初中物理九年级《电磁铁 电磁继电器》教学设计（2025版）

初中物理九年级《电磁铁电磁继电器》教学设计（2025版）一、课程基本理念与设计思路【核心素养导向】本节课的设计严格遵循《义务教育物理课程标准（2022年版）》的理念，立足于“从生活走向物理，从物理走向社会”的基本课程思想。教学的核心目标不仅仅是传授关于电磁铁和电磁继电器的知识要点，更重要的是通过探究活动，培养学生的物理观念、科学思维、实验探究能力以及科学态度与责任感。课程设计强调学生在真实问题情境中的主动学习，通过动手实验、观察现象、分析数据、归纳结论的过程，实现知识的内化与能力的提升。【单元地位分析】“电磁铁电磁继电器”是初中物理电学与磁学的交汇点，也是电磁知识在实际应用中最为典型的代表。它承接了“简单的磁现象”和“电流的磁场”等基础知识，同时为学生后续学习电动机、发电机以及更复杂的电磁应用技术奠定了重要的认知基础。本节内容既是电磁学基本规律的综合应用，也是学生理解现代自动化控制技术原理的窗口，具有承上启下的关键作用。【教学整体构思】本教学设计以“问题链”驱动，以“实验探究”为主线，将知识梳理、考点讲练、真题演练与分层巩固有机融合。首先，通过复习旧知引入新课，唤醒学生对磁性和电流磁效应的记忆。其次，围绕“如何制作一个磁性可控制的磁体”这一核心问题，引导学生自主设计并探究电磁铁的构造、工作原理及其磁性强弱的影响因素。再次，从电磁铁的应用过渡到电磁继电器，通过剖析其结构和工作电路，理解其作为“自动开关”在低压控制电路中的核心价值。最后，通过典型例题和中考真题的演练，以及分层次的巩固练习，帮助学生实现对知识的深度理解和灵活应用。二、教学内容与学情分析【教学内容精析】本节课的教学内容主要包括两大部分。第一部分是电磁铁，其核心概念是“带有铁芯的螺线管”。重点在于探究电磁铁磁性强弱与哪些因素有关，这涉及到电流大小、线圈匝数以及有无铁芯等变量。难点在于引导学生运用控制变量法设计实验方案，并对实验现象进行科学的归因分析。第二部分是电磁继电器，其核心是理解电磁继电器的工作原理——利用低电压、弱电流电路的通断，间接控制高电压、强电流电路。重点在于识别电磁继电器的主要结构（电磁铁、衔铁、弹簧、触点）并读懂其工作电路图。难点在于将电磁继电器的工作原理与生活生产中的实际应用（如水位自动报警、温度自动控制）联系起来，建立“模型原理应用”的思维路径。【学情精准把握】九年级学生已经具备了一定的电学基础和初步的磁学概念，对“电与磁之间是否存在联系”充满了好奇心和探究欲望。他们通过前面的学习，已经掌握了电流的磁效应（奥斯特实验）和螺线管的磁场特性（安培定则），这为本节课的探究奠定了知识和技能基础。然而，学生的抽象思维能力仍有待发展，对于电磁继电器这种通过电磁铁间接控制电路的工作方式，其内部逻辑关系（电磁铁有电→吸引衔铁→触点闭合/断开→工作电路接通/断开）容易混淆。此外，学生运用控制变量法进行规范、严谨的实验设计的能力，以及从实验数据中提炼出普遍规律的能力，还需要在本节课中得到进一步的强化和提升。三、教学目标设定（素养导向）（一）物理观念1.建立电磁铁的概念，明确电磁铁是一个由螺线管和铁芯构成的、通电时才具有磁性的装置。2.理解电磁继电器的本质是一个由电磁铁控制的自动开关，能够实现用小电流、低电压控制大电流、高电压电路的目的。（二）科学思维1.通过探究“影响电磁铁磁性强弱的因素”，熟练运用控制变量法和转换法（通过吸引大头针的数量或弹簧测力计示数的变化来反映磁性强弱）进行科学推理和论证。2.能够运用模型建构的思维，将复杂的电磁继电器工作电路抽象为“控制电路”和“工作电路”两部分，并理清二者之间的逻辑关系。（三）科学探究1.能够针对“如何增强电磁铁磁性”的问题提出猜想与假设，并能小组合作设计完整的实验方案，自主完成实验操作，准确记录实验数据。2.基于实验现象和数据，能够通过分析、归纳，得出影响电磁铁磁性强弱的定性结论，并与同学进行交流评估。（四）科学态度与责任1.在实验探究过程中，养成严谨细致、实事求是的科学态度和尊重事实、善于合作的良好习惯。2.通过了解电磁铁和电磁继电器在生活、生产中的广泛应用（如电铃、起重机、汽车启动电路、自动化控制系统），体会物理知识对社会发展的巨大推动作用，激发热爱科学、服务社会的责任感。四、教学重难点【核心重点】探究影响电磁铁磁性强弱的因素；理解电磁继电器的工作原理及其在电路中的作用。【关键难点】设计并完成“探究影响电磁铁磁性强弱的因素”的实验；分析电磁继电器控制电路与工作电路的逻辑关系，并能正确连接或分析含有电磁继电器的实际电路。五、教学方法与准备【教学方法】主要采用“问题探究应用”的教学模式，融合实验探究法、小组合作学习法、讲授法与多媒体辅助教学法。以核心问题驱动学生思考，以分组实验促进学生手脑并用，以精讲点拨帮助学生突破难点，以典型例题和变式训练巩固学习成果。【教学准备】1.教师准备：多媒体课件（包含奥斯特实验视频、电磁铁结构动画、电磁继电器工作过程模拟动画、各类应用场景图片）、电磁铁演示实验装置（可改变匝数的螺线管、条形磁铁、铁芯、电源、滑动变阻器、开关、导线、电流表、小磁针、大头针若干）、电磁继电器演示模型（JQX13F等型号）、水位自动报警或温度自动控制演示板。2.学生分组实验器材（每组一套）：螺线管（带不同匝数抽头）、条形铁棒、干电池两节（或学生电源）、滑动变阻器、开关、导线若干、电流表、一小盒大头针。六、教学实施过程（核心环节）（一）创设情境，引入新课——唤醒旧知，激发兴趣上课伊始，教师通过多媒体展示一个巨大的废铁处理厂的画面，画面中一个巨大的电磁铁吸盘将成吨的废钢铁轻松吸起、搬运，随后断电，废钢铁又整齐地落下。紧接着，画面切换到学校实验室，教师出示一个普通的螺线管和一个铁棒。教师提问：“同学们，视频中的大力士是什么装置？它为什么能有如此大的魔力，既能牢牢吸住沉重的废铁，又能轻松地放下？它和我们桌上的螺线管、铁棒之间又有什么联系呢？”引导学生回顾奥斯特实验，回忆通电导体周围存在磁场，以及通电螺线管的磁场与条形磁铁相似。在此基础上，教师将一个铁棒插入通电的螺线管中，再靠近大头针，观察到吸引大头针的数量明显增多。断电后，磁性几乎消失。教师顺势引出课题：“同学们，这个插入铁芯的通电螺线管，就是我们今天要深入研究的‘电磁铁’。它完美地诠释了‘电’生‘磁’，并且‘磁’可以被‘电’控制的奥秘。”【非常重要】【核心概念引入】（二）师生互动，探究新知（第一环节：电磁铁的奥秘）1.电磁铁的概念与构造【基础】教师引导学生根据刚才的演示总结出电磁铁的定义：电磁铁是一个内部带有铁芯（通常是软铁）的螺线管。当电流通过螺线管时，螺线管产生的磁场会将铁芯磁化，使铁芯也产生磁场，由于两个磁场叠加，电磁铁的磁性大大增强。当电流切断时，螺线管的磁场消失，铁芯也会迅速失去磁性（剩磁微弱）。2.探究影响电磁铁磁性强弱的因素【非常重要】【重点实验】【高频考点】（1）提出问题与猜想教师：“刚才我们看到插入铁芯后，电磁铁的磁性增强了。那么，除了有无铁芯之外，一个电磁铁的磁性强弱还可能跟哪些因素有关呢？请同学们结合我们学过的电学知识和螺线管的特点，大胆猜想。”学生分组讨论后，提出猜想：可能与电流的大小有关；可能与线圈的匝数有关；可能还与螺线管的形状、铁芯的材料等有关。教师对学生的猜想进行梳理和肯定，确定本节课重点探究的三个因素：有无铁芯、电流大小、线圈匝数。（2）设计实验【难点突破】教师引导学生思考如何科学地验证这些猜想。提出问题：“当我们研究其中一个因素时，对其他因素应该如何处理？”学生回答：“控制变量，保持其他因素不变。”教师追问：“我们如何比较电磁铁磁性的强弱呢？怎样将看不见、摸不着的‘磁性’转化为我们能够直接观察和比较的现象？”学生讨论后，教师引导并总结出常用的“转换法”：可以通过观察电磁铁吸引大头针的数量多少来比较磁性的强弱；或者通过悬挂一个轻小铁钉，看电磁铁对它的吸引力大小（可用弹簧测力计配合）来比较。【热点】【转换法】教师引导学生以小组为单位，针对“电流大小”和“线圈匝数”两个因素，分别设计实验步骤。①研究电流大小的影响：保持线圈匝数不变，改变滑动变阻器接入电路的阻值，从而改变电路中的电流。观察并记录电磁铁在不同电流下吸引大头针的数量。②研究线圈匝数的影响：保持电流大小不变（通过观察电流表示数，调节滑动变阻器使电流稳定在某个值），改变线圈的匝数（使用带有不同接线柱的螺线管）。观察并记录不同匝数下电磁铁吸引大头针的数量。③研究有无铁芯的影响：保持线圈匝数和电流不变，分别测量有铁芯和无铁芯时吸引大头针的数量。（3）分组实验，收集证据学生以46人小组为单位，按照设计的方案进行实验。教师巡视指导，重点关注学生电路的连接是否正确，滑动变阻器的使用是否规范，电流表的读数是否准确，以及是否真正做到了控制变量。鼓励学生动手操作，仔细观察，并将实验数据详细记录在预先设计好的表格中。（4）分析论证，得出结论实验结束后，各小组选派代表汇报实验结果。教师汇总各小组数据，引导学生分析归纳：①在匝数、铁芯一定时，电流越大，电磁铁吸引的大头针越多，说明磁性越强。②在电流、铁芯一定时，线圈匝数越多，电磁铁吸引的大头针越多，说明磁性越强。③在电流、匝数相同时，有铁芯比无铁芯时吸引的大头针多得多，说明铁芯能大大增强磁性。【核心结论】（5）交流评估教师引导各小组之间就实验过程中遇到的问题（如为什么有的小组数据差异不明显，如何更精确地控制电流不变等）进行交流和评估，培养学生的批判性思维和精益求精的科学态度。3.电磁铁的优点与应用教师引导学生总结电磁铁相对于永磁体的优点：磁性有无可以控制（通断电）；磁性强弱可以控制（电流大小、匝数）；磁极方向可以控制（电流方向）。【重要】进而介绍电磁铁在生活中的广泛应用：除了电磁起重机，还有电铃、电报机、发电机、电动机、磁悬浮列车、以及各种自动化控制设备中的电磁阀门等。播放一段电铃工作视频，引导学生分析其中电磁铁的作用。（三）师生互动，探究新知（第二环节：电磁继电器的智慧）1.情境过渡，引出课题教师通过多媒体展示一个车间里的大型电动机工作电路，然后展示工人操作控制面板上一个很小的按钮或开关来控制它的启停。提问：“为什么一个小小的按钮，能够控制功率如此巨大的电动机？这个小按钮和电动机之间，是不是存在一个‘中间人’？”从而引出本节课的第二个核心器件——电磁继电器。2.电磁继电器的结构与原理【核心重点】教师利用挂图或实物投影仪，展示一个拆开的电磁继电器，介绍其主要组成部分：电磁铁、衔铁、弹簧、动触点、静触点。引导学生将其结构对应到电路符号中。【基础】教师通过动画演示，生动形象地展示电磁继电器的工作过程：①低压控制电路：当闭合低压开关S1时，电磁铁线圈中有微弱的电流流过，电磁铁产生磁性，吸引衔铁。②衔铁动作：衔铁被吸下，带动与之相连的动触点向下移动。③高压工作电路：动触点与下方的静触点接触，从而将高压工作电路（电动机所在的电路）接通，电动机开始工作。④断开控制电路：当断开S1时，电磁铁断电，磁性消失，弹簧将衔铁拉回原位，动触点与静触点分离，高压工作电路被切断，电动机停止工作。【热点】【模型建构】教师引导学生总结电磁继电器的本质：它是一个利用低电压、弱电流控制电路的通断，来间接控制高电压、强电流工作电路的“自动开关”。它实现了人身安全（操作者接触的是低压电路）和电路控制的自动化。3.电磁继电器的应用分析【难点】【高频考点】教师引导学生分析电磁继电器的典型应用电路，培养学生分析电路图的能力。（1）水位自动报警器教师展示一个水位自动报警器原理图。引导学生分析：控制电路是由水（是否导电）、探头、电磁铁和电源组成的。当水位上升到与上方探头接触时，控制电路接通，电磁铁工作，吸引衔铁，使工作电路中的红灯和电铃电路接通，从而发出声光报警信号。当水位下降，探头断开，控制电路断开，电磁铁失去磁性，衔铁被弹簧拉回，红灯电路断开，绿灯电路接通，表示水位正常。（2）温度自动控制装置展示温度自动控制装置原理图，引导学生分析：控制电路中有一个热敏电阻（温度升高，电阻减小）或双金属片温度开关。当温度升高到设定值时，控制电路中的电流增大到足以使电磁铁吸合衔铁，从而接通工作电路中的制冷设备（如空调压缩机）或报警装置。反之，当温度降低时，控制电路电流减小，电磁铁释放衔铁，切断工作电路。通过这两个实例的分析，让学生深刻体会到电磁继电器在自动化控制中的核心作用，强化“模型原理应用”的思维链条。（四）课堂小结，构建网络教师引导学生以思维导图的形式对本节课的知识进行梳理和总结。【核心知识网络】——电磁铁——定义：带铁芯的螺线管——原理：电流的磁效应+铁芯被磁化——磁性强弱影响因素：电流大小、线圈匝数、有无铁芯——优点：磁性可控（有无、强弱、极性）——应用：电磁起重机、电铃等——电磁继电器——结构：电磁铁、衔铁、弹簧、触点——原理：利用电磁铁控制工作电路通断——本质：由低压电路控制高压电路的自动开关——应用：水位/温度自动报警、自动控制、远距离操纵等（五）布置作业，分层巩固【难度分层练】1.【基础巩固】（面向全体学生）完成课后练习题，重点是关于电磁铁磁性强弱影响因素的选择题和填空题，以及关于电磁继电器工作原理的简单识图题。2.【能力提升】（面向学有余力的学生）①设计一个“可探究影响电磁铁磁性强弱因素”的实验评估报告，重点阐述在实验中是如何实现控制变量法的，以及实验数据可能存在的误差来源和改进措施。②分析生活中的一个具体应用实例（如家里的电冰箱是如何进行温度控制的），尝试画出其简易的电磁继电器控制电路示意图，并解释工作过程。3.【拓展探究】（面向对物理有浓厚兴趣的学生）利用课余时间，利用实验室提供的器材（如电磁继电器、小灯泡、电池、导线、水槽、电极等），尝试制作一个简易的“水位自动报警器”或“光控路灯”模型，并说明其工作原理。鼓励拍摄视频或照片，在下节课进行展示交流。七、考点讲练与中考真题演练【重要考点1】影响电磁铁磁性强弱的因素【典型例题1】（2023·某市中考改编）如图所示是探究“影响电磁铁磁性强弱因素”的装置图，它的大铁钉上绕有导线，并通过滑动变阻器与电源相连。（1）实验中通过观察__________________来比较电磁铁磁性的强弱。（2）闭合开关后，发现铁钉A比铁钉B吸引的大头针多，说明在电流相同时，，电磁铁的磁性越强。（3）将滑动变阻器的滑片P向左移动时，铁钉A吸引大头针的数目将____（选填“增加”、“减少”或“不变”）。这说明，对于同一个电磁铁，，其磁性越强。【解析】（1）转换法的应用，吸引大头针的数量（或弹簧测力计示数变化）。（2）从图中可以看出A的匝数多于B，因此结论是线圈匝数越多。（3）滑片左移，接入电阻减小，电流增大，吸引大头针数量增加，结论是电流越大。【考点点拨】解答此类题目的关键是理解控制变量法和转换法在实验中的具体应用，并能准确叙述实验结论。【重要考点2】电磁继电器电路的分析【高频考点】【热点】【典型例题2】（2024·某市一模）小明同学利用电磁继电器设计了一个自动恒温加热器，如图所示。恒温箱内安装有电热丝和一只热敏电阻R1，R1的阻值随温度升高而显著减小。电磁继电器线圈的电阻不计，R2为可调电阻。当恒温箱内温度升高到设定值时，电磁铁会吸下衔铁，使加热电路断开。（1）请根据工作原理，将图中的工作电路（加热器）和控制电路连接完整。（2）当恒温箱内的温度升高时，控制电路中的电流将________（选填“变大”、“变小”或“不变”）。（3）若想提高恒温箱的设定温度，应将R2的滑片向________（选填“左”或“右”）移动。【解析】本题是典型的电磁继电器应用分析题。（1）连接电路时，工作电路中的加热器应与触点串联，通过触点开闭控制其工作与否。（2）温度升高，R1阻值减小，控制电路总电阻减小，电压不变，因此电流变大。（3）设定温度提高，意味着要在更高的温度下，电流才能增大到足以吸合衔铁。因为温度更高时R1阻值更小，为了在更高温度下达到相同的吸合电流（即电磁铁磁性强弱相同），需要增大R2的阻值，以抵消R1阻值的减小，使控制电路总电阻与原来相同时的电流值，对应更高的温度。因此应将R2滑片向右移动，使其接入电路的阻值变大。【考点点拨】分析电磁继电器电路，关键是分清控制电路和工作电路。解决与设定值相关的调节问题时，要抓住“电磁铁吸合时的电流（或磁性强弱）是一定的”这一隐含条件，运用欧姆定律进行动态分析。【中考真题演练】1.（2022·某省中考）如图所示，GMR是一个巨磁电阻，其阻值随周围磁场强度的增强而明显减小。闭合开关S1和S2，当滑片P向左移动时，下列说法正确的是（）A.电磁铁的磁性减弱B.电磁铁的右端为N极C.指示灯变暗D.指示灯变亮【答案】D【解析】滑片左移，控制电路中电阻减小，电流增大，电磁铁磁性增强（A错）。根据安培定则，电流从电磁铁右端流入，左端流出，故电磁铁左端为N极，右端为S极（B错）。电磁铁磁性增强，巨磁电阻GMR阻值减小，工作电路中总电阻减小，电流增大，指示灯变亮（C错，D对）。八、难度分层巩固练习【A层·基础检测】1.电磁铁由______和______两部分构成，它的磁性强弱跟______和______有关。2.电磁继电器是利用______来控制工作电路的一种自动开关。使用电磁继电器可以实现______、______操纵和远距离控制。3.通电螺线管插入铁芯后，磁性大大增强，其原因是（）A.铁芯本身具有磁性B.铁芯插入后，使螺线管中的电流增大了C.铁芯被磁化后，磁场与螺线管磁场叠加D.插入铁芯相当于增加了线圈匝数【B层·能力提升】4.如图所示是某同学连接的电铃电路，开关闭合后，电路中始终有电流，但电铃只响一声就不再响了，原因是（）A.电磁铁始终没有磁性B.衔铁一直被电磁铁吸着不能回弹C.衔铁没有发生电磁感应现象D.电池正负极接反了5.如图所示是一种水位自动报警器的原理图，当水位到达金属块A时，______灯亮；当水位低于金属块A时，______灯亮。（均选填“红”或“绿”）