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电与磁
章首语
本章内容以“磁现象”为主线,从简单的磁现象入手,逐步深入到磁场、电流的磁场、电磁铁及其应用、磁场对通电导体的作用力以及电磁感应现象,层层递进,逻辑清晰。教材注重联系生活实际,通过丰富的实验和实例,引导学生从感性认识上升到理性认识,为后续学习电磁学知识奠定基础。
九年级学生已经具备了一定的物理基础知识和实验探究能力,对电学知识有了一定的了解,但对磁现象的认识还停留在感性阶段,缺乏系统的理论知识和实验验证。同时,学生对电磁学现象充满好奇,具有较强的求知欲和探索精神,这为本章的学习提供了良好的心理基础。
1.通过实验,认识磁场。知道地磁场。
例1查阅资料,了解我国古代指南针的发明对人类社会发展的贡献。
活动建议:利用磁体和缝衣针制作指南针,验证同名磁极相互排斥、异名磁极相互吸引
2.通过实验,了解电流周围存在磁场。探究并了解通电螺线管外部磁场的方向。了解电磁铁在生产生活中的应用。
活动建议:查阅资料,了解我国磁悬浮列车的发展状况,讨论电磁技术在其中的应用。
3.通过实验,了解通电导线在磁场中会受到力的作用,知道力的方向与哪些因素有关。
例2了解动圈式扬声器的结构和原理。
例3了解直流电动机的工作原理。
4.探究并了解导体在磁场中运动时产生感应电流的条件。了解电磁感应在生产生活中的应用。
例4了解发电机的工作原理。
【物理观念】
学生需要掌握磁场作为物质存在的一种形式,能够运用磁感线模型描述磁场的强弱和方向,理解磁体间通过磁场传递力的相互作用本质,以及磁场对磁体或电流的作用。通过奥斯特实验和电磁感应实验,学生将建立“电生磁”与“磁生电”的辩证关系,领悟电动机与发电机的互逆原理,体会能量转化的物理思想。此外,学生还需分析电磁铁、电动机、发电机等装置的结构与原理,理解物理规律是技术发展的基石,并通过磁悬浮列车、电磁继电器等现代科技实例,认识电磁学对社会生产生活的深远影响。
【科学思维】
通过磁感线模型抽象描述磁场分布,理解模型法在物理研究中的作用,如条形磁铁和通电螺线管的磁感线分布。运用控制变量法推理电磁铁磁性强弱的影响因素,如电流大小、线圈匝数和有无铁芯,并通过逻辑推理归纳产生感应电流的普遍条件,如闭合电路和部分导体切割磁感线。学生还需熟练使用右手螺旋定则判断通电螺线管的磁极与电流方向的关系。
【科学探究】
科学探究能力的培养是本章的重要内容。学生设计对比实验验证磁极间相互作用规律,如同性相斥、异性相吸,并自主设计实验方案探究影响电磁铁磁性强弱的因素,如控制电流和线圈匝数等变量。通过铁屑分布实验观察磁场分布,绘制磁感线示意图,并利用灵敏电流计记录电磁感应现象中的电流方向,归纳与导体运动方向、磁场方向的关系。
【科学态度与责任】
学生将通过重现奥斯特实验和法拉第电磁感应实验,感悟科学家探索真理的执着与创新精神。在实验中坚持实事求是,如发现感应电流方向与预期不符时,主动反思操作步骤与逻辑推理。结合司南到现代指南针的发展史,学生将体会中国古代科技智慧对世界文明的贡献,并通过对比中外科学家在电磁学领域的成就,如沈括《梦溪笔谈》与法拉第的研究,增强民族自豪感与开放包容的科学态度。
本章教学将以“探究”为主线,采用“问题引领、实验探究、合作交流、归纳总结”的教学模式,引导学生主动参与知识的建构过程。通过展示与磁现象相关的图片、视频或实验,创设问题情境,激发学生的学习兴趣和探究欲望。设计一系列探究实验,引导学生观察现象、提出问题、进行猜想、设计实验、收集证据、分析论证、得出结论,从而构建物理概念,理解物理规律。组织学生进行小组合作学习,交流讨论实验现象和结论,分享学习成果,深化对知识的理解。结合生活实际,引导学生运用所学知识解释生活中的磁现象,了解电磁学知识在生产和生活中的应用,体会物理知识的价值。
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电与磁
第一节　简单磁现象
方式一　【故事导入】
故事:传说秦始皇统一六国后,为了自己逍遥作乐,建造了一座富丽堂皇的阿房宫。由于秦始皇经历过几次遇刺,虽都侥幸脱险,但仍使他整日提心吊胆,生怕再有人前来刺杀,因此在建造阿房宫时,他命令工匠在大门上安装“机关”使得身披铁甲,怀揣利刃的刺客休想进入。
导入语:你知道聪明的工匠们是怎样解决这一难题的吗 学习了本节内容,我们便会找到答案。引入新课。
方式二　【问题导入】
师:同学们知道我国最早的指南针叫什么吗
生:司南。
师:在我国古代就有相关的研究和记载,东汉时期,著名学者王充在《论衡》中是这样记述:“司南之杓,投之于地,其柢指南。”沈括在《梦溪笔谈》中有如下补充:“常微偏东,不全南也。”
师:今天,磁场与我们的生活密切相关,小到磁性飞镖、电磁炉,大到核磁共振成像仪、磁悬浮列车,可以说,磁场无处不在。我们今天先来认识磁现象和磁场。(投影图片,如图14-1-1所示)引入新课。
图14-1-1
1.磁极的成对性
在同一个磁体上,不同的部位磁性是不同的,条形磁体的两极磁性最强,中间磁性最弱。任何一个磁体无论其大小、形状如何,都具有两个磁极,即N极、S极。磁体的磁极总是成对出现的。将一根条形磁体分为两段,每一段两端各是一个磁极(如图14-1-2所示)。如果将两段磁体互相吸引合为一体,则靠近的两个磁极将不复存在,整个磁体仍只有两个磁极。环形磁体没有端点,它的两极是环中相对的两个面。
图14-1-2
2.教师讲解磁化的知识
分组实验:
实验一:磁化软铁棒
步骤:用条形磁铁的一端沿同一方向多次摩擦软铁棒并然后用指南针检测软铁棒是否获得磁性。
记录:学生填写实验记录表,记录观察结果。
实验二:磁化钢棒
步骤:用条形磁铁的一端吸引钢棒,再让钢棒吸引铁钉并观察;再移走条形磁铁,观察钢棒上的铁钉会掉吗
记录:学生观察并记录。
小组讨论:学生根据实验结果,讨论磁化的条件和效果,教师巡回指导,解答疑问。
简述去磁化概念:去磁化是指通过加热、敲击等方式使物体失去磁性的过程。
[中考解读] 本节涉及的内容是磁体和磁化的知识,是中考考查的热点之一。其中磁体的磁极、磁体南北极的确定是最常见的考查问题,同时还经常考查磁性材料的知识。中考中多以选择题、填空题和作图题的形式出现。
例1　(平凉中考)下列物品中,能被磁铁吸引的是 (　　)
A.粉笔 B.塑料尺 C.大头针 D.橡皮擦
[答案] C
例2　(天水中考)只有两根外观相同的铁棒,请你说说如何区分哪根有磁性,哪根没有磁性
[答案] 将其中一根铁棒水平放置,竖着拿另一根铁棒的一端从水平的铁棒的左端慢慢向右端滑行,如果引力不变,说明竖着的铁棒有磁性,如果磁性由大变小,再由小变大,说明水平的铁棒有磁性。
材料一——指南针
图14-1-3
指南针(如图14-1-3所示)又称指北针,主要组成部分是一根装在轴上的磁针,磁针在地磁场的作用下可以自由转动并保持在磁子午线的切线方向上,磁针的北极指向地理的北极,利用这一性能可以辨别方向。常用于航海、大地测量、旅行及军事等方面。物理上指示方向的指南针的发明三部曲:司南、磁针和罗盘。它们均属于我国的发明。
指南针是古代汉族劳动人民在长期的实践中对物体磁性认识的结果。作为中国古代四大发明之一,指南针的发明对人类的科学技术和文明的发展,起了到无可估量的作用。在我国古代,指南针最先应用于祭祀、礼仪、军事和占卜看风水时确定方位。11世纪末12世纪初,船舶开始使用指南针导航。北宋《萍州可谈》有记载:“舟师(掌舵者)识地理,夜则观星,昼则观日,阴晦观指南针。”
指南针应用在航海上,是全天候的导航工具,弥补了天文导航、地文导航之不足,开创了航海史的新纪元。同时,航海活动也进一步促进了指南针的发展。
　　材料二——指南针为什么会指南
图14-1-4
我们知道磁极间的相互作用规律为:同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引,那么,地球本身就是一个巨大的磁体,它的南极和北极位于地球的两极。根据磁极之间相互作用的规律,指南针的北极与地磁的南极相互吸引,指南针的南极与地磁的北极相互吸引。所以,指南针静止时,它的北极总是指向地球的北极,南极指向地球的南极。公元11世纪,我国科学家通过长期的观察发现,指南针的指向并不是地球的正南和正北,而是略微偏离一点(如图14-1-4所示)。也就是说,地球的两极和地磁的两极并不完全重合。地磁的N极在地球的南极附近,地磁的S极在地球的北极附近。意大利航海家哥伦布横渡大西洋时(1492年),才观察到这一现象,比我国科学家发现要晚400多年。
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电与磁
第一节　简单磁现象
教 材 解 读 　本节是磁学的起始课,包括以下教学内容:简单的磁现象、磁体、磁极、磁化、永磁体、磁性材料。在本节教科书中,几乎全部的规律、概念都是由实验推导而来的,做好学生实验及演示实验非常重要。
学 习 目 标 物理观念 　1.认识磁体、磁极、磁化、永磁体、磁性材料,知道磁体有吸铁性和指向性。 　2.了解磁性材料及磁性材料的应用。
科学思维 　通过列举生活生产材料,认识磁性材料,感知磁体的性质。
科学探究 　通过实验和探究活动,认识磁体和磁极。
科学态度 与责任 　1.通过指南针的制作以及对磁现象的了解,使学生具有将科学技术应用于日常生活、社会实践的意识。 　2.通过了解我国古代在对磁的研究方面取得的成就,使学生进一步提高民族自豪感和学习物理的兴趣。
重 点 难 点 　重点:知道磁体与磁极。 　难点:区分硬磁材料和软磁材料。
合 作 探 究 　制作指南针 　材料:两根缝衣针,一块磁体,一块泡沫塑料(圆柱体),彩笔,一次性手套 　过程:将缝衣针并在一起,在磁体上的一个磁极上沿着同一方向摩擦20次左右,两端套上泡沫塑料片,并涂上红色和蓝色。 　现象:将缝衣针悬空放在水平面,静止时,会看到缝衣针指向南北。 　原理:磁化。
备课 资料 　　word版电子教案、匹配的课件见电子资源
教师活动 学生活动 设计意图
【导入新课】 情境引入: 利用多媒体请学生看资料——指南针的历史,了解磁的发现和利用历程,创设情境,引入新课。 今天我们就来学习跟磁有关的知识。 学生观看视频,并抢答。 由指南针引出磁现象,提高学生学习的兴趣,从而想去了解磁知识。
【探究新知】 1.磁体和磁极 同学们小时候玩过磁铁去吸引一下物品,如铁钉、大头针、塑料尺、橡皮、纸、钥匙、硬币等。哪些材质的物品可以被磁铁吸引 通过上图实验和经验,我们知道物体能够吸引含有铁、钴、镍等物质的物品,我们就说它具有磁性,具有磁性的物体称为磁体。 将一根条形磁体放入一堆铁屑中,然后取出来观察,可以看到条形磁体两端吸引铁屑最多,中间最少,说明磁体上各处的磁性强弱不同,我们将磁性最强的两个部位称为磁极。 如图(b)所示,将一根条形磁体悬挂起来,使其多次在水平位置自由转动,发现条形磁体最终会停在南北方向,我们把总是指向南方的磁极称为S极,总是指向北方的磁极称为N极。根据日常生活经验可知:同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引。 条形磁体和小磁针同名和异名磁极靠近时观察。 归纳总结:同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引。 学生回忆并作答 学生演示 学生观察,思考、交流。 　 教师演示,让学生认识到磁铁吸引的物品,并理解磁性和磁体。 理解磁极,让学生自己动手,增强自信心和兴趣。 教师再和电荷间相互作用规律对比,让学生记忆更深刻。
(续表)
教师活动 学生活动 设计意图
2.磁化 如图甲所示,原来没有磁性的大铁钉在靠近一个条形磁体的磁极时,有了磁性,能吸引小铁钉了。在磁体的影响下,使原来没有磁性的物体有了磁性的过程叫作磁化。如果将条形磁体与大铁钉分离,将会看到大铁钉上的小铁钉会掉落,说明大铁钉的磁性消失。 如图乙所示,换成钢棒重复做此实验移走磁体,钢棒仍然能吸住小磁针,表明钢棒的磁性并不消失。像钢棒这种磁化后能长期保持磁性的物体叫作永磁体。 分组实验: 实验一:磁化软铁棒 步骤:用条形磁铁的一端沿同一方向多次摩擦软铁棒,然后用指南针检测软铁棒是否获得磁性。 记录:学生填写实验记录表,记录观察结果。 实验二:磁化钢棒 步骤:用条形磁铁的一端吸引钢棒,再让钢棒吸引铁钉,观察;再移走条形磁铁,观察钢棒上的铁钉会掉吗 记录:学生观察并记录。 小组讨论:学生根据实验结果,讨论磁化的条件和效果。 3.磁性材料 阅读教材P141~P142,观察课本图片14.1-4甲和乙。 学生观察 学生分组实验,观察现象,交流讨论 教师引导通过实验让学生区别软磁体和永磁铁。 教师巡回指导,解答疑问。教师拓展,请同学们想想如何消磁。
(续表)
教师活动 学生活动 设计意图
通过阅读课本,了解到磁性材料的分类,生活中的运用。 [拓展]磁现象的利用和弊端 磁现象的利用: 磁现象的弊端: 　　课堂小结(略) 　　课堂练习(略) 　　布置作业(略) 学生阅读教材,回答问题。 学生思考、交流、讨论 教师让学生掌握磁性材料的区别及运用。 通过猜想和实际生活的经验,培养学生观察和思考的能力。
学点1　认识磁体
结合如图14-1-5所示的器材,完成下面的探究,并回答问题:
图14-1-5
问题1:将条形磁体、锯条、钢尺、磁针分别接近铁屑、大头针时,能够吸引起铁屑和大头针的是　条形磁体、磁针　,不能够吸引起铁屑和大头针的是　锯条、钢尺　。像这种能够吸引铁、钴、镍等物质的性质叫　磁性　,具有　磁性　的物体叫　磁体　。
问题2:将铁屑均匀地摊在白纸上,让条形磁体慢慢地靠近铁屑,观察到的现象是　条形磁体两端吸引的铁屑最多,中间吸引的铁屑最少　,这说明条形磁体的两端磁性最强(把它叫作磁极),中间的磁性最弱。
问题3:如图14-1-6所示,用细线将条形磁体悬挂起来,让它自由转动,待磁体静止时,总是一端　指南　,一端　指北　,指南的一端是磁体的　南极　,又叫作　S　极;另一端是　北极　,又叫作　N　极。
图14-1-6
问题4:如图14-1-7所示,用条形磁体接近小磁针,从图示现象可以得出磁极间的相互作用规律是　同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引　。
图14-1-7
问题5:李明同学不小心将条形磁体掉在地上,结果磁体一分为二,摔断的磁体还具有两个磁极吗
[答案]磁体都具有两个磁极,一个磁体被分成两半后,在断面处出现相反的两个磁极,所以摔断的磁体每一块仍然具有两个磁极。
学点2　磁性材料
阅读教材P141~P142,回答如下问题:
问题1:磁性材料按其磁化后保存磁性的情况不同分为　硬磁材料　和　软磁材料　。
问题2:　硬磁　材料被磁化后具有保持磁性的性质,常见的硬磁材料有高碳钢、铝镍钴合金、钛钴合金、钐钴合金、钡铁氧体等,它们除了可以制成各种各样的　永磁体　外,还应用于　磁记录　,如录音磁带、录像磁带等。
问题3:　软磁　材料被磁化后,不能长期保持磁性,如　硅钢　、　软铁　、　铁镍合金　、锰锌铁氧体等,可以用来制造变压器、电磁铁和录音头的　铁芯　、收音机中的　磁性天线　等。
问题4:含有　钕　这种稀土元素的钕铁硼合金是一种新型的、优良的永磁材料,用它制造的永磁体的磁性要比一般材料强很多倍。
问题5:冰箱门能吸引得比较严密,是因为橡胶条里面含有　永磁材料　,是利用　磁体具有吸引铁、钴、镍等物质的性质　的原理吸引在一起的。
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