16．3探究電磁鐵的磁性1．知道什么是電磁鐵，了解電磁鐵在生產(chǎn)、生活和自動控制中的應(yīng)用。2．理解電磁鐵的特性和工作原理。3．經(jīng)歷探究電磁鐵磁性強(qiáng)弱跟哪些因素有關(guān)的過程，進(jìn)一步熟悉控制變量法。重點1．電磁鐵的工作特點。2．實驗探究電磁鐵磁性強(qiáng)弱與哪些因素有關(guān)。難點理解影響電磁鐵磁性強(qiáng)弱的因素。電磁鐵，干電池，開關(guān)，大頭針，導(dǎo)線，鐵釘，漆包線，電流表，多媒體等。一、創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入新知我們學(xué)習(xí)了磁體具有磁性，那么利用天然磁體來服務(wù)于社會是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不方便的。在上一節(jié)課，我們學(xué)習(xí)了電流的磁效應(yīng)，知道電流可以產(chǎn)生磁場，利用電能產(chǎn)生磁場而應(yīng)用于社會具有重大的應(yīng)用價值，這種磁體我們稱之為電磁鐵。本節(jié)課我們將介紹電磁鐵。二、自主合作，感受新知閱讀教材并結(jié)合生活實際，完成《探究在線·高效課堂》“預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)”部分。三、師生互動，理解新知(一)認(rèn)識電磁鐵如圖16－21與16－22所示，磁懸浮列車和電磁起重機(jī)是由電磁鐵組成的，那么電磁鐵是什么？是我們上節(jié)課所講的通電螺線管嗎？能滿足于工業(yè)應(yīng)用的電磁鐵一般具有較強(qiáng)的磁性，那么通電螺線管是否能夠滿足于工業(yè)化所需要的強(qiáng)磁性呢？首先我們來看一下課本活動1A，來認(rèn)識一下電磁鐵的組成。圖16－23給出了電磁鐵的結(jié)構(gòu)。讓學(xué)生經(jīng)歷觀察—拆卸—觀察—組裝的過程，把觀察結(jié)果填在課本上。要求：(1)明確目的；(2)在拆卸過程中要注意不要損壞器材；(3)拆卸下來的零件要有序放置，以方便最后的重新組裝；(4)觀察要分清主次，注意根據(jù)實驗?zāi)康呐袛嗄男┦侵饕考?，哪些是次要部件等等。通過活動，知道電磁鐵通常是由鐵芯、線圈和銜鐵組成。顯然，線圈即通電螺線管，銜鐵為受磁場吸引的鐵片，那么鐵芯的作用是什么呢？它是否影響著電磁鐵磁性的強(qiáng)弱呢？2．研究電磁鐵的磁性課本活動1B：制作簡易電磁鐵，了解電磁鐵的磁性。學(xué)生活動：選用合適的器材制作一個螺線管，并將它接入如圖16－25所示的電路中。將鐵釘插入螺線管內(nèi)，接通電路，觀察其磁性的變化情況。實驗表明，當(dāng)通電螺線管內(nèi)插入鐵釘時，其磁性明顯增強(qiáng)。因此，人們在利用通電螺線管的磁性時，通常都要把螺線管緊密地套在一個鐵釘上，這樣就構(gòu)成了一個電磁鐵。思考：如果用竹筷代替鐵釘插入螺線管內(nèi)，其磁性有無變化？學(xué)生通過動手操作，發(fā)現(xiàn)磁性無變化。實驗演示：取一根鐵釘，讓它接觸大頭針，發(fā)現(xiàn)不能吸引，將漆包線繞在上面制成線圈，通電后發(fā)現(xiàn)它能夠吸引大頭針了。斷開開關(guān)，可以看到大頭針又掉下來了。此現(xiàn)象說明了什么？(電磁鐵通電后具有磁性，斷電后無磁性)你能總結(jié)出電磁鐵磁性的特點嗎？在學(xué)生廣泛討論，說出自己的猜測后，讓學(xué)生以小組為單位，實驗探究電磁鐵的極性性質(zhì)：按如圖16－25所示電路圖正確連接電路，實驗過程中用磁針檢驗電磁鐵的磁場；通電后，可以先根據(jù)連接電路情況，利用右手螺旋定則判斷電磁鐵的極性，然后利用磁針檢驗判斷是否正確。一方面復(fù)習(xí)右手螺旋定則，同時加深“電磁鐵磁極性質(zhì)可以改變”印象。最后，讓學(xué)生匯報實驗成果，老師點撥總結(jié)。(1)電磁鐵的磁性強(qiáng)弱可以由電流的大小來控制；(2)電磁鐵的磁性有無可以由通斷電來控制；(3)電磁鐵的極性可以由電流方向來控制。典例解讀【例1】小明同學(xué)在一個空心紙管上繞了一些漆包線，為了使導(dǎo)線通電后產(chǎn)生的磁場明顯增強(qiáng)，可以采用的辦法是()A．拆去若干圈導(dǎo)線，使所繞導(dǎo)線的電阻減小一些B．在空心紙管內(nèi)部放入一個盡量粗一些的鐵芯C．再多繞若干圈導(dǎo)線，并在空心紙管內(nèi)部放入一個銅芯D．在空心紙管內(nèi)部放入任意材料的金屬都可以【解析】電磁鐵所繞導(dǎo)線電阻對電磁鐵磁性沒有影響，所以拆去若干圈導(dǎo)線，使所繞導(dǎo)線的電阻減小一些不會影響電磁鐵磁性的變化，不符合題意；在空心紙管內(nèi)部放入一個盡量粗一些的鐵芯，此時鐵芯被磁化，螺線管的磁場和鐵芯的磁場共同作用，使電磁鐵磁性大大增強(qiáng)，符合題意；再多繞若干圈導(dǎo)線可以增強(qiáng)磁場，但是增強(qiáng)的不是太大，在空心紙管內(nèi)部放入一個銅芯，銅不是磁性材料，銅芯不能被磁化，銅芯周圍不會產(chǎn)生磁場，不符合題意；只有磁性材料放在螺線管的中間，磁性材料才能被磁化，電磁鐵的磁場才能大大增強(qiáng)，不符合題意。【答案】B【例2】關(guān)于電磁鐵的特點，下列說法錯誤的是()A．電磁鐵通電時有磁性．?dāng)嚯姇r無磁性B．通入電磁鐵的電流越大，它的磁性越強(qiáng)C．在電流一定時，外形相同的螺線管，線圈匝數(shù)越多，磁性越強(qiáng)D．當(dāng)通入電磁鐵的電流方向改變后，電磁鐵就會失去磁性【解析】電磁鐵通電時有磁性，斷電時無磁性，說法正確，不符合題意；在線圈和鐵芯一定時，電流越大，電磁鐵磁性越強(qiáng)，說法正確，不符合題意；在電流一定時，外形相同的螺線管即鐵芯相同，線圈匝數(shù)越多，磁性越強(qiáng)，說法正確，不符合題意；當(dāng)通入電磁鐵的電流方向改變后，電磁鐵的磁極改變，電磁鐵有磁性，說法錯誤，符合題意?！敬鸢浮緿(二)電磁鐵磁性的強(qiáng)弱跟哪些因素有關(guān)思考：為什么在各自制作的電磁鐵吸引的大頭針數(shù)目會不一樣多？電磁鐵的磁性強(qiáng)弱除了與電流的大小有關(guān)，它還與哪些因素有關(guān)呢？讓學(xué)生猜想并說明猜想的依據(jù)。學(xué)生容易猜想到的因素有：①電流的大??；②線圈匝數(shù)的多少；③鐵芯的大??；④組成線圈的導(dǎo)線材料、粗細(xì)等等。上面的幾種猜想是學(xué)生根據(jù)已有的知識基礎(chǔ)提出的，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生對這些猜想進(jìn)行篩選，確定共同的研究目標(biāo)。其中組成線圈的導(dǎo)線材料、粗細(xì)等對電磁鐵磁性的影響都可引導(dǎo)歸入電流的大小。所以只研究電磁鐵磁性強(qiáng)弱與電流大小、線圈匝數(shù)多少的關(guān)系即可。1．交流和討論制定出實驗方案：(1)保持線圈匝數(shù)相同，鐵芯相同，探究電磁鐵磁性強(qiáng)弱與電流大小的關(guān)系；(2)在鐵芯相同，電流相同的情況下，探究電磁鐵磁性強(qiáng)弱與線圈匝數(shù)多少的關(guān)系。2．設(shè)計實驗，思考：(1)在實驗中如何顯示電磁鐵磁性的強(qiáng)弱？(2)在探究電磁鐵磁性強(qiáng)弱與電流大小的關(guān)系時，①怎樣保證線圈和鐵芯相同？(使用同一個電磁鐵或兩個完全相同的電磁鐵)②怎樣改變、顯示線圈中的電流？(3)在探究電磁鐵磁性強(qiáng)弱與線圈匝數(shù)多少的關(guān)系時，①怎樣改變線圈的匝數(shù)？(在同一個鐵芯上分別纏繞不同匝數(shù)的線圈，或用兩個鐵芯一樣匝數(shù)不同的線圈)②怎樣保持電流相同？(把匝數(shù)不同的線圈先后接入同一個電路，通過滑動變阻器調(diào)節(jié)，或?qū)删€圈串聯(lián)在同一個電路中)3．進(jìn)行實驗實驗電路采用課本圖16－26所示(a)、(b)的電路。實驗過程中，教師要給學(xué)生做如下具體指導(dǎo)：(1)正確連接電路；(2)控制變量時，為了使實驗效果明顯，要使不同的量的差別較大些；(3)每次實驗時，都應(yīng)將顯示磁性強(qiáng)弱的大頭針或曲別針與電磁鐵盡可能充分接觸。進(jìn)行實驗收集數(shù)據(jù)：(1)按照預(yù)設(shè)的實驗方案制作電磁鐵，連接電路。(2)研究電磁鐵的磁性強(qiáng)弱與線圈匝數(shù)的關(guān)系：改變線圈匝數(shù)時要調(diào)節(jié)滑動變阻器阻值，觀察電流表示數(shù)，保持通過線圈的電流值一定，然后用電磁鐵吸引大頭針，記錄線圈匝數(shù)、線圈中電流、電磁鐵吸引大頭針數(shù)目。(3)研究電磁鐵的磁性強(qiáng)弱與通過線圈電流的關(guān)系：保持接入電路的電磁鐵的線圈匝數(shù)不變，調(diào)節(jié)滑動變阻器阻值，觀察電流表示數(shù)，然后用電磁鐵吸引大頭針，記錄線圈匝數(shù)、線圈中電流、電磁鐵吸引大頭針數(shù)目。實驗結(jié)束后，指導(dǎo)學(xué)生對實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對實驗結(jié)果進(jìn)行解釋和描述。小組之間互相交流、分類整理，得出結(jié)論：電磁鐵磁性強(qiáng)弱與電流大小、線圈匝數(shù)的多少有關(guān)。在線圈匝數(shù)一定的情況下，電流越大，電磁鐵磁性越強(qiáng)；在電流相同的情況下，線圈匝數(shù)越多，電磁鐵磁性越強(qiáng)。師生討論：改變線圈匝數(shù)，改變通過線圈中的電流，都可以改變線圈的磁性強(qiáng)弱。在實際的應(yīng)用中，哪一種方法更方便？(改變通過線圈中的電流更方便)典例解讀【例3】為了探究電磁鐵的磁性強(qiáng)弱跟哪些因素有關(guān)，小琴同學(xué)用漆包線在大鐵釘上繞若干匝，制成簡單的電磁鐵，圖甲、乙、丙、丁為實驗中觀察到的四種情況。(1)當(dāng)開關(guān)閉合后，請在甲圖中標(biāo)出磁體的N極；(2)比較圖______和______可知：匝數(shù)相同時，電流越大，磁性越強(qiáng)；(3)由圖______可知：當(dāng)電流一定時，匝數(shù)越多，磁性越強(qiáng)?！窘馕觥坑捎沂致菪▌t可判斷出甲圖中上端為N極，下端為S極；乙圖與丙圖中線圈的匝數(shù)相同，變阻器接入電路中的電阻值不同，通過丙圖線圈中的電流大，丙圖中電磁鐵吸引的大頭針多，說明匝數(shù)相同時，電流越大，磁性越強(qiáng)；丁圖中兩線圈匝數(shù)不同，左邊少，右邊多，串聯(lián)后，通過兩線圈的電流相同，從題圖知右邊的電磁鐵吸引的大頭針多，說明在電流相同時，線圈的匝數(shù)越多，磁性越強(qiáng)?！敬鸢浮?1)N極在上端(2)乙丙(3)丁(三)電磁鐵的應(yīng)用思考：電磁鐵有什么應(yīng)用呢？利用電磁鐵原理制備的有磁懸浮列車、電磁閥門車、電磁起重機(jī)、電鈴、電話、磁帶等，大家能否解釋它們利用電磁鐵的工作原理？磁浮列車不同于一般輪軌粘著式鐵路，它沒有車輪，是借助無接觸的磁浮技術(shù)而使車體懸浮在軌道的導(dǎo)軌面上運行的鐵路。磁浮列車被喻為21世紀(jì)生態(tài)純凈的交通運輸工具，它利用電磁感應(yīng)的作用，沿導(dǎo)軌漂浮于空氣中，與其軌道沒有直接的接觸，沒有旋轉(zhuǎn)部件，靠磁力推進(jìn)，時速可達(dá)300公里以上，因此磁浮列車具有高速、安全、舒適和低噪聲等優(yōu)點，而受到各國的重視。同學(xué)們根據(jù)課本圖16－27解釋電鈴的工作原理。讓學(xué)生閱讀課文P16“STS”了解電話和磁帶錄音。典例解讀【例4】如圖是某同學(xué)連接的電鈴電路，開關(guān)閉合后，電路中始終有電流，但電鈴只響一聲就不再響了，原因是()A．電磁鐵始終沒有磁性B．銜鐵一直被電磁鐵吸著不能回彈C．銜鐵沒有向下運動D．電池正、負(fù)極接反了【解析】當(dāng)開關(guān)閉合后，電路中有電流，電磁鐵有磁性，吸引銜鐵，銜鐵被