14.4 电磁铁及其应用 教案【核心素养目标】（2022新课标）

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第十四章 磁现象
14.4 电磁铁及其应用
教学目标：
1.物理观念：
（1）了解电磁铁、电磁继电器的构造及原理。
（2）了解电磁铁的磁性的强弱可由电流的大小、匝数多少及有无铁芯来控制。
（3）了解电磁铁、电磁继电器在现代生产与生活中的广泛应用。
2.科学思维：
控制变量、电磁继电器是用电磁铁工作的开关。
3.科学探究：
（1）通过实验探究，得出影响电磁铁磁性强弱的因素；
（2）了解电磁继电器的工作原理。
4.科学态度与责任：
（1）经历由实验探究得出结论的过程，培养学生尊重科学、喜爱物理的情感。
（2）通过了解电磁继电器的应用，让学生明白科技的发展使人们的生活更加高效、便捷
教学重点：通过实验探究影响电磁铁磁性强弱的因素；电磁继电器的工作原理。
教学难点：电磁铁磁性强弱实验探究方案的设计。电磁继电器应用于实际中的电路分析。
教学课时：1课时
教学用具：多媒体、铁芯、螺线管、电磁铁、滑动变阻器、电流表、开关、弹簧测力计、导线、学生电源、漆包线、铁块、电磁继电器、直流电铃。
教学互动设计：
1、 创设情景，导入新课
2023年10月26日11时14分，搭载神舟十七号载人飞船的长征二号F遥十七运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射，航天员乘组状态良好，发射取得圆满成功。
2023年10月26日17时46分，神舟十七号载人飞船入轨后，成功对接于空间站天和核心舱前向端口。
2023年10月26日19时34分，神舟十七号3名航天员顺利进驻中国空间站。10月29日，神舟十六号、神舟十七号航天员乘组进行交接仪式，两个乘组移交了中国空间站的钥匙。
2023年12月21日21时35分，经过约7.5小时的出舱活动，神舟十七号航天员汤洪波、唐胜杰、江新林密切协同，在空间站机械臂和地面科研人员的配合支持下，完成了天和核心舱太阳翼修复试验等既定任务，航天员汤洪波、唐胜杰已安全返回问天实验舱，出舱活动取得圆满成功。
你知道神舟十七号飞船点火装置是什么操纵的吗？
二、新课讲授，师生互动
（一）电磁铁
一根条形磁体，它周围存在着磁场。这种磁体是一种永久磁体。永久磁体可以吸引铁钉、曲别针、钢针等铁性材料制作的物体。
通电螺线管有磁性。如果在一个通电螺线管中插入一根软铁棒，螺线管的磁性会更强。插入了软铁棒的通电螺线管叫电磁铁(electromagnet) 。这根软铁棒称为电磁铁的铁芯，螺线管称为电磁铁的线圈。当线圈中通入电流时，电磁铁就会产生相当强的磁性；切断电流，磁性就消失。
电磁铁磁性的强弱与什么因素有关呢
实验探究 电磁铁磁性的强弱与什么因素有关
猜想与假设
电磁铁的磁性强弱可能跟电流的大小、线圈的匝数有关。
设计实验与制定计划 用滑动变阻器改变电路中电流的大小；用不同线圈串联控制电路中的电流相等；比较弹簧测力计示数的大小比较磁性的强弱。
实验器材
滑动变阻器、电流表、不同匝数的线圈（内部有铁芯）、开关、电源上、导线、弹簧测力计、铁块、电流表。
按照图所示的装置组装电路并进行探究实验。用弹簧测力计将铁块P从电磁铁上拉开，观察所需要拉力的大小，我们可根据这个拉力的大小判断出电磁铁磁性的强弱。
1.线圈的匝数一定，改变通过电磁铁线圈中的电流大小，从弹簧测力计的读数判断电流大小与电磁铁磁性强弱的关系。
2.电流大小不变，改变线圈的匝数，从弹簧测力计的读数判断线圈的匝数与电磁铁磁性强弱的关系。
将你的实验数据和观察到的现象记录下来。
线圈的匝数/匝 电流的大小/A 测力计的大小/N
100 0.5 0.2
1.0 0.4
50 0.5 0.1
1.0 0.2
分析论证：
线圈的匝数相同时，通过的电流越大，电磁铁的磁性越强；
通过线圈的电流相同时，线圈的匝数越多，电磁铁的磁性越强。
从上面实验可以看出，影响电磁铁磁性强弱的因数有电流的大小和线圈的匝数多少。电流越大、线圈的匝数越多，电磁铁的磁性越强。
从上面实验可以看出，线圈的匝数一定时，通入的电流越大，电磁铁的磁性越强；电流一定时，外形相同的螺线管，匝数越多，电磁铁磁性越强。
电磁铁在生产和生活中得到了广泛应用，如电磁起重机。电磁铁安装在吊车上，通电后吸起大量钢铁，移动到另一个位置后切断电流，钢铁被放下。大型起重机一次可以吊起几顿钢材。
电磁铁在生产和生活中得到了广泛应用，如电磁起重机、电磁选矿机、电磁继电器、电铃等。
2021年7月，中车青岛四方宣布我国具有自主知识产权的、时速高达600公里的高速磁悬浮交通系统在青岛下线，是世界首套时速达到600公里的交通系统采用的是常导电磁悬浮技术。
（二）电磁继电器
在工厂里，驱动大型用电设备的电流有时可达几十或几百安，工人直接手动控制大电流电路或高电压电路是很危险的，电磁继电器可以帮助人们解决这一问题。
电磁继电器一般由电磁铁、衔铁、弹簧片、触点等组成。如图所示的是一种电磁继电器的内部结构。
用细的漆包线绕成线圈套在软铁芯上，组成电磁铁。铁芯固定在弯成直角形的软铁支架的右端，用软铁制成的衔铁安装在支架的左端。衔铁和金属推杆是一个整体，它们能以O为轴做小范围的转动。在绝缘物(图中灰色的部分)上装有金属弹簧片，弹簧片的右端与推杆相连。
弹簧片和两个金属片的右端都装有合金触点，当线圈不通电时，金属弹簧片与下端金属片的触点接通，与上端金属片的触点断开。接通开关时，有电流通过线圈，衔铁就被吸合到铁芯上。此时推杆右端上升，推动金属弹簧片向上，与上端金属片的触点接通，而与下端金属片的触点断开。切断开关时，则铁芯失去磁性，于是衔铁被释放，金属弹簧片的弹力使它恢复原位，与下端金属片的触点接通，而与上端金属片的触点断开。
电磁继电器就是利用电磁铁来控制工作电路的一种开关。
这样，工人利用电磁继电器连成图所示的控制电路，就可实现用弱电流、低电压控制大电流、高电压的工作电路。如果生产场所温度较高或环境不好，还可以把控制电路的开关安装在较远处，进行远距离操作。
交流讨论
如图所示是电铃的工作原理图。图中1是电磁铁，2是弹簧片，3是螺钉，4是衔铁，衔铁的下端有一小锤，衔铁与螺钉的尖端紧靠着。开关S闭合后，电磁铁就有了磁性，把弹簧片上的衔铁吸过来，弹簧片下端的小锤在铃上打一下。请你说一说电铃是怎样连续地发出声响的。
如图所示，开关S闭合后，电磁铁就有了磁性，把弹簧片上的衔铁吸过来，弹簧片下端的小锤在铃上打一下；同时衔铁与螺钉断开，电磁铁中无电流，电磁铁中无磁性，衔铁被簧片弹起，与螺钉连通，电磁铁中有电流，有磁性，吸引衔铁，敲击电铃 ，只要开关闭合，电铃就连续地发出声响。
（三）电磁阀门控车门
如图所示是公共汽车利用压缩空气开关车门时，由电磁阀进行控制的工作原理图。
电磁阀由阀体、滑阀、两块衔铁、两个电磁线圈组成。阀体是空心的，有4根管路，其中进气管连接储气筒(图中未画出)，排气管与大气相通，另两根则与汽缸相连接。
汽缸中有活塞，通过推杆衔铁与使车门转动的曲柄(图中未画出)连接。
如图所示，当司机要打开车门时，将电开关S接进气管通触点1，使图中右侧的线圈通电，就把右侧的衔铁吸入线圈活塞推杆中，则横杆将阀体中的滑阀推到左端，此时滑阀下面的空间就与左端管路连通。进气管是接到储气筒(图中未画出)上的，于是储气筒中储存的压缩空气就进入汽缸左部，推动活塞向右运动，使车门打开。同时汽缸中右部的气体会通过管路和阀体中其余的空间由排气管排出到大气中。
关闭车门时电磁阀怎样工作呢 请说一说关闭车门时电磁阀的工作过程和活塞如何运动。
三、总结反思，超越自我
1.插入铁芯的螺线管是电磁铁。
影响电磁铁磁性强弱因素：电流大小、线圈匝数——控制变量法。
电磁铁优点：磁性有无、磁性强弱、磁极极性都可以用电流控制。
电磁铁应用：电磁起重机、磁悬浮、磁选矿、电铃、电磁继电器。
2.电磁继电器由电磁铁、衔铁、触点、弹簧组成。相当于用电磁铁控制的开关。
3.电磁阀控制车门。利用电磁铁控制的开关。
四、板书设计，整合提升
1. 插入铁芯的螺线管是电磁铁。
影响电磁铁磁性强弱因素：电流大小、线圈匝数——控制变量法。
电磁铁优点：磁性有无、磁性强弱、磁极极性都可以用电流控制。
电磁铁应用：电磁起重机、磁悬浮、磁选矿、电铃、电磁继电器。
2.电磁继电器由电磁铁、衔铁、触点、弹簧组成。相当于用电磁铁控制的开关。
3.电磁阀控制车门。利用电磁铁控制的开关。
五、大海扬帆，尝试远航
1. 下列说法不正确的是（ ）
A. 带铁芯的螺线管叫做电磁铁
B. 电磁铁通电有磁性，断电无磁性
C. 螺线管中插入铁芯磁性会更强
D. 电磁铁的磁性强弱与电流大小无关
2．下列关于电磁铁磁性说法正确的是（ ）
A.电磁铁吸引铁物质数量越多磁性越强
B.电磁铁的磁性只与线圈的匝数有关
C.电磁铁的磁性只与电流的大小有关
D.U型电磁铁的磁性中间最强，两端最弱
3. 下列用电器不是利用电磁铁来工作的（ ）
A.电磁起重机
B.磁选矿机
C.电热水壶
D.电铃
4. 2023年10月31日7时21分，北京航天飞行控制中心通过地面测控站发出返回指令，神舟十六号载人飞船轨道舱与返回舱成功分离。之后，飞船返回制动发动机点火，返回舱与推进舱分离，8时11分返回舱成功着陆。实现分离控制的主要元件是（ ）
A.永磁体
B.地磁场
C.发电机
D.电磁继电器
5. 在探究“影响电磁铁磁性强弱的因素”实验中，小明用相同的漆包线和铁钉制成电磁铁A和B，设计了如图所示的电路，下列说法错误的是 （ ）
A. 电磁铁A和B串联，控制了电流大小相等
B. A下端吸引铁钉多，A铁钉的磁性强
C. B下端吸引铁钉少，是因为通过B的电流比A小
D. 电流相等时，线圈匝数越多电磁铁磁性越强
参考答案1.D ；2.A；3.C；4.D；5.C 。
六、作业：P154.T4
课外作业P153-154.T1、T2、T3、T5。
P154阅读材料 磁浮列车
教学反思：
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