论：交流实验数据，得出结论：电磁铁的磁性强弱与电流大小、线圈匝数有关。电流越大，磁性越强；匝数越多，磁性越强。 设计意图：这是本节课的核心探究环节。通过完整的探究流程，不仅让学生掌握了知识，更重点训练了“控制变量法”这一核心科学方法和实验设计能力。培养学生严谨的科学态度和协作精神。 过渡设计：“通过探究，我们掌握了增强或减弱电磁铁磁性的‘密码’。这种磁性可控、强弱可调的优点，使得电磁铁在生活生产中大显身手。比如，巨大的电磁起重机（播放视频片段）。但它还有一个更聪明、更重要的‘亲戚’，能将电与磁的威力用于精密的自动控制，它就是——电磁继电器。” 【环节四：慧心巧思，以弱控强】- 学习继电器 (设计时长：10分钟) 讲解与模拟： 1. 情境创设：展示一张高危环境（如高温熔炉、高压电房）的照片。提问：“如果需要控制里面的机器开关，人直接操作危险吗？能否在安全的控制室，远程控制车间里机器的运转？” 2. 结构剖析：展示电磁继电器实物和结构解剖模型，结合挂图或动画，讲解其四部分：电磁铁、衔铁、弹簧、触点（动触点、静触点A/B）。明确其电路分为控制电路（低压电路，含电磁铁）和工作电路（高压/强电流电路，含用电器）。 3. 原理演示：教师用大型示教板或动画演示：闭合控制电路开关→电磁铁通电产生磁性→吸引衔铁→动触点与下方静触点（如B）接通→工作电路闭合，用电器（如电动机）工作。断开控制电路开关→电磁铁断电失去磁性→弹簧将衔铁拉回→动触点与上方静触点（如A）接通→工作电路断开，用电器停止。 4. 总结归纳：引导学生理解电磁继电器的本质是一个利用电磁铁控制工作电路通断的开关。其核心作用是利用低电压、弱电流的控制电路，间接控制高电压、强电流的工作电路，实现远距离控制和自动控制。 设计意图：从安全需求的实际问题出发，引发认知冲突，激发学习兴趣。利用实物、模型、动画等多种媒体，化抽象为具体，清晰展示继电器的内部结构和工作过程，突破“间接控制”这一难点。 过渡设计：“这个看似小巧的装置，却是现代自动控制系统的‘神经元’。它如何应用于我们的实际生活，创造便利与安全呢？” 【环节五：链接生活，智控未来】- 应用与拓展 (设计时长：7分钟) 应用分析与展望： 1. 实例分析：展示或引导学生分析几个具体应用电路图，如：水位自动报警器（水位到达，控制电路接通，电磁铁工作，吸引衔铁，报警电路闭合）、温度自动控制箱（恒温箱）、消防联动控制系统等。引导学生分析其中控制电路和工作电路分别是哪部分。 2. 头脑风暴：请学生举例并简单描述生活中可能用到电磁继电器的地方（如汽车防盗报警器、工厂自动生产线、电梯控制等）。 3. 课堂小结：师生共同回顾，从电磁铁的制作、探究，到电磁继电器的原理与应用，形成“原理（电生磁）→装置（电磁铁）→应用（继电器）→价值（自动控制）”的完整知识链。 设计意图：将理论知识回归实际应用，通过分析具体实例，深化对电磁继电器工作原理的理解，体会物理学“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程理念，培养学生的工程思维和社会责任感。 第三节 电磁铁 电磁继电器 一、 电磁铁 1. 构造：线圈 + 铁芯 2. 原理：电流的磁效应 3. 特点：通电有磁，断电无磁（可控）；有铁芯，磁性强。 4. 磁性强弱因素： 电流越大 → 磁性越强 匝数越多 → 磁性越强（控制变量法） 二、 电磁继电器 1. 结构：电磁铁、衔铁、弹簧、触点 (A、B) 2. 实质：利用电磁铁控制的开关。 3. 电路：控制电路（低电压/弱电流） ↔ 工作电路（高电压/强电流） 4. 原理：控制电路通断 → 电磁铁磁性有无 → 衔铁运动 → 触点连接/断开 → 工作电路通断。 5. 应用价值：远距离控制、自动控制、用低（压/流）控高（压/流）。 1. 环节联动，建构概念：“魔术导入”与“手作磁芯”环节紧密衔接，让学生在惊奇与动手中迅速建立对电磁铁“可控性”的深刻印象。从定性感知到定量探究（“探秘强弱”）的过渡自然，符合认知梯度，概念建构扎实。 2. 方法培养，体现深度：“探秘强弱”环节是素养培养的抓手。学生在明确“如何衡量磁性”、“如何控制变量”的思考与实践中，科学探究能力与科学思维得到了有效锻炼，这比单纯记住结论更有价值。 3. 难点突破，化繁为简：对于电磁继电器，通过“安全需求”情境切入，利用“解剖模型+动画演示”将内部不可见的过程可视化。用“控制电路”与“工作电路”两条线分析实例，有效突破了“间接控制”这一抽象难点。 4. 时间分配与生成处理：探究实验环节耗时可能较长，需加强巡视指导，确保各组方向正确。对于学生提出的“铁芯粗细、形状是否影响磁性”等生成性问题，可肯定其思考，并引导作为课后拓展探究课题，保持课堂主线清晰的同时保护学生的好奇心。 教学设计总结： 本设计以“制-探-用”为主线展开。从“魔术”导入激发兴趣，通过亲手制作感知电磁铁特性；重点围绕“磁性强弱因素”展开完整探究，深化科学方法训练；自然过渡到电磁继电器，利用模型与动画化解难点，并结合实例阐释其核心应用价值。全课注重学生活动与思维参与，从现象到本质，从原理到应用，有效促进了物理学科核心素养的融合发展。 学科网（北京）股份有限公司 $