第二節電流的磁場

教學目標

知識目標1.知道電與磁有密切的聯系,電流周圍存在著磁場。2.知道通電螺線管的磁場和條形磁體的磁場相似。3.會用安培定則確定通電螺線管兩端的極性或螺線管中的電流方向。4.了解電磁鐵,知道電磁鐵的特性。5.了解電磁繼電器的結構和工作原理。6.了解影響電磁鐵磁性強弱的因素。能力目標1.觀察和體驗通電導體與磁體間的相互作用,初步了解電和磁之間有某種聯系。2.探究通電螺線管的磁場。3.通過對實驗的分析,提高學生比較、分析、歸納、總結的能力。素養目標通過認識電與磁之間的相互聯系,使學生樂于探索自然界的奧秘。

教學重難點

教學重點奧斯特實驗、右手螺旋定則、電磁鐵。教學難點會用右手螺旋定則判斷通電直導線和通電螺線管周圍磁場的方向。

教學過程

一、新課導入電和磁從現象上看有很多相似的地方:帶電體能吸引輕小物體,磁體能吸引鐵磁性物質;電荷有正負兩種,磁極有南北之分;同種電荷相互排斥,異種電荷相互吸引;同名磁極相互排斥,異名磁極相互吸引。電現象和磁現象之間有這么多的共同點,那么這兩種現象之間是否存在某種聯系呢?二、教學步驟探究點1奧斯特實驗[閱讀課本]P143“奧斯特實驗”[思考]實驗中怎樣判斷磁場的存在呢?[提示]如果有磁場存在,小磁針會受到磁場力的作用。[思考]導線和小磁針的位置關系有講究嗎?[提示]在小磁針上方平行架一根導線。[思考]實驗時,通電時間不宜過長,這是為什么?[提示]導線中的電流過大,易將電源損毀。[思考]導線下的小磁針在什么情況下才會發生偏轉呢?[提示]導線中有電流通過時,小磁針發生偏轉;無電流通過時,小磁針不動。[思考]小磁針偏轉說明了什么?[提示]小磁針受到力的作用發生偏轉,說明通電導線周圍存在磁場。[思考]引起小磁針偏轉的原因是導線,還是導線中的電流?[提示]通電時小磁針發生偏轉,無電流通過時小磁針不動,而導線一直存在,所以引起小磁針偏轉的原因是電流。[小結論]通電導體周圍存在磁場。[思考]如果對調電源的正、負極,即改變導線中電流的方向,你觀察到了什么?[提示]觀察發現小磁針偏轉的方向發生了改變。[思考]電流產生磁場的方向與什么有關?[提示]其他因素沒變,只有電流的方向發生了改變。[歸納提升]通電導體周圍磁場的方向與電流的方向有關。[思考]拿走小磁針,通電導體周圍的磁場還存在嗎?[提示]小磁針的作用只是顯示磁場存在的。[歸納提升]奧斯特實驗揭示了電現象和磁現象之間有密切聯系。電可以生磁,即電流有磁效應。探究點2通電螺線管的磁場[閱讀課本]P144~145“將導線繞在圓筒上……你怎樣利用它來判斷通電螺線管的磁極?”[思考]螺線管是什么?[提示]將導線繞在圓筒上,可做成一個螺線管。[思考]通電直導線周圍存在磁場,那么把直導線繞在圓筒上做成螺線管,通電后其周圍是否也會產生磁場呢?[提示]通電導線周圍的磁場是由電流產生的,磁場的有無與導線的形狀無關。[思考]觀察通電螺線管周圍鐵屑的分布情況,對比條形磁體的磁場分布情況,你有什么發現?[提示]通電螺線管周圍的磁場與條形磁體的磁場相似。[思考]如何判斷通電螺線管的磁極?[提示]利用已知N、S極的小磁針來判斷。依據是同名磁極相互排斥,異名磁極相互吸引。[思考]螺線管上的線圈匝數對實驗有影響嗎?[提示]匝數多的螺線管周圍磁場強,小磁針受力大,實驗現象更明顯。[思考]通電螺線管周圍的磁場方向與什么因素有關?[提示]對調電源的正、負極,觀察小磁針的偏轉情況。[思考]除此之外,還有沒有其他改變方法呢?[提示]改變螺線管的繞向,觀察小磁針的偏轉情況。[思考]螺線管與電源正、負極的接法和螺線管的繞向對通電螺線管的極性有決定作用嗎?[提示]演示觀察如圖所示的情況,注意從“電源正負極的接法、螺線管的繞向、螺線管中的電流方向”三個方面觀察。[思考]圖甲和圖乙相同的是什么,不同的是什么?[提示]電源正、負極的接法不同,繞向相同,螺線管中電流的方向不同。[思考]圖甲和圖丙相同的是什么,不同的是什么?[提示]電源正、負極的接法不同,繞向不同,螺線管中電流的方向相同。[思考]決定螺線管兩端極性的因素是什么?[提示]螺線管中的電流方向相同,磁極方向就相同。[歸納提升]通電螺線管兩端的極性由螺線管中電流的方向決定,而跟螺線管的繞向和螺線管與電源正、負極的接法無關。[習題]在“探究通電螺線管外部磁場的方向”實驗中,閉合開關,螺線管兩端的小磁針發生偏轉,說明通電螺線管周圍有,通過小磁針靜止時極的指向確定該點磁場的方向,調換電源正、負極,小磁針偏轉方向改變,說明磁場方向與有關。

[分析]閉合開關后,螺線管兩端的小磁針發生偏轉,說明通電導體周圍存在磁場;小磁針靜止時N極的指向為該點磁場的方向;調換電源正負極,即改變螺線管中的電流方向,發現小磁針靜止時N極所指方向與原來相反,說明磁場方向與螺線管中的電流方向有關。[答案]磁場N電流方向[閱讀課本]P145~146“人們在發現和表述物理規律的同時……通電螺線管的N極。”[思考]在“探究通電螺線管外部的磁場分布”的實驗中,善于思考的小明同學用自己的方法總結出了通電螺線管的極性與電流方向之間的關系,如圖所示。如果電流沿著小猴子右手臂彎曲的方向,那么前方是通電螺線管的什么極?[提示]讓四指彎曲的方向與螺線管中電流方向一致,大拇指的指向就是前方,即為N極。[習題]如圖所示,開關閉合后,請標出通電螺線管的N極,并用箭頭標出小磁針N極的旋轉方向。[分析]根據電源的正、負極,可以確定電流從螺線管的右端流入,左端流出,結合線圈的繞向,可以確定螺線管的左端為N極,右端為S極;由于異名磁極相互吸引,同名磁極相互排斥,所以小磁針的N極將靠近螺線管的S極,N極向左轉動。[答案]如圖所示探究點3電磁繼電器[閱讀課本]P146“在通電螺線管內插入一個鐵芯……切斷的目的。”[思考]通電螺線管內插入鐵芯有什么作用?[提示]鐵芯容易被磁化,從而增強磁性。[小結論]在通電螺線管內插入一個鐵芯,就構成了電磁鐵。[思考]觀察電磁繼電器實物,你知道電磁繼電器是由哪些部分組成的嗎?[提示]按一定的次序觀察,從左到右有:彈簧片、電磁鐵、銜鐵、觸點等。[思考]電磁繼電器是怎樣工作的呢?[提示]電磁繼電器分為低壓控制電路和高壓工作電路。當低壓控制電路開關閉合,電磁鐵有磁性,銜鐵被吸引,動觸點和靜觸點吸合,高壓電路接通開始工作;當低壓控制電路開關斷開,電磁鐵沒有磁性,彈簧片將銜鐵拉起,動觸點和靜觸點斷開,高壓電路斷開,停止工作。[思考]電磁繼電器如何才能實現自動控制呢?[提示]實現自動控制的關鍵:在電磁繼電器的低壓電路中連入一個能在一定條件下自動接通或斷開電路的裝置,從而使電磁繼電器中的電磁鐵在一定的條件下具有或失去磁性,自動接通或斷開工作電路。[歸納提升]電磁繼電器的實質是一種利用弱電流、低電壓控制強電流、高電壓的“自動開關”。[習題]如圖所示是一個水位自動報警器的原理圖。水位到達金屬塊A之后,(選填“紅”或“綠”)燈亮;當綠燈亮時電磁鐵(選填“有”或“無”)磁性。

[分析]當水位沒有達到金屬塊A時,控制電路中沒有電流流過,電磁鐵沒有磁性,只有綠燈亮;當水位到達金屬塊A時控制電路接通,電磁繼電器有磁性,銜鐵被電磁鐵吸引拉下,紅燈亮。[答案]紅無探究點4自制一個電磁鐵[閱讀課本]P147“自制一個電磁鐵”[思考]你是怎樣判斷電磁鐵磁性的呢?[提示]能夠吸引大頭針說明電磁鐵有磁性,吸引大頭針的個數越多說明電磁鐵的磁性越強。[思考]制作電磁鐵時,為什么要將導線繞在鐵釘上?[提示]用木芯或紙芯,吸引的大頭針個數明顯減少,說明鐵釘可充當鐵芯,從而增強電磁鐵的磁性。[思考]移動滑動變阻器,再觀察吸引大頭針的個數,電磁鐵的磁性強弱與電流的大小有關嗎?[提示]滑動變阻器接入電路的阻值變小,吸引的大頭針個數變多。[小結論]通過電磁鐵的電流越大,電磁鐵的磁性越強。[思考]帶有絕緣皮的導線在鐵釘上繞很多圈,這樣做的好處是什么?[提示]增加線圈匝數,可以增強電磁鐵的磁性。[思考]增加線圈的匝數,電磁鐵吸引大頭針的個數有變化嗎?[提示]吸引大頭針的個數增加,說明電磁鐵的磁性增強。[小結論]當電流一定時,電磁鐵線圈的匝數越多,磁性越強。[歸納提升]電磁鐵通電時有磁性,斷電時沒有磁性;當電磁鐵線圈的匝數一定時,通過電磁鐵的電流越大,電磁鐵的磁性越強;當電流一定時,電磁鐵線圈的匝數越多,磁性越強。[思考]你能改變電磁鐵的磁極嗎?采用什么方法最簡單呢?[提示]通電螺線管的磁場方向與電流的方向有關,在不改變電磁鐵繞法的情況下,只要對調電源正、負極的接法就可改變螺線管中的電流方向,即改變了電磁鐵磁極。[歸納提升]電磁鐵的優點:電磁鐵的磁性有無可以控制;電磁鐵的磁性強弱可以控制;電磁鐵的磁場方向可以控制。[習題]許多自動控制的電路中都安裝有電磁鐵。有關電磁鐵的說法正確的是 ()A.電磁鐵的鐵芯,可以用銅棒代替B.電磁鐵不論通電與否都有磁性C.當電磁鐵中電流方向改變時,電磁鐵就失去磁性D.電磁鐵是根據電流的磁效應制成的[分析]電磁鐵的鐵芯,不能用銅棒代替,因為銅棒通電后不能被磁化;根據電磁鐵的特點可知,有電流,有磁性,無電流,無磁性;電流方向改變時,只能改變電磁鐵的極性,不能讓電磁鐵的磁性消失;電磁鐵是根據電流的磁效應制成的。[答案]D[思考]在“探究影響電磁鐵磁性強弱的因素”實驗中,小雪制成由簡易電磁鐵甲、乙組成的電路,閉合開關,滑動變阻器的滑動觸頭移至滑動變阻器的中點附近時,電磁鐵吸引大頭針的情況如圖所示,由此可以得出的實驗結論是什么?[提示]甲、乙串聯,控制了通過電磁鐵的電流大小相等;甲的線圈匝數多,吸引的大頭針個數多,說明甲的磁性強。所以可以得出:當通過電磁鐵的電流相同時,線圈匝數越多,磁性越強。[思考]在此基礎上,小雪想讓電磁鐵甲、乙吸引大頭針的個數增多,應該如何操作呢?[提示]電磁鐵的磁性強弱除了與線圈匝數有關,還與通過電磁鐵的電流大小有關。所以將滑動變阻器向左移動可增大通過電磁鐵的電流,從而增強電磁鐵的磁性,電磁鐵吸引大頭針的個數隨之增加。三、板書設計第二節電流的磁場1.奧斯特實驗(1)通電導體周圍存在磁場(2)通電導體周圍磁場的方向與電流的方向有關2.通電螺線管的磁場(1)通電螺線管的磁場與條形磁鐵的磁場相似(2)右手螺旋定則3.電磁繼電器(1)電磁繼電器的組成(2)電磁繼電器