143研究電磁鐵的磁性教案滬粵版九年級(jí)上

1、探究電磁鐵的磁性一、問(wèn)題的提出在物理課上，老師在講完磁體之后， 對(duì)大家說(shuō)：“是不是只有磁體才能吸引鐵塊？” ，過(guò) 了一會(huì)，老師拿出一個(gè)教具給大家做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)， 這個(gè)裝置不通電時(shí)不能吸引鐵塊， 一通電 就可以吸引鐵塊。老師告訴大家這個(gè)裝置叫做電磁鐵，并問(wèn)大家是否見(jiàn)過(guò)這樣類(lèi)似的裝置。同學(xué)們十分踴躍地就說(shuō)開(kāi)了：有的說(shuō)在別人修洗衣機(jī)時(shí)見(jiàn)到過(guò)；有的說(shuō)在別人修漏電保護(hù)器時(shí)見(jiàn)到過(guò)；還有的同學(xué)說(shuō)在電視節(jié)目中見(jiàn)到過(guò)，而且那個(gè)電磁鐵的磁性很大， 可以把幾十噸的鐵塊一下子就能吸引起來(lái)。 接著老師又拿出一個(gè)自制的電磁鐵，并說(shuō)明了一下纏繞的方法，然后又給大家提出了一個(gè)問(wèn)題：電磁鐵的磁性強(qiáng)弱到底和什么因素有關(guān)，請(qǐng)同學(xué)們通

2、過(guò)實(shí)驗(yàn)探究一下？并要求大家自愿組成小組，最后寫(xiě)出探究報(bào)告在一周之后上交。二、假設(shè)的形成與陳述接到了問(wèn)題之后，我們首先成立了探究小組， 然后對(duì)老師提出的問(wèn)題進(jìn)行了猜想和推測(cè)。我們認(rèn)為：既然電磁鐵是通電的，就應(yīng)該電流越大，它的磁性越強(qiáng)（可以從吸引大頭針的數(shù)量來(lái)體現(xiàn)）；電磁鐵是由一圈圈的漆包線組成的，就應(yīng)該是圈數(shù)越多磁性越強(qiáng)。磁性強(qiáng)弱可 能與線圈的匝數(shù)、電流的大小兩個(gè)因素有關(guān)。要看其中的一個(gè)因素是否能夠影響電磁鐵的磁 性，就要對(duì)另一個(gè)因素加以限制，。最終我們得出了這樣的兩個(gè)研究假設(shè)：假設(shè)1:在電磁鐵線圈的圈數(shù)一定情條件下，如果通過(guò)電磁鐵的電流越大，則電磁鐵的磁性就越強(qiáng)。假設(shè)2:在通過(guò)電磁鐵的電流一定

3、條件下，如果電磁鐵線圈的圈數(shù)越多，則電磁鐵的磁性就越強(qiáng)。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)在實(shí)驗(yàn)中，我們對(duì)研究假設(shè)中的變量進(jìn)行識(shí)別，確定了自變量、控制變量、因變量。根據(jù)自變量測(cè)量的需要選擇了實(shí)驗(yàn)儀器并設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)的步驟，根據(jù)自變量、控制變量和因變量的內(nèi)容以及實(shí)驗(yàn)中要測(cè)量的次數(shù)設(shè)計(jì)出了實(shí)驗(yàn)記錄表格。（一）識(shí)別變量，并對(duì)變量進(jìn)行操作定義根據(jù)本實(shí)驗(yàn)的假設(shè)1可以確定自變量為電流的大小，因變量為電磁鐵的磁性強(qiáng)弱，電 磁鐵線圈的圈數(shù)為控制的變量。根據(jù)本實(shí)驗(yàn)的假設(shè)2可以確定自變量為電磁鐵線圈的圈數(shù)，因變量為電磁鐵的磁性強(qiáng)弱，控制的變量電流的大小。電磁鐵磁性強(qiáng)弱可以定義為吸引大頭 針的多少。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，一個(gè)自變量被進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)， 另

4、一個(gè)自變量則是被控制的變量。 （見(jiàn) 表 5-12）表 5-12控制變量自變量因變量電磁鐵線圈的圈數(shù)電流電磁鐵磁性（吸引大頭針的數(shù)量）電流電磁鐵線圈的圈數(shù)（二）選擇控制技術(shù)通過(guò)怎樣的實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)以上猜想呢？同學(xué)們經(jīng)過(guò)討論，認(rèn)為應(yīng)該利用控制變量法，分別控制線圈匝數(shù)、電流。即：（1）保持線圈匝數(shù)一定，改變通電電流的大小，測(cè)量電磁鐵的磁性強(qiáng)弱。（2）保持電流一定，改變線圈的匝數(shù)，測(cè)量電磁鐵的磁性強(qiáng)弱。為此，需要解決三個(gè)問(wèn)題：怎樣測(cè)量電磁鐵磁性的強(qiáng)弱、怎樣改變和測(cè)量通過(guò)電磁鐵線圈的電流、怎樣改變電磁鐵線圈的匝數(shù)。同學(xué)們討論了解決這三個(gè)問(wèn)題的各種可能方法，最終確立下了一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案方案。實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)就是改變電磁

5、鐵線圈的匝數(shù)的問(wèn)題，為了解決這 個(gè)，我們決定制作一個(gè)多抽頭的線圈。（三）確定實(shí)驗(yàn)所需的材料和設(shè)備，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟1.材料和設(shè)備需要的實(shí)驗(yàn)器材如下：漆包線（0 =1.1mm L=10m ）塑料管（0 =20mmL=100m m ）鐵芯（0 =14mmL=120mm）干電池 （1號(hào)2節(jié)）、開(kāi)關(guān)、滑動(dòng)變阻器（20 Q 2A ）、電流表（J0407型）、導(dǎo)線、若干大頭針、鐵架臺(tái)。首先要用這種規(guī)格的漆包線作制一個(gè)八抽頭的電磁鐵（120匝 每20匝抽出一個(gè)接線端），選取這樣直徑的漆包線 和塑料管纏繞起來(lái)比較方便，實(shí)驗(yàn)操作時(shí)可見(jiàn)度較大且簡(jiǎn)便圖 5-16易行。制作多抽頭就是為了改變線圈中的匝數(shù)而設(shè)計(jì)的。選用滑動(dòng)

6、變阻器就是為了改變電 路中的電流，電流表就是為了測(cè)量電路中的電流大小，其余器件就不必介紹了。2實(shí)驗(yàn)步驟：為了檢驗(yàn)假設(shè)1和2的真?zhèn)涡?，我們分別設(shè)計(jì)了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟。在設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟中， 包括有為了實(shí)驗(yàn)的實(shí)施而準(zhǔn)備的電路連接的步驟；改變自變量、測(cè)量因變量所進(jìn)行的操作步驟，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)記錄的步驟；為處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)而進(jìn)行的圖像擬合等。步驟1 :按圖5-16所示實(shí)物電路圖連接實(shí)物，打開(kāi)開(kāi)關(guān)，將變阻器滑片放在最大位置。試觸開(kāi)關(guān)，檢驗(yàn)電路連接是否正確。閉合開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器、觀察電流表，用電磁鐵去吸引大頭針。.記下電流表的示數(shù)和大頭針的數(shù)目，并將結(jié)果記錄在表中。改變電流，重復(fù)步驟 4和5,并將結(jié)果記錄在表中。

7、步驟2:改變電磁鐵接線匝數(shù)， 調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器、保持電流值一定，用電磁鐵去吸引大頭針。.記下電流表的示數(shù)和大頭針的數(shù)目，并將結(jié)果記錄在表中。重復(fù)步驟7和8,并將結(jié)果記錄在表中。將實(shí)驗(yàn)記錄用exceI做出圖像。整理實(shí)驗(yàn)儀器，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，（三）設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)記錄表在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)記錄表格時(shí)，我們把控制變量固定在表格的右上方，自變量的記錄放在表格中的第一層，因變量的記錄放在表格中的第二層，以體現(xiàn)出它們之間的因果關(guān)系，為了觀察它們變化的規(guī)律性在橫向上采用了多組測(cè)量記錄的方式。在一個(gè)實(shí)驗(yàn)記錄設(shè)計(jì)表格中就要體現(xiàn)出自變量、因變量每次記錄的結(jié)果。見(jiàn)表5-13、表5-14所示。表5-13 電磁鐵磁性與電流的關(guān)系線圈匝數(shù) 匝

8、電流（A）電磁鐵吸引大頭針的個(gè)數(shù)表5-14電磁鐵磁性與線圈匝數(shù)的關(guān)系電流 A匝數(shù)電磁鐵吸引大頭針的個(gè)數(shù)四、實(shí)驗(yàn)實(shí)施根據(jù)所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)實(shí)施，并做好實(shí)驗(yàn)記錄1實(shí)驗(yàn)實(shí)施2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表5-15電磁鐵磁性與電流的關(guān)系線圈匝數(shù) 160匝電流（A）0. 20. 40. 60. 81. 0電磁鐵吸引大頭針的個(gè)數(shù)14224866表5-16電磁鐵磁性與線圈匝數(shù)的關(guān)系電流1A匝數(shù)20406080100120140160電磁鐵吸引大頭針的個(gè)數(shù)17121531384556五、分析結(jié)論圖 5-17電磁鐵磁性與線圈匝數(shù)的關(guān)系（圖二）數(shù)個(gè) 針頭大引吸性磁鐵磁電圖 5-18從圖5-17可以看出：當(dāng)電磁鐵線圈匝數(shù)不變

9、、電流逐漸增大時(shí)，電磁鐵吸引大頭針的個(gè)數(shù)是同步增大的。從圖5-18可以看出：在電流相同的情況下、電磁鐵線圈的匝數(shù)增加時(shí)，電磁鐵吸引 大頭針的個(gè)數(shù)是同步增大的。由此可以得到：電磁鐵的磁性強(qiáng)弱和電磁鐵線圈的匝數(shù)、通過(guò)電磁鐵線圈的電流有關(guān)，電磁鐵線圈的匝數(shù)越多、電流越大，磁性越強(qiáng)。六、交流結(jié)論實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，各個(gè)小組把實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果寫(xiě)成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并交流討論了不同方案的優(yōu)缺點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)的假設(shè)和變量的識(shí)別上基本相同，在磁性的操作性定義、操作步驟有所不同，有的采用的是吸引鐵沙稱(chēng)其質(zhì)量的方法，在改變?cè)褦?shù)的方法中有的小組是采用先繞好再逐漸解開(kāi)數(shù)匝數(shù)的方法。所有的這些方法都活躍了我們的思想、開(kāi)闊了我們思維。評(píng)析：影響

10、電磁鐵磁性強(qiáng)弱的因素的探究方案取材于教材，是一個(gè)完整的探究案例，探 究方案設(shè)計(jì)全面，器材有些是學(xué)生可以親自動(dòng)手制作的，有些是中學(xué)實(shí)驗(yàn)室具備的， 故具有可操作性，自制多抽頭電磁鐵是本實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)特色。探究過(guò)程中的假設(shè)確立、變量分析、 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)科學(xué)合理，具有可重復(fù)性?；仡櫼陨咸骄窟^(guò)程，我們認(rèn)為有四方面是特別重要的：自制一個(gè)多抽頭的線圈是實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的必備基礎(chǔ)，是材料準(zhǔn)備較為困難的，沒(méi)有現(xiàn)成的漆包線可從廢舊的鎮(zhèn)流器、變壓器中拆出來(lái)。當(dāng)改變線圈匝數(shù)的時(shí)候，要確實(shí)做到了線圈中電流保持不變，由于線圈的電阻很小因而在改變線圈匝數(shù)時(shí)，電流變化很小需要細(xì)心調(diào)節(jié)。在吸引大頭針時(shí)， 盒子內(nèi)放置的大頭針的量和電磁鐵鐵芯露出的多少也是要注意的，本實(shí)驗(yàn)中采用吸引大頭針的方法是否科學(xué)還有待做于進(jìn)一步的研究。在實(shí)驗(yàn)假設(shè)的建立、各種變量的確定、器材的選擇、實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)等方面中注意時(shí)刻體現(xiàn)出科學(xué)探究的邏輯性和嚴(yán)謹(jǐn)性的意識(shí)是十分重要的。從本案例中我們也可以看出， 影響因變量的自變量可能不只一個(gè)，因而在進(jìn)行變量的確立時(shí)，首先要保證自變量和因變量的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，此自變量確立后，其它關(guān)系中出現(xiàn)的自變量在此時(shí)就成為被控制的變量。而操作性定義的使用就是為了清楚而簡(jiǎn)潔的將所要測(cè)量的事物具體化，以便于其他人確切地使用同樣的程序和測(cè)量方