九年级物理下册：实验探究电磁铁磁性强弱的影响因素教学设计

九年级物理下册：实验探究电磁铁磁性强弱的影响因素教学设计

一、教学背景与设计理念

（一）教材与学情分析

本课位于人教版九年级物理下册第二十章“电与磁”的第三节“电磁铁电磁继电器”之后，是学生初步认识电磁铁概念后的首个探究性实验。教材从生活实例（如电磁起重机）引入，旨在引导学生通过实验探究，深化对电磁铁原理的理解，掌握其磁性强弱的影响因素。【基础】本阶段学生已具备基本的电学知识（电流、电路连接）和简单的磁现象认知（磁极、磁化），但对“电生磁”的定量关系及影响因素缺乏系统认识，控制变量法的熟练运用、实验数据的分析与归纳能力尚在形成中。【学情基点】

（二）核心素养发展目标

1.【物理观念】：通过探究，深化对“电流的磁效应”的理解，建立电磁铁磁场强弱与电流大小、线圈匝数、有无铁芯相关的物理观念。【核心素养发展点】

2.【科学思维】：经历“提出问题——猜想假设——设计实验——进行实验——分析论证——评估交流”的科学探究全过程，重点培养运用控制变量法研究多因素问题的能力，以及基于实验现象与数据归纳物理规律的科学思维。【非常重要】【高频考点】

3.【科学探究】：能根据猜想，小组合作设计完整的实验方案，熟练连接电路，规范操作实验器材，准确记录实验数据并绘制成表，尝试用图像或逻辑推理分析数据，得出可靠结论。【核心素养发展点】

4.【科学态度与责任】：培养严谨认真、实事求是的科学态度，在合作探究中乐于交流、敢于质疑，并感受物理知识服务于社会（如电磁起重、磁悬浮列车）的巨大价值。【情感态度价值观】

（三）教学重难点

5.【教学重点】：通过实验探究得出电磁铁磁性强弱与电流大小、线圈匝数的关系，理解插入铁芯后磁性增强的原因。

6.【教学难点】：如何通过电磁铁吸引曲别针（或小铁钉）的数量来定量比较磁性的强弱；设计并顺利完成探究电流大小对磁性影响的实验（需改变滑动变阻器阻值或电源电压），确保数据的有效性。

二、教学准备

1.【教师准备】：自制演示用电磁铁、灵敏电流计、大功率滑动变阻器、多组不同匝数的线圈、电源（电池组或学生电源）、开关、导线若干、铁芯（软铁棒）、散装曲别针一盒、电磁起重机工作视频、多媒体课件（含实验数据记录表模板、控制变量法思维导图）。【基础】

2.【学生准备】：分组实验器材（每组：漆包线约5米、大铁钉两根、不同长度的塑料管或纸筒（用于绕制无铁芯线圈）、砂纸、电池组（3节）、开关、滑动变阻器、导线、小磁针、散装曲别针若干）、实验报告册。

三、教学实施过程

（一）创设情境，引入新课（约5分钟）

【环节设计】

1.播放视频：展示大型电磁起重机将数吨废钢铁轻松吸起、搬运、放下的震撼场景。【重要】画面定格在起重机吸盘（巨大电磁铁）上。

2.提出问题：同学们，起重机为什么能如此轻易地吸起沉重的钢铁？放下时钢铁又自动脱落，这背后隐藏着什么奥秘？（学生回答：利用了电磁铁，通电有磁性，断电无磁性。）

3.递进追问：很好，电磁铁的基本原理大家已经掌握。但大家有没有想过，同样是电磁铁，为什么起重机的“力气”（磁性）可以如此巨大，而我们实验室里的小电磁铁只能吸起几枚大头针？【激发认知冲突】电磁铁磁性的强弱究竟跟哪些因素有关呢？今天，我们就化身为“小小科学家”，通过实验来一探究竟。（板书/屏幕展示课题：实验：探究电磁铁磁性强弱的影响因素）

（二）激活思维，猜想与假设（约8分钟）

【环节设计】

1.观察与联想：请同学们观察桌面上的实验器材（漆包线、铁钉、电池等），思考如何自制一个简易电磁铁。【基础操作铺垫】

2.小组讨论：引导学生分组讨论，根据已学知识（影响通电螺线管磁场强弱的因素）和直觉经验，猜想电磁铁磁性强弱可能与哪些因素有关。

3.汇报与归纳：请各组代表发言，教师将猜想板书在黑板上。学生可能提出：

（1）可能与电流的大小有关（电流越大，磁性越强）。

（2）可能与线圈的匝数有关（匝数越多，磁性越强）。

（3）可能与铁芯的材质、有无有关（有铁芯比无铁芯磁性强）。

（4）可能还与螺线管的形状、铁芯的粗细有关。【鼓励发散思维】

4.聚焦核心问题：教师引导，根据大家的猜想和现有实验条件，今天我们重点探究其中三个最关键的、可操作的因素：电流大小、线圈匝数、有无铁芯。【明确探究方向】

（三）精研细究，设计实验方案（约15分钟）【非常重要】【高频考点】

【环节设计——控制变量法的深度应用】

1.明晰原理：如何比较磁性的强弱？【第一个关键点】引导学生讨论出：可以用电磁铁去吸引曲别针（或小铁钉），数出被吸引的曲别针数量。吸引的曲别针数量越多，说明电磁铁的磁性越强。【将抽象“强弱”转化为可观测的“数量”，建立转换法思想】

2.确定方法：我们要同时研究三个因素，应该采用什么方法？（学生回答：控制变量法）。【核心方法】

3.分组设计实验方案：【任务驱动】

（1）第一组（负责探究电流大小的影响）：

【设计方案】：保持电磁铁的线圈匝数和铁芯不变（即使用同一个绕好线圈的铁钉），通过串联滑动变阻器来改变电路中的电流大小。分别测量在不同电流值下（如小、中、大三档），电磁铁吸引曲别针的数量。为了精确，可以用电流表监测电流值。【重要】【高频考点】

【电路连接】：学生绘制电路图（电源、开关、滑动变阻器、电流表、电磁铁线圈串联）。

【数据记录】：设计表格（预设栏：实验次数、电流I/A、吸引曲别针数量/枚、磁性强弱比较）。

（2）第二组（负责探究线圈匝数的影响）：

【设计方案】：保持电流大小和铁芯相同。如何改变匝数？可以用同一个铁钉，分别绕制不同匝数的线圈（如50匝、100匝、150匝）。难点：如何保证电流相同？【第二个关键点】引导学生讨论：更换不同匝数的电磁铁时，整个电路的电阻发生了变化，电流也会变。因此，必须在电路中串联滑动变阻器和电流表，通过调节滑动变阻器，使每次接入不同匝数的电磁铁时，电流表的示数都保持相同的一个定值。【非常重要】【难点突破】

【电路连接】：同上。

【数据记录】：表格（预设栏：实验次数、线圈匝数/匝、电流I/A（控制相同）、吸引曲别针数量/枚、磁性强弱比较）。

（3）第三组（负责探究有无铁芯的影响）：

【设计方案】：保持电流大小和线圈匝数相同。可以用同一个螺线管（比如用塑料管或纸筒做骨架绕制的线圈，确保没有铁芯），分别测量插入铁芯前后，吸引曲别针的数量。插入的铁芯必须是软铁棒。【基础】

【数据记录】：表格（预设栏：实验次数、实验条件（有/无铁芯）、电流I/A（控制相同）、吸引曲别针数量/枚、磁性强弱比较）。

4.方案交流与评估：请各组派代表简述本组实验方案，全班共同评议方案的可行性、控制变量是否到位。教师重点强调：探究匝数影响时“控制电流不变”是本实验的难点和成败关键，必须确保所有组都理解并能操作。【难点强化】

（四）动手实践，分组进行实验（约20分钟）【核心环节】

【教师巡视指导，关注细节，确保安全与规范】

1.制作电磁铁：

（1）指导学生用砂纸打磨漆包线两端，除去绝缘漆。【基础操作】强调必须打磨干净，否则电路不通。

（2）在大铁钉上缠绕线圈。缠绕时要紧密、整齐，并记录匝数。

2.连接电路与操作：

（1）提醒学生连接电路前开关要断开，检查无误后再闭合开关。

（2）强调每次吸引曲别针时，要保持电磁铁与曲别针堆的距离、接触时间大致相同，以保证公平比较。【重要】【控制无关变量】

（3）测量时，先调节好电流（通过滑动变阻器）到预定值，记录电流表示数，然后进行吸引实验，计数时动作要快、准，可重复操作两到三次取平均值，减少偶然误差。【科学方法渗透】

（4）提醒学生注意实验安全，避免长时间短路损坏电池。

3.数据记录：指导学生实事求是地将实验数据填入自行设计的表格中，即使数据与猜想不符，也要如实记录，这是科学精神的体现。

（五）数据驱动，分析与论证（约12分钟）【重要】

【环节设计——从现象到规律的思维飞跃】

1.组内交流：各小组根据记录的数据，讨论能得出什么结论。

2.全班汇报与共享：

（1）请探究“电流大小”的小组汇报：

【汇报内容】：我们保持线圈匝数（150匝）和铁芯不变，当电流为0.2A时，吸引曲别针约8枚；电流为0.4A时，吸引约18枚；电流为0.6A时，吸引约30枚。我们发现：当线圈匝数一定时，通过电磁铁的电流越大，电磁铁的磁性越强。

【教师追问】：数据是否严格成比例？为什么？（引导学生分析可能存在的误差，如计数不准、电池电量变化、铁钉磁化残留等）。

（2）请探究“线圈匝数”的小组汇报：

【汇报内容】：我们控制电流均为0.3A不变，当线圈匝数为50匝时，吸引曲别针约6枚；匝数为100匝时，吸引约14枚；匝数为150匝时，吸引约21枚。我们发现：当电流一定时，电磁铁线圈的匝数越多，磁性越强。

【教师追问】：你们是如何保证电流不变的？在实验过程中有没有遇到困难？如何解决的？（深化学生对“控制变量”操作的理解）。

（3）请探究“有无铁芯”的小组汇报：

【汇报内容】：我们控制电流为0.3A，匝数为100匝，在未插入铁芯时，只能吸引约2-3枚曲别针；插入铁芯后，吸引了约20枚。我们发现：在其他条件相同时，有铁芯的电磁铁磁性大大增强。

【教师追问】：为什么插入铁芯后磁性会大大增强？（引导学生回顾：铁芯在磁场中被磁化，也变成了一个磁体，两个磁场叠加，使磁性显著增强。）

3.教师总结与提炼：【最终结论板书】

电磁铁磁性的强弱与电流大小、线圈匝数、有无铁芯有关。

（1）【结论一】在线圈匝数和铁芯一定时，通过线圈的电流越大，电磁铁磁性越强。【重要】

（2）【结论二】在电流大小和铁芯一定时，线圈匝数越多，电磁铁磁性越强。【重要】

（3）【结论三】在电流大小和线圈匝数一定时，插入铁芯，电磁铁磁性大大增强。【基础】

（4）【逻辑拓展】综合来看，增强电磁铁磁性的方法有：增大电流、增加匝数、插入铁芯。【实际应用基础】

（六）回归生活，评估与应用（约5分钟）【知识迁移】

1.解释现象：再次展示电磁起重机视频。提问：谁能用我们今天学到的知识，解释一下工程师是如何让电磁起重机获得巨大的磁力的？（学生回答：通过增大电流、增加线圈匝数、使用铁芯，并且可能采用了超导材料进一步增大电流等，教师给予肯定和补充）。

2.拓展思考：电磁铁在我们的生活中还有哪些应用？引导学生举例：电铃、电话听筒、磁悬浮列车、发电机、电动机等。【跨学科视野初步渗透】

3.评估反思：引导学生回顾整个探究过程，思考实验设计中是否存在不足？如何改进？例如，吸引曲别针计数的方法是否可以更精确？（比如改用弹簧测力计间接测量吸引力，作为课后思考题，留给学有余力的同学探究）。【培养批判性思维】

（七）板书设计（精要呈现）

一、探究问题：电磁铁磁性强弱的影响因素

二、实验方法：控制变量法、转换法（吸引曲别针数量）

三、影响因素与结论：

1.电流大小：电流越大，磁性越强【重要】

2.线圈匝数：匝数越多，磁性越强【重要】

3.铁芯：有铁芯，磁性大大增强【基础】

四、增强磁性的方法：

（增大电流，增加匝数，插入铁芯）

（八）作业布置

1.【基础巩固】：完成实验报告册，详细填写实验目的、器材、步骤、数据表格和结论。重点反思实验中是如何控制变量的。

2.【拓展提升】：查阅资料，了解电磁铁在日常生产和高科技领域中的一项具体应用，撰写一篇200字左右的科普小短文，说明其工作原理如何体现了本节课的结论。

3.【实验改进】：设计一个方案，尝试用弹簧测力计和铁块来更精确地测量电磁铁的磁力大小，并画出你的设计草图。

四、教学反思

本教学设计严格遵循