第十五章 电磁铁与自动控制(沪粤教参).doc

第十五章 电磁铁与自动控制一、课标要求1通过磁铁等磁性物质，感知物质的磁性和磁化现象，调查磁性材料在生活中的用途。解读：磁性是物质的属性之一。课标要求学生对磁性和磁化现象有一个初步的认识，能分辨出哪些物质是磁性物质，哪些物质是非磁性物质。尝试将磁性和它在生活中的用途联系起来，通过调查磁性材料在生活中的应用尽可能让学生接触生活、接触社会。2通过实验，探究通电螺线管外部磁场的方向。解读：通电螺线管外部磁场大致相当于一个条形磁铁的磁场，学生主要是探究电流方向与北极方向的关系，不必探究磁感线分布的细节和螺线管内部磁场的情况。对于探究没有终结性的要求，也就是说，不必要求学生理解或知道右手螺旋定则。3. 探究影响电磁铁磁性强弱的因素。解读：探究电磁铁磁性强弱跟哪些因素有关，是课标中列举的典型的探究案例，除进行全程探究外，需要注意强调设计实验在探究中的重要性。对于电磁继电器及由电磁继电器实现的自动控制，课标虽没有具体要求，但要让学生通过学习体会科学技术对人类生活和社会发展的重要影响。二、本章教材分析1 本章概述本章主要科学内容有磁体、磁极、磁感线等概念，探究通电螺线管外部磁场的方向及影响电磁铁磁性强弱的因素，了解电磁继电器与自动控制在生产和生活中的应用等内容。 小学自然课已经学过关于永磁体的磁现象，学生平常大多摆弄过吸铁石，对磁现象并不陌生。但磁场、磁感线、电流的磁场等概念却都是全新的、抽象的知识。其中，磁场和磁感线是电磁学中的重要概念之一，是以后学习电磁感应、磁感应强度等电磁学知识的基础。不过，我们当前的主要目标是确认磁场的存在，认识磁感线是用来描述磁场方向及其分布情况的方法，不涉及磁感线疏密、直线电流周围磁感线的形状等问题。探究“影响电磁铁磁性强弱的因素”作为一个探究课题，思路简明清晰，材料简单易得，操作方便，是培养学生科学探究能力的良好素材。电磁铁、电磁继电器直接与生产实际联系，有助于培养学生运用所学知识分析和解决问题的能力。本章教材总的编排思路大体是：以电和磁的联系为线索，以实验和科学探究为主要手段，展示了磁场、电流的磁效应及其应用等内容。全章科学内容和科学探究相互呼应，相得益彰。教材15.1节在复习物质的磁性、磁体、磁极的基础上，引出“磁场”的概念，学习用“磁感线”描述磁场的方法。教材15.2节通过研究通电直导线周围的磁场和通电螺线管周围的磁场，从而揭示了电与磁之间的联系。由于电磁铁在生活、生产中应用广泛，因而15.3节安排了探究电磁铁的磁性等内容，教材以科学探究的形式呈现，设计了多个小活动：A.观察电磁铁的结构，B.给电磁铁通电，C.制作简易电磁铁，D.研究电磁铁的磁性强弱因素，在落实这些活动的时候，要注意穿插阅读、讨论和总结。15.4节通过一系列学生活动研究电磁铁的一种典型应用电磁继电器。教材以螺线管电磁铁电磁继电器自动控制的顺序为线索，由浅入深，由理论到实践，体现了从物理走向社会的新课程理念。本章教学重点：磁场是贯穿电磁现象始终的一个重要概念，用磁感线来形象化的表示磁场是一种重要的科学研究方法。电流产生的磁场、通电螺线管产生的磁场等内容，即包含重要的科学探究过程和科学研究方法，又是后面研究电磁铁的理论基础。课程标准中选择了“影响电磁铁磁性强弱的因素”课题为例，讲述了科学探究的七个要素和过程特征。因此，以上内容都是本章的重点。本章教学难点：磁场、磁感线和电流的磁场非常抽象，是本章的难点。教学中应注意把书本上抽象的知识与生活中的具体现象联系起来，通过转换的方法，化抽象为具体，化无形为有形，丰富学生的想象能力，这是突破难点的有效途径。2编写特点本章教材在编写上有以下特点：（1）注重联系社会实际和学生生活。内容编排注意从学生熟悉的事物入手，体现了“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程理念。如15.1节“从永磁体谈起”，从学生“你对永磁体了解多少”出发，列举学生熟悉的各种永磁体，得出了 “磁极”、“磁性”等概念；本章安排了“电磁继电器与自动控制” 一节，体现了 “从物理走向社会”的课程理念。并利用“信息链接”、“STS”等栏目，列举电磁技术的一些应用，把物理教学与科学技术的发展和社会进步联系起来，引导学生关注科技发展的前沿，帮助他们树立正确的科学观，培养他们振兴中华、将科学服务人类的使命感和责任感。教材以活动、讨论、设计制作等多种形式安排学习方式，呈现出生动活泼的教学氛围。（2）突出实验和探究。与传统教材相比，新教材考虑到了学生“喜欢实验和探究”的特点，设计了大量学生活动，注重知识形成的过程，注意让学生通过观察、实验等实践活动来主动地建构知识体系。本章的科学探究课题有三个：“通电直导线的磁场”、“通电螺线管的磁场”、“探究电磁铁的磁性”，使学生更多地经历科学探究的过程；本章安排了课堂活动7个，给学生提供了较多的活动机会。这些活动，需要的器材简单，贴近学生的生活，从而使物理知识与生活和社会联系起来，对学生形成、理解物理概念和规律，有很好的促进作用。3课时安排本章共4节，建议全章教学用5课时，其中新授课每节1课时，复习总结1课时。三、各节教材说明与教学建议15.1从永磁体谈起1教学目标：知识与技能知道一些基本的磁现象，知道“磁化”和“去磁”的简单方法，了解磁性的广泛应用。认识磁场，知道磁感线是形象地表示磁场的一种方法。过程与方法通过实验探究活动，认识磁体、磁场的基本性质。通过用铁屑显示永磁体的磁场分布，学习用磁感线表示磁场的方法。情感态度与价值观通过了解磁体在实际中的应用和我国古代对磁学的伟大贡献，体会物理知识的摘要作用，培养学生对科学的兴趣，增强学生的民族自豪感和振兴中华的责任感。2教材说明本节课的主要内容：通过实验活动，了解磁现象和磁体的基本性质，认识磁场；学习用磁感线表示磁场的方法。本节课的编写思路：首先介绍我国古代的四大发明之一指南针，以及磁体在现代科学技术中的应用，由此引出课题。然后引导学生通过活动1和活动2，进一步加深对磁体、磁极间相互作用规律的认识和了解，为提出磁场概念、研究磁场做好知识上的铺垫。在引出“磁场”概念后，让学生在活动中观察磁体周围（磁场中）铁屑的分布，认识不同磁场的方向及分布情况。最后引出用磁感线表示磁场的方法。本节课的重点和难点：磁场是物理学的重要概念，磁感线是形象地表示磁场方向和分布情况的方法，是进一步学习电磁学知识的基础。因为磁场难以直接认识，比较抽象，怎样用磁感线表示磁场，特别是用磁感线表示磁场的方向，学生往往很难理解。这些都需要学生具有一定的想象能力，而初中学生的思维方式恰好处于从形象思维到抽象思维的过渡阶段，所以磁场和磁感线的教学既是本节课的重点又是难点。3教学建议本节课是本章的第一节，可以利用学生熟悉的磁现象，或者准备一些有趣的小实验，直接引入章标题，然后通过人类认识磁现象是从永磁体开始的这一事实，进入第一节课的学习。充分利用学生在生活和小学科学课中有关“磁现象”的认识和知识储备，不但有利于学生顺利完成活动1和活动2中的探究实验，还能够引发学生的认知冲突，促进学生的深层次思考和探究，加深对磁体性质、磁化等知识的认识和理解。磁场是一个很抽象的概念，初中只要求学生初步认识磁场的存在，即知道磁体周围存在磁场即可。通过“磁场中某一固定点对小磁针的北极（或南极）的作用力有确定的方向，而在磁场的不同点，小磁针北极受力方向不同”的事实，认识到磁场是有方向的。所以本节课从磁场的基本性质对放入其中的磁体产生磁力的作用来认识、感受磁场，把抽象的问题具体化、形象化，符合初中学生的认知规律。因而做好课本图15-4、15-5的几个实验是突破难点的关键。古老而年轻的磁体课前可以在网上收集“司南”、磁悬浮列车、-磁谱仪、极光等一些源于古代、现代、自然、科技的图片或视频，制成多媒体课件，上课时播放，激发学生的学习兴趣，引出课题。学生在小学科学课上对于磁体、磁极间的相互作用有了初步的了解，因而本节课在引入课题后，可以启发学生回忆思考：对于磁体你已经了解哪些方面的知识？待学生回忆后，教师简单点评，然后指出：“为更全面的认识磁现象，请同学们做下面的实验（活动1）。”由此引入活动1。学生做完活动1的实验后，再让学生对回忆的知识进行纠正和补充，学生的印象会更深。活动1，由于实验比较简单，可以把它改成开放性的自主探究实验。课前为每一小组准备课本图15-2中的器材，为了使实验效果更明显，小组的实验器材还可以再增加两辆力学小车（铝制或木制），一个条形磁铁，或给两个中间系线的条形磁铁，以让学生方便地研究磁极间的相互作用。让学生带着课本上的4个问题自主活动，探究、发现磁体的性质。实验活动以后，让学生汇报得到的结论。 由于该活动实验器材较多，过程开放性（自主性）较强，为了充分发挥开放性探究活动的作用，让不同层次的学生都能够都有较高水平的收获，在得出课本上的基本结论后，可以启发提问：实验中，同学们还有没有其他的发现？还有哪些问题？从而促进学生深层次的思考，把探究活动推向深入。善于钻研的学生还可能发现磁化现象，磁体指南北的性质等，提出诸如：磁体为什么总是指南北？为什么磁铁能够吸引锯条、回形针等而不能够吸引铜、铝导线？如果学生不能发现或提出上述问题，老师可以提问：磁铁吸引回形针时，回形针之间能否互相吸引？是否所有的金属都能够被磁铁吸引？从而引出活动2，学习磁化和去磁。对于活动2，有活动1和学生的生活经验做基础，学生对于图15-3使物体磁化的方法很容易掌握，教学时要注意引导学生将无意识的生活体验，纳入新的知识体系。进行这一环节时，可以提出问题：给大家一根钢针，同学们有哪些方法将它磁化？在学生回答以后，再做活动2中的（a）（b）两个实验，并比较一下哪种方法磁化效果好，以加深印象。对于去磁，学生的生活经验不足，老师可从逆向思维的角度引导学生：既然原来没有磁性的物质可以获得磁性，那么具有磁性的物质在某些情况下是否也会失去磁性呢？引出去磁的概念，然后演示用“加热”和“敲击”的方法去磁。最后可以引导学生从磁化的角度解释磁铁吸铁而不能吸铜、铝的原因。认识磁场对于这部分内容，可以通过实验演示“不直接接触的两磁体之间也能够发生相互作用”，从而提出问题：磁体间不需要直接接触，为什么也能发生相互作用呢？引出磁场的概念。在学生了解到磁场“看不见、摸不着”之后，启发学生类比认识“流动的空气”的方法，寻找显示这种“看不见、摸不着”的磁场的方法。空气流动大家不能直接感知，但我们通过观察空气流动对树叶等物体的作用，根据“树叶动”的事实就可以间接知道空气在流动，同样，我们可以通过观察磁场对其它磁体的作用来间接地认识磁场，从而引入活动3。活动3的目的是为了让学生认识到：磁场有方向；磁场中不同位置，磁场方向不同。做图15-4的实验以前，建议增加一个演示实验：用磁针 “探测”磁场及方向。在桌面上放置一个条形或蹄形磁铁，将同一磁针分别放在磁铁周围不同位置，也可以同时将多个相同的大磁针放在磁体周围不同位置，让学生观察磁针静止后的指向。通过这个实验，学生不但加深了对“磁场有方向”的认识，而且知道磁场方向可以通过磁针的方向来显示。 做完上述实验后，进一步引导学生思考：为了显示磁场中更多点的磁场的方向，应该有更多的磁针。为此，在实验时可以用很细的铁屑（放在磁场中被磁化成一个个小磁针）代替磁针显示磁场方向及分布情况。然后演示图15-4中的（a）（b）两实验，为增大可见度，建议用投影仪演示。做完实验，结合图15-5，提出问题：实验过程中，往玻璃板上撒铁屑后，为什么要轻轻敲击玻璃？磁体周围的铁屑或磁针有规律的排列，是受什么力作用的结果？没有磁场，它们的排列能有这样的规律吗？让学生明确：铁屑或磁针排列情况直观反映了磁场分布情况。接着启发学生思考：用摆磁针或撒铁屑的方法显示、描述磁场有什么缺点？引出下一个段标的教学。描述磁场对于这部分教学，可以引导学生用带箭头的曲线代替磁针或铁屑试着画出图15-4、15-5中的磁场分布情况。学生在画图过程中，一方面体会条形磁铁和蹄形磁铁磁场的分布规律，同时认识磁感线在实际上并不存在，是人们为了形象地描述磁场而采用的一种方法。为了帮助学生利用磁感线正确描述磁场，在磁感线教学中应指出以下三点：（1）磁感线实际上是不存在的，它是人们为了形象地描述磁场而引入的。（2）磁感线上的箭头表示磁场的方向：从磁体北极到南极（在磁场外部）。（3）磁感线不只是画出的那几条，磁场也不是只在一个平面内，而是分布在磁体周围的这个空间。关于地磁场的教学，只要求学生了解地球可看作一个如课本图15-7的大磁体，它的周围存在磁场。地磁的南北极与地理的南北极刚好相反，教学时，可以将这部分知识制成多媒体课件，以帮助学生想象地球表面磁场的分布情况。也可以让学生结合地磁场的知识尝试解释磁体为什么总是指向南北方向。最后可以让学生阅读信息浏览中的内容，了解磁偏角和沈括的贡献，激发学生的民族自豪感。4教学评价课堂测评1南宋民族英雄文天祥，曾在扬子江一诗中写下“臣心一片磁针石，不指南方不肯休”的诗句。这里磁针石的南极指向地理位置的方，是因为它受到 场的作用。2关于磁场，下列说法中正确的是（）小磁针接近磁体时会发生偏转，说明磁体周围空间存在着磁场磁感线是磁场本身所具有的磁铁周围的磁感线都是从磁铁南极出来，回到磁铁的北极 以上说法都不对3图15-1中，磁感线的方向、磁极名称标注正确的是（ ）图15-14一蛋糕盒里放有一条形磁铁，盒外均匀放有八个小磁针，小磁针静止时，指向（黑色端为N极）如图15-4所示。由此可以判定条形磁铁在盒内摆放方向为( )A沿15连线位置，N极在5，S极在1B沿26连线位置，N极在2，S极在6C沿37连线位置，N极在3，S极在7D沿48连线位置，N极在4，S极在8 图15-2【参考答案】1南 地磁2A 3B 4A “自我评价与作业”指导 1.方法1：将条形磁铁用细线从中间悬挂起来，使其可以自由转动；静止后条形磁铁指南的那一端是S极，指北的那一端是N极。方法2：拿一小磁针靠近条形磁铁的一端，如果小磁针的N极被该端吸引（或排斥），则条形磁铁的该端是S（或N）极。2A提示：本题应该注意到“排斥”这一现象，说明钢条和条形磁铁靠近端是同名磁极，故钢条一定具有磁性。若“吸引”则钢条可能有磁性，也可能没有磁性。 图15-33这说明鸽子在飞行过程中是靠地磁场来确定位置、辨别方向的。当在鸽子身上绑上小磁体时，对其周围的地磁场有干扰作用，所以会迷失方向。科学研究发现：绿海龟、海鳗、鲸鱼等一些海洋生物也是利用地磁场帮助确定方向。4如图15-3所示。5一些文具盒、手提包、手机套的封盖按钮等。15.2 奥斯特的发现1、教学目标：知识与技能 了解奥斯特实验，知道电流的磁效应。 知道导线周围存在磁场，通电螺线管外部的磁场分布跟条形磁铁的磁场相似。能用右手螺旋定则判定通电螺线管的极性。 过程与方法 通过观察体验电流周围存在磁场，初步了解电和磁之间的联系。通过实验探究通电螺线管外部磁场的分布规律及磁场方向。情感态度与价值观 通过认识电流周围可以产生磁场，体会不同自然现象之间存在的相互联系，养成乐于探究自然奥秘的习惯。2教材说明本节课的主要内容有：通过奥斯特实验认识电流的磁效应，知道通电导体周围磁场的方向与电流的方向有关；观察通电螺线管周围铁屑的分布情况，确认通电螺线管外部的磁场与条形磁铁的磁场相似；通过实验探究通电螺线管磁极的性质与电流方向的关系，在此基础上介绍右手螺旋定则。 本节课的编写思路：首先介绍奥斯特实验，了解电与磁之间存在着联系，通过活动1，让学生认识到通电直导线周围存在磁场，初步认识电现象和磁现象之间存在联系，为了进一步探究电流磁场的规律，教材安排了活动2，让学生通过实验，进一步认识电流的磁场方向与电流方向的关系，确信电流的磁场与电流密切相关，加深对“电流可以产生磁场”的认识。随后，将“通电直导线”拓展到“螺线管”，在介绍什么是螺线管后，通过实验让学生观察通电螺线管周围的磁场分布情况，认识到电螺线管周围的磁场与条形磁铁的磁场相似，通电螺线管也有两个磁极。那么，通电螺线管的磁极与什么因素有关？于是安排一个探究实验，要求学生通过探究活动，“发现”通电螺线管磁极性质与电流方向有关，并寻找磁极极性与电流方向的具体关系。在学生对这种具体关系有一定的感性认识，想描述而又无法准确形象描述的时候，学习右手螺旋定则。整体上看，本节课的教学内容由浅入深，由易到难，层层递近，一气呵成。同时在关键点和难点处都设计了通过以观察实验为主的探究活动，让学生通过具体形象的实验现象来学习抽象的电流的磁场，这非常符合学生的认知特点，有利于学生的学习。 本节课的重点和难点：通电螺线管的磁场是通电直导线电流磁场的拓展和延伸，又是学习电磁铁及其应用的基础。同时，探究、理解通电螺线管的磁极性质与电流方向的关系需要一定的空间想象能力，学生往往比较难以掌握。因而通电螺线管的磁场既是重点又是难点。3教学建议 电流的磁场既是对前面磁场概念的深化和拓展，又是后面学习电磁铁的基础，更是进一步学习各种电磁现象的重要基础。学生在这里首次接触、思考磁现象和电现象之间的联系，对此普遍缺少生活经验，感性认识不多。因而教学中，应该尽可能采用实验和适当的直观教具做好演示，创造条件让学生自己动手实验，经历探究过程，获得丰富的感性体验，进而确信电流周围存在磁场，形成对电流周围磁场尤其是通电螺线管外部磁场的形象化认识。电流的磁场本节课可以通过讲故事的方式，讲述“奥斯特的发现”引入新课；也可以通过实验激发探究兴趣来引入课题。例如上课开始后，可以提出问题：大家都知道磁铁周围存在磁场，只有磁体能够产生磁场吗？然后出示奥斯特实验所需器材，向学生演示没有磁铁，利用电流也可以产生磁场，从而引入新课。还可以先引导学生思考电现象和磁现象相似的性质，如带电体能吸引轻小物体，磁铁能吸引铁磁性物质；同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引，同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。然后指出：早在奥斯特之前的很多科学家也注意到了这样的事实，并提出了猜想：既然电现象和磁现象之间有这么多的共同点，那么这两种现象之间也可可能存在某种联系。为找到这种联系，很多科学家做出了不懈的探索，都没有成功，直到1820年4月，丹麦物理学家奥斯特通过实验证明了这种联系的存在，第一次揭示了电和磁的联系，下面我们就沿着伟人的脚步，经历这个探索的过程，认识这一伟大发现的意义和价值。然后介绍实验的器材，引导学生通过活动1，观察体验通电直导线的磁场。用这种方式引入，既能够激发学生学习和探索的兴趣，又能够很好地渗透情感态度价值观教育。活动1的目的是让学生感知由电可以生磁。由于该实验所需器材简单，教师最好把该实验改成学生自主探究型实验，让学生自己动手操作，经历探究过程，教学效果会更好。事先给每一个小组准备好所需器材：磁针、电源、开关、导线。引入新课后，先让学生根据所给的器材，结合课本图15-12，启发学生思考以下问题制定实验方案。实验中怎样显示磁场？怎样才能使实验效果更好一些，打算把磁针放在磁场的上方还是下方？实验时通电时间不要过长，这样要求的目的是什么？磁场有方向，电流也有方向，二者之间可能存在怎样的关系？在实验过程中，如果有学生提出闭合开关时电路处于短路状态的问题，教师可以告知这是为了获得较大的电流，使实验效果更明显。为了保护电源，实验时通电时间不宜过长，只要看出磁针转动即可切断电路。如果条件实在不足，可以通过投影仪展示演示实验，以增加可视效果。做实验时要启发学生观察，导线下的磁针在什么情况下会偏转，学生根据实验现象：导线中有电流通过时，磁针偏转，没电流通过时磁针不动，能够认识到：引起磁针偏转的磁场是由电流产生的，从而得出“电流能够产生磁场”或者“通电导体周围存在磁场”的结论。为了把探究活动引向深入，可以启发性的提出问题并让学生猜想：磁场有方向，电流也有方向，电流产生的磁场方向与电流方向是否有关呢？怎样通过实验探究这一问题呢？让学生设计实验的方法。学生说出实验方法后，可以让学生上讲台自己演示实验过程，让其他同学观察现象，总结结论。通过学生参与来活跃气氛，增强实验效果。在学生进行实验并通过分析比较观察到的现象得出结论后，老师可以引导学生总结，并指出奥斯特实验的意义在于，第一次通过实验揭示了电现象和磁现象不是各自孤立，而是有密切联系的。这一发现极大的激发了各国科学家探索电磁本质的热情，有力地推动了电磁学的深入研究。通电螺线管的磁场这部分内容通过一系列探究活动，明确通电螺线管周围的磁场跟条形磁铁的磁场相似，螺线管的极性与电流方向有关，在此基础上学习右手螺旋定则。建议在这里增加一个学生探究活动，起承上启下的作用。一方面丰富学生的感性体验，加深对电流产生磁场的认识，另一方面也能自然引出通电螺线管的磁场。通电直导线周围存在磁场，如果将导线弯曲成螺线管，通电后其周围是否也会产生磁场呢?如果有磁场，与通电直导线的磁场是否相同? 介绍通电螺线管后，为了帮助学生了解螺线管的两种不同的绕线方法，可以先让学生用导线在铅笔等一些物体上练习绕线，并画出相应的绕线方法。为下一步以画图的方式，记录“探究通电螺线管与电流方向之间的关系”的实验结果，进而总结、归纳右手螺旋定则做好铺垫。首先，让学生分组完成活动2A中图15-14所示的实验。如果器材不够分组实验，也可由教师演示，用投影或实物展示台投射到大屏幕上，让学生通过观察直观感知通电螺线管磁场的特点，并启发学生对比条形磁铁的磁场，得出“通电螺线管外部的磁场分布与条形磁铁外部的磁场分布相似”的结论，认识到通电螺线管的两端相当于条形磁铁的南北极。启发学生从“通电螺线管的磁场是由电流产生的”这一事实入手，猜想通电螺线管的磁极是否跟电流方向有关？引出下一个探究活动。活动2B的目的是要学生通过实验探究，认识通电螺线管的极性与电流方向之间的关系，并为归纳、总结右手螺旋定则提供感性认识。活动时，要求各小组利用课本活动2B中图15-15的装置，自主动手探究，寻找并总结通电螺线管的极性与电流方向之间的关系，培养学生的空间想象能力和表达叙述能力。为了启发学生通过对比、分析、归纳出右手螺旋定则，并从中体会探索物理规律的方法。在探究开始时，教师可以提出一些启发性问题，以促进学生深层次地思考。比如：螺线管有两种绕线方法，螺线管和电源相接有两种接法，那么螺线管绕法不同或者与电源正负极接法不同，螺线管的磁极是否相同？请同学们在探究过程中注意这些问题，并将实验结果以画图的方式记录下来。图15-4探究实验结束以后，教师要鼓励学生，根据观察到的实验现象和记录，把自己的探究结果用语言描述出来，引导学生确认：决定通电螺线管极性的因素是电流的方向。然后在此基础上介绍右手螺旋定则，使学生感性认识进一步深化，上升到理论的高度。最后指导学生阅读课本上右手螺旋定则的内容，并指出右手螺旋定则中的规定是人为的，便于人们判断和记忆，学生也可以根据自己理解的方式去表达，只要能够揭示出通电螺线管磁极极性与电流方向之间的关系即可。如可用以下几种方法判定：（1）用左手也可以判断，只是与用右手螺旋定则判断的结果相反(2)正对着螺线管的一端观察，如果电流是沿顺时针方向流动，则靠近你的这一段是通电螺线管的北极，远离你的那一端是南极；如果电流是沿逆时针方向流动，则螺线管磁极性质刚好相反。（3）蚂蚁沿着电流方向说：“N极就在我的左边”。（4）猴子用右手把一个大螺线管夹在腋下，说：“如果电流沿着我的右臂所指的方向，N极就在我的前方。如图15-4所示。为了进一步熟悉右手螺旋定则，老师可以出示不同绕线法的螺线管，训练学生用手比画判断电流方向和磁场方向，也可以通过画图的方式进行练习。由于初中学生识图和空间想象能力较差，可能给这部分学习带来困难，教师应加强指导。课标对右手螺旋定则未作要求，教材虽已介绍，教学中对学生要求不能太高，简单理解即可，以免增加学生负担。对于通电螺线管内部的磁场和磁感线不做要求，建议不讲。图15-54教学评价课堂测评1某同学利用如图15-5所示装置研究电与磁的关系，比较甲、乙两图可知_ _ _；比较乙、丙两图可知 _ _。 图15-62如图15-6所示，当闭合开关S后，通电螺线管Q端附近的小磁针N极转向Q端，则( )A通电螺线管的Q端为N极，电源a端为正极B通电螺线骨的Q端为N极，电源a端为负极C通电螺线管的Q端为S极，电源a端为正极D通电螺线管的Q端为S极，电源a端为负极3.如图15-7所示，电磁铁左侧的C 为条形磁铁，右侧的D 为软铁棒，A 、B 是电源的两极。下列判断中正确的是 图15-7A 若A 为电源正极，则C 、D 都被吸引B 若B 为电源正极，则C 被吸引，D 被排斥C 若B 为电源正极，则C 、D 都被排斥D 若A 为电源正极，则C 被排斥，D 被吸引41820年，安培在科学院例会上做了一个小实验，引起了与会科学家的极大兴趣。他将一个螺线管从中间用细线悬挂起来，使之可以灵活转动。实验发现，通电螺线管静止时两端总是指向南北方向。若实验中螺线管的绕线情况如图15-8所示，且静止时左端指南。请用箭头在图中标出电流方向。图15-85在图15-9中，电路图未画完整，请根据所画出的磁感线，在通电螺线管上方B处填上电池组的符号，并标出通电螺线管A端的极性(选填“N”或“S”)。 图15-10图15-9 6螺线管通电后，小磁针静止时指向如图15-10所示，请在图中标出通电螺线管的N、S极，并标出电源的正、负极【参考答案】1电流周围存在磁场 通电导体周围的磁场方向与电流方向有关 2C3. D4如图15-11所示5如图14-12所示 6.如图15-13所示。 图15-13图15-12图15-11“自我评价与作业”指导1(a)、（b）两图左端均为N极，右端均为S极。2两通电螺线管中的电流均从左边导线流入，从右边导线流出。3甲、乙两同学说法是片面的、不恰当的，丙同学的说法是合理的。15.3 探究电磁铁的磁性1、教学目标：知识与技能 知道什么是电磁铁，了解电磁铁在生产、生活和自动控制中的应用。 理解电磁铁的特性和工作原理过程与方法 经历探究电磁铁磁性强弱跟哪些因素有关的过程，进一步熟悉控制变量法。情感态度与价值观通过了解电磁铁在生产实践中的应用，认识物理是有用的，以激发学生的学习兴趣。通过一系列制作、实验探究活动，让学生感知实验的意义和价值。2、教材说明本节主要内容有：电磁铁及其在现代生产实践中的应用；通过实验认识电磁铁的特点；实验探究影响电磁铁磁性强弱的因素。本节内容是电流的磁效应的拓展和深化，是下一节课学习电磁继电器与自动控制的基础，因此具有承上启下的作用。本节的编写思路：首先通过演示实验，让学生认识到通电螺线管加入铁心后磁性大大增强，引入电磁铁。接着介绍电磁铁在现代工业和自动控制中的作用，引发学生探究电磁铁工作原理的兴趣。探究电磁铁的工作原理时，先从观察电磁铁的结构入手，然后通过给电磁铁通电的实验，让学生初步了解电磁铁工作特点：磁性的有无可以用通断电流的方式控制，再进一步探究影响电磁铁磁性强弱的因素。本节教学重点和难点：电磁铁的工作特点是应用电磁铁的基础，因而是本节课的重点之一。探究电磁铁的磁性强弱，是对电磁铁工作特点认识的深化和延伸，涉及到“控制变量”的研究方法，同时实验中需要学生自己绕制螺线管，对于学生动手操作能力要求较高，因而这部分内容既是本节课的教学重点也是难点。3、教学建议本节课涉及的实验器材简便、操作简单，效果明显，因而建议多给学生创造动手探究的机会，以激发学习兴趣，增强学习效果。什么是电磁铁本节课引入时可以通过播放磁悬浮列车、电磁起重机等视频或图片，创设情境，激发兴趣，引出课题。然后，安排学生分组完成教材图15-19所示的实验：先把一个通电螺线管（可以用一个电磁铁抽出铁芯），放在离磁针适当远的位置，给螺线管通电，让学生看到磁针受磁力作用而运动，然后，保持其它条件不变，把铁芯插入螺线管，发现磁针受到的作用力大大增强，从而认识到通电螺线管中加入铁芯后，磁性会大大增强，进而引出电磁铁。如果限于条件不能进行分组实验，也可由教师演示，但可见度要尽量大，实验效果要明显。这样让学生通过观察到“通电螺线管中加入铁芯后，磁性会大大增强”的事实，激发探究兴趣，同时为下面进一步探究电磁铁的结构、性质打下基础。认识电磁铁在介绍什么是电磁铁以后，教师可以引导学生完成活动1A，观察图15-22中电磁铁的结构，以加深对电磁铁的认识和了解。为了保证课堂效果，每组都要配备结构基本相同的电磁铁，让学生经历观察拆卸观察组装的过程，要求学生把观察结果填在课本上。由于学生是第一次通过“拆卸观察”的方法了解研究对象的结构，因而要注意培养学生良好的“拆卸观察”习惯。比如要求学生在动手前要明确实验目的；在拆卸过程中要注意不要损坏器材；拆卸下来的零件要有序放置，以方便最后的重新组装；观察要分清主次，注意根据实验目的判断哪些是主要部件，哪些是次要部件等等。上述活动结束后，可以从与一般的永磁体对比的角度，启发学生思考：电磁铁能够在生产实践中广泛应用，说明电磁铁与一般磁体相比有何优点，让学生猜测电磁铁可能有哪些方面的特点。这里的猜测活动的目的是引导学生根据已有经验，进行简单推理，培养学生良好的思考习惯。至于学生猜测的正确与否，不必过于追究，重要的是培养学生推理和思考的习惯。在学生广泛讨论，说出自己的猜测后，让学生以小组为单位，做活动1B图15-23中的实验。实验时教师要加强以下几方面的指导： 正确连接电路；实验过程中用磁针检验电磁铁的磁场；通电后，可以先根据连接电路情况，利用右手螺旋定则判断电磁铁的极性，然后利用磁针检验判断是否正确。一方面复习右手螺旋定则，同时加深“电磁铁磁极性质可以改变”印象。最后，让学生汇报实验成果，老师点拨总结。在实验中，有些学生可能会发现了电磁铁磁性强弱随电流的变化而变化，教师要及时给予肯定，也可以由此引出下一个探究活动。电磁铁磁性强弱跟哪些因素有关由于该实验所用器材简单，实验过程也不复杂，同时实验中所用到的控制变量法学生已多次应用，因而建议把该实验设计成学生自主探究活动。教学时教师应把学习的主动权放给学生，让学生经历科学探究的过程，体验探究的乐趣和成功的喜悦，教师起引导和组织作用。建议按以下几个环节进行。（1）提出问题电磁铁磁性强弱跟哪些因素有关呢？ （2）猜想与假设让学生猜想并说明猜想的依据。学生容易猜想到的因素有：电流的大小；线圈匝数的多少；铁芯的大小；组成线圈的导线材料、粗细等等。上面的几种猜想是学生根据已有的知识基础提出的，教师应引导学生对这些猜想进行筛选，确定共同的研究目标。其中组成线圈的导线材料、粗细等对电磁铁磁性的影响都可引导归入电流的大小。所以只研究电磁铁磁性强弱与电流大小、线圈匝数多少的关系即可。（3）制定计划与设计实验可以先让学生交流和讨论制定出实验方案，教师可提醒学生注意影响电磁铁磁性强弱的因素不止一个，应该采用怎样的方法来研究呢？在实验中如何控制变量？能否设计一个表格，以便记录数据、分析归纳结论？ 通过学生的思考、交流和讨论，老师的点拨，学生大都能制定出正确的探究计划，然后让学生介绍自己的方案，并且让全体学生对该方案进行评估、纠错、补充、完善。最后确定分三步探究：一、保持线圈匝数相同，铁芯相同，探究电磁铁磁性强弱与电流大小的关系；二、在铁芯相同，电流相同的情况下，探究电磁铁磁性强弱与线圈匝数多少的关系。在学生汇报实验方案后，为了帮助学生设计实验，教师可以通过设置一系列问题，引导学生把探究方案进一步细化。在实验中如何显示电磁铁磁性的强弱？在探究电磁铁磁性强弱与电流大小的关系时，怎样保证线圈和铁芯相同（使用同一个电磁铁或两个完全相同的电磁铁），怎样改变、显示线圈中的电流？在探究电磁铁磁性强弱与线圈匝数多少的关系时，怎样改变线圈的匝数？（在同一个铁芯上分别缠绕不同匝数的线圈，或用两个铁芯一样匝数不同的线圈），怎样保持电流相同？（把匝数不同的线圈先后接入同一个电路，通过滑动变阻器调节，或将两线圈串联在同一个电路中）。让学生通过讨论以上问题，确定实验器材以及具体的实验步骤。最后要学生画出电路图以及记录数据的表格。当然表格也可以直接用课本上的，只是对学生来说缺少了一次锻炼的机会。（4）进行实验与收集证据实验过程中，教师要给学生做如下具体指导：正确连接电路，必要时可以先复习电路连接的有关知识；控制变量时，为了使实验效果明显，要使不同的量（比如线圈匝数或电流大小）的差别较大些；每次实验时，都应将显示磁性强弱的大头针或曲别针与电磁铁尽可能充分接触。（5）分析与论证实验结束后，指导学生对实验现象和数据进行分析，对实验结果进行解释和描述。小组之间互相交流、分类整理，得出结论：电磁铁磁性强弱与电流大小、线圈匝数的多少有关。在线圈匝数一定的情况下，电流越大，电磁铁磁性越强；在电流相同的情况下，线圈匝数越多，电磁铁磁性越强。同时鼓励有兴趣的同学，在课后可探究电磁铁磁性与猜想的其他因素是否有关。最后，让学生阅读课本最后一部分，通过让学生观察课本图15-26、15-27、15-28图片或挂图，了解电磁铁在生产、生活中的实际应用，认识物理知识与生产生活的关系。教学中也可以出示电铃、电话的模型，并给电铃通电让学生获得真实的体验，效果会更好。对于基础较好的学生，也可让学生试着解释图15-26、15-27中电铃、电话的工作原理。 4教学评价课堂测评1在“探究电磁铁的磁性强弱”的实验过程中，你有什么体会、收获？还有什么问题无法解决？2某同学在“探究电磁铁的磁性强弱”的实验中，设计了一个方案：改变电磁铁的接线，使通电线圈的匝数增多，同时调整变阻器的滑片，使电流保持不变，观察电磁铁吸引大头针的数目有什么变化，这一方案的实验目的是研究电磁铁磁性强弱与下列哪个因素有关（ ）A.电流通断 B.电流大小 C.电流方向 D.线圈匝数3小明设计的“研究电磁铁磁性强弱”的实验电路图如图15-14所示，右表是他做实验时记录的数据，则下列结论中不正确的是（ ）电磁铁（线圈）100匝50匝实验次数123456电流（A）0.81.21.50.81.21.5吸引铁钉的最多数目（枚）711145810图15-14比较、两次实验可知：线圈中的电流一定时，匝数越多，磁性越强(c)(a)(b)比较1、3、5三次实验可知：匝数一定时，线圈中的电流越大，磁性越强比较1、2、3（或4、5、6）三次实验可知：匝数一定时，线圈中的电流越大，磁性越强图15-154为探究“影响电磁铁磁性强弱的因素”，小明用导线为主要器材，进行如图15-15所示的简易实验. (1)他将导线绕在铁钉上制成简易电磁铁，并巧妙地通过_来显示电磁铁磁性的强弱。(2)连接好电路，使变阻器连入电路的阻值较大，闭合开关，观察到图15-15（a）所示的情景；接着，移动变阻器滑片，使其连入电路的阻值变小，观察到图15-15（b）所示的情景。比较图（a）和（b），可知_图中的电流较小，从而发现，通过电磁铁的电流越_(填“大”或“小”)，磁性越强。（3）如图（c），将导线绕在两枚铁钉上,构成两个简易电磁铁串联的电路。从图（c）的情景看出，在_相同的情况下，线圈的匝数越_（填“多”或“少”）磁性越强。 【参考答案】1提示：这里的“收获”不仅指学到了什么知识，而且指学生在学习过程中领悟到了哪些方法、有哪些情感体验，如学生体验到成功的喜悦及与同伴合作的快乐，即使是失败了，学生也会积累一些经验和教训，并且失败后会反思，会进行再实践、再验证，这也是他们的收获。2D3B4（1）吸引大头针的多少（或“大头针”） （2）（a） 大 （3）电流 多“自我评价与作业”指导1电流的大小 线圈匝数的多少 有无铁心2断电时，电磁铁没有磁性；因为电磁铁的磁性来源于电流产生的磁场，断电时螺线管中没有电流通过，电磁铁便失去磁性。6.4 电磁继电器与自动控制1、教学目标：知识与技能了解电磁继电器的结构和工作原理。会连接用电磁继电器进行自动控制的简单电路。过程与方法 经历利用电磁继电器控制简单电路的实验过程。情感态度与价值观通过了解物理知识的实际应用，提高学习物理知识的兴趣。2、教材说明本节主要内容有：了解电磁继电器的结构和工作原理。从整体上看，电磁继电器是上节课内容电磁铁知识的延伸，是电磁铁的具体应用。在内容的选择上来看，以学生感兴趣的自动控制为载体，介绍电磁继电器的结构、工作原理以及在生产实践中的应用，有利于激发学生的学习兴趣以及热爱科学的情感，体现了“从物理走向社会”的新课程理念。 本节的编写思路是：让学生先观察电磁继电器，后动手操作、使用电磁继电器的方式，通过由浅入深的活动，逐渐加深对电磁继电器的认识和了解。这样安排教学内容符合学生认知规律和特点，有利于学生自主学习。 本节教学重点和难点：电磁继电器的工作原理是理解自动控制的基础，因而是本节课的教学重点。同时利用电磁继电器工作原理解决实际问题时，学生对其工作电路、控制电路往往容易混淆，导致不能正确理解工作过程。因此，正确认识电磁继电器的工作原理和工作过程也是本节课的难点。3、教学建议本节课教学内容比较简单，因此，建议上课时尽可能地创造条件，安排学生分组实验、自主学习。同时由于教学内容较少，建议教学中多结合生活、生产的实际需要，引导学生设计一些利用电磁继电器进行自动控制的电路，让学生体会物理知识的实际应用，从而更好地实现“情感态度与价值观”的教学目标。认识电磁继电器本节课可以通过播放一些电磁继电器在生产、生活中应用的视频创设情境，引入课题。也可以直接向学生出示电磁继电器，并简单介绍其作用在电路中起到类似开关的作用，引出课题。还可以在课前，利用电磁继电器和一个热敏电阻制成一个自动控制装置。上课时通过加热热敏电阻，让学生看到通过“温度变化”控制一盏灯发光与熄灭的现象，激发兴趣，引入新课。活动1 的目的是让学生知道电磁继电器的主要结构，初步了解各部分元件的作用。引入新课以后，可以让学生以小组为单位，观察电磁继电器的实物或模型了解主要组成部分，通过观察、触摸和调试认识各元件的作用。在观察时，要注意培养学生良好的观察习惯，比如要按一定顺序，要抓住重点及主要对象等。活动1 结束后，在小组讨论交流的基础上，可以让学生结合电磁继电器的结构图，汇报观察结果，说出电磁继电器的主要结构，以及各部分元件的作用。为了加深对电磁继电器各个部件和作用的认识，知道电磁继电器实质是由电磁铁控制的开关，初步了解电磁继电器的工作原理。在学生观察电磁继电器结构的基础上，可以利用活动挂图（衔铁部分做成可动的），或多媒体课件，或通过做实验，演示电磁继电器通、断电的情况，让学生观察电磁铁的动作，认识电磁继电器电路的组成，区别控制电路和工作电路。特别是要观察通电和断电时，动触点、静触点的闭合和断开情况，以了解电磁继电器是如何把控制电路和工作电路联系在一起的，为进行活动2以及理解电磁继电器的工作原理打下基础。然后结合挂图从原理上分析、总结，使学生明确电磁继电器是利用电磁铁来控制电路的一种装置，电磁继电器的控制电路由电磁铁、开关、低压电源组成，工作电路由电动机（电灯或其它用电器）、高压电源和电磁继电器的触点部分（相当于一个活动开关）组成。用电磁继电器来进行自动控制这部分教材是本节的核心内容。教学时教师应把学习的主动权放给学生，让学生通过自主实验，学习电磁继电器的使用。在学生实验过程中，教师要注意点拨和引导，如连接电路时要分清控制电路和工作电路，并按照一定顺序连接。注意控制电路中电磁铁线圈和工作电路中用电器（灯泡）的额定电压，实验中观察的重点是控制电路和工作电路是怎样联系在一起的等。活动2目的是让学生通过动手实验，初步学习电磁继电器的使用方法，理解电磁继电器的工作原理，从而知道用电磁继电器进行自动控制的基本原理。可以先让学生结合课本图15-13以及电磁继电器的实物，阅读课文“学习使用电磁继电器”内容，讨论交流。然后学生以小组为单位，按照课本上步骤连接电路，观察电磁继电器的工作过程，体验电磁继电器是如何控制用电器工作的。活动2 结束后，可以让学生根据实验体验，列举用电磁继电器控制用电器的“缺点”，学生可能会想到，和一般的开关相比，电磁继电器有“结构复杂，使用麻烦”等缺点。提出问题：既然电磁继电器有这些缺点，人们为什么还要制造这么复杂的开关？引起认知冲突，启发思考。然后让学生带着疑问阅读“STS机器人”部分内容，了解电磁继电器的优点。图15-16教师可以利用类似图15-16的电磁继电器原理的挂图或多媒体展示的图片，向学生讲解电磁继电器的作用。如图15-16所示，实际工作电路往往是高电压电路，如果在高压电路的触点处用一个开关直接控制高压电路的通断是很危险的，这种情况下，利用电磁继电器可以实现用低电压、弱电流的电路控制高电压、强电流的电路；如果工作（高压）电路，所处的环境危险、恶劣，就可以将电磁继电器放在工作地点，而开关通过足够长导线远离工作地点，从而利用电磁继电器实现远距离控制；如果把低压控制电路中的开关S ,换成特制的温度计如图15-17、热敏电阻如图15-17或PTC电阻如图15-18所示，就可以实现对工作电路的“温控”；如果换成光敏电阻如图如图15-20，可实现“光控”；换成浮子如图15-21可实现“水位”对工作电路的自动控制等.图15-17图14-19图15-18图15-20图15-21利用电磁继电器实现自动控制的关键是