北师大版九年级物理 14.4电磁铁及其应用 教案

第四节 电磁铁及其应用
一、教学背景分析
本节主要包含电磁铁及影响其强弱的因素、电磁继电器的结构和工作原理及应用、电铃、电磁阀车、磁浮列车等内容。本节课是通电螺线管学习的延伸，是理论与实践相结合的一节课。通过电磁铁应用实例的学习，培养学生应用物理知识解决实际问题的能力，使他们原来学习过的有关磁学的知识在本节课中得到升华，激发学生学习物理的动机，使学生真真切切地感觉到学有所用。
由于本节应用实例都来源于生活，学生会非常感兴趣，所以在教学设计上应从学生的生活经验出发，在学习了电磁铁知识的基础上，采用模拟实验演示、挂图、电脑动画模拟、视频等方式引起学生的回忆及进一步的思考。教师也可以寻找每一环节的相关课件进行辅助教学。电磁继电器的原理图看起来较复杂，可以采取分解细节，由内而外，先隔离后整体的方法分析。
二、教学目标
1.通过实验探究影响电磁铁磁性强弱的因素，知道电磁铁的磁性有无与电流的通断有关，磁性的强弱与通电电流的强弱及线圈的匝数多少有关。体会科学探究的过程。进一步体会控制变量法在研究多因素问题时的作用。
2.了解电磁铁的构造和工作原理。通过了解电磁铁在生活中的一些应用，体会学习物理的重要意义和必要性。从而进一步提高学生学习物理知识的兴趣，乐于探索自然现象和日常生活中的物理现象。
3.知道电磁继电器的结构和工作原理，通过分析电磁铁在电铃、电磁阀、磁浮列车中的工作原理，体会电磁铁在技术中的重要作用。
三、教学重点和难点
教学重点：探究影响电磁铁磁性强弱的实验过程。
教学难点：电磁阀车门、磁浮列车工作过程。
学生掌握、理解影响电磁铁磁性强弱的因素有利于学生理解电磁铁的应用。本节的重点是通过实验探究了解电磁铁磁性强弱的影响因素。通过实验研究知道电磁铁磁性的强弱跟电磁铁的匝数多少、通入电流的大小及有无铁芯的关系，学会在实际应用中通过改变这些因素去改变电磁铁磁性的强弱。电铃、电磁阀车门、磁浮列车等，它们都是利用电磁继电器实现自动控制的。由于它们的结构相对比较复杂，所以成为教学中的难点，教学中可以利用多媒体课件分解复杂结构，利用动画反映工作过程。
四、教学过程
1.教学引入
创设情境引入新课，形成对电磁铁概念的初步认识。
先让通电螺线管吸引大头针，吸引不上，但能够吸引小磁针；再在该螺线管中加入铁芯，发现有了铁芯的螺线管能够吸引很多大头针了。从而引出电磁铁。
2.“知识点”教学
●什么是电磁铁
电磁铁就是带有铁芯的通电螺线管。
以电磁选矿机为例，说明永久性磁铁与电磁铁的区别。突出电磁铁的优点是有电有磁断电无磁。
图片展示了铁制品被搬运的过程，引导学生思考这台电磁起重机如何调节磁力大小；如何轻松卸掉重物。
引出：电磁铁磁性强弱必须可以调节，很方便控制。
●探究电磁铁磁性强弱的影响因素
引导猜想：
①对于一个确定的电磁铁，在其中没有电流通过时，电磁铁没有磁性。电磁铁中的电流从无到有，电磁铁的磁性也从无到有；电磁铁中的电流从小到大，电磁铁的磁性也从小到大。
②螺线管是由带有绝缘皮的导线一匝一匝密绕而成的。电流从每一匝导线中都要通过，通电的每一匝导线都会产生一个磁场，这些相同的磁场组合起来，其总效果等于电磁铁磁性增强了。因此电磁铁的线圈匝数越多，电磁铁的磁性越强。
引导学生思考：设计验证猜想的实验方案。
学生讨论如何测量电磁铁磁性的强弱。
引出：学生会想到用电磁铁能吸引大头针个数来反映磁性强弱。
提供弹簧测力计，引导学生设计方案，如何利用弹簧测力计实现对电磁铁吸引力大小的测量。
引出：在弹簧测力计下面的小钩上挂一个小铁块，把电磁铁放在小铁块正下方的位置上，电磁铁通电后就会向下吸引小铁块，用弹簧测力计将铁块从电磁铁上拉开，弹簧测力计的示数越大，表明电磁铁的磁性越强。
进一步引出：如何测量电流大小对电磁铁磁性强弱的控制，需要在图14-4-1所示装置上添加电流表和滑动变阻器。
学生分组体验利用图14-4-2装置探索电流大小对电磁铁磁性强弱的影响。
结论1：对同一个电磁铁来讲，电流越大，磁性越强。
用什么方法和器材改变电磁铁线圈的匝数呢？
【方法一】自己根据需要绕制电磁铁线圈，分别绕50匝和100匝的单层线圈。
【方法二】使用有中间抽头、能改变线圈匝数的成品电磁铁。可以考虑用滑动变阻器改装。
教师为学生提供上述器材，由学生自主选择上面的实验方案、器材和设计实验记录表格。
学生进行实验和收集证据：学生自主选择实验方案进行实验，并将实验数据和观察到的现象记录下来。在这个环节中，教师巡视并记录各组情况，包括各组在实验中出现的问题和闪光点，以备留到评估交流阶段处理。
分析与论证：
实验中的现象：当电磁铁的匝数不变时，电流越大，电磁铁吸引的大头针就越多或弹簧测力计的示数越大；当电磁铁线圈中的电流不变时，匝数越多，电磁铁吸引的大头针就越多或弹簧测力计的示数越大。
由学生根据实验中的记录情况自己得出结论：
影响电磁铁磁性强弱的因素有：通过电磁铁线圈中的电流大小、线圈匝数。电流越大，匝数越多，电磁铁的磁性越强。
●电磁继电器
电磁继电器是利用电磁铁来控制工作电路的一种开关。
为了安全，我们不能靠近高压电路，那么如何实现远距离控制或自动控制呢？在黑板上现场画出高压工作电路，引导学生自己设计出电磁继电器的控制电路，进而解释低压电路是如何控制触点开关从而控制高压电路的。
引出：控制电路是由电磁铁、开关和低压电源组成；工作电路是由用电器、电磁继电器的触点开关、高压电源组成。当闭合控制电路的开关，电磁铁有了磁性，吸引衔铁从而带动触点开关接通高压电路。
教师实物投影实验室中的电磁继电器模型并演示，注意观察通电和断电时触点的闭合和断开情况。
总结：电磁继电器是自动控制电路装置中的重要部件，它的主要构造是电磁铁，实质是由电磁铁控制的开关。可以实现远距离控制或自动控制。
引导学生利用电磁继电器设计水位报警（或自动控制）、温度报警（或自动控制）等实用的电路。
利用实验室中的电铃模型演示，用实物投影仪将其投影到投影幕上以增加可见度。
投影出电铃的结构图，学生讨论并分析电铃能持续发出铃声的工作过程。
利用计算机课件动态模拟的方式讲解电铃的构造和原理：电铃实质上是利用电磁铁控制的开关在起作用，利用电磁铁通断电来带动弹簧片下端的小锤打击铃发出声响的。
●电磁阀车门控制
利用flash课件讲解电磁阀车门控制装置的原理。
学生通过网络学习了解洗衣机自动化的设计，进水电磁阀基本结构主要由一个电磁铁和橡胶阀构成。其工作原理是，电磁铁线圈通电后，形成磁场，吸引铁质阀芯上移，离开膜片，水流导通。电磁铁线圈断电后，在复位弹簧及重力作用下，阀芯下沉压紧膜片堵住水道，停止向洗衣机内注水。
●磁浮列车
播放网络视频《磁浮列车及其原理》。
3.课堂小结
（1）插入了软铁棒的通电螺线管叫电磁铁。
（2）电磁铁磁性强弱与电流大小、线圈匝数多少、有无铁芯等因素有关。
（3）电磁铁的应用：电磁继电器、电铃、电磁阀等。
4.课堂练习
（1）图14-4-3为同学们在研究性学习活动中为仓库设计的一种防盗报警器，其踏板放在仓库的门口，电铃和灯泡放在值班室内，观察电路并分析这个报警器的工作原理。
（2）为了减弱电磁铁的磁性，可行的方法是 ( )
A．减少螺线管的匝数
B．增大螺线管内通过的电流强度
C．将螺线管内的铁芯拔出来
D．改变电流的方向
3．如图14-4-4是制作、研究电磁铁实验的一组示意图，其中A、B、C三图中，线圈匝数相同，而D图中线圈匝数是前面线圈的2倍，已知I2>I1，则下列分析中正确的是（ ）
A．比较图A、B，可知电磁铁通电时才有磁性
B．比较图A、C，可知电磁铁线圈匝数相同时，通电电流增大，磁性增强
C．比较图A、D，可知电磁铁线圈匝数相同时，通电电流增大，磁性增强
D．比较图C、D，可知电磁铁通电电流相同时，线圈匝数增多，磁性增强
五、教学反思
本节内容安排了学生的实验探究活动，教师通过设计实验和展示交流发现问题，并在平等的关系中，激励学生自主发现。在引导学生设计实验的过程中向学生渗透物理研究问题的一种方法“控制变量法”。在学生讨论的基础上设计实验，充分发挥了学生的主体作用，调动了学生学习的能动性，激发了学生探索知识的兴趣，培养了学生的探究意识、探究思路、设计实验等探究能力。评估、交流中的注重小组之间的差异的分析及重新实验等，培养了学生的创新精神和实事求是的科学态度，使学生真正体会到科学探究的乐趣。