电磁铁及其应用

第十四章磁现象第四节电磁铁及其应用北达资源中学周立松一、教学背景分析本节知识是在讲解了电流的磁场和通电螺线管的磁场之后的一节课，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。图14-4-1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。图14-4-1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。图14-4-2进一步图14-4-2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。图14-4-3（3）电磁铁的应用：图14-4-34.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．减少螺线管的匝数图14-4-4图14-4-4ABCDC．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