（2013年秋）人教版九年级物理名师示范教案：第二十章 第三节 电磁铁

电磁铁
整体设计
电磁铁是通电螺线管的实际应用，本节的主要内容包括电磁铁的定义、制作电磁铁、探究影响电磁铁磁性强弱的因素和电磁铁的应用。让学生明确电磁铁与电和磁之间的关系，具有非常重要的现实意义。本节可以从以下四个方面展开教学：
(1)制作电磁铁。在学生知道电磁铁的定义后，通过让学生制作电磁铁，进一步了解构成电磁铁的铁芯必须是软铁。在制作过程中，可发挥学生主动性，让学生自由组装，电磁铁组装完成后，接通电源测试磁性，在发现问题中去认识知识，从而锻炼学生的动手能力和解决实际问题的能力。
(2)研究电磁铁的磁性与哪些因素有关系。这个活动是本节课的重点，主要研究电磁铁的磁性与电流、线圈缠绕的匝数有关系。重点注意以下几个问题：首先是引导学生大胆猜想，学生可能会提出很多其他的非影响性因素，对此一要鼓励，二要对学生提出的因素进行分析和讨论，教会学生排除非影响因素的方法。其次是设计实验，这个环节是学生的一个弱项，教师可通过问题引导，使学生一步步向正确的方向前进。最后是分析论证，要教会学生分析实验数据，从现象中总结出规律。在实验过程中要注意利用控制变量的研究方法来完成探究任务。
(3)探究电磁铁的两极。可安排在知识拓展之中，这个实验相对比较简单，教师也不必过多指导，主要起到联系所学，深化知识的目的即可。
(4)电磁铁在生产、生活中的应用。电磁铁在生产、生活中的应用比较广泛，可采取让学生交流、资料共享的方法，认识到电磁铁在生活中的广泛应用，同时认识到电磁铁为人们的工作带来的巨大方便。若时间许可可用学生天天接触的电铃做演示来说明电磁铁的工作原理。
教学重点：电磁铁的特性和影响电磁铁磁性强弱的因素。
教学难点：探究影响电磁铁磁性的因素。
教学方法：
1．创设情景，自主探究式学习。
2．问题引导，小组讨论，以点拨、启发为主的教学方法。
课时安排：1课时
三维目标
一、知识与技能
1．了解什么是电磁铁，学会制作电磁铁；
2．知道电磁铁的特性；
3．认识影响电磁铁磁性强弱的因素。
二、过程与方法
1．经历探究电磁铁的过程，体会控制变量的方法；
2．体会评估和交流在科学探究中的重要作用。
三、情感态度与价值观
通过认识电与磁之间的相互联系，使学生乐于探索自然界的奥秘。
课前准备
多媒体课件、带铁芯的螺线管、曲别针、漆包线、导线、电池、大铁钉、大钢钉、铝筒、大头针、开关、滑动变阻器、电流表、小磁针。
教学设计
[导入新课]
创设情境，引入课题
多媒体展示：播放电磁起重机搬运铁件的过程片段，如图。
提出问题：电磁起重机为什么能来回搬运铁件？
演示实验：先用未通电的螺线管去吸引曲别针，不能吸引；再通电去吸引曲别针，能吸引；将铁棒插入螺线管后，重做以上实验，发现吸引曲别针的数量增多，让学生观察、比较后得出结论。
在通电螺线管中插入一根铁棒，就能吸起更多的曲别针，这说明铁芯能使螺线管的磁性增强。但是当螺线管中没有电流通过时，就会失去磁性。我们把这种磁体叫做电磁铁。这节课我们就来了解电磁铁，看看电磁铁是怎样工作的，有怎样的应用。
[推进新课]
一、创设情境，制作电磁铁
提出问题：①我们知道内部带有铁芯的螺线管称为电磁铁，怎样利用桌上的器材制作不同的两个电磁铁？
②设计实验验证自己制作的电磁铁的磁性。
小组讨论、进行操作：可将漆包线在铁芯上绕不同的圈数制成不同的电磁铁；给电磁铁通、断电去吸引大头针，观察电磁铁的磁性。
(教学说明：可放开，让学生大胆去尝试，可能有的绕在铁钉上，有的绕在钢钉上，也会有绕在铝筒上的，通过实验发现问题，在问题中理解知识。)
总结交流：绕在铁钉上制成的电磁铁，有磁性，匝数越多，磁性越强；绕在钢钉上制成的电磁铁断电后磁性不消失；绕在铝筒上制成的电磁铁磁性很弱。
结论：只有绕在铁钉上制成的才是电磁铁，构成电磁铁的铁芯一定是软磁性材料。
二、实验探究：影响电磁铁磁性大小的因素
1．提出问题：电磁铁的磁性强弱跟什么因素有关？
2．进行猜想：电磁铁的磁性强弱可能与电流的大小、线圈的匝数有关。
(教学说明：学生除提出以上两点外，还可能提出与电磁铁的电压、电阻、所插入的铁芯的粗细、所插入的材料等有关，教师可引导学生一块分析，排除电压、电阻，对铁芯的粗细和材料等可让学生课后自行探究。)
3．设计实验：
提出问题：(用课件展示)
①如何研究电磁铁磁性的强弱与电流大小的关系？研究磁性与线圈匝数的关系又该怎么办呢？
②如何改变线圈的匝数？如何改变电流的大小？
③如何判断电磁铁磁性的强弱？
教师活动：
①组织学生进行讨论，制定计划；
②教师到各个小组当中，以小组成员的身份参加讨论；
③适时地引导、点拨，使学生不偏离学习的轨道。
学生活动：
①在问题的指引下积极思考、讨论；
②设计出电路图，研究电流大小影响如图甲，研究线圈的匝数影响如图乙；
甲 乙
③设计出实验表格。
步骤 保持不变的因素 变化的因素 实验现象 判断
1[] 匝数、有铁钉 电流大 [][][]
电流小
2 电流、有铁钉 匝数多
匝数少
总结：采用控制变量的方法，研究电流大小对磁性影响时，要保持线圈匝数不变；研究线圈匝数对磁性影响时，要保持电流大小不变。
4．进行实验：
①按图甲连接电路，将开关合上或打开，观察通电、断电时，电磁铁对大头针的吸引情况，判断电磁铁磁性的有无。
②调节滑动变阻器，使电流增大和减小(观察电流表指针的示数)，从电磁铁吸引大头针的多少，观察电磁铁磁性强弱的变化。
③按图乙连接电路，观察电磁铁磁性强弱的变化。
将结果记录在设计的表格中。
步骤 保持不变的因素 变化的因素 实验现象 判断
1 匝数、有铁钉 电流大 吸引大头针多 磁性强
电流小 吸引大头针少 磁性弱
2 电流、有铁钉 匝数多 吸引大头针多 磁性强
匝数少 吸引大头针少 磁性弱
5．分析论证
磁铁通电时有磁性，断电时无磁性；通过电磁铁的电流越大，磁铁的磁性越强；电磁铁线圈的匝数越多，磁性越强。
6．典例精析
例题：如图所示，给通电螺线管通电，磁铁AB(A端为N极，B端为S极)及弹簧在图中的位置静止不动，在滑动变阻器的滑片向a端滑动的过程中，关于电流表的示数和弹簧的长度变化的情况是(　　)
A．电流表的示数增大，弹簧的长度将增加
B．电流表的示数增大，弹簧的长度将减小
C．电流表的示数减小，弹簧的长度将增加
D．电流表的示数减小，弹簧的长度将减小
解析：滑动变阻器的滑片向a端滑动，滑动变阻器接入电路的电阻变小，电路中的电流增加，电流表的示数增大，这时通过电磁铁线圈上的电流增大，电磁铁的磁性增强，而利用安培定则可知电磁铁的上端为N极，对磁铁AB的排斥力将变大，弹簧的长度将减小。
答案：B
点评：本题考查电磁铁的磁性强弱与什么因素有关。要熟悉欧姆定律中I与R的关系，明确磁极间的相互关系。本题的易错点有两个，一是运用欧姆定律分析电流变化时出错，二是分析磁体AB与电磁铁是吸引还是排斥时出错。
7．即学即练
(1)如左下图所示，当闭合开关S，且将滑动变阻器的滑片P向右移动时，图中的电磁铁 …
(　　)
A．A端是N极，磁性增强　　　　　　B．B端是N极，磁性减弱
C．A端是S极，磁性增强 D．B端是S极，磁性减弱
　　
(2)小明设计的研究“电磁铁磁性强弱”的实验电路图如右上图所示，表格中是他所做实验的记录。
电磁铁(线圈) 100匝 50匝
实验次数 1 2 3 4 5 6
电流(A) 0.8 1.2 1.5 0.8 1.2 1.5
吸引铁钉的最多数目(枚) 7 11 14 5 8 10
下列结论不正确的是(　　)
A．比较1、4两次实验可知：线圈中的电流一定时，匝数越多，磁性越强
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
C．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
D．电磁铁的磁性越强，吸引铁钉的数目越多
答案：(1)B　(2)B　解析：本实验的探究过程是控制变量法的实验过程，分析表格会发现：B选项没有控制线圈的匝数都相等，故结论不可靠。
三、电磁铁的应用
提出问题：你知道的电磁铁的应用实例有哪些？
学生可能的回答：电磁起重机、电动机、发电机……
教师补充：电磁继电器(开关)、扬声器、电铃、电话、磁悬浮列车等。
[课堂总结]
电磁铁同永久磁铁相比，具有的优点：电磁铁磁性的有无可由电流的有无来控制，它的磁性强弱可由电流大小、线圈匝数来控制，电流越大，线圈匝数越多，电磁铁的磁性就越强。
[布置作业]
课后上网浏览，了解电磁铁的种类以及工作环境，写一篇调查报告“电磁铁在生活中的应用”。
板书设计
活动与探究
课题：探究铁芯的粗细对电磁铁磁性强弱的影响。
目的：培养学生的探究能力和运用控制变量法解决问题的能力。
材料：通电螺线管(可绕在纸管上)、三个粗细不同的铁芯、大头针、电源、开关、导线。
设计：影响电磁铁的磁性强弱的电流大小和线圈匝数要控制不变，改变的是铁芯的粗细，因而器材中需有粗细不同、其他都相同的铁芯三个(一般记录三次数据)。磁性强弱不能直接测，可以转换成观察吸引大头针的多少。实验电路如图所示。
步骤：①组成如图所示的装置。
②把A铁芯放入螺线管中，闭合开关，观察吸引大头针的数目n1。
③把B铁芯放入螺线管中，闭合开关，观察吸引大头针的数目n2。
④把C铁芯放入螺线管中，闭合开关，观察吸引大头针的数目n3。
⑤分析数据，得出结论。
表格设计：(实验中线圈匝数和电流大小不变)
次数 1 2 3
铁芯粗细
大头针数目
结论：铁芯的大小对电磁铁磁性的强弱有影响。
设计反思
本节是该章重要的一个探究实验，在中考中经常考查该知识点，因此对本节的设计突出了“制作——猜想——探究——交流——结论”的活动过程。特别是在制作上，真正放开，让学生大胆探究，在问题中理解知识；在探究的主要环节上，更侧重了在猜想、设计实验上进一步激发学生，让他们谈想法、谈设计，最后在教师指导下归结到统一的步调上，做到既放得开，又收得拢。对电磁铁的应用，作为了一个主题来展开，让学生在开放的环境下更加深刻地感受到科学知识的真实、有用、有趣，也符合物理教学“从生活走向物理，从物理走向社会”的理念。
参考资料
一、市场上的电磁铁
电磁铁是现今市场上使用最广的提供变化磁场的装置。
(一)标准H形电磁铁
标准EM系列(如右图)双轭电磁铁采用铁钴极头，极头间距可以通过手柄直接调节，H架摆放角度为45度，其他实验装置可以方便进出，以满足各领域实验室的需求。与电源及水冷系统配合使用，线圈产生的磁场，均匀性好，稳定性高。因此自投入市场以来，其良好的性价比，深受科研领域用户的青睐。
(二)其他异型电磁铁
1．EMV型电磁铁
EMV型电磁铁的磁轭为H形，跟普通EM型电磁铁比，其磁极是垂直于地面的，因此磁场方向是垂直的，只有上面一个极柱可以上下调节。EMV型电磁铁的特点是取放样品方便，适合于多次重复测量，因此被广泛应用在磁性材料的测量上。一般可分为自然风冷却、水冷；可以配铁钴极头、均匀场极头、梯度场极头、磁光效应极头以满足不同的需要。
2．EMC型电磁铁
EMC型电磁铁的磁轭为C形，磁极方向为水平方向，磁极两面都可以调整。EMC型电磁铁的特点是磁场空间开阔，极头更换方便，适合于摆放大的装置及样件到磁场中，因此被广泛应用在工厂中。一般可分为自然风冷却、水冷；可以配铁钴极头、均匀场极头、梯度场极头、磁光效应极头以满足不同的需要。
3．EMF型电磁铁
EMF型电磁铁的磁轭为H形，跟普通EM型电磁铁比，唯一的区别是磁极不可调节。EMF型电磁铁的特点是磁极之间的距离不会发生变化，磁场的均匀度高，因而被广泛应用于核磁共振、磁场标定等对磁场均匀度要求较严格的场合。一般可分为自然风冷却、水冷；可以配铁钴极头、均匀场极头、梯度场极头、磁光效应极头以满足不同的需要。
二、电磁铁在农业上的用途
磁铁有一种用途，说来更有趣味：它能在农业上帮助农民除掉作物种子里的杂草种子。杂草种子上有绒毛，能够粘在旁边走过的动物的毛上，因此它们就能散布到离母本植物很远的地方。杂草的这种在几百万年的生存斗争中获得的特点，却被农业技术利用了来除掉它的种子。农业技术家利用磁铁，把杂草的粗糙的种子从作物的种子里挑选出来。如果在混有杂草种子的作物种子里撒上一些铁屑，铁屑就会紧紧地粘在杂草种子上，而不会粘在光滑的作物种子上。然后拿一个力量足够强大的电磁铁去对它们作用，于是混合着的种子就会自动分开，分成作物种子和杂草种子两部分，电磁铁从混合物里把所有粘有铁屑的种子都捞了出来。