14.4 电磁铁及其应用 第1课时 教学设计-2026-2027学年物理北师大版九年级全一册

该初中物理教学设计聚焦电磁铁的构造、特点及影响磁性强弱的因素，通过“捡起小铁钉”情境任务引导学生对比方法优劣，从通电螺线管过渡到电磁铁，衔接“电流的磁场”知识，为后续应用学习搭建支架。 此资料以实验探究为核心，学生自制电磁铁并通过电子测力计优化实验方案，强化控制变量法与转换法应用，培养科学探究与科学思维能力。结合电磁起重机、空气开关等生活实例，深化物理观念，分层作业设计助学生巩固，多媒体演示提升教学直观性，有效促进学生能力发展与教师教学效率提升。

14.4 电磁铁及其应用（第1课时） 课题 电磁铁及其应用（第1课时） 一、教学内容分析 本节承接第三节“电流的磁场”，是通电螺线管磁场的应用。本节内容由“电磁铁”“探究影响电磁铁磁性强弱的因素”“电磁铁的应用”三部分组成。电磁铁在生产生活中的应用非常广泛，本节课的课程定位为规律课和应用课。 第1课时的教学重点是“探究影响电磁铁磁性强弱的因素”，通过引导学生进行实验探究突出教学重点，引导学生参与实验、分析现象，体验科学探究的方法。电磁铁是电磁继电器、电铃和自动控制电路中的重要组成部分，本节课的学习为第2课时深入学习“电磁铁的应用”作铺垫。 二、学习者分析 （一）知识基础 学生已经有了一定的力学知识、电学知识和磁学知识，知道通电导线和通电螺线管周围存在磁场，但由于通电螺线管的磁性较弱，不了解如何将通电螺线管的磁场应用于生产生活中。 （二）学科能力 本节课通过实验定性探究影响电磁铁磁性的因素。实验能力方面，学生已经具备将电磁铁连入电路的实验技能，掌握了转换法和控制变量法的应用，为本节实验探究的设计打下坚实基础。通过实验探究，学生知道电磁铁磁性的强弱与电流大小和线圈匝数有关，并能将这一规律进行迁移，学会在实际应用中通过改变这些因素改变电磁铁磁性的强弱。 （三）认知特点 学生已经具备一定的生活经验和较强的逻辑思维能力，能在生活中找到电磁铁相关的应用，能够理解和分析较为复杂的物理现象。学生基本具备了自学思考和实验探究的能力，为了提高学生的学习兴趣，建议引导学生通过阅读、联系实际、动手实验、利用网络资源进行自主探究等方式完成本节内容的学习。 三、学习目标 1.通过探究如何增强通电螺线管磁性的实验，了解电磁铁的构造、特点和工作原理。 2.通过探究影响电磁铁磁性强弱因素的实验，知道电磁铁的磁性有无与电流的通断有关，磁性的强弱与通过的电流的大小及线圈的匝数有关。 3.会根据探究任务设计实验、选择合适的实验器材进行实验，经历实验设计与探究的过程，提升设计探究方案的能力，培养动手操作能力和观察能力。 4.通过经历探究影响电磁铁磁性强弱因素的实验，体会科学探究的过程，进一步体会控制变量法、转换法在研究中的作用，培养科学思维。 5.初步了解电磁铁在生活中的一些应用，如电磁起重机、电磁选矿机、电磁继电器和电铃等，体会学习物理的重要意义和必要性，认识到科学知识对人类社会发展的重要推动作用，乐于探索自然现象和日常生活中的物理现象。 四、学习重难点 重点：探究影响电磁铁磁性强弱因素的实验过程。 难点：自制电磁铁；探究影响电磁铁磁性强弱的因素。 五、学习评价设计 方式 工具 评价标准 课堂提问 教师提问 根据学生对“如何捡起散落在地上的小铁钉？”“怎样增强通电螺线管的磁性使其能够吸起小铁钉？”“如何改变电磁铁的磁极？”“如何改变电磁铁磁性的强弱？”等问题的回答，评价学生的思维发展水平。 阐述设计方案 教师提问 学生互评 通过学生对“探究影响电磁铁磁性强弱的因素”的实验，学生进行实验操作设计和实验数据表格设计，来评价学生交流合作和质疑创新的能力，培养学生的科学思维。 实验操作 现场展示 通过学生实验操作和记录数据的过程，评价学生是否关注实验操作细节、是否具备实事求是和科学严谨的科学态度。 总结分享收获 教师提问 通过学生对电磁铁的结构、电磁铁的特点、影响电磁铁磁性强弱的因素、电磁铁的应用等重点的回顾与自我总结，评估学生的归纳总结能力以及科学态度与责任的发展情况。 课堂即时测验 纸笔测试 根据学生的完成度和正确率，评价学生是否掌握了电磁铁的构造、特点和工作原理，能否解释生活中应用电磁铁设备的工作原理。 六、学习活动设计 教师活动 学生活动 环节一：创设情境，提出问题 教师活动1 创设情境：地面上有一堆散落的小铁钉，现在我们需要将它们收集到盒子中。 提出问题：如何捡起散落在地上的小铁钉？你有什么方法？思考各种方法的优势与劣势。 引导：是否可以使用通电螺线管呢？ 学生活动1 讨论并回答：徒手捡起；用布裹着捡起；利用磁铁捡起…… “徒手捡起”这一方法可能有危险且效率较低；“用布裹着捡起”效率较低；“利用磁铁捡起”效率较高，但转移到盒子中时可能有危险…… 活动意图说明： 通过创设“捡起散落在地上的小铁钉”的任务情境，激发学生运用物理知识解决实际问题的积极性。通过学生对不同方法进行比较与评估，引出通电螺线管，为后续增强螺线管的磁性作铺垫。 环节二：制作并感受电磁铁 教师活动2 提出问题：在一个纸筒外面缠绕铜质漆包线制成螺线管，给螺线管通入电流，用它的一端靠近小磁针，发现小磁针发生偏转。能否利用通电螺线管吸起小铁钉？ 提出问题：如何在现有基础上增强通电螺线管的磁性，使其能够吸起小铁钉？ 展示实验室中的电磁铁。 提出问题：仔细观察实验室中的电磁铁，它们与通电螺线管有什么区别？ 展示：电磁铁由通电螺线管和铁芯组成。 提出问题：铁芯的作用是什么？ 提出问题：什么是电磁铁？ 提出问题：电磁铁的工作原理是什么？ 提出问题：相较于永磁体，电磁铁具有什么特点？ 提出问题：怎样判断电磁铁外部磁场的方向？ 学生活动2 尝试使用通电螺线管吸起小铁钉，发现很难吸起小铁钉。 交流讨论：可以增大电流或增加线圈匝数。通过增大电压来增大电流或者重新组装螺线管增加线圈匝数。 讨论并回答：实验室中的电磁铁内部放置了一根铁棒。 观察实验，放有铁芯的通电螺线管很容易将小铁钉吸起来。 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，从而可以获得较强的磁性。 电磁铁就是带有铁芯的通电螺线管。 电磁铁的工作原理是电流的磁效应。 电磁铁最主要的特点是“有电有磁，断电无磁”。当线圈中通入电流时，电磁铁就会产生磁性；切断电流，电磁铁的磁性就会消失。 电磁铁外部磁场方向与通电螺线管外部磁场的方向是一致的，可运用右手螺旋定则来判定。 活动意图说明： 学生在实验过程中发现通电螺线管的磁场不够强。此时，教师引导学生思考如何增强通电螺线管的磁性，进一步思考在螺线管的形状、匝数和电源电压一定的情况下如何增强磁场。教师引导学生回想磁化的相关知识，磁性材料被磁化后产生磁场，使其与通电螺线管的磁场叠加，就可实现磁场的增强。如果学生不能想到加入铁芯增强磁场，可以观察实验室中的电磁铁的结构，通过实验改进通电螺线管，理解铁芯的作用。 通过观察和实验，总结电磁铁的组成、工作原理、特点、判断电磁铁外部磁场方向的方法，将之前所学的永磁铁、螺线管的相关知识与电磁铁的相关知识相互联系，培养学生的知识迁移能力，建立知识网络。 环节三：探究影响电磁铁磁性强弱的因素 教师活动3 1.提出问题 提出问题：如果想用电磁铁吸引更多的小铁钉，怎样增加电磁铁的磁性？电磁铁的磁性强弱与哪些因素有关？对此你有怎样的猜想？你的依据是什么？ 引导学生对影响电磁铁磁性强弱的因素进行探究，作出猜想，并且能够根据猜想找到相应依据。 2.收集证据 提出问题：设计实验方案验证猜想并收集数据。实验时如何反映电磁铁磁性的强弱？运用哪些物理方法进行实验探究？ 提出问题：提供弹簧测力计，能否优化实验方案，更加精确地描述电磁铁磁性的强弱？ 引导学生设计方案，思考如何利用弹簧测力计的示数反映电磁铁磁性的强弱。 请学生相互评价设计方案，发现设计方案在实际操作中可能出现的问题。 提出问题：将弹簧测力计替换为电子测力计，怎样设计实验方案？如何利用电子测力计的示数反映电磁铁磁性的强弱？ 提出问题：如何探究电磁铁磁性强弱与电流大小的关系？ 学生分组进行实验，探究电磁铁磁性强弱与电流大小的关系。 提出问题：怎样改变线圈的匝数呢？如何控制电流相同？ 教师为学生提供实验器材，由学生设计实验方案，选择实验器材，并设计实验数据记录表。 教师巡视并记录各组实验情况，包括各组在实验中出现的问题和闪光点，后续进行评估交流。 3.分析论证 提出问题：在实验过程中观察到了什么现象？怎样解释这些现象？ 4.交流讨论 （1）你还有其他发现吗？ （2）软铁块Q相对于电磁铁M的位置不同，测量出的电磁铁磁性强弱相同吗？实验中为什么要保持软铁块Q与电磁铁M下端的距离不变？ （3）电磁铁的磁性强弱除了与电流大小和线圈匝数有关，还与其他因素有关吗？将线圈匝数相同的不同电磁铁（如铁芯的材质不同、线圈在铁芯上分布的情况不同等）通入相同的电流，它们的磁性强弱相同吗？ 提出问题：你觉得电磁铁有哪些优点？ 学生活动3 提出猜想，并阐述理由：①对于一个确定的电磁铁（铁芯和线圈匝数固定），其磁性由电流控制。没有电流时，磁性消失；通入电流后，产生磁性。因此，电磁铁的磁性强弱可能与通过线圈的电流大小成正比。②电流从导线中通过时，每一匝导线产生的磁场方向相同。因此，电磁铁的磁性强弱可能与线圈匝数有关。 设计实验方案。可以根据电磁铁能吸起小铁钉的个数来反映电磁铁磁性的强弱，此时运用了转换法。 在弹簧测力计下方悬挂一个小铁块，将电磁铁放在小铁块正下方，电磁铁通电后就会向下吸引小铁块。保持小铁块和电磁铁距离相等，给电磁铁通电，弹簧测力计的示数越大，表明电磁铁的磁性越强。 在刚才设计的实验中，“保持距离相等”是实验的关键。实验过程中，由于电磁铁的磁性强弱有变化等，难以保证每次实验时保持距离相等，从而可能产生较大误差。 按照下图所示的装置连接电路并进行探究实验。实验过程中，保持软铁块Q与电磁铁M下端的距离不变，电子测力计始终有示数。我们可以根据电子测力计示数的大小推知电磁铁M对软铁块Q的吸引力，进而判断电磁铁M的磁性强弱。 保持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，观察电子测力计的示数。 实验结论：线圈匝数一定时，通过线圈的电流越大，电磁铁的磁性越强。 讨论实验方案。可通过调节滑动变阻器控制通过电磁铁线圈的电流大小一定。 设计实验、进行实验并收集证据：设计实验方案，进行实验，并记录实验数据和实验现象。 线圈匝数一定时，通过线圈的电流越大，电磁铁的磁性越强。电流大小一定时，外形相同的螺线管，线圈匝数越多，电磁铁的磁性越强。 得出结论：电磁铁磁性的强弱与通过电磁铁电流的大小和电磁铁的线圈匝数有关。通过电磁铁的电流越大，线圈的匝数越多，电磁铁的磁性就越强。 分析讨论，在课后进行自主探究。 ①可以通过是否向线圈中通入电流来控制电磁铁磁性的有无。②可以通过调节电流的大小来控制电磁铁磁性的强弱。通过电磁铁的电流越大，电磁铁的磁性就越强。③可以通过改变电磁铁中电流的方向改变电磁铁磁场的方向。 活动意图说明： 本环节基于科学探究的四个环节进行教学设计，让学生探究影响电磁铁磁性强弱的因素。在此过程中，学生自主制订计划、收集证据、设计表格、记录数据、分析论证，最终得出结论，进一步培养探究能力。 在探究过程中，引导学生对实验方案进行评估改进，从用弹簧测力计粗略反映磁性强弱到用电子测力计较为精确地反映磁性强弱，确保控制变量保持不变，从而更深入地理解转换法和控制变量法的应用，强化了改进与评估实验方案的能力。在实验过程中，学生经历思考、表达、相互评价的过程，培养学生的问题解决能力和思维迁移能力。 环节四：电磁铁的应用 教师活动4 提出问题：电磁铁在生活中有哪些应用呢？ 教师补充：电磁铁在生产生活中有着广泛的应用，如电磁起重机、电磁选矿机、电磁继电器、电铃等。 提出问题：我们之前学过早期的保险装置使用的是保险丝，在家庭电路短路或者总功率过大时，由于电流的热效应，保险丝会熔断。那么，我们生活中使用的空气开关的原理又是什么呢？ 教师展示空气开关的工作原理示意图，根据示意图解释空气开关的工作过程。 电铃也应用了电磁铁。 展示电铃的构造和原理，利用实验室中的电铃模型进行演示，用投影仪让学生对电铃持续发出声音的过程有更直观的认识。 提出问题：电磁铁还有哪些应用？ 学生活动4 举出生活中电磁铁的应用实例，如空气开关、电磁起重机等。尝试说明它们的工作原理。 在正常情况下，衔铁释放，保持电路的接通；当电路发生短路时，电流瞬间增大，与火线串联的电磁铁就将产生较强的磁场，吸引衔铁使其脱扣，使触点断开。 讨论并分析电铃持续发出声音的过程。 电铃实质上是由电磁铁自动控制的开关来工作，利用电磁铁的通、断电循环，驱动与簧片相连的小锤反复敲击铃碗，从而持续发出声音。 医院的核磁共振仪，就是利用电磁铁产生强大且均匀的磁场，让人体组织中的氢原子核在磁场环境下产生共振现象，随后设备接收并处理这些共振信号，从而构建出人体内部结构的详细图像。 现代技术上很多地方需要的强磁场主要是由电磁铁提供的，其典型应用包括磁悬浮列车、大型电动机、大型发电机、磁疗设备、研究微观粒子用的加速器等。 活动意图说明： 通过介绍电磁铁在生产生活中的应用，将电磁铁与日常生活实际相结合，帮助学生认识物理知识在生产生活中的重要性，增强学习的趣味性。在介绍原理时，减少教师的直接讲授，转换为展示原理图、结构示意图或动画，学生通过观察和分析对工作过程和工作原理进行了解，突出科学思维的培养。 环节五：课堂练习 教师活动5 1.为了减弱电磁铁的磁性，下列方法可行的是（ ）。 A.减少螺线管的匝数 B.增大通过螺线管的电流大小 C.将螺线管内的铁芯拔出来 D.改变电流的方向 2.如图所示，电磁铁的一端有一个可自由转动的小磁针。闭合开关后，下列说法正确的是（ ）。 A.向右移动滑片，电磁铁的磁性将减弱 B.闭合开关后，小磁针两端的指向不变 C.电磁铁的磁场是人们想象出来的 D.拿掉小磁针，磁场就不存在了 学生活动5 1.AC。 2.B。 活动意图说明： 课堂练习的第一题考查学生对电磁铁结构、影响电磁铁磁性强弱因素的掌握情况；第二题考查了影响电磁铁磁性强弱的因素，并结合之前磁场的相关知识综合考查学生的分析能力。通过课堂练习，评价学生是否已经掌握本节课的重点知识和方法。 环节六：课堂小结 教师活动6 本节课你有什么收获？（引导学生从知识、技能、方法、习惯、认知等层面进行思考） 学生活动6 回顾本节课所学的知识和方法等。 活动意图说明： 通过课堂小结帮助学生梳理本节课的知识要点，形成知识结构图。 七、板书设计 第四节 电磁铁及其应用（第1课时） 八、特色学习资源分析、技术手段应用说明 多媒体演示：①展示探究影响电磁铁磁性强弱的因素的实验器材、实验电路、实验操作和实验现象；②展示电磁铁在生产生活中的应用；③展示空气开关、电铃的工作原理。 九、教学反思与改进 本节学习的重点是电磁铁和影响电磁铁的磁性强弱的因素。课堂教学基于学生已有的知识基础，采用循序渐进、层层深入的方式展开。本节是电流磁效应的应用，可结合教具、图片、视频等进行展示，引导学生思考分析，并通过实验得出结论。 设计亮点：注重学生动手实践。在介绍电磁铁的结构时，学生可能不易想到通过加入铁芯增强通电螺线管的磁性。教师可以引导学生观察实验室中的电磁铁，启发其思考。之后，引导学生制作电磁铁并检验通电后磁性的变化，让学生在实践中初步认识电磁铁的特点，同时渗透转换法这一科学研究方法。在此基础上，进一步引导学生探究电磁铁磁性强弱与哪些因素有关，通过猜想、设计实验方案、实验验证等环节，培养学生的科学探究能力。 注重学生科学思维的培养。在探究影响电磁铁磁性强弱的因素时，引导学生从电磁铁的结构入手进行推测，鼓励学生大胆猜想、作出假设。在实验探究过程中，渗透控制变量法和转化法等科学研究方法，帮助学生进一步掌握科学探究的基本方法。 实验设计更加严谨。在实验设计中，若采用弹簧测力计下悬挂铁块、用电磁铁去吸引铁块的方式，难以保证每次实验时控制变量保持不变，会产生较大误差。因此，实验中固定电磁铁，将铁块放置于电子测力计上，能更加直观、准确地反映磁场的强弱变化。 反思与改进：需要进一步培养学生的科学思维。在‌探究影响电磁铁磁性强弱的因素时，学生知道电流大小和线圈匝数会影响电磁铁磁性强弱，但是难以理解电流大小和线圈匝数影响电磁铁的磁性强弱的原理。因此，学生需要先进行观察分析，再进行实验探究，同时结合理论讲解，来深入理解这一知识点。 实验操作有一定难度。学生在制作电磁铁时，线圈绕制不规范导致实验效果不明显。在探究影响电磁铁磁性强弱因素的实验中，学生可能难以准确控制变量导致实验数据不准确。 学生对电磁铁的应用实例了解不够深入，难以将理论知识与实际应用相结合。因此，教师可以通过展示一些实物如小型电磁继电器等，让学生直观地观察电磁铁在其中的作用。通过展示实物、相互讨论等方式，加深学生对电磁铁应用的理解。 十、课时作业 （一）设计意图 本节的课时作业共有7道题，分为3个层次。 层次1：试题1以自制电磁铁为情境，考查学生对电磁铁原理的认识，明确影响电磁铁磁性强弱的因素。试题2以杠杆和电磁铁的组合系统来升降密封罩为情境，将学生在课堂所学电磁起重机与本题联系起来，考查电流的磁效应、右手螺旋定则的应用。试题3以电铃为情境，考查学生对电磁铁的理解以及右手螺旋定则的应用。试题4通过对断路器的分析，考查学生对家庭电路中电流过大原因和影响电磁铁磁性强弱因素的了解。 层次2：试题5将动态电路分析与影响电磁铁磁性强弱的因素结合，涉及电磁铁磁性与电流的关系、电功率公式的应用等，考查学生分析动态电路的能力，培养学生根据情境提取有效信息的能力。 层次3：试题6通过探究影响电磁铁磁性强弱因素的实验，考查转换法和控制变量法的应用。试题7是本节课电磁铁知识的迁移拓展，评价学生科学思维的发展情况。 本节试题包含电磁起重机、电铃、巨磁电阻等情境，紧密联系生产生活实际，注重考查学生的动手能力和根据所学解决实际问题能力。每一道试题均包含生活情境，增加了试题的开放性和形式的多样性，不仅考查了学生的基础知识、基本技能和综合素质，还体现了“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程理念，引导学生灵活应用所学知识解决真实问题。 （二）作业内容 1.小刚自制了一个电磁铁，该电磁铁能吸引曲别针是因为电流具有___________效应；他想让电磁铁吸引更多的曲别针，可以采用___________电流的方法来实现。 2.酿酒坊里的发酵罐配有笨重的密封罩，为了方便操作，小明设计了一个将杠杆和电磁铁组合的系统来升降密封罩，如图所示。电磁铁的工作原理是___________；装置通电后，电磁铁的上端为___________（选填“N”或“S”）极。 3.如图是电铃的工作原理示意图。关于电铃工作时的说法不正确的是（ ）。 A.电流通过电磁铁时，电磁铁有磁性且A端为N极 B.电磁铁吸引衔铁，使电路断开 C.小锤击打铃碗发出声音，是由于铃碗发生了振动 D.小锤击打铃碗时，电磁铁仍具有磁性 4.某款型号断路器的工作原理如图所示。正常工作时，触点闭合。当电路短路或过载时，利用电磁铁或双金属片作用，使铁质簧锁装置弹开，触点断开。当电路中发生短路时，该断路器利用电磁铁的作用及时切断电路。短路时，电磁铁线圈中的电流变化及对铁质簧锁上端的磁力作用分别是（ ）。 A.电流变大，吸引簧锁 B.电流变大，排斥簧锁 C.电流变小，吸引簧锁 D.电流变小，排斥簧锁 5.巨磁电阻（GMR）效应是指某些材料的电阻在磁场中急剧减小的现象。如图是研究巨磁电阻特性的原理示意图，当闭合开关S1、S2并使滑片P向左滑动时，下列说法正确的是（ ）。 A.电磁铁右端为N极 B.电磁铁的磁性减弱 C.GMR所在电路的总功率不变 D.指示灯会明显变亮 6.小明用两个相同的铁钉作为铁芯绕制了两个线圈匝数不同的电磁铁，探究电磁铁磁性强弱与哪些因素有关，他所设计的实验电路如图所示。 （1）实验中，通过观察___________来比较电磁铁磁性强弱。 （2）保持滑动变阻器滑片P位置不变，观察实验现象，可得结论：电磁铁磁性强弱与___________有关。 （3）利用图中实验装置___________（选填“能”或“不能”）探究电磁铁磁性强弱与电流大小是否有关。 7.医生做手术时，有时要用一种称为“人工心脏泵”（血泵）的体外装置来代替心脏，以推动血液循环。如图是该装置的示意图，线圈AB固定在用软铁制成的活塞柄上（相当于一个电磁铁），通电时线圈与活塞柄组成的系统与固定在左侧的磁体相互作用，从而带动活塞运动。活塞筒通过阀门与血管相通，阀门S1只能向外开启，S2只能向内开启。线圈中的电流从A流向B和从B流向A时，线圈两端的磁极极性分别是什么？活塞向哪个方向运动？血液如何流动？ （三）参考答案 1.磁；增大 2.电流的磁效应；N 3.D 4.A 5.D 6.（1）电磁铁吸引大头针的数目 （2）线圈匝数 （3）能 7.线圈中的电流从A流向B时，由右手螺旋定则可知，螺线管左端为S极，此时异名磁极相吸引，故活塞左移，使得阀门S2打开，S1关闭，则血液由下端血管流向活塞筒；线圈中的电流从B流向A时，由右手螺旋定则可知，螺线管左端为N极，此时同名磁极相排斥，故活塞右移，使得阀门S2关闭，S1打开，则血液由活塞筒流向上端血管。 - 12 - - 59 - 学科网（北京）股份有限公司 $