電磁鐵與自動控制15.3

探究電磁鐵的磁性1、教學(xué)目標(biāo)：◆知識與技能⑴知道什么是電磁鐵，了解電磁鐵在生產(chǎn)、生活和自動控制中的應(yīng)用。⑵理解電磁鐵的特性和工作原理◆過程與方法⑶經(jīng)歷探究電磁鐵磁性強(qiáng)弱跟哪些因素有關(guān)的過程，進(jìn)一步熟悉控制變量法。◆情感態(tài)度與價值觀⑷通過了解電磁鐵在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用，認(rèn)識物理是有用的，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。⑸通過一系列制作、實(shí)驗(yàn)探究活動，讓學(xué)生感知實(shí)驗(yàn)的意義和價值。2、教材說明本節(jié)主要內(nèi)容有：電磁鐵及其在現(xiàn)代生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用；通過實(shí)驗(yàn)認(rèn)識電磁鐵的特點(diǎn)；實(shí)驗(yàn)探究影響電磁鐵磁性強(qiáng)弱的因素。本節(jié)內(nèi)容是電流的磁效應(yīng)的拓展和深化，是下一節(jié)課學(xué)習(xí)電磁繼電器與自動控制的基礎(chǔ)，因此具有承上啟下的作用。本節(jié)的編寫思路：首先通過演示實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生認(rèn)識到通電螺線管加入鐵心后磁性大大增強(qiáng)，引入電磁鐵。接著介紹電磁鐵在現(xiàn)代工業(yè)和自動控制中的作用，引發(fā)學(xué)生探究電磁鐵工作原理的興趣。探究電磁鐵的工作原理時，先從觀察電磁鐵的結(jié)構(gòu)入手，然后通過給電磁鐵通電的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生初步了解電磁鐵工作特點(diǎn)：磁性的有無可以用通斷電流的方式控制，再進(jìn)一步探究影響電磁鐵磁性強(qiáng)弱的因素。本節(jié)教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：電磁鐵的工作特點(diǎn)是應(yīng)用電磁鐵的基礎(chǔ)，因而是本節(jié)課的重點(diǎn)之一。探究電磁鐵的磁性強(qiáng)弱，是對電磁鐵工作特點(diǎn)認(rèn)識的深化和延伸，涉及到“控制變量”的研究方法，同時實(shí)驗(yàn)中需要學(xué)生自己繞制螺線管，對于學(xué)生動手操作能力要求較高，因而這部分內(nèi)容既是本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)也是難點(diǎn)。3、教學(xué)建議本節(jié)課涉及的實(shí)驗(yàn)器材簡便、操作簡單，效果明顯，因而建議多給學(xué)生創(chuàng)造動手探究的機(jī)會，以激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。什么是電磁鐵本節(jié)課引入時可以通過播放磁懸浮列車、電磁起重機(jī)等視頻或圖片，創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)興趣，引出課題。然后，安排學(xué)生分組完成教材圖15-19所示的實(shí)驗(yàn)：先把一個通電螺線管（可以用一個電磁鐵抽出鐵芯），放在離磁針適當(dāng)遠(yuǎn)的位置，給螺線管通電，讓學(xué)生看到磁針受磁力作用而運(yùn)動，然后，保持其它條件不變，把鐵芯插入螺線管，發(fā)現(xiàn)磁針受到的作用力大大增強(qiáng)，從而認(rèn)識到通電螺線管中加入鐵芯后，磁性會大大增強(qiáng)，進(jìn)而引出電磁鐵。如果限于條件不能進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，也可由教師演示，但可見度要盡量大，實(shí)驗(yàn)效果要明顯。這樣讓學(xué)生通過觀察到“通電螺線管中加入鐵芯后，磁性會大大增強(qiáng)”的事實(shí)，激發(fā)探究興趣，同時為下面進(jìn)一步探究電磁鐵的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)打下基礎(chǔ)。認(rèn)識電磁鐵在介紹什么是電磁鐵以后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生完成活動1A，觀察圖15-22中電磁鐵的結(jié)構(gòu)，以加深對電磁鐵的認(rèn)識和了解。為了保證課堂效果，每組都要配備結(jié)構(gòu)基本相同的電磁鐵，讓學(xué)生經(jīng)歷觀察—拆卸—觀察—組裝的過程，要求學(xué)生把觀察結(jié)果填在課本上。由于學(xué)生是第一次通過“拆卸觀察”的方法了解研究對象的結(jié)構(gòu)，因而要注意培養(yǎng)學(xué)生良好的“拆卸觀察”習(xí)慣。比如要求學(xué)生在動手前要明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?；在拆卸過程中要注意不要損壞器材；拆卸下來的零件要有序放置，以方便最后的重新組裝；觀察要分清主次，注意根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐袛嗄男┦侵饕考男┦谴我考鹊?。上述活動結(jié)束后，可以從與一般的永磁體對比的角度，啟發(fā)學(xué)生思考：電磁鐵能夠在生產(chǎn)實(shí)踐中廣泛應(yīng)用，說明電磁鐵與一般磁體相比有何優(yōu)點(diǎn)，讓學(xué)生猜測電磁鐵可能有哪些方面的特點(diǎn)。這里的猜測活動的目的是引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行簡單推理，培養(yǎng)學(xué)生良好的思考習(xí)慣。至于學(xué)生猜測的正確與否，不必過于追究，重要的是培養(yǎng)學(xué)生推理和思考的習(xí)慣。在學(xué)生廣泛討論，說出自己的猜測后，讓學(xué)生以小組為單位，做活動1B圖15-23中的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時教師要加強(qiáng)以下幾方面的指導(dǎo)：=1\*GB2⑴正確連接電路；=2\*GB2⑵實(shí)驗(yàn)過程中用磁針檢驗(yàn)電磁鐵的磁場；=3\*GB2⑶通電后，可以先根據(jù)連接電路情況，利用右手螺旋定則判斷電磁鐵的極性，然后利用磁針檢驗(yàn)判斷是否正確。一方面復(fù)習(xí)右手螺旋定則，同時加深“電磁鐵磁極性質(zhì)可以改變”印象。最后，讓學(xué)生匯報實(shí)驗(yàn)成果，老師點(diǎn)撥總結(jié)。在實(shí)驗(yàn)中，有些學(xué)生可能會發(fā)現(xiàn)了電磁鐵磁性強(qiáng)弱隨電流的變化而變化，教師要及時給予肯定，也可以由此引出下一個探究活動。電磁鐵磁性強(qiáng)弱跟哪些因素有關(guān)由于該實(shí)驗(yàn)所用器材簡單，實(shí)驗(yàn)過程也不復(fù)雜，同時實(shí)驗(yàn)中所用到的控制變量法學(xué)生已多次應(yīng)用，因而建議把該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成學(xué)生自主探究活動。教學(xué)時教師應(yīng)把學(xué)習(xí)的主動權(quán)放給學(xué)生，讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究的過程，體驗(yàn)探究的樂趣和成功的喜悅，教師起引導(dǎo)和組織作用。建議按以下幾個環(huán)節(jié)進(jìn)行。（1）提出問題電磁鐵磁性強(qiáng)弱跟哪些因素有關(guān)呢？（2）猜想與假設(shè)讓學(xué)生猜想并說明猜想的依據(jù)。學(xué)生容易猜想到的因素有：①電流的大??；②線圈匝數(shù)的多少；③鐵芯的大小；④組成線圈的導(dǎo)線材料、粗細(xì)等等。上面的幾種猜想是學(xué)生根據(jù)已有的知識基礎(chǔ)提出的，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生對這些猜想進(jìn)行篩選，確定共同的研究目標(biāo)。其中組成線圈的導(dǎo)線材料、粗細(xì)等對電磁鐵磁性的影響都可引導(dǎo)歸入電流的大小。所以只研究電磁鐵磁性強(qiáng)弱與電流大小、線圈匝數(shù)多少的關(guān)系即可。（3）制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)可以先讓學(xué)生交流和討論制定出實(shí)驗(yàn)方案，教師可提醒學(xué)生注意影響電磁鐵磁性強(qiáng)弱的因素不止一個，應(yīng)該采用怎樣的方法來研究呢？在實(shí)驗(yàn)中如何控制變量？能否設(shè)計(jì)一個表格，以便記錄數(shù)據(jù)、分析歸納結(jié)論？通過學(xué)生的思考、交流和討論，老師的點(diǎn)撥，學(xué)生大都能制定出正確的探究計(jì)劃，然后讓學(xué)生介紹自己的方案，并且讓全體學(xué)生對該方案進(jìn)行評估、糾錯、補(bǔ)充、完善。最后確定分三步探究：一、保持線圈匝數(shù)相同，鐵芯相同，探究電磁鐵磁性強(qiáng)弱與電流大小的關(guān)系；二、在鐵芯相同，電流相同的情況下，探究電磁鐵磁性強(qiáng)弱與線圈匝數(shù)多少的關(guān)系。在學(xué)生匯報實(shí)驗(yàn)方案后，為了幫助學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，教師可以通過設(shè)置一系列問題，引導(dǎo)學(xué)生把探究方案進(jìn)一步細(xì)化。=1\*GB3①在實(shí)驗(yàn)中如何顯示電磁鐵磁性的強(qiáng)弱？=2\*GB3②在探究電磁鐵磁性強(qiáng)弱與電流大小的關(guān)系時，怎樣保證線圈和鐵芯相同（使用同一個電磁鐵或兩個完全相同的電磁鐵），怎樣改變、顯示線圈中的電流？=3\*GB2⑶在探究電磁鐵磁性強(qiáng)弱與線圈匝數(shù)多少的關(guān)系時，怎樣改變線圈的匝數(shù)？（在同一個鐵芯上分別纏繞不同匝數(shù)的線圈，或用兩個鐵芯一樣匝數(shù)不同的線圈），怎樣保持電流相同？（把匝數(shù)不同的線圈先后接入同一個電路，通過滑動變阻器調(diào)節(jié)，或?qū)删€圈串聯(lián)在同一個電路中）。讓學(xué)生通過討論以上問題，確定實(shí)驗(yàn)器材以及具體的實(shí)驗(yàn)步驟。最后要學(xué)生畫出電路圖以及記錄數(shù)據(jù)的表格。當(dāng)然表格也可以直接用課本上的，只是對學(xué)生來說缺少了一次鍛煉的機(jī)會。（4）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)實(shí)驗(yàn)過程中，教師要給學(xué)生做如下具體指導(dǎo)：①正確連接電路，必要時可以先復(fù)習(xí)電路連接的有關(guān)知識；=2\*GB3②控制變量時，為了使實(shí)驗(yàn)效果明顯，要使不同的量（比如線圈匝數(shù)或電流大小）的差別較大些；=3\*GB2⑶每次實(shí)驗(yàn)時，都應(yīng)將顯示磁性強(qiáng)弱的大頭針或曲別針與電磁鐵盡可能充分接觸。（5）分析與論證實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，指導(dǎo)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行解釋和描述。小組之間互相交流、分類整理，得出結(jié)論：電磁鐵磁性強(qiáng)弱與電流大小、線圈匝數(shù)的多少有關(guān)。在線圈匝數(shù)一定的情況下，電流越大，電磁鐵磁性越強(qiáng)；在電流相同的情況下，線圈匝數(shù)越多，電磁鐵磁性越強(qiáng)。同時鼓勵有興趣的同學(xué)，在課后可探究電磁鐵磁性與猜想的其他因素是否有關(guān)。最后，讓學(xué)生閱讀課本最后一部分，通過讓學(xué)生觀察課本圖15-26、15-27、15-28圖片或掛圖，了解電磁鐵在生產(chǎn)、生活中的實(shí)際應(yīng)用，認(rèn)識物理知識與生產(chǎn)生活的關(guān)系。教學(xué)中也可以出示電鈴、電話的模型，并給電鈴?fù)娮寣W(xué)生獲得真實(shí)的體驗(yàn)，效果會更好。對于基礎(chǔ)較好的學(xué)生，也可讓學(xué)生試著解釋圖15-26、15-27中電鈴、電話的工作原理。4．教學(xué)評價●課堂測評1．在“探究電磁鐵的磁性強(qiáng)弱”的實(shí)驗(yàn)過程中，你有什么體會、收獲？還有什么問題無法解決？2．某同學(xué)在“探究電磁鐵的磁性強(qiáng)弱”的實(shí)驗(yàn)中，設(shè)計(jì)了一個方案：改變電磁鐵的接線，使通電線圈的匝數(shù)增多，同時調(diào)整變阻器的滑片，使電流保持不變，觀察電磁鐵吸引大頭針的數(shù)目有什么變化，這一方案的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖茄芯侩姶盆F磁性強(qiáng)弱與下列哪個因素有關(guān)（）A.電流通斷B.電流大小C.電流方向D.線圈匝數(shù)3．小明設(shè)計(jì)的“研究電磁鐵磁性強(qiáng)弱”的實(shí)驗(yàn)電路圖如圖15-14所示，右表是他做實(shí)驗(yàn)時記錄的數(shù)據(jù)，則下列結(jié)論中不正確的是（）電磁鐵（線圈）100匝50匝實(shí)驗(yàn)次數(shù)123456電流（A）吸引鐵釘?shù)淖疃鄶?shù)目（枚）711145810圖15-圖15-14Ａ．比較１、４兩次實(shí)驗(yàn)可知：線圈中的電流一定時，匝數(shù)越多，磁性越強(qiáng)(c)(a)(c)(a)(b)Ｃ．比較1、2、3（或4、5、6）三次實(shí)驗(yàn)可知：匝數(shù)一定時，線圈中的電流越大，磁性越強(qiáng)圖15-154．為探究“影響電磁鐵磁性強(qiáng)弱的因素”，小明用導(dǎo)線為主要器材，進(jìn)行如圖15-15所示的簡易實(shí)驗(yàn).(1)他將導(dǎo)線繞在鐵釘上制成簡易電磁鐵，并巧妙地通過_________來顯示電磁鐵磁性的強(qiáng)弱。(2)連接好電路，使變阻器連入電路的阻值較大，閉合開關(guān)，觀察到圖15-15（a）所示的情景；接著，移動變阻器滑片，使其連入電路的阻值變小，觀察到圖15-15（b）所示的情景。比較圖（a）和（b），可知______圖中的電流較小，從而發(fā)現(xiàn)，通過電磁鐵的電流越________(填“大”或“小”)，磁性越強(qiáng)。（3）如圖（c），將導(dǎo)線繞在兩枚鐵釘上,構(gòu)成兩個簡易電磁鐵串聯(lián)的電路。從圖（c）的情景看出，在_____________相同的情況下，線圈的匝數(shù)越_____________（填“多”或“少”）磁性越強(qiáng)。圖15-15【參考答案】1．提示：這里的“收獲”不僅指學(xué)到了什么知識，而且指學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中領(lǐng)悟到了哪些方法、有哪些情感