16.3 电磁铁（教学设计）物理新教材沪粤版九年级下册

第3节 电磁铁（教学设计） 年级 九年级 学科 物理 教师 课题 第3节 电磁铁 教学 目标 物理观念 知道什么是电磁铁，了解电磁铁的构造和工作原理。 理解电磁铁磁性的强弱与电流大小、线圈匝数及有无铁芯有关。了解电磁铁在生活中的广泛应用，体会物理与技术的联系。 科学思维 通过分析电磁铁与普通永磁体的区别，培养比较与分类的思维方法。在探究影响电磁铁磁性强弱因素的实验中，熟练运用控制变量法和转换法。 科学探究 经历“提出问题—猜想假设—设计实验—进行实验—分析论证”的全过程，探究电磁铁磁性强弱的影响因素。能根据实验数据归纳出电磁铁磁性强弱与各因素之间的定性关系。 科学态度 与责任 通过了解电磁铁的应用，感受科学技术对社会发展的推动作用。在实验探究中养成严谨求实、合作交流的科学态度。 教材 分析 本节内容是继“电流的磁场”和“通电螺线管”之后的延伸与应用。教材首先定义了电磁铁（带铁芯的通电螺线管），指出其核心优势在于磁性的有无和强弱可以控制。随后，通过实验探究电磁铁磁性强弱的影响因素，这是本章的重点探究活动。最后介绍电磁继电器等应用，为下一节学习电磁继电器做铺垫。本节课是理论联系实际的关键节点，也是培养实验设计能力的重要载体。 学情分析 1. 知识储备分析：学生已经掌握了电流的磁效应、通电螺线管的磁场分布及安培定则，知道通电螺线管具有磁性，这为理解电磁铁奠定了基础。 2. 思维能力分析：学生在之前的学习中已接触过控制变量法（如探究电阻大小的影响因素、探究动能大小的影响因素等），具备初步的实验设计能力，但在多变量控制的具体操作细节上仍需指导。 3. 学习兴趣与态度分析：学生容易混淆“电流大小”与“电压”对磁性的直接影响，且在判断“吸引大头针数目”反映“磁性强弱”这一转换法的应用上需要强化理解。 教学重点 电磁铁的工作原理及构造特点。探究影响电磁铁磁性强弱的因素。 教学难点 设计并实施“探究影响电磁铁磁性强弱因素”的实验方案。理解电磁铁相对于永磁体的优越性及其在实际中的应用逻辑。 教学 器材 分组实验器材： 大号铁钉（或软铁棒）、绝缘导线、滑动变阻器、电源（干电池组或学生电源）、开关、电流表、大头针（或小铁钉）、导线若干。 演示器材： 大型电磁铁演示仪、多媒体课件（包含电磁起重机、电铃工作原理动画）。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 【情境创设】 展示视频：废品回收站的大型电磁起重机轻松吸起成吨的废钢铁，而在需要放下时，只需切断电源，废钢铁便自动掉落。 【提出问题】 为什么这个巨大的“磁铁”可以随时控制吸起和放下？普通的条形磁铁能做到吗？ 这种“磁铁”内部结构是怎样的？它的磁性强弱由什么决定？ 【学生活动】 思考并回答：普通磁铁磁性固定，无法随意消除；这种装置应该是通电才有磁性，断电失去磁性。 【引入课题】 这种带有铁芯的通电螺线管，就是我们今天要学习的——电磁铁。 思考并回答问题，进入情景。 学习新课 一、电磁铁的构造和原理 1. 定义与构造 定义：内部插入铁芯的通电螺线管称为电磁铁。 构造：主要由线圈和铁芯两部分组成。 注意：铁芯通常使用软铁（软磁性材料），因为软铁被磁化后，断电时磁性容易消失；而钢被磁化后会保留磁性（变成永磁体），不适合做电磁铁的铁芯。 2. 工作原理 研究电磁铁磁性的实验器材： 探究电磁铁磁性的电路： 原理：电流的磁效应。 过程分析： 当线圈通电时，产生磁场。 铁芯在磁场中被磁化，也产生了磁场。 线圈的磁场与铁芯的磁场叠加，使整体磁性大大增强。 【对比讨论】 比较项目 永磁体 电磁铁 磁性有无 固定存在 通断电控制 磁性强弱 固定 可调节 磁极方向 固定 可通过改变电流方向改变 【小结】 电磁铁最大的优点是：磁性的有无、强弱、极性都可以控制。 【例题1】许多自动控制的电路中都安装有电磁铁。有关电磁铁，下列说法正确的是（　　） A．铁芯使通电电磁铁的磁性增强 B．电磁铁断电后，仍然有很强的磁性 C．电磁铁的铁芯可以用铜棒代替 D．电磁铁是根据电流的热效应制成的 【答案】A 【详解】A．铁芯插入通电螺线管后，铁芯被磁化，故可以使电磁铁的磁性增强，故A正确； B．电磁铁是利用电流的磁效应原理工作的，通电时有磁性，断电后磁性消失，故B错误； C．由于铜棒不能被电磁铁磁化，故电磁铁的铁芯不能用铜棒代替，故C错误； D．由奥斯特实验可知，通电导体周围存在磁场（即电流具有磁效应），电磁铁就是根据电流的磁效应制成的，故D错误。 故选A。 知道电磁铁的定义和构造。 理解电磁铁的原理。 进行对比，知道电磁铁和永磁铁的区别。 做例题1。 学习新课 二、电磁铁磁性的强弱跟哪些因素有关 1. 提出问题 电磁铁的磁性强弱可能与哪些因素有关？ 2. 猜想与假设 猜想1：可能与电流的大小有关（电流越大，磁性越强？）。 猜想2：可能与线圈的匝数有关（匝数越多，磁性越强？）。 猜想3：可能与有无铁芯有关。 3. 设计实验（关键步骤） 研究方法：控制变量法（每次只改变一个因素，保持其他因素不变）和转换法（通过观察电磁铁吸引大头针的数目来反映磁性的强弱）。 电路设计：需要电源、开关、滑动变阻器（改变电流）、电流表（监测电流）、自制电磁铁（可改变匝数或更换有无铁芯）。 4. 进行实验 实验一：探究磁性强弱与电流大小的关系 控制：线圈匝数不变，有铁芯。 操作：闭合开关，调节滑动变阻器，改变电路中的电流。 现象：电流增大时，吸引的大头针数目增多；电流减小时，吸引的大头针数目减少。 结论：在线圈匝数一定时，电流越大，电磁铁磁性越强。 实验二：探究磁性强弱与线圈匝数的关系 控制：电流大小不变（调节滑片使电流表示数相同），有铁芯。 操作：分别接入匝数不同但规格相同的两个电磁铁（或使用抽头式线圈）。 现象：匝数多的电磁铁吸引的大头针数目多。 结论：在电流一定时，线圈匝数越多，电磁铁磁性越强。 实验三：探究有无铁芯的影响 控制：电流大小、线圈匝数相同。 操作：先插入铁芯，观察吸引大头针数目；再拔出铁芯，观察吸引大头针数目。 现象：有铁芯时吸引的大头针远多于无铁芯时。 结论：插入铁芯能显著增强电磁铁的磁性。 5. 分析与论证 综合上述实验，得出最终结论： 电磁铁磁性的强弱与电流的大小、线圈的匝数以及有无铁芯有关。 电流越大，磁性越强； 匝数越多，磁性越强； 有铁芯比无铁芯磁性强得多。 【例题2】在“探究电磁铁磁性的强弱跟哪些因素有关”的实验中，小丽同学提出了以下猜想， 猜想一：电磁铁磁性的强弱可能与电流的大小有关； 猜想二：电磁铁磁性的强弱可能与线圈的匝数有关。 为了检验上述猜想是否正确，小丽自制了简单的电磁铁，如图所示，如表是小丽同学所做实验的记录，请根据小丽的实验数据，完成下面问题。 电磁铁（线圈） 50匝 100匝 实验次数 1 2 3 4 5 6 电流表/A 0.8 1.2 1.5 0.8 1.2 1.5 吸引铁钉的最多数目/枚 5 8 10 7 11 14 (1)给电磁铁通电，铁钉上端为__________极； (2)要判断电磁铁的磁性强弱，可观察__________来确定； (3)比较实验中的1、2、3（或4、5、6），可得出的结论是__________； (4)为验证猜想二，若需对比两组实验数据，应从表中选取__________（填写实验次数代号）。 【答案】(1)S (2)吸引铁钉的数目 (3)线圈匝数一定时，通过电磁铁的电流越大，电磁铁磁性越强。 (4)1、4/2、5/3、6 【详解】（1）由图可知，电流从电磁铁上端流入线圈，右手握住铁钉，四指顺着电流方向，大拇指指向下端，因此铁钉上端为S极。 （2）本实验用转换法反映磁性强弱，电磁铁磁性强弱无法直接观察，通过吸引铁钉的数量判断磁性强弱，吸引铁钉越多，磁性越强。 （3）1、2、3（或4、5、6）组实验控制了线圈匝数不变，改变电流大小，电流越大，吸引铁钉数目越多，因此得出结论：线圈匝数一定时，通过电磁铁的电流越大，电磁铁磁性越强。 （4）验证猜想二，需要控制电流大小相同，改变线圈匝数，因此选择电流相同、匝数不同的两组实验，即1和4（或2和5、3和6）。 提出问题。 设计实验，知道实验实验器材；知道需要测量的物理量；设计实验记录表格；实验所用方法。 观看演示实验并收集数据。 对实验数据进行分析论证，归纳出结论。 进行交流讨论，知道电磁铁磁性的强弱与电流的大小、线圈的匝数以及有无铁芯有关。。 做例题2。 学习新课 三、电磁铁的应用 电磁铁因其磁性可控的特点，在现代生活和工业生产中有着广泛的应用。 1. 电磁起重机 原理：利用电磁铁通电产生强磁性吸起钢铁，断电磁性消失放下钢铁。 优势：搬运效率高，无需人工捆绑，适合处理散装废旧金属。 2. 电铃 原理： 闭合开关，电磁铁通电产生磁性，吸引衔铁。 衔铁带动小锤敲击铃碗发声。 同时，衔铁移动导致触点断开，电路切断，电磁铁失去磁性。 衔铁在弹簧片作用下弹回，触点重新接触，电路再次接通。 如此循环，电铃持续发声。 关键点：利用了电磁铁磁性的有无可以快速切换的特点。 3. 磁悬浮列车 原理：利用同名磁极相互排斥或异名磁极相互吸引的原理，使列车悬浮在轨道上方，减小摩擦，提高速度。其中的磁场主要由强大的超导电磁铁产生。 4. 其他应用 电话听筒、扬声器、自动水位报警器、电磁选矿机等。 【课堂讨论】 为什么电磁铁的铁芯要用软铁而不用钢？ 解析：软铁属于软磁性材料，磁化后磁性容易消失；钢属于硬磁性材料，磁化后能长期保持磁性。如果使用钢，断电后电磁铁仍有磁性，就无法实现“断电释放”的功能（如电磁起重机无法放下货物，电铃无法复位）。 【例题3】如图所示的电铃电路，___________（选填“断开”或“闭合”）开关时，电磁铁产生磁性，吸引___________（选填“螺钉A”或“衔铁B”），鼓槌向下敲击铃碗发声。但同时A和B分离，电路断开，鼓槌又被弹簧片弹回；B与___________（选填“螺钉A”或“衔铁B”）接触，又将电路接通，如此反复，电铃就会持续发声。 【答案】 闭合 衔铁B 螺钉A 【详解】电铃利用电流的磁效应工作，只有闭合开关后，电路接通，电磁铁才有电流通过，产生磁性；电磁铁产生磁性后，会吸引可活动的衔铁B，带动鼓槌向下敲击铃碗发声；衔铁被吸引后，衔铁B和螺钉A分离，电路断开，电磁铁失去磁性，鼓槌被弹簧片弹回，此时衔铁B重新和螺钉A接触，电路再次接通，重复上述过程，电铃持续发声。 知道电磁铁的应用。 进行讨论。 做例题2。 课 堂 练 习 课 堂 练 习 1．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．磁浮列车 B．台灯 C．电铃 D．电磁起重机 【答案】B 【详解】A．磁悬浮列车应用同名磁极相互排斥（或异名磁极相互吸引）的原理，利用的磁体是电磁铁，故A不符合题意； B．台灯是利用将电能转化为光能工作的，没用到电磁铁，故B符合题意； C．电铃在通电时，电磁铁有磁性，吸引衔铁带动小锤敲击铃碗发声，应用了电磁铁的原理，故C不符合题意； D．通电时，电磁铁有电流通过，电磁起重机产生了磁性，吸引钢铁等物质，当电路断开时，电磁铁失去了磁性，把吸引的钢铁物质放下，应用了电磁铁，故D不符合题意。 故选B。 2．在如图所示的电路中，能使电磁铁磁性增强的是（　　） A．只将铁芯换成同规格的铜芯 B．将电源的正、负极对调 C．将滑片P向右移动 D．将开关S由触点1扳到触点2 【答案】D 【详解】A．将铁芯换成铜芯。铜不是磁性材料，无法被磁化，会导致电磁铁磁性减弱，故A不符合题意； B．电源正负极对调，仅改变电流方向，会改变电磁铁的磁极，但磁性强弱与电流方向无关，故B不符合题意； C．滑片P向右移动，变阻器接入电路的电阻丝长度变长，电阻增大。根据欧姆定律，电源电压不变，电阻增大会使电路中电流减小。电流减小时，电磁铁磁性减弱，故C不符合题意； D．触点2连接电磁铁的全部线圈匝数，触点1连接部分线圈匝数。开关S由触点1扳到触点2，接入电路中的线圈匝数增加，在电流和铁芯不变的情况下，电磁铁磁性增强，故D符合题意。 故选D。 3．如图甲所示为磁悬浮地球仪，地球仪中有一个磁铁，它的磁场与地磁场分布特点一致；环形底座内部有一可调节磁性大小的电磁铁，其原理如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A．地球仪工作时，球体悬浮在空气中，球体下方是“地磁场”的S极 B．环形底座内部的电磁铁上端为S极 C．向左调节滑动变阻器的滑片，地球仪悬浮的高度增大 D．若悬浮的地球仪受到的外力突然消失，它将掉落在环形底座上 【答案】C 【详解】A．地磁场分布特点为地理北极附近是S极，地理南极附近是N极，地球仪磁场与地磁场一致，故球体下方为N极，故A错误； B．地球仪悬浮，受竖直向下的重力和竖直向上的磁力，二力平衡，故磁力为斥力，同名磁极相互排斥，球体下方为N极，则电磁铁上端为N极，故B错误； C．由图乙可知滑动变阻器接入电路为左半部分，滑片向左移动，接入电阻减小。根据欧姆定律可知，电路电阻减小，电路电流增大，电磁铁磁性增强，对球体斥力增大，地球仪悬浮高度增大，故C正确； D．地球仪悬浮时处于静止状态，若外力突然消失，由牛顿第一定律可知它将保持静止状态，不会掉落，故D错误。 故选C。 4．如图所示，当闭合开关S，且将滑动变阻器滑片P向左移动时，图中的电磁铁（     ） A．a端是N极，磁性增强 B．b端是N极，磁性增强 C．a端是S极，磁性减弱 D．b端是S极，磁性减弱 【答案】B 【详解】由图可知，电流从电磁铁的左端流入，根据安培定则，右手握住螺线管，四指弯曲的方向与电流方向一致，则大拇指所指的b端为电磁铁的N极，a端为电磁铁的S极；滑动变阻器向左移动时，接入电路的阻值变小，由欧姆定律 可知，电路中的电流变大，则电磁铁磁性增强。 故选B。 5．巨磁电阻效应是指某些材料的电阻随磁场变强而急剧减小的现象。如图是“巨磁电阻效应”原理的示意图，图中GMR是巨磁电阻。如果闭合开关S1、S2并使得滑片P向左滑动，观察到的指示灯的变化正确的是（    ） A．先变亮再变暗 B．先变暗再变亮 C．持续变暗 D．持续变亮 【答案】D 【详解】滑片向左滑动，滑动变阻器接入电路的电阻变小，由欧姆定律可知，通过电磁铁的电流变大，电磁铁的磁性增强，巨磁电阻的阻值减小，右侧工作电路中的电流增大，则指示灯变亮。故选D。 6．电磁起重机是许多场所吊运物品的装备。它的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。它利用了通电导线周围存在_______。相对永久磁体，电磁铁具有很多优点，在电磁起重机中，运用的优点是_______。 【答案】 磁场 磁性有无可由通断电来控制 【详解】电磁铁利用了通电导线周围存在磁场的原理；电磁起重机通电后吸起大量钢铁，断电后把钢铁放下，用到了电磁铁的优点是“磁性有无可由通断电来控制”。 7．如图所示，开关S闭合，螺线管B的上端为_________（选填“N”或“S”）极。弹簧测力计示数稳定后，向右移动滑动变阻器的滑片，弹簧测力计的示数将会_________（选填“变大”、“变小”或“不变”）。 【答案】 N 变小 【详解】由图可知电流由螺线管的下方流入，根据安培定则（右手握住螺线管，四指指向电流方向，大拇指所指的那端就是螺线管的N极），可判断出螺线管上端为N极，下端为S极。当向右移动滑动变阻器的滑片时，滑动变阻器接入电路的电阻变小。根据欧姆定律，在电源电压不变的情况下，电路中的电流增大。因为线圈匝数不变，电流越大，螺线管的磁性越强。由于螺线管上端为N极，与条形磁铁的N极是同名磁极，相互排斥。螺线管磁性增强，与条形磁铁之间的斥力增大，所以弹簧测力计的示数变小。 8．在探究“电磁铁的磁性强弱与哪些因素有关”的实验中，小明连接了如图所示的电路，电磁铁A端放有一小磁针，闭合开关前，小磁针的N极指向__________（“地理南方”或“地理北方”）；闭合开关，小磁针__________（选填“顺”或“逆”）时针转动，向右移动滑动变阻器的滑片，电磁铁磁性__________（选填“增强”、“减弱”或“不变”）。 【答案】 地理北方 顺 减弱 【详解】闭合开关前，小磁针在地磁场作用下静止，小磁针的N极始终指向地理北方； 由图可知，闭合开关，螺线管中电流由左侧流入，则由右手螺旋定则可知，螺线管A端为N极，B端为S极，因异名磁极相互吸引，同名磁极相互排斥，则可知小磁针顺时针转动； 若滑动变阻器的滑片向右移动，滑动变阻器接入电路的电阻变大，则由欧姆定律可得线圈中的电流变小，则电磁铁的磁性减弱。 9．如图是学校电铃的工作电路示意图，它是利用____________来工作的；闭合开关，电磁铁具有磁性，此时电磁铁的B端为________（选填“N”或“S”）极；衔铁向下运动，带动小锤敲击铃碗，小锤敲击铃碗时，电磁铁________（选填“有”或“没有”）磁性。 【答案】 电流的磁效应 N 没有 【详解】[1]电铃是利用电流的磁效应来工作的，通电时电磁铁产生磁性，断电时磁性消失，从而带动小锤反复敲击铃碗。 [2]根据安培定则（右手螺旋定则）：用右手握住螺线管，四指指向电流方向，大拇指指向N极。观察图中电流方向，可判断出B端为N极。 [3]当衔铁向下运动带动小锤敲击铃碗时，电路会断开，此时电磁铁没有磁性，衔铁在弹性作用下复位，电路再次接通，如此循环往复。 10．为探究电磁铁的磁性强弱跟哪些因素有关，小丽同学做出以下猜想： 猜想A：电磁铁通电时有磁性，断电时没有磁性； 猜想B：外形相同、匝数相等的电磁铁，它的磁性强弱与通过的电流大小有关； 猜想C：外形相同、通过的电流相等的电磁铁，它的磁性强弱与线圈的匝数有关； 为了检验上述猜想是否正确，小丽所在实验小组通过交流与合作设计了以下实验方案，用漆包线（表面涂有绝缘漆的导线）在大铁钉上缠绕若干圈，制成简单的电磁铁。如图所示的a、b、c、d为实验中观察到的四种情况，后三种情况电磁铁上都吸引了一些大头针。根据她的猜想和实验，完成下面填空： (1)实验中是通过电磁铁____________判定其磁性强弱的； (2)通过比较____________两种情况，可以验证猜想B是正确的； (3)通过比较图d中的甲乙两种情况，可以验证猜想____________是正确的。 【答案】(1)吸引大头针的数量多少 (2)b、c (3)C 【详解】（1）电磁铁的磁性强弱无法直接观察，通过它能够吸引的大头针数量多少，来间接反映磁性的强弱，吸引的大头针越多，说明磁性越强。 （2）验证猜想B，需要控制变量：电磁铁外形、匝数完全相同，只改变电路的电流大小。b和c中是同一个电磁铁（匝数、外形一致），滑动变阻器接入电路的电阻不同，电路电流不同，c的电流更大、吸引大头针更多，符合验证猜想B的控制条件。 （3）图d中甲乙两个电磁铁串联，所以通过的电流相等，二者外形相同、线圈匝数不同，最终吸引大头针的数量不同，是探究磁性强弱和线圈匝数的关系，对应验证猜想C。 板 书 设 计 第3节 电磁铁 一、构造与原理 构造：线圈 + 铁芯（软铁） 原理：电流的磁效应 二、影响磁性强弱的因素 电流大小：电流越大，磁性越强 线圈匝数：匝数越多，磁性越强 有无铁芯：有铁芯磁性更强 三、优点 磁性有无可控（通断电） 磁性强弱可控（电流、匝数） 磁极方向可控（电流方向） 四、应用 电磁起重机、电铃、磁悬浮列车、电磁继电器等 课 堂 小 结 第3节 电磁铁 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 $