第二十章 电与磁
第1节 磁现象 磁场
◇教学目标◇
【知识与技能】
1.知道磁性、磁体、磁极的定义,磁体的吸铁性和指向性。
2.知道磁极间相互作用的规律。
3.知道什么是磁化,举例说明磁性材料的应用。
4.会用磁的有关知识,解释简单的磁现象。
5.知道磁体周围存在磁场。
6.知道磁感线可用来形象地描述磁场,知道磁感线的方向是如何规定的。
7.知道地球周围有磁场及地磁场的南、北极。
【过程与方法】
知道磁感线可以用来形象地描述磁场,会用磁感线描述磁体周围磁场分布状况。
【情感·态度·价值观】
了解我国古代四大发明之一的指南针,我国古代对地磁场的认识,增强民族自豪感和使命感,进一步激发学习物理的兴趣。
◇教学重难点◇
【教学重点】
1.磁极间相互作用的规律。
2.知道磁体周围存在磁场。
【教学难点】
1.知道磁感线可用来形象地描述磁场。
2.知道磁感线的方向是如何规定的。
◇教学过程◇
一、新课导入
放飞的信鸽一般都能飞回原来的驻地,但是在信鸽身上绑一小块磁铁,它就找不到家了,你知道为什么吗?
二、教学步骤
探究点1 磁现象
[阅读课本]P119“磁现象”
[思考]我国古代四大发明之一的司南是利用什么材料制作的?
[提示]司南就是现在的指南针,它主要是利用了磁铁。
[展示]条形磁铁、蹄形磁铁、小铁块。
[思考]通过实验,你能归纳出不同形状的磁体的共性吗?
[提示]能吸引铁(钴、镍)之类的物质。
[思考]磁体能够吸引铜、铝、木头、砖块等物质吗?
[提示]不能吸引铜、铝,也不能吸引木头、砖块。
[归纳提升]磁体具有吸引铁、钴、镍等物质的性质,该性质称为磁性;具有磁性的物体叫磁体。
[思考]用磁铁的不同部分吸引大头针,你能观察到哪些现象?
[提示]两端吸引的最多,中间部分几乎不吸引大头针。
[思考]转动小磁针,记录小磁针静止时的位置,有什么特点?
[提示]小磁针静止时,总是指向南北方向。
[归纳提升]磁体磁性最强的两个部分叫做磁极。磁体有两个磁极;转动的小磁针静止时,总是一端指南,一端指北。人们规定小磁针静止时指南的一端叫南极(S极),指北的一端叫北极(N极)。
[思考]如图,在小车上放一条形磁铁,手拿另一条形磁体靠近,会发生什么现象?
[提示]两磁体的磁极相同时,小车向远离条形磁铁的方向运动;两磁体的磁极不同时,小车向靠近条形磁铁的方向运动。
[归纳提升]磁体间的相互作用规律:同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引。
[思考]没有磁性的物质可以获得磁性吗?
[提示]被吸引的大头针能吸引其他大头针,说明没有磁性的物质可以获得磁性。
[思考]我们身边的所有物质都可以被磁化吗?
[提示]只有铁、钴、镍之类的磁性物质可以被磁化。
[思考]你知道生活中还有哪些磁化现象?磁化现象在生活中有哪些应用及危害?
[提示]磁化的应用:如广泛应用的磁卡、利用钢针磁化后做指南针;磁化的危害:银行卡不能靠近磁体、机械手表靠近磁体后走时不准等。
探究点2 磁场
[阅读课本]P120“如果把磁针拿到一个磁体附近……所以它是确确实实存在的。”
[思考]两个不接触的物体,能产生力的作用吗?
[提示]两个不接触的物体也可以产生力的作用。例如:两块磁铁、磁铁与铁类制品等。
[思考]不接触的两磁体间产生了相互作用,是不是存在某种物质与磁体接触?
[提示]可能也存在某种物质,只不过这种物质看不见、摸不着。
[归纳提升]磁体的周围存在着一种看不见、摸不着的物质,人们将其称为磁场。磁体间的相互作用正是通过磁场发生的。
[阅读课本]P121“在条形磁体周围的不同地方……回到S极的。”
[思考]观察P121“图20.1—5”,小磁针有规律地排列能够说明什么问题?
[提示]物理学中把小磁针静止时北极所指的方向规定为该点的磁场方向,据此我们能够知道磁场周围各点的磁场方向。
[思考]观察P121“图20.1—6”,撒在磁场中的铁屑能看作小磁针吗?
[提示]铁屑在磁场中被磁化,小铁屑就相当于小磁针。
[思考]铁屑有规律地分布,能够说明什么问题?
[提示]铁屑有规律地分布,一定是受到了力的作用。磁体的周围存在看不见、摸不着的磁场,可以通过放入其中的铁屑的受力情况显示出来。
[思考]为了显示磁场,用铁屑代替小磁针有什么优点呢?
[提示]小磁针方向发生改变是由于受到磁体磁场的作用,在磁体周围放置的小磁针越多、越小,就能越清晰地看出磁场的分布,铁屑被磁化后相当于小磁针,数量多,能够更清晰地显示磁场。
[思考]不同磁体的周围,铁屑的分布图像为何不相同?
[提示]不同磁体周围的磁场分布不同。
[思考]为什么有些地方铁屑分布的密,有些地方铁屑分布的疏?
[提示]磁场的强弱不同,铁屑分布密的地方磁场强,铁屑分布疏的地方磁场弱。
[思考]有没有办法来形象、直观地描述磁体周围的磁场?
[提示]可以在磁场中沿着铁屑的痕迹画出曲线,曲线上某点的切线方向就是该点的磁场方向。
[归纳提升]在磁场中画一些有方向的曲线,曲线上任何一点的切线方向都跟该点的磁场方向一致,这样的曲线叫做磁感线。
[思考]磁感线的疏密分布有什么特点?
[提示]靠近磁极部分的磁感线密,远离磁极部分的磁感线疏。
[小结]磁场强的地方,磁感线密;磁场弱的地方,磁感线疏。
[思考]磁感线的箭头有什么特点?
[提示]磁感线箭头指向该点的切线方向,与放在该点小磁针的N极指向一致。
[归纳提升]磁感线形象地描述了磁场的强弱和方向;磁感线的疏密反映了磁场的强弱;磁感线的箭头方向表示磁场的方向。
[思考]磁感线和磁场一样真实存在吗?
[提示]磁感线并不存在,只是人们为了形象描述磁场而假想的一组曲线,就像我们用光线描述光的传播一样。
[思考]磁感线会相交吗?
[提示]磁体周围某一位置的磁场只有一个方向,如果磁感线在此处相交,则该点就可以表示出两个不同方向的磁场,所以磁感线不能相交。
[归纳提升]磁感线是用来形象地表示磁场的一种“模型”,实际上并不存在;磁感线不是只在一个平面内,而是立体分布在磁体周围的空间。
探究点3 地磁场
[阅读课本]P122“地磁场”
[思考]悬挂着的条形磁体,静止时,为什么总是一端指南,一端指北,而不是指向其他方向?
[提示]地球的本身是一个大的磁体。地球的周围存在磁场,磁场的方向由地磁的N极指向地磁的S极;悬挂的磁体相当于小磁针,静止时N极的指向与地磁场的方向一致。
[思考]地理的南极是地磁的南极吗?
[提示]地理的南极是地磁的北极,地磁的南极是地理的北极。
[思考]悬挂的磁体静止时所指的南北方向与地理的南北方向完全重合吗?
[提示]悬挂的磁体静止时所指的南北方向与地理的南北方向略有偏离,这一现象是我国宋代学者沈括首先发现的。
[归纳提升]地磁的南极在地理的北极附近;地磁的北极在地理的南极附近。
[思考]你知道这一规律有哪些应用吗?
[提示]我国古代就利用司南来识别方向,在航海、探险、军事方面有着重要的实用价值。
[思考]为什么信鸽身上绑一块磁铁它就找不到方向了呢?
[提示]信鸽利用地磁场来定位,绑上的磁铁干扰了信鸽的判断。
[思考]你知道地磁场还有哪些作用吗?
[提示]宇宙中的高速带电粒子流射向地球,遇到地磁场时,运动方向会发生偏转,从而避免了高能粒子破坏大气层、威胁生命,因此地磁场是地球生命的“保护伞”。
[习题]指南针是我国四大发明之一,《论衡》中记载:司南之杓,投之于地,其柢指南。如图所示的司南放在水平光滑的“地盘”上,静止时它的长柄指向南方。司南长柄所指方向是 ( )
A.地理南极,地磁北极
B.地理南极,地磁南极
C.地理北极,地磁北极
D.地理北极,地磁南极
[分析]地球本身是一个大磁体,司南是用天然磁石磨制成的勺子,其实质就是一块磁铁,在地球的磁场中受到磁力的作用,静止时其勺柄指向南方,即地理的南极;地理上的南极是地磁的北极,故长柄所指方向是地磁北极,地理南极。
[答案]A
三、板书设计
第1节 磁现象 磁场
1.磁现象
(1)磁性
(2)磁极
(3)磁体间的相互作用
(4)磁化
2.磁场
(1)磁场的方向
(2)磁场的强弱
3.磁感线
(1)磁感线的箭头
(2)磁感线的疏密
4.地磁场
◇教学反思◇
磁场的存在,我们不能直接感知,但可以通过观察磁体间的相互作用来间接地认识磁场,感知磁场的存在。因此,采用类比的方法认识“看不见、摸不着”的磁场效果较好。
第2节 电生磁
◇教学目标◇
【知识与技能】
1.认识电流的磁效应,初步了解电和磁之间有某种联系。
2.知道通电导体周围存在着磁场,通电螺线管的磁场与条形磁铁相似。
3.会判断通电螺线管两端的极性和通电螺线管的电流方向。
【过程与方法】
1.观察和体验通电导体与磁体之间的相互作用,初步了解电和磁之间有某种联系。
2.探究通电螺线管外部磁场的方向与电流方向的关系。
【情感·态度·价值观】
1.通过奥斯特的事迹介绍,感悟奥斯特善于发现问题,勇于进行科学探索的精神。
2.通过体验电和磁之间的联系,养成乐于探索自然界奥秘的习惯。
◇教学重难点◇
【教学重点】
奥斯特的实验、通电螺线管的磁场。
【教学难点】
运用安培定则判断通电螺线管两端的极性或通电螺线管的电流方向。
◇教学过程◇
一、新课导入
电和磁从现象上看有很多相似的地方:电荷能吸引轻小物体,磁体能吸引钢铁类物质;电荷有正负两种,磁极有南北之分;同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引;同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引。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是否存在某种联系呢?
二、教学步骤
探究点1 电流的磁效应
[阅读课本]P124“电流的磁效应”
[思考]实验中是如何判断某一空间是否存在磁场的?
[提示]磁场对放入其中的小磁针有力的作用,如果某一空间存在磁场,小磁针会受力转动。
[思考]导线和小磁针的位置关系有要求吗?
[提示]在小磁针上方平行架一根导线。
[思考]实验时,通电时间不宜过长,这是为什么?
[提示]导线中的电流过大,易将电源损毁。
[思考]导线下的小磁针在什么情况下才会发生偏转呢?
[提示]导线中有电流通过时,小磁针偏转;没有电流通过时,小磁针不动。
[思考]小磁针偏转说明了什么?
[提示]小磁针受到力的作用发生偏转,说明通电导线周围存在磁场。
[思考]引起小磁针偏转的原因是导线,还是导线中的电流?
[提示]通电时小磁针发生偏转,没有电流通过时小磁针不动,说明是导线中的电流引起小磁针偏转。
[小结]通电导体周围存在磁场。
[思考]如果对调电源的正、负极,即改变导线中电流的方向,可能会观察到什么?
[提示]小磁针转动的方向发生了改变。
[思考]电流产生的磁场,其方向与什么有关?
[提示]与电流的方向有关。
[思考]拿走小磁针,通电导体周围的磁场还存在吗?
[提示]小磁针的作用只是显示磁场存在的,无论有没有小磁针,磁场都是一直存在的。
[归纳提升]通电导体周围存在与电流方向有关的磁场,这种现象叫电流的磁效应。
探究点2 通电螺线管的磁场
[阅读课本]P125“通电螺线管的磁场”
[思考]螺线管是什么?
[提示]将导线绕在圆筒上,可做成一个螺线管。
[思考]通电直导线周围存在磁场,那么把直导线绕在圆筒上,做成螺线管后,通电后其周围是否也会产生磁场呢?
[提示]通电导线周围的磁场是由电流产生的,磁场的有无与导线的形状无关。
[思考]你认为通电直导线周围的磁场和通电螺线管周围的磁场,哪个磁场更强?
[提示]把导线绕在圆筒上,做成螺线管,各圈导线产生的磁场叠加在一起,磁场就会更强。
[思考]观察通电螺线管周围铁屑的分布情况,其与哪种磁体周围的磁场分布相似?
[提示]回忆条形磁铁的磁场分布。
[归纳提升]通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场相似,它的两端相当于条形磁体的两极。
[思考]如何判断通电螺线管的磁极?
[提示]利用已知N、S极的小磁针来判断。依据:同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引。
[思考]螺线管上的线圈匝数多少对实验有影响吗?
[提示]匝数多的螺线管周围磁场强,小磁针受力大,实验现象更明显。
[思考]通电螺线管周围的磁场方向与什么因素有关?
[提示]对调电源的正、负极,观察小磁针的偏转情况。
[思考]除此之外,有没有其他改变方法呢?
[提示]改变螺线管的绕向,观察小磁针的偏转情况。
[思考]螺线管与电源正、负极的接法和螺线管的绕向对通电螺线管的极性有决定作用吗?
[提示]观察如图所示的情况,注意从“电源正、负极的接法、螺线管的绕向、螺线管中电流方向”三个方面观察。
[思考]图(a)和图(b)相同的是什么,不同的是什么?
[提示]与电源正、负极的接法不同,绕向相同,环绕螺线管电流的方向不同。
[思考]图(a)和图(c)相同的是什么,不同的是什么?
[提示]与电源正、负极的接法不同,绕向不同,环绕螺线管电流的方向相同。
[思考]决定螺线管极性的因素是什么?
[提示]环绕螺线管的电流方向相同,磁极方向就相同。
[归纳提升]通电螺线管的极性由螺线管中的电流方向决定,而跟螺线管的绕向和螺线管与电源正、负极的接法无关。
探究点3 安培定则
[阅读课本]P126“想想议议”
[思考]蚂蚁和猴子说的话对我们有什么启示?
[提示]我们可以采用一些巧妙的方法,既方便记忆,又便于我们发现其中各量之间的关系。
[思考]你能借用自己的手指来描述通电螺线管的电流方向与N极位置的关系吗?
[归纳提升]安培定则:用右手握住螺线管,让四指指向螺线管中电流的方向,则拇指所指的那端就是螺线管的N极。
三、板书设计
第2节 电生磁
1.奥斯特实验
(1)通电导体周围存在磁场
(2)通电导体周围磁场的方向与电流的方向有关
2.通电螺线管的磁场
(1)通电螺线管的磁场与条形磁体的磁场相似
(2)安培定则
◇教学反思◇
本节课先带领学生重温转换法,回顾我们所学过的知识有哪些实验采用这种方法。本节内容中通电直导线周围的磁场、通电螺线管周围的磁场等,都离不开转换法的应用,从而将看不见的转换为看得见的,将抽象问题形象化,符合学生的认知规律。通过这种体验,让学生认识到物理方法比物理知识更为重要。
第3节 电磁铁 电磁继电器
◇教学目标◇
【知识与技能】
1.知道什么是电磁铁。
2.知道电磁铁的磁性强弱与哪些因素有关。
3.了解电磁铁在生活中的应用。
4.知道电磁继电器及其构造和工作原理。
【过程与方法】
1.通过对实验的猜想和观察、分析,提高学生分析、归纳的能力。
2.通过阅读说明书和观察电磁继电器,知道如何使用电磁继电器,提高学生的观察、分析及操作能力。
【情感·态度·价值观】
通过认识电磁铁的实际应用,加强物理与生活的联系,提高学习物理的兴趣。
◇教学重难点◇
【教学重点】
影响电磁铁磁性强弱的因素。
【教学难点】
电磁继电器的工作原理及其应用。
◇教学过程◇
一、新课导入
某机械加工车间的地面堆积着大量的小铁屑,你有办法将这些铁屑搬移到指定地点,且能快速、轻松地卸下吗?
二、教学步骤
探究点1 电磁铁
[阅读课本]P129“电磁铁”
[思考]磁铁能够吸引大头针,那么还有其他能吸引大头针的物体吗?
[提示]通电螺线管的周围存在磁场,也可以吸引大头针。
[思考]如果要使通电螺线管的磁性增强,可以采用什么办法呢?
[提示]先让通电螺线管吸引大头针,再将铁棒插入螺线管,观察吸引大头针的情况。
[思考]为什么插入铁棒后,磁性会增强呢?
[提示]铁棒被磁化,也会产生磁场,通电螺线管的周围既有电流产生的磁场,又有磁铁产生的磁场,因而磁性大大增强了。
[思考]将漆包线绕在一根铁钉上制成线圈,通电后发现它能够吸引大头针。断开开关,可以看到大头针又掉落下来。此现象说明了什么?
[提示]插入铁钉的螺线管,当有电流通过时有磁性,没有电流时就失去磁性。
[归纳提升]把一根导线绕成螺线管,再在螺线管内插入铁芯,当有电流通过有磁性,在没有电流时就失去磁性。这种磁体叫做电磁铁。
探究点2 电磁铁的磁性
[阅读课本]P129“实际中……电磁铁的磁性越强。”
[思考]你是怎样判断电磁铁磁性的呢?
[提示]能够吸引大头针说明电磁铁有磁性,吸引大头针的个数越多说明电磁铁的磁性越强。
[思考]将电磁铁与滑动变阻器串联到电路中,移动滑动变阻器,观察吸引大头针的个数,据此判断电磁铁的磁性强弱与电流的大小有关吗?
[提示]滑动变阻器接入电路的阻值越小,电磁铁吸引大头针的个数越多。
[小结]通过电磁铁的电流越大,电磁铁的磁性越强。
[思考]带有绝缘皮的导线在铁钉上绕很多圈,这样做的好处是什么?
[提示]增加线圈匝数,由于磁场的叠加,电磁铁的磁性增强。
[小结]当电流一定时,电磁铁线圈的匝数越多,磁性越强。
[归纳提升]电磁铁通电时有磁性,断电时没有磁性;当电磁铁线圈的匝数一定时,通过电磁铁的电流越大,电磁铁的磁性越强;当电流一定时,电磁铁线圈的匝数越多,磁性越强。
[思考]你能改变电磁铁的磁极吗?采用什么方法最简单呢?
[提示]通电螺线管的磁场方向与电流的方向有关,在不改变电磁铁绕法的情况下,只要对调电源正、负极的接法就可改变螺线管中的电流方向,即改变了电磁铁磁极。
[归纳提升]电磁铁的优点:电磁铁的磁性有无可以控制;电磁铁的磁性强弱可以控制;电磁铁的磁场方向可以控制。
[阅读课本]P130“电磁铁的实际用途很多……第一条商业运营的磁浮铁路。”
[思考]你还知道电磁铁的哪些用途?
[提示]我们课前提到的铁屑搬运,就是利用电磁铁搬运的。
探究点3 电磁继电器
[阅读课本]P131“电磁继电器”
[思考]观察P131“图20.3—5”电磁继电器的构造,你知道电磁继电器是由哪些部分组成的吗?
[提示]按一定的次序观察,从左到右有:弹簧、电磁铁、衔铁、触点等。
[思考]电磁继电器是怎样工作的?
[提示]电磁继电器分为控制电路和工作电路。当低压控制电路开关闭合时,电磁铁有磁性,衔铁被吸引,动触点和静触点吸合,高压电路接通工作;当低压控制电路开关断开时,电磁铁没有磁性,弹簧片将衔铁拉起,动触点和静触点断开,高压电路断开,停止工作。
[思考]电磁继电器如何才能实现自动控制呢?
[提示]实现自动控制的关键是在电磁继电器的低压电路中连入一个能在一定条件下自动接通或断开电路的装置,从而使电磁继电器中的电磁铁在一定的条件下具有或失去磁性,进而自动接通或断开工作电路。
[归纳提升]电磁继电器的实质是利用弱电流、低电压控制强电流、高电压的一种“自动开关”。
[习题]如图所示是一个水位自动报警器的原理图。水位到达金属块A之后, (选填“红”或“绿”)灯亮;当绿灯亮时电磁铁 (选填“有”或“无”)磁性。?
[分析]当水位没有到达A时,控制电路中没有电流流过,电磁铁没有磁性,只有绿灯亮;当水位到达A时,电路接通,电磁铁有磁性,衔铁被电磁铁吸引,红灯亮。
[答案]红 无
三、板书设计
第3节 电磁铁 电磁继电器
1.电磁铁
(1)定义
(2)特点
2.电磁铁的磁性
(1)影响因素
(2)结论
(3)优点
3.电磁铁的应用
(1)电磁起重机
(2)磁悬浮列车
4.电磁继电器
(1)构造
(2)工作原理
(3)应用
◇教学反思◇
本节课由生活中的事例导入,能够极大地调动学生参与的积极性,较好地联系了前面所学的知识和方法,为后面的探究设计及方法应用铺垫了基础,体现了物理教学从生活走向物理的理念。
第4节 电动机
◇教学目标◇
【知识与技能】
1.知道磁场对电流有力的作用,知道通电导体在磁场中的受力方向与哪些因素有关。
2.知道直流电动机的基本构造、工作原理和能量转化。
3.知道换向器在直流电动机中的作用。
4.了解电动机在生活中的应用。
【过程与方法】
1.通过探究通电导线在磁场里受力的作用及受力方向与电流方向、磁场方向的关系,提高实验探究能力、分析归纳能力。
2.通过制作模拟电动机,了解直流电动机的结构和工作原理,提高动手能力。
【情感·态度·价值观】
1.通过观察和实验,培养学生实事求是的实验态度以及与他人交流与合作的精神。
2.通过了解物理知识如何应用到实际中,进一步提高学生学习科学技术知识和应用物理知识的兴趣。
◇教学重难点◇
【教学重点】
通电导线在磁场中受到力的作用。
【教学难点】
直流电动机的构造和工作原理。
◇教学过程◇
一、新课导入
电动车、电梯、电扇、冰箱、洗衣机以及各种电动玩具都离不开电动机。电动机的应用非常广泛,种类也很多,但它们工作的原理是相同的,都是由电动机带动运转的。可电动机为什么会转动呢?
二、教学步骤
探究点1 磁场对通电导线的作用
[阅读课本]P133“我们知道……它会怎样运动?”
[思考]我们知道通电导线周围存在磁场,那么将一根通电导线放入磁场中,会出现什么现象呢?
[提示]由于磁体间的相互作用,通电导线在磁场中会受力运动。
[思考]你认为会对实验现象产生影响的因素有哪些?
[提示]影响因素主要是导体和导轨之间的摩擦力,所以一般用轻质的铝质金属杆,实验前将导轨和导体拉直,减小摩擦带来的影响。
[思考]实验时,开关可以长时间闭合吗?
[提示]通电后电路相当于短路,短暂闭合开关观察现象,然后立即断开开关。
[思考]不同组的实验,金属杆的运动方向不同,你认为这是什么原因呢?
[提示]磁场有方向,电流也有方向,可能与这两个因素有关。
[思考]如何设计实验验证呢?
[提示]采用控制变量法。控制电流的方向不变,改变磁场的方向;控制磁场的方向不变,改变电流的方向。
[归纳提升]磁场对通电导体具有力的作用,力的方向与磁场的方向和电流的方向有关。只改变磁场方向或电流方向,通电导体的受力方向改变,当磁场方向和电流方向同时改变时,通电导体的受力方向不变。
[阅读课本]P134“如图20.4—2……试试看!”
[思考]你知道线圈为什么能够转动,但不能持续转动吗?
[提示]当线圈转动180°后,由于左右线圈位置改变,电流的方向改变,线圈受力的方向发生改变,转动方向随之改变。
[阅读课本]P134“想想做做”
[思考]你是怎样“让线圈转起来”的?有哪些注意事项?
[提示]线圈两端的漆包线,一端的绝缘漆全部刮掉,另一端只刮半周;线圈与磁体间的距离不能过大等。
探究点2 电动机的基本构造
[阅读课本]P134“电动机由两部分组成……那么用什么方法停止对线圈供电呢?”
[思考]你知道电动机的主要组成部分吗?
[提示]主要有能够转动的线圈和固定不动的磁体。
[思考]P135图20.4—5乙中ab边和cd边电流方向?结合通电导体在磁场中的受力方向与电流方向的关系,分析ab边和cd边的受力方向如何?会产生什么效果?
[提示]ab边和cd边的电流方向相反,则ab边的受力和cd边的受力不仅大小相等、方向相反,而且在同一条直线上,即二力平衡,所以线圈处于静止状态。
[思考]P135图20.4—5甲中ab边和cd边电流方向?ab边和cd边的受力方向如何?会产生什么效果?
[提示]ab边和cd边的电流方向相反,则ab边的受力和cd边的受力方向相反,又因为两个力不在一条直线上,所以线圈在这两个力的作用下将沿着轴线顺时针转动,但越过平衡位置以后不能继续转下去,最后又逆时针转动返回平衡位置。
[思考]线圈转过平衡位置,为什么不是立即停止?为什么又逆时针转动返回平衡位置?
[提示]线圈转过平衡位置后,不是立即停止,是因为线圈具有惯性。越过平衡位置后,ab边和cd边的电流方向仍然相反,ab边与cd边受力不变,阻碍了线圈继续沿顺时针转动。
[阅读课本]P135“前面我们采用……朝同一方向转动。”
[思考]怎样使线圈在转过平衡位置后继续沿原来的方向转动下去?
[提示]如果在越过了平衡位置后停止对线圈供电,由于惯性,线圈就能连续转动下去。
[提示]观察电动机的换向器,其由两个铜半环组成,铜半环分别跟线圈两端相连,它们彼此绝缘。
[思考]用手使线圈缓慢转动,观察换向器是如何改接电源正、负极的?
[提示]换向器随线圈一起转动的过程中,交替跟两个电刷接触,使得每当线圈转到一定的位置时,就会自动改接电源的正、负极,从而改变线圈中的电流方向。
[思考]换向器改变线圈中的电流方向后,为什么线圈就能持续转动了呢?
[提示]磁场方向不变,电流方向改变,线圈的受力方向就会改变。
[归纳提升]每当线圈转动通过平衡位置后,换向器就自动改变线圈中电流的方向,使线圈持续转动。
三、板书设计
第4节 电动机
1.磁场对通电导线的作用
(1)通电导体在磁场中受到力的作用。
(2)通电导体在磁场中受力的方向与电流方向、磁场方向有关。
2.电动机
(1)基本构造
(2)工作原理
(3)换向器的作用
◇教学反思◇
先让学生思考通电导体怎样才能在导轨上往复运动?再思考通电线圈怎样才能持续转动?当学生明白不能持续转动的原因后,才会有兴趣思考如何才能持续转动。做到“不愤不启,不悱不发”,这时介绍换向器,正好满足学生的好奇心和求知欲,很容易突破本节课的难点。
第5节 磁生电
◇教学目标◇
【知识与技能】
1.知道电磁感应现象。
2.知道产生感应电流的条件。
3.知道感应电流的方向与什么有关。
4.知道发电机的原理。
【过程与方法】
1.通过探究磁生电的条件,进一步了解电和磁之间的相互联系,提高学生的观察能力、分析概括能力和联系简单现象探索物理规律的能力。
2.观察和体验发电机是怎样发电的,提高学生应用知识分析和解决问题的能力。
【情感·态度·价值观】
1.认识自然现象之间是相互联系的,进一步了解探索自然奥秘的科学方法。
2.认识任何创造发明的基础是科学探索的成果,初步具有创造发明的意识。
◇教学重难点◇
【教学重点】
1.电磁感应现象产生的条件。
2.发电机的工作原理。
【教学难点】
电磁感应现象的实验。
◇教学过程◇
一、新课导入
1820年奥斯特发现了通电导体的周围存在磁场,首先揭示了电和磁之间存在着内在联系。电可以产生磁,那么能否做到“磁生电”呢?
二、教学步骤
探究点1 什么情况下磁能生电
[阅读课本]P138“什么情况下磁能生电”
[思考]通电导体在磁场中会受到力的作用,从而发生运动,那么如果让导体在磁场中先运动,导体中会不会产生电流呢?
[提示]对比两个实验装置,不同的是用电流表代替电源。
[思考]灵敏电流表在实验中有什么作用?
[提示]电流是看不到、摸不着的,所以在实验中利用转换法,根据灵敏电流表的指针是否偏转来判断是否有电流产生。
[思考]为什么实验中用灵敏电流表检测是否产生电流,而不是用灯泡呢?
[提示]灯泡发光需要一定大小的电流,而灵敏电流表可检测到很小的电流;灯泡发光只能说明有电流,而灵敏电流表指针偏转,不仅可以判断电流的大小,还能判断电流的方向。
[思考]实验器材是怎样组装的呢?
[提示]将导体棒、灵敏电流表、开关串联,然后将导体棒放在蹄形磁体的磁场中。
[思考]闭合开关,让导体棒在磁场中运动,导体棒任意运动都能产生感应电流吗?
[提示]竖直方向运动时,灵敏电流表不发生偏转,说明此种情况无电流产生。
[思考]你能用准确的物理语言归纳这种运动特点吗?
[提示]我们知道磁感线可以形象地描述磁场,也可以把磁感线想象成一根根细线,将导体棒想象成一把锋利的刀,便会发现竖直运动时,这把“刀”不能将细线切断,而朝其他方向运动时都能切断细线。
[小结]导体棒做切割磁感线的运动时能产生感应电流。
[思考]如果导体棒不动,移动蹄形磁铁,也能产生电流吗?
[提示]运动是相对的,移动磁铁,磁感线同样被切割,所以能产生电流。
[思考]断开开关,让导体棒做切割磁感线运动,电流表还会偏转吗?
[提示]开关断开,电路断路,灵敏电流表不再偏转。
[思考]拿走磁体,让导体棒做切割磁感线运动,电流表还会偏转吗?
[提示]导体棒只有在磁场中才能切割磁感线。
[思考]你认为产生电流需要哪些条件?
[提示]有三个条件:闭合电路,部分导体,做切割磁感线运动。
[归纳提升]闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时产生电流的现象,叫做电磁感应现象,产生的电流叫做感应电流。
[思考]电流是有方向的,你能改变电路中产生的电流的方向吗?
[提示]改变导体棒运动的方向,观察灵敏电流表指针的偏转方向是否改变,如果改变,说明感应电流的方向与导体棒切割磁感线的方向有关。改变磁场的方向,观察灵敏电流表指针的偏转方向是否改变,如果改变,说明感应电流的方向与磁场的方向有关。
[思考]如果同时改变切割磁感线的方向和磁场的方向,感应电流的方向会改变吗?
[提示]观察灵敏电流表指针的偏转方向是否改变,如果改变,说明感应电流的方向发生了改变。
[归纳提升]感应电流的方向与磁场的方向和导体运动的方向有关。只改变其中一个条件,感应电流的方向会发生改变,两者同时改变,感应电流的方向不变。
[习题]如图所示,导体ab在外力作用下向左运动时灵敏电流表指针偏转,向右运动时灵敏电流表指针向另一方向偏转。这个实验事实说明 ( )
A.通电导线在磁场中的受力大小与电流大小有关
B.通电导线在磁场中的受力方向与电流方向有关
C.感应电流的大小与导体在磁场中做切割磁感线运动的快慢有关
D.感应电流的方向与导体在磁场中做切割磁感线运动的方向有关
[分析]图中装置没有电源,导体在磁场中做切割磁感线运动而产生感应电流,是电磁感应现象,不能说明通电导线在磁场中受力的大小和方向;由题知,当导体运动的方向改变时,电流表指针的偏转方向也改变,即感应电流的方向改变了,由此可以得出:感应电流的方向与导体在磁场中做切割磁感线运动的方向有关。
[答案]D
[习题]手机无线充电方便了人们的生活,其中电磁感应无线充电是应用最多的无线充电方案。如图所示,它的原理是送电线圈通过一定频率的交流电,线圈的周围形成交变的磁场,通过电磁感应在受电线圈中产生一定的感应电流,从而将能量从发射端转移到接收端。下列选项中和受电线圈工作原理相同的是 ( )
A.扬声器 B.电磁继电器
C.动圈式话筒 D.电动机
[分析]扬声器是利用通电导体在磁场中受力运动的原理工作的;电磁继电器利用的是电流的磁效应;动圈式话筒是利用电磁感应原理将声音信号转化为电信号的装置;电动机是利用通电导体在磁场中受力运动的原理工作的。
[答案]C
探究点2 发电机
[阅读课本]P139“发电机”
[思考]你能指出发电机模型的主要结构吗?
[提示]主要结构是固定的磁体和转动的线圈。
[思考]发电机的主要结构和电动机有区别吗?
[提示]主要部件都是磁体和线圈,电动机通电时线圈转动,发电机线圈转动时小灯泡发光。
[思考]把一台手摇发电机跟小灯泡连接起来,当摇动手柄使线圈在磁场中快速转动,观察到什么?
[提示]线圈转动时,小灯泡发光,发电机将机械能转化为电能;线圈转动速度越快,小灯泡越亮,说明感应电流的大小与切割运动的速度有关。
[思考]用电流表替换小灯泡,缓慢摇动手柄,观察电流表的指针发生了怎样的变化?
[提示]电流表的指针随线圈的转动而左右摆动,说明发电机输出的电流,其大小和方向是变化的。
[思考]发电机的工作原理是什么?
[提示]发电机是利用电磁感应现象制成的。
[思考]P140“图20.5—5交流发电机原理”,线圈通过两个铜环与外部电路相连,铜环的作用是什么?
[提示]线圈转动过程中,有两个边做切割磁感线运动,使线圈中产生了感应电流,通过铜环的连接使外部电路中也产生和线圈中大小和方向相同的交流电。
[思考]什么是交流电?我国交流电的频率为多少?
[归纳提升]大小和方向周期性变化的电流叫交流电,每秒周期性变化次数叫频率,我国交流电频率为50 Hz,一个周期的时间为0.02 s,电流方向一秒钟改变100次。
[思考]实际发电机的构造?
[提示]实际发电机的构造由定子和转子组成。小型发电机采用线圈转动,磁场不动的方式;大型发电机采用线圈不动,磁场转动的方式,因为大型发电机的电流大,电刷与滑环间容易产生电火花,很不安全,故采用旋转磁极的方式发电。
[思考]发电机工作时的能量是如何转化的?和电动机相同吗?
[归纳提升]发电机把机械能转化为电能,而电动机把电能转化为机械能,这是发电机和电动机的本质区别。
[习题]如图为交流发电机的原理图,线圈在磁场中转动,则 ( )
A.两磁极间的磁场方向向左
B.线圈在磁场中切割磁感线
C.通过灯泡的电流方向不变
D.线圈一定不受磁场力作用
[分析]在磁体的外部,磁感线都是从N极出发回到S极,故图中两磁极间的磁场方向向右;发电机是根据闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时导体中产生感应电流的原理制成的;感应电流的方向和磁场方向、导体切割磁感线的方向有关,由于导体切割磁感线的方向在改变,故产生的电流方向也会变化;根据通电导线在磁场中受力的作用的原理可知,此时线圈一定会受到力的作用。
[答案]B
三、板书设计
第5节 磁生电
1.什么情况下磁能生电
(1)电磁感应现象
(2)产生感应电流的条件
(3)感应电流的方向
2.发电机
(1)构造
(2)原理
◇教学反思◇
本节课的主要特点是创造条件让学生自己动手获得知识与技能,体验探究的乐趣、学习的乐趣,同时也培养了学生的交流与合作意识,从而改变重结论轻过程,重理论轻实践的教学观念。
