资源简介

/ 让教学更有效 精品试卷 | 物理学科
电与磁
第三节　电流的磁场
方式　【情境导入】
师表演:老师给学生表演一个魔术——纸盒吸引铁屑,断开开关,再去接触铁屑,就不能吸引铁屑。
(注:引起学生的思维冲突,教师此时将纸盒打开,让学生明白,刚才产生的磁可能跟电有关。)
师:盒中可能是什么 你猜想盒中的磁性可能与什么有关
(引导学生回答)
引入新课。
1.讲解通电螺线管周围的磁场
图14-3-1
(1)通电螺线管的磁场特征:通电螺线管外部的磁场和条形磁体的磁场相似,它的两端相当于条形磁体的两个极,如图14-3-1所示。
(2)通电螺线管的极性跟通电螺线管中电流的方向有关。
[拓展]通电螺线管外部的磁感线是从北极出发,回到南极的,其内部的磁感线则是一些与螺线管的轴线平行的直线,方向是从南极指向北极。通电螺线管的磁感线是封闭的曲线。
2.演示实验改进:奥斯特实验
(1)原实验缺点
实验效果并不明显,用导线将电池的正负极直接连接并放在演示磁针的上方,会发现磁针几乎不动;很多教师采用将演示磁针换成微型磁针来做此实验,通电后磁针转动但转动幅度仍不大;再者用电池做电源,由于发生短路,用过几次就要更换电池,造成较大的浪费,因为学生电源有过载保护,也无法用学生电源代替电池做实验。
(2)实验改进
从五金商场购置直径为1 mm的漆包线约20 m,绕制边长约为25 cm的方形线圈abcd,将线圈固定在木支架上,用小刀或砂纸将线圈的两个接头A、B上的绝缘漆刮掉。用学生电源做供电装置,考虑到漆包线较硬,为了便于连接,同时也为了节约时间,可事先在软导线C、D上各接一个鳄鱼夹。
　　
图14-3-2
[实验操作]
将线圈、支架放在水平桌面上,演示磁针如图14-3-2所示放置,当磁针静止时调整线圈的方向使bc边与磁针指向平行。
连接A和C、B和D,闭合开关,磁针发生明显偏转,S极向里转,N极向外转,转过90°,由于惯性磁针来回摆动几次之后在与线圈bc边垂直方向静止;断开开关,磁针又转回到开始位置。实验形象地证明了通电导体周围存在着磁场。
改变电流方向(A接D、B接C),闭合开关,磁针仍发生明显偏转,但转动方向和原来相反。实验证明了电流的磁场方向与电流的方向有关。
[改进优点]
改进后实验效果明显,原因是小磁针上方有多条直导线且电流的方向相同,小磁针受到的磁场作用加强。事实上,小磁针在线圈abcd的内部受到了整个线圈的磁场的作用(这一点在教学中不要向学生指明)。
[注意事项]
学生电源选用直流2~4 V挡,电压不要过高。绕制线圈时线圈圈数不要过少,否则通电后会发生短路(学生电源有过载保护)而影响实验进行。
[中考解读] 本节涉及的内容是有关电生磁的知识,其中通电螺线管的知识的应用是中考的热点,如判断通电螺线管的N、S极,周围磁感线的方向,电流的方向等。奥斯特实验也是一个常考点。中考中多以选择题、填空题、作图题和实验探究题的形式出现。
[考点对接] 1.奥斯特实验
例1　(沈阳中考)回顾我们观察过的实验,请回答下面的问题:对比图14-3-3甲、乙所示的实验现象,这种现象叫作电流的　　　　　效应,它表明　　　　　　　　　　　　　。
图14-3-3
[答案] 磁　电流的磁场方向与电流的方向有关
[考点对接] 2.通电螺线管的磁场
例2　(潍坊中考)在探究通电螺线管磁场的实验中,在螺线管附近放两个小磁针,在硬纸板上均匀地撒满铁屑,通电后观察到小磁针静止时的指向和铁屑的排列如图14-3-4甲所示,请你根据图甲的实验结果,在图乙中画出螺线管周围的磁感线分布情况(画出三条磁感线),并标出通电螺线管的N极和S极。
图14-3-4
[答案] 如图所示
[解析] 小磁针静止时N极向左,因同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引,故螺线管左侧为S极,右侧为N极,外部磁感线由N极指向S极。
材料一——奥斯特的发现:电生磁
现在,大家都知道电和磁之间是有联系的,电能生磁,磁也能生电。但是在100多年前,人们却觉得电和磁是互不相关、完全不同的两码事,对它们的研究也是分别进行的。
第一个发现电与磁之间有联系的是物理学家奥斯特。奥斯特(1777-1851)是丹麦人,从小聪明好学,小学和中学的成绩都很突出。1794年,奥斯特以优异的成绩考入哥本哈根大学学习,后来便成为这所著名大学的物理学教授。
奥斯特对电和磁的关系很感兴趣。在他之前,美国科学家富兰克林曾做过莱顿瓶(一种早期的电容器)放电实验,结果放电电流把焊条磁化了。这一实验使奥斯特认定电磁转化是很有可能的,所以一直想找到能证明这种转化的方法。1820年4月的一天,奥斯特在一次讲演快结束的时候,抱着试试看的心情又做了一次实验。他把一条非常细的铂导线放在一只用玻璃罩罩着的小磁针上方,接通电源的瞬间,发现磁针跳动了一下。这一跳使有心的奥斯特喜出望外,竟激动得在讲台上摔了一跤。以后的两个月里,奥斯特闭门不出,设计了几十个不同的实验,都证实了通电导线周围存在磁场。同年7月,奥斯特发表了《关于磁体周围电冲突的实验》论文,向学术界宣布了电流的磁效应,整个物理学界都震动了。
但是,当时有些人却认为奥斯特的发现没有什么了不起,是“偶然碰上的事件”。事实上,在获得这个新发现之前,奥斯特对电和磁的统一性已经研究了十几年,一直在设法证实电和磁的联系,所以奥斯特发现电能生磁不完全是机遇在起作用,而是偶然中的必然,正如巴斯德的那句名言:“在观察的领域里,机遇只偏爱那种有准备的头脑。”
材料二——从牵牛花到通电螺线管
　　牵牛花遍布全国各地。夏、秋时节,公鸡刚叫过头遍,牵牛花便会开出一朵朵喇叭状的花来。它那么早就盛开,就是想给我们新的一天带来淡淡的芬芳。
牵牛花的茎是缠绕茎,它需要缠绕在其他物体上向上生长(如图14-3-5甲所示),它起着连接根和叶的桥梁的作用,并在根和叶之间不停地传送着营养物质。
图14-3-5
看着牵牛花的缠绕茎,你是不是联想到了本节我们学的通电螺线管(如图乙所示)了 它们有什么共同特征呢
一、牵牛花茎的生长方向和缠绕方向
牵牛花的叶子有向光性,所以它的茎总是向上生长,以便得到更多的阳光而进行光合作用。其实不只是叶子,牵牛花的茎也很喜欢阳光,这样一来,牵牛花的茎总会朝着有光的那面向上螺旋生长。
向上缠绕有两种方向:顺时针或逆时针。牵牛花的茎是怎么缠绕的呢 观察发现,牵牛花竟然都是向左旋转缠绕而上的,即逆时针旋转。看看我们本节学的安培定则,如果把大拇指所指的方向比作向上生长的方向,四指弯曲的方向就跟茎的缠绕方向一致了。
牵牛花的缠绕茎为什么会有固定的缠绕方向呢
科学家的最新研究表明,植物旋转缠绕的方向特性是它们各自的祖先遗传下来的本能。远在亿万年以前,有两种攀缘植物的始祖,一种生长在南半球,一种生长在北半球。为了获得更多的阳光和空间,使其生长发育得更好,它们茎的顶端就随时朝向东升西落的太阳。这样,生长在南半球植物的茎就向右旋转,生长在北半球植物的茎则向左旋转。经过漫长的适应、进化过程,它们便形成了各自旋转缠绕的固定的方向。以后,它们虽被移植到不同的地理位置,但其旋转缠绕的方向特性却被遗传下来而固定不变。而起源于赤道附近的单元植物,由于太阳当空,它们就不需要随太阳转动,因而其缠绕方向没有固定,可以随意旋转缠绕。
二、通电螺线管的电流方向和磁极方向
奥斯特实验告诉我们,通电直导线的周围有磁场,磁场的方向跟电流的方向有关。这让我们知道了电流及其周围的磁场是同时存在而不可分的,由此我们建立了电流的磁效应的概念。
我们把导线缠绕成螺线管,各条导线产生的磁场叠加在一起,磁场就会加强很多。我们通过探究发现,通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场相似。
实验发现,只要用右手握住螺线管,让四指指向螺线管中的电流方向,大拇指所指的那端就是螺线管的N极。导线向左缠或是向右缠都可以。
三、牵牛花与通电螺线管的相似之处
通过上面对牵牛花和通电螺线管的对比,我们发现它们在两种相关方向上有相似之处(如下表):
项目 牵牛花 通电螺线管
相似点 茎的缠绕方向与生长方向的关系 导线中电流方向与N极方向的关系
真是太有趣了!同学们也可以在课余时间观察一些别的缠绕植物,看看它们还有些什么样的特点。
　　材料一　奥斯特的发现:电生磁 　　材料二　从牵牛花到通电螺线管 　　——详见电子资源
21世纪教育网(www.21cnjy.com)/ 让教学更有效 精品试卷 | 物理学科
电与磁
第三节　电流的磁场
教 材 解 读 　本节知识是在学生认识了磁体周围存在磁场之后,了解电流也具有磁效应,并探究通电螺线管周围磁场及极性与电流方向之间的关系。本节知识起到了承上启下的作用,在本章占有重要的地位。 　电流的磁效应是学习电磁现象的重要基础。因此,奥斯特实验、通电螺线管磁场的探究要让学生自己动手完成,以加深对知识的理解。
学 习 目 标 物理观念 　1.认识电流的磁效应,初步了解电和磁之间的联系。 　2.知道通电导体周围存在着磁场,知道通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场相似。 　3.会判断通电螺线管两端的极性或通电螺线管中电流的方向。
科学思维 　通过感知电流的磁场,提高学生分析问题和抽象思维的能力,使学生认识电与磁之间的联系,培养乐于探索物理学奥秘的兴趣。
科学探究 　1.观察和体验通电导体与磁体之间的相互作用。 　2.经历探究通电螺线管外部磁场方向的过程。通过实验探究磁体间的相互作用,提高学生的实验操作能力、观察分析能力及概括能力。
科学态度 与责任 　通过“电生磁”现象,初步认识自然现象之间存在相互联系,乐于探索自然界的奥秘。
重 点 难 点 　重点: 通电螺线管的外部磁场,教师通过实验让学生观察磁场的分布情况,并与条形磁体的磁场分布进行对比。 　难点:右手螺旋定则。明确通电螺线管极性与电流方向的关系,并通过实物进行判断,建立立体化模型。
合 作 探 究 　探究通电螺线管外部磁场 　材料:螺线管(有玻璃支架)一个,一盒小磁针,电源,开关,若干条导线。 　过程:将小磁针均匀放置在螺线管周围,观察小磁针S、N极指向,再将螺丝管通电后观察小磁针的S、N极指向,并将N极指向描出来。 　现象:两次小磁针N极的指向。 　原理:通电螺线管外部磁场和条形磁体磁场相似
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】 在某电影中主角和机器人扭打在一起,在生死存亡的关键时刻,主角迅速闭合电源开关,机器人被吸附在大型机器上,为主角逃跑赢得了时间。 　思考:为什么电源启动后,机器人能被吸附在机器上呢 思考、交流 通过电影情节让学生思考电和磁之间是否存在联系,引入新课。
【探究新知】 一、电流的磁效应 探究活动1:观察通电导线周围的小磁针的情况。 问题:电源和导线的作用是什么 小磁针又有什么作用 1.实验器材:电源、导线、小磁针。 2.实验现象和结论: (1)直导线通电后,小磁针发生偏转。 说明:通电导体周围存在磁场。 (2)改变电流方向,小磁针偏转方向相反。 说明:电流周围磁场的方向与电流方向有关。 3.电流的磁效应 通电导线周围存在与电流方向有关的磁场,这种现象叫作电流的磁效应。1820年,丹麦物理学家奥斯特首先发现电流的磁效应。 二、通电螺线管的磁场 问题:既然电能生磁,为什么手电筒在通电时连一根大头针都吸不动 怎样增大磁性呢 如果把导线绕在圆筒上,做成螺线管,通电后各圈导线产生的磁场叠加在一起,磁场就会强得多。 观察、实验、总结结论 思考、实验、总结 通过实验探究过程,让学生亲自动手,体会电流和磁场之间的关系。 从现象入手,利用所学物理知识,自己分析总结结论,以学生为主体。 让学生通过思考,自己猜想通电螺线管的周围小磁针作用。
(续表)
教师活动 学生活动 设计意图
探究活动2:观察通电螺线管的磁场分布。 1.通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场相似,两端是它的两个磁极。 问题:通电螺线管的极性是固定不变的吗 与电流方向有没有关系 探究活动3:通电螺线管的极性是否与电流方向有关。 2.通电螺线管的极性与电流方向有关。 问题:通电螺线管的极性与电流方向有什么关系 三、右手螺旋定则 用右手握住螺线管,让四指指向螺线管中电流的方向,则大拇指所指的那端就是螺线管的N极。 电流磁效应的发现,使人类不仅可以控制磁场的有无,还可以控制磁场的方向,在生活中有广泛的应用。 课堂小结(略) 课堂练习(略) 布置作业(略) 实验、观察、思考、总结 动手,理解,思考,练习 用分析磁场的方法自己设计实验探究通电螺线管的磁场特点。
学点1　电流的磁效应
利用小磁针、导线、电源,完成下列探究实验,回答问题:
探究1:把小磁针放在桌面上,将一根直导线平行架在小磁针的上方,然后把导线的两端接入电路中,观察现象,如图14-3-6甲所示。
探究2:将通电的导线断开,观察直导线下面的小磁针的偏转情况,如图乙所示。
探究3:再将电源的两端对调一下,观察小磁针的偏转情况,如图丙所示。
图14-3-6
问题1:比较甲、乙两图,当导线中有电流通过时,小磁针发生了　偏转　,即小磁针受到　磁力　作用,说明　通电导线周围存在磁场　;比较甲、丙两图,小磁针偏转的　方向　发生了改变,也就是小磁针受力的　方向　发生了改变,这说明　通电导线产生的磁场方向跟导线中电流的方向有关　。
问题2:此实验说明,通电导线跟磁体一样,周围也存在着　磁场　,即电能够生磁。第一个发现电流磁效应的物理学家是　奥斯特　。
学点2　通电螺线管周围的磁场
自制一个螺线管,完成下列探究,并回答问题:
探究1:在嵌有螺线管的有机玻璃上均匀地撒上铁屑,给螺线管通电,轻轻敲击有机玻璃,观察螺线管周围的铁屑分布情况。
探究2:用导线将如图14-3-7所示的器材连接起来,闭合开关后观察小磁针静止后的指向;然后改变电流方向,再观察小磁针静止后的指向。
图14-3-7
问题1:在探究1中,观察到如图14-3-8所示的现象,说明通电螺线管周围　存在　着磁场。从图中可以看出通电螺线管外部的磁场分布与　条形磁体　的磁场相似。
图14-3-8
问题2:由探究2的实验现象可知,当通电螺线管中的电流方向发生改变时,小磁针静止后的指向　改变　(选填“改变”或“不改变”)。说明通电螺线管磁场的极性与　螺线管中电流　的方向有关。
问题3:在探究2的实验电路中,在周围放一些大头针,当改变电流大小时,观察到吸引的大头针数目　发生变化　(选填“不变”或“发生变化”),说明通电螺线管的磁场强弱与　螺线管中电流的大小　有关。
问题4:根据实验探究可知通电螺线管产生磁场的方向与电流的方向有关,它们之间的关系如何来判定
[答案]可以用安培定则来判定,即用右手握住螺线管,让四指指向螺线管中电流的方向,则拇指所指的那端就是螺线管的N极。
学点3　右手螺旋定则
问题1:根据图14-3-9中小磁针静止时的指向情况,判断通电螺线管的磁极和电源的正、负极。
图14-3-9
[答案] 如图所示
问题2:如图14-3-10所示通电螺线管附近有甲、乙、丙、丁四个小磁针,静止时它们的磁极是(　　)
图14-3-10
甲右端为S极　　　 B.乙左端为N极　　　
C.丙右端为S极　　　 D.丁右端为N极
[答案] C
问题3:如图14-3-11所示的两个通电螺线管一定互相　吸引　(选填“吸引”或“排斥”)。
图14-3-11
21世纪教育网(www.21cnjy.com)

展开更多......

收起↑