第十二章 磁现象

第十二章 磁现象
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一、国家课程标准要求
1．能用实验证实电磁相互作用。
2．探究通电螺线管外部磁场的方向。
3．通过观察，了解通电导线在磁场中会受到力的作用，力的方向与电流及磁场的方向都有关系。
4．探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件。
二、教材分析
1．知识结构
磁体—磁性—磁极—磁化 磁体的性质：吸引铁、钴、镍（吸铁性）和指向性。
磁极间的作用—磁场—磁感线—地磁场
电流的磁场—通电直导线的磁场—通电螺线管的磁场—电磁铁—电磁铁的应用
磁场对电流的作用—电动机
电磁感应—发电机
2．教学重点
磁场和磁感线。
3. 教学难点：磁场,即场的概念
4．基本概念：
磁体—磁性—磁极—磁化 磁体的性质：吸引铁、钴、镍（吸铁性）和指向性。磁场—磁感线—地磁场
5．基本规律⑸⑹⑺：①②③④
⑴磁场相互作用：
①磁极间的作用；②磁场对电流的作用
⑵动电生磁：
电流的磁场（电流的磁效应）
②电磁铁
⑶动磁生电：
电磁感应
6．基本应用：
①指南针 ②电动机 ③电磁铁的应用 ④发电机
7．实验
磁体吸引铁钴镍；12-1
磁体吸铁屑实验（引出磁极）12-2
磁化实验12-3
磁体指向实验
磁场分布的实验12-5 12-6
奥斯特实验12-14
通电螺线管磁场分布实验12-15
探究影响电磁铁磁性强弱因素的实验
磁场对电流的作用实验
电磁感应实验
8.单元划分：
第一单元：第一节 本单元知识包括：磁性、磁体、磁极、磁化、磁场、磁感线、地磁场、磁性材料的应用。
第二单元：第二节、第三节、第四节 本单元知识包括：奥斯特实验、通电螺线管的磁场、决定电磁铁磁性强弱的因素、电磁铁的应用。
第三单元：第五节、第六节 本单元知识包括：磁场对电流的作用、电动机。
第四单元：第七节 本单元知识包括：电磁感应、发电机。
三、教学建议
第一节 磁场
教学目标
1．知识与技能
知道什么叫磁性、磁体、磁化、磁极；知道磁极间的相互作用规律。
知道磁体周围存在着磁场，知道磁场中某一点的磁场方向与小磁针在该点的受力方向一致。
知道磁感线，知道磁感线的方向，知道磁感线上某一点的切线方向就是该点的磁场方向。
知道条形磁体、蹄形磁体、同名磁极及异名磁极周围空间磁感线的分布。
知道地球周围存在着磁场及地磁的南北极。知道地磁两极语地力两极补重合。知道软硬磁性材料在生活中的应用。
2．过程与方法（见教参）
3．情感、态度和价值观（见教参）
说明与建议：
1．磁性、磁体、磁化及软磁性材料、硬磁性材料的建立
做教材12-1探究性实验，可建立磁性与磁体两个概念。这个实验建议让学生动手去做，并在教师的指导下有步骤地进行。
教材12-2的实验可做演示实验，此实验的目的是建立磁极概念。在操作过程中，建议借助实物投影。然后拿着吸有铁屑的条形磁体，绕教室一周让学生观察。
两个磁极是不是一样呢？
让学生做实验：将条形磁体悬挂，此实验的目的一个是为了说明两个磁极是不同的，另一个是为磁极命名。
教材12-3实验，是为了建立磁化概念。
建议教师先演示，然后让学生体验。通过教师演示，(演示磁化钢针、矽钢片磁化特点)建立软磁性材料、硬磁性材料并说明其应用。
2．磁场的建立
首先通过如图所示的四次实验，得出同名磁极相斥，异名磁极相吸的结论。
再让磁针处于静止状态，然后将磁针
靠近磁体，磁针将发生偏转。
提出问题：磁体与磁体之间，磁针
与磁体之间并没有相互接触，但是却发
生了力的作用，这种力的作用是通过什
么来实现的呢？由此提出场的概念。
物质存在的两种形态：实体物质；场。物质的基本性质是能产生力的作用，具有能量等属性。磁场的基本性质是，对放在其中的磁体有力的作用。
3．磁场的描述
教材12-5实验，可初步的呈现磁场的分布情况，是建立磁感线的基础。这个实验要充分做好演示。
要在每个磁针位置的中心处描点；这个点用蓝色，画出个点的小磁针N极受力方向。用实物投影呈现。
教材12-6实验，也要借助于实物投影来做。通过这个实验的观察，对条形磁体周围磁场的分布呈现得更加清楚，在此基础上建立磁感线。
注意：①磁感线是为了形象描述磁场情况的，它的疏密程度，表示磁场强弱；磁感线上某一点的切线方向，就是该点的磁场方向。是假想的曲线，即磁体周围并不存在磁感线。②磁场并不是只在一个平面上分布，而是在三维空间分布。
做一做，要用作业的要求布置给学生。
4．介绍地磁场及指南针原理。
第二节 通电螺线管的磁场
教学目标
知识与技能
1．知道电流的磁效应。
2．知道通电螺线管周围存在着磁场
3．知道通电螺线管周围存在着磁场与条形磁体的磁场相似。
4．知道通电螺线管内部的磁场由S极指向N极。
5．知道右手螺旋定则并会运用。
过程与方法
情感态度价值观
说明与建议
1．做好通电直导线周围存在磁场的实验
实验要领：小磁针尽可能的靠近直导线；
小磁针静止时应与直导线平行；开关闭
合后立即断开；让学生观察小磁针发生
转动的现象；
此实验可说明三个问题：
通电直导线周围存在着磁场。
电流具有磁效应：通电直导线周围存在的磁场是电流产生的。有电流存在，就有磁场产生，这叫电流的磁效应。
电流磁场的方向跟电流方向有关。
2．实验探究通电螺线管的磁场
这部分内容建议老师设计为以演示为主的探究课型。
实验1：按图12-15乙进行实验，目的：呈现通电螺线管周围磁场的分布，实验时要通过实物投影让学生观察。然后在黑板上用曲线画出磁场的分布情况。
实验2：确定磁感线的环绕方向
将小磁针分别放在通电螺线管A、B、C、D、E位置（让学生观察实物投影），由小磁针的N极指向确定各点的磁场方向，进而确定了磁感线的环绕方向。
通电螺线管磁极的确定
由实验确定了磁感线的环绕方向后，引导学生对比条形磁体的磁感线，确定该通电螺线管的磁极。如图所示，左端为N极，右端为S极。
3．探究跟电流方向的关系
可提问，通电螺线管的磁极是固定不变的吗？
通电螺线管的磁场的分布已经确定，只要用小磁针确定磁感线的环绕方向即可知道磁极。建议作三次实验，每一次都与右手的四指与拇指的关系进行对应，最后得出安培定则。
第三节 探究影响电磁铁磁性强弱的因素
教学目标
1．知识目标
知道电磁铁的组成及工作原理。
知道影响电磁铁磁性强弱的因素。
2．过程与方法（见教参）
3．情感态度与价值观（见教参）
说明与建议
1．这是一节比较完整的探究课，应设计成以学生动手为主的探究课。
2．关于电磁铁的定义：书中的定义方法，在形式逻辑学中，属于类似定义方法中用说明的方法来揭示概念的内涵。在板书这个内容时，建议这样写：电磁铁的组成:在通电线圈中插入铁棒（芯）。因为书中的定义说明了组成。
3．探究过程
问题的提出：
创设情景提出问题：
用自制的磁性不太强的电磁铁吸铁钉、铁块。先吸铁钉，后吸铁块，向学生所展示的现象是铁定被吸起，铁块吸不动。要想将铁块吸起怎么办？增加磁性，要想增加磁性，首先应该知道电磁铁的磁性强弱有哪些因素决定。
提出要探究的问题——电磁铁的磁性强弱跟哪些因素有关呢？
引导学生做猜想
引导1：电磁铁通电有磁，断电无磁，因为磁场是电流产生的。由此让学生猜想出电磁铁的磁性强弱可能跟电流有关。
引导2：假如线圈中的电流是1A，一匝线圈中的电流产生了磁场。如果是两匝，第二匝线圈中的电流也会产生了磁场，由此让学生猜想出电磁铁的磁性强弱可能跟线圈匝数有关。
设计实验
因变量：磁性强弱。磁性强弱的操作性定义：吸引大头针（或铁钉）的个数（或质量）；吸弹簧使之伸长的长度；吸弹簧测力计挂钩上的铁块时测力计示数。
影响电磁铁磁性强弱的变量：匝数、电流。
单一变量原则
单一变量原则是处理实验中复杂关系的准则之一，所谓单一变量原则，强调的是实验过程中只能一次确定一个变量作为因变量，其他变量为无关变量。只有这样，当实验出现不同结果时，才能确定造成这种不同结果的原因就是这个变量所引起的。
以匝数为因变量，则电流为控制变量；以电流为因变量，则匝数为控制变量。
方案（一）
使用有中间抽头的现成的电磁铁
学生分组绕制电磁铁：
材料：10厘米长的软铁棒（10个圆的钢筋烧红自然冷却）一条长1.5米直径1毫米左右的塑料皮单芯铜线（或漆包线），干电池三节。（教参介绍）
学生实验采集数据：
交流：
评估：
第四节 电磁铁的应用
教学目标
1．知识与技能
知道电磁继电器的构造和工作原理
知道电铃的构造和工作原理
了解简单的电话的结构和工作原理
了解磁悬浮列车的有关知识
2．过程与方法
通过分析电铃的构造，学习点；学习有关知识。
通过分析电磁继电器的构造，学习电磁继电器的应用。
通过阅读课本，了解磁悬浮列车的有关知识。
通过阅读课本，了解电话是怎样把信息传递到远方的。
3．情感、态度与价值观
说明与建议
1．电磁继电器
电磁继电器是电磁铁的一个重要应用，通过电磁继电器可以实现电路的自动控制，电磁继电器在电路中起开关作用。
电磁继电器的作用：①实现自动控制；②用低压（弱电流）电路控制高压（强电流）电路；③实现远距离控制。
（1）认识电磁继电器的实质：是由电磁铁控制的开关。
（2）通过观察与讲解，使学生知道电磁继电器的结构与工作原理。
低压电路部分；高压电路部分；
机械部分：杠杆；弹簧。
电磁铁。
触点：常闭与常开
导体与绝缘体。
第五节 磁场对电流的作用
教学目标
1．知识与技能
知道磁场对通电导线的作用。（本质是对电流的作用）
知道磁场对电流的作用力的方向与什么因素有关（会使用左手定则）
2．过程与方法
经历探究过程，通过探究视学生知道磁场对通电导线的作用
体验在初步探究的基础上，继续提出新问题的科研方法。
3．情感、态度与价值观
说明与建议
本节课的重点是磁场对电流的作用，教学过程设计建议设计成以教师演示为主的探究型课型。其中的演示实验要借助于实物投影。
问题的提出
1．做奥斯特实验，实验结果说明，电流对磁体有力的作用。（本质是电流的磁场对磁体的磁场的作用）
2．引导学生提出新问题，即磁体对电流是否也有作用呢？
实验探究
实验1：演示通电导体在磁场中受力的实验，这个实验说明磁体对电流也有力的作用，其实质是磁体的磁场对电流的磁场的作用。
3．进一步提出问题：磁场对电流的作用力的方向，是否总是一个方向？如果不是，那么又会跟哪些因素有关呢？
猜想：让学生猜想
实验验证
分析并得出结论
最后通过实验介绍左手定则。
注意：为了确保实验成功实验应注意的问题是：
1．尽可能的提高磁场强度，实验时可同时用两个蹄型磁体。也可将直导线绕制成巨型线圈，相当于增大电流。
2．尽可能的减小接触电阻，导轨与直导线要用细砂纸打磨（360#耐水砂纸）
第六节 电动机
教学目标
1．知识与技能
知道电动机是根据通电导体在磁场中受到力的作用原理制成的。
知道直流电动机中换向器的作用。
知道直流电动机工作的过程中，电能转化机械能。
2．过程与方法
经历制作模拟电动机的过程，知道直流电动机的结构和工作原理。
通过实验认识换向器的作用。
3．情感、态度与价值观
建议
本节课具有较强的综合性，是对旧知识的应用。
旧知识有：通电导体在磁场中受力；二力平衡；惯性。
新知识：电流换向器
本课的重点是直流电动机工作的过程。
课外实践活动 让线圈转起来
具体数据，请看教学参考。
第七节 电磁感应 发电机
教学目标
1．知识与技能
知道电磁感应现象。
知道产生感应电流的条件。
知道发电机的原理。
能区别交流电和直流电。
知道发电机工作时的能连转化。
2．过程与方法
通过探究，了解电流和磁场之间的联系。
观察和体验发电机是怎样发电的。
3．情感、态度与价值观
教学建议
本课的教学重点：是电磁感应现象。教学过程设计建议设计成以教师演示为主的探究型课型。其中的演示实验要借助于实物投影。
1．问题的提出
通过奥斯特实验，电流能产生磁场，反过来磁场能不能产生电流呢？
2．设计实验：
磁体、导线、电流表（检测电流的有无），研究的问题是，磁场和导线具有怎样的关系，才能使导线中产生电流。
3．实验探究
断开开关
①磁体、导线都静止；
②磁体静止，导线上下运动、前后运动、左右运动；
③导线静止，磁体上下运动、前后运动、左右运动；
闭合开关
①磁体、导线都静止；
②磁体静止，导线上下运动、前后运动、左右运动；
③导线静止，磁体上下运动、前后运动、左右运动；
分析证据得出结论。
发电机
1．结合模型和教学挂图或利用课件，认真讲解直流发电机工作原理。
2．结合模型和教学挂图或利用课件，认真讲解交流发电机工作原理。
同过两种发电机的学习，学生能够根据原理图可知发电机发出的电的性质。
说明：
本节的“ “知识窗”的内容不做考试要求。
法拉第是著名的物理学家，他从奥斯特实验磁针的跳动，引起他的思考，经过十几年的不懈的探索，终于发现了电磁感应现象，这一发现具有划时代的意义，极大的改善了人类的生活，推动了科学技术的进步，迎来了电气化的新时代。
建议在本节的教学中，要通过介绍法拉第发现电磁感应现象的物理学史，对学生进行科学态度和科学精神教育。
参考资料
电磁悬浮是对车载的悬浮电磁铁励磁而产生可控制的电磁场，电磁铁与轨道上长定子直线电机定子铁芯相互吸引，将列车向上吸起，并通过控制悬浮励磁电流来保证稳定的悬浮间隙。电磁铁与轨道之间的悬浮间隙一般控制在8~12mm。
高速磁浮铁路系统由线路、车辆、供电、运行控制系统等四个主要部分构成。
　中德双方合作建设磁浮线
　　2000年6月，中国上海市与德国磁浮国际公司合作进行中国高速磁浮列车示范运营线可行性研究。同年12月，中国决定建设上海浦东龙阳路地铁站至浦东国际机场高速磁浮交通示范运营线。2001年3月正式开工建设。
　　2002年12月31日，经过中德两国专家两年多的设计、建设、调试，上海磁浮运营线终于呈现在世界的面前。而她正式开始试运行的第一批客人就是中国国家政府上一届国务院总理朱镕基和德国现任总理施罗得先生。两位总理稳稳地乘坐在世界上唯一的磁浮运营线上，透过窗外，看着远远落在后面的汽车，享受着430km/h速度带来的快感，他们都点头笑了。
其他国家的磁浮交通发展历程
　　磁浮交通不仅在德国、中国取得了令世人瞩目的进展，从二十世纪70年代起日本、美国、加拿大、法国、英国等发达国家都相继进行了磁浮运输系统的开发。
　　在英国就曾有一条连接伯明翰机场和英特纳雄纳尔火车站的磁浮线路，600米长的距离，旅客只需90秒就能到达目的地。虽然这条磁浮线已经不再继续运营，但是她带来的磁浮冲击波无疑是震撼的。
　　在日本，早在1962年就开始研究常导磁浮技术。随着超导技术的迅速发展，从70年代初，日本开始转而研究超导磁浮技术。
　　1972年首次成功地进行了2.2吨重的超导磁浮列车试验，该车在480米长的试验线路上达到了每小时60公里。
1977年12月在宫崎磁浮试验线上，最高速度达到了每小时204公里。
　　1979年12月又将不载人运行的速度提高到了517km/h。
　　1982年11月，磁浮列车的载人试验获得成功。
　　1989年，不载人试验速度达到了每小时494公里。
　　1994年，不载人运行最高速度达到431km/h；载人磁浮列车试验时的最高速度达到411km/h。
　　好多人羡慕上海，因为上海拥有世界上唯一一条投入商业运营的磁浮线，因为有那么多的国家都参与了磁浮技术的研究，而只有上海建成了真正意义上的磁浮运营线。她的成功再次证明了磁浮技术的安全性、经济性、先进性；当然，其所带来的经济效应和政治效应更是无法估计的。
　　有人说：“磁浮列车是自大约200年前斯蒂芬森的“火箭”号蒸汽机车问世以来铁路技术最根本的突破。”这是一点都不为过的。应该说磁浮列车不仅仅是铁路技术的根本突破，更是现代交通工具的典范。
　　我们回首磁浮列车发展史的目的很明确：在纪念过去80多年历史的同时，更是为了迎接磁浮交通再造辉煌的到来。
次数 电流 匝数 磁性强弱
1 不变
2 不变
3 不变
次数 电流 匝数 磁性强弱
1 不变
2 不变
3 不变
高压电源
低压电源
S
低压电源
电源
G
_
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