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18.2.1 电流的磁场
第十八章 磁及其相互作用
沪科版2024版物理九年级全册
18.2.1 电流的磁场教案
一、教学目标
（一）知识与技能目标
学生能够精准阐述奥斯特实验的过程、现象及结论，明确电流周围存在磁场，且电流的磁场方向与电流方向有关。
熟练掌握通电螺线管的磁场特点，准确说出通电螺线管外部磁场与条形磁体磁场相似，会运用安培定则判断通电螺线管的磁极与电流方向的关系。
全面理解电磁铁的工作原理，清晰知晓电磁铁磁性强弱与电流大小、线圈匝数、有无铁芯等因素的关系，并能解释其在实际生活中的应用，如电磁起重机、电铃、电磁继电器等。
（二）过程与方法目标
通过观察奥斯特实验、通电螺线管磁场实验以及探究电磁铁磁性强弱影响因素的实验，培养学生的观察能力和实验操作能力，使学生学会从实验现象中提取有效信息。
在探究电流磁场方向、通电螺线管磁极判断以及电磁铁磁性强弱影响因素的过程中，引导学生运用控制变量法、转换法等科学研究方法，提高学生的科学探究能力和逻辑思维能力。
组织学生进行小组合作学习和讨论，分析电流磁场在实际生活中的应用案例，培养学生的团队协作能力和知识应用能力，提升学生解决实际问题的能力。
（三）情感态度与价值观目标
以奥斯特发现电流磁效应的科学故事为切入点，激发学生对科学探究的兴趣和好奇心，让学生体会科学发现的偶然性与必然性，培养学生勇于探索、敢于创新的科学精神。
在实验探究过程中，培养学生严谨认真的科学态度和实事求是的科学精神，使学生养成规范操作实验器材、仔细观察实验现象、如实记录实验数据的良好习惯。
通过了解电流的磁场在现代科技和日常生活中的广泛应用，如磁悬浮列车、磁卡、电磁选矿等，让学生认识到物理知识的重要性和实用性，增强学生学习物理的自信心和成就感，培养学生将物理知识应用于实际生活的意识。
二、教学重难点
（一）教学重点
深入理解奥斯特实验的意义，掌握电流周围存在磁场这一重要结论，以及电流磁场方向与电流方向的关系，这是学习电流磁场相关知识的基础。
熟练运用安培定则判断通电螺线管的磁极，准确把握通电螺线管的磁场特点，理解其与条形磁体磁场的相似性，这是本节课的核心知识。
全面掌握电磁铁的工作原理和影响其磁性强弱的因素，能够解释电磁铁在实际生活中的应用原理，培养学生运用知识解决实际问题的能力。
（二）教学难点
从微观角度理解电流产生磁场的本质原因，这涉及到电磁学的深层次知识，较为抽象，学生理解起来具有一定难度。
灵活运用安培定则判断各种复杂情况下通电螺线管的磁极，特别是在立体图形或多个螺线管组合的电路中，需要学生具备较强的空间想象能力和逻辑思维能力。
设计实验探究电磁铁磁性强弱与电流大小、线圈匝数、有无铁芯等多个因素的关系，合理控制变量，准确分析实验数据，得出科学结论，对学生的实验设计和探究能力要求较高。
三、教学方法
讲授法、实验探究法、演示法、讨论法、多媒体辅助教学法
四、教学过程
（一）故事导入（5 分钟）
讲述奥斯特发现电流磁效应的科学故事：1820 年，丹麦物理学家奥斯特在一次讲课时，偶然发现通电导线附近的小磁针发生了偏转。这个看似偶然的现象，却开启了电磁学研究的新篇章。奥斯特经过长期的研究和探索，最终确定了电流周围存在磁场。
提问学生：“如果是你在实验中发现了小磁针的偏转，你会怎么想？又会怎么做呢？” 引发学生的思考和讨论，激发学生对电流磁场的好奇心和探究欲望，从而导入本节课的课题 —— 电流的磁场。
（二）新课讲授
奥斯特实验（10 分钟）
实验演示：教师在讲台上进行奥斯特实验演示。将小磁针放在水平桌面上，使其能够自由转动，观察小磁针静止时的指向（指向南北方向）。然后，将一根直导线平行于小磁针上方放置，连接电源，让学生观察小磁针的变化。可以看到，当电路接通，有电流通过直导线时，小磁针发生了偏转；当断开电路，电流消失，小磁针又恢复到原来的指向。
分析现象：引导学生分析实验现象，提问学生：“小磁针为什么会发生偏转？”“小磁针的偏转说明了什么？” 让学生思考并回答，得出结论：小磁针发生偏转是因为受到了力的作用，而这个力是由通电直导线产生的，这说明电流周围存在磁场。
探究电流方向与磁场方向的关系：改变电路中电流的方向，再次观察小磁针的偏转方向。可以发现，当电流方向改变时，小磁针的偏转方向也发生了改变。引导学生总结出：电流的磁场方向与电流方向有关。
实验意义讲解：讲解奥斯特实验的重要意义，它打破了长期以来人们认为电和磁相互独立的观念，揭示了电和磁之间的联系，为电磁学的发展奠定了基础，是物理学史上的一个重要里程碑。
通电螺线管的磁场（15 分钟）
实验探究：教师展示通电螺线管，将小磁针放在螺线管周围不同位置，接通电源，让学生观察小磁针的指向。然后，在螺线管周围均匀地撒上铁屑，轻轻敲击桌面，观察铁屑的分布情况。可以看到，铁屑的分布与条形磁体周围铁屑的分布相似，这表明通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场相似。
安培定则讲解：介绍安培定则的内容：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。教师通过多媒体动画演示安培定则的使用方法，同时在黑板上画出不同电流方向的通电螺线管，亲自示范如何运用安培定则判断磁极，让学生跟着练习。
练习巩固：展示一些通电螺线管的图片，给出电流方向，让学生运用安培定则判断螺线管的磁极；或者给出磁极方向，让学生判断电流方向。组织学生进行小组讨论和交流，互相检查和纠正，确保学生熟练掌握安培定则的应用。
电磁铁（20 分钟）
工作原理讲解：展示一个简单的电磁铁装置（由螺线管和铁芯组成），接通电源，用电磁铁吸引大头针，让学生观察现象。然后，断开电源，再次观察。引导学生分析现象，得出电磁铁的工作原理：电磁铁是利用电流的磁效应工作的，通电时具有磁性，能够吸引铁、钴、镍等物质；断电时磁性消失。
影响磁性强弱的因素探究
提出问题：引导学生思考，电磁铁的磁性强弱可能与哪些因素有关？鼓励学生大胆猜想，学生可能会提出与电流大小、线圈匝数、铁芯的有无等因素有关。
设计实验：组织学生分组讨论，根据猜想设计实验方案。教师提供实验器材，如电源、开关、滑动变阻器、电流表、电磁铁（不同匝数）、铁芯、大头针等，并给予适当的指导。例如，在探究磁性强弱与电流大小的关系时，控制线圈匝数和铁芯不变，通过滑动变阻器改变电流大小，观察电磁铁吸引大头针的数量；在探究磁性强弱与线圈匝数的关系时，控制电流大小和铁芯不变，更换不同匝数的电磁铁，观察吸引大头针的数量；在探究磁性强弱与铁芯的关系时，控制电流大小和线圈匝数不变，分别使用有铁芯和无铁芯的电磁铁，观察吸引大头针的数量。
进行实验：学生分组按照实验方案进行操作，教师巡视各小组，指导学生规范操作仪器，提醒学生准确记录实验数据，如电流大小、线圈匝数、吸引大头针的数量等。
分析论证：实验结束后，各小组整理实验数据，进行分析和讨论。引导学生从实验数据中总结出影响电磁铁磁性强弱的因素：在其他条件相同时，电流越大，电磁铁的磁性越强；线圈匝数越多，电磁铁的磁性越强；有铁芯时，电磁铁的磁性比无铁芯时强。各小组推选代表汇报实验结果，教师进行总结和点评。
实际应用介绍：展示图片、视频等资料，介绍电磁铁在实际生活中的广泛应用，如电磁起重机用于搬运钢铁等磁性物体、电铃利用电磁铁的吸合和释放来敲响铃铛、电磁继电器用于自动控制电路等。引导学生分析这些应用中电磁铁的工作过程和原理，让学生体会物理知识在实际生活中的重要作用。
（三）课堂小结（5 分钟）
引导学生回顾本节课所学的主要内容，包括奥斯特实验的结论、通电螺线管的磁场特点和安培定则、电磁铁的工作原理和影响磁性强弱的因素等。请学生代表发言，总结本节课的重点知识，其他学生进行补充和完善。
教师对学生的总结进行梳理和强调，再次突出本节课的重点和难点，如安培定则的正确运用、影响电磁铁磁性强弱因素的探究方法等。同时，鼓励学生在课后继续思考和探索与电流的磁场相关的问题，如如何利用电流的磁场设计更有趣的实验或发明创造等。
（四）课堂练习（5 分钟）
展示一些练习题，包括选择题、填空题和作图题，涵盖本节课所学的重点知识。例如：
选择题：奥斯特实验说明了（ ）
A. 磁场的存在 B. 磁场具有方向性
C. 电流可以产生磁场 D. 磁体间有相互作用
填空题：通电螺线管外部的磁场与______磁体的磁场相似，判断通电螺线管磁极的方法是______。
作图题：根据图中通电螺线管的电流方向，标出螺线管的 N、S 极。
让学生在课堂上独立完成练习题，教师巡视检查学生的答题情况，及时发现学生存在的问题。练习结束后，对学生的答案进行讲解和点评，针对学生普遍存在的错误和疑问进行详细分析和解答，帮助学生巩固所学知识，提高解题能力。
（五）布置作业（课后完成）
书面作业：布置教材课后相关习题，包括对奥斯特实验、安培定则、电磁铁等知识的巩固练习，以及一些综合性的计算和分析题目，帮助学生进一步理解和掌握本节课的内容。
实践作业：让学生回家后，利用漆包线、铁钉、电池等材料制作一个简易电磁铁，尝试改变电流大小、线圈匝数等因素，观察电磁铁磁性的变化，并记录实验过程和现象，下节课与同学们进行交流分享。
拓展作业：查阅资料，了解电磁起重机、磁悬浮列车等现代科技设备中电流的磁场的具体应用原理，写一篇简短的科普报告，拓宽学生的知识面，激发学生对科学技术的探索热情。
五、教学资源
多媒体课件，包含奥斯特实验视频、通电螺线管磁场实验动画、安培定则演示动画、电磁铁工作原理及应用的图片和视频等，用于辅助教学，增强教学的直观性和趣味性。
实验器材，如小磁针、直导线、电源、开关、导线、通电螺线管、铁芯、滑动变阻器、电流表、大头针、漆包线、铁钉等，用于学生进行实验操作和观察。
科普书籍、相关网站资源，供学生课后查阅和拓展学习，丰富学生的知识储备。
六、教学反思
在教学过程中，密切关注学生对电流磁场相关知识的理解和掌握情况，尤其是在奥斯特实验分析、安培定则应用以及电磁铁磁性强弱探究等环节。对于学生在理解抽象概念和运用实验方法时遇到的困难，及时给予指导和帮助。通过学生的课堂表现、作业完成情况以及实践反馈，总结教学中的不足之处，不断改进教学方法和教学内容，提高教学质量，确保学生能够熟练掌握电流的磁场相关知识，培养学生的科学探究能力和物理学科素养。
这份教案涵盖了电流磁场的关键知识与教学活动。如果你对实验设计、案例选取、作业难度等方面有新想法，欢迎随时提出，我会进一步优化。
5
课堂检测
4
新知讲解
6
变式训练
7
中考考法
8
小结梳理
学习目录
1
复习引入
2
新知讲解
3
典例讲解
物理观念
认识电流的磁效应。
科学思维
1.通过观察和体验通电导体与磁体之间的相互作用，初步了解电和磁之间有某种联系；
2.会用右手螺旋定则确定通电螺线管的磁极和螺线管的电流方向。
科学探究
1.观察和体验通电导体与磁体之间的相互作用，初步了解电和磁之间有某种联系；
2.探究通电螺线管外部磁场的方向。
科学态度与责任
通过认识电与磁之间的相互联系，使学生乐于探索自然的奥妙，培养学生的学习热情和实事求是的态度，初步领会探索物理规律的方法。
难点
重点
观察图片：思考并回答我们知道磁铁附近存在磁场，那么其他物质能不能产生磁场呢？
观看视频，发现当开关闭合时，通电导线附近的小磁针转动起来。
进入新课
一、磁与电的关系
它们均用到了磁，可是这些磁都离不开电。磁与电有什么关系呢？
二、奥斯特实验
1.实验
2.现象及结论
接通电路，导线中有电流通过，小磁针发生偏转。断开电路，导线中没有电流通过，小磁针不发生偏转。
改变导线中电流的方向，小磁针偏转方向改变。
表明：
通电导体周围存在磁场
通电导体周围磁场的方向与电流的方向有关
三、通电螺线管的磁场
实验
通电螺线管磁极的判断
伸开右手，
拇指和四指在同一平面，
拇指和四指垂直，
握住螺线管，
四指方向为电流方向，
拇指所指那端为通电螺线管 N 极，
I
I
N
S
电流的磁场
电流的磁效应
——奥斯特实验
右手螺旋定则
通电螺线管的磁场
电流周围存在磁场
磁场的方向与电流有关
与条形磁体磁场相似
极性与电流方向有关
1.小丽同学利用如图所示装置研究磁和电的关系，请仔细观察图
中的操作和现象。
(1)由甲、乙两图可知：通电导线周围存在 ______ 。
(2)由甲、丙两图可知：电流产生磁场的方向与 _________有关。
(3)这种现象叫做电流的______效应。
随堂检测
磁场
电流方向
磁
2. 如图所示的是探究通电螺线管磁场实验的示意图，我们可以
在附近撒________来显示通电螺线 管磁场的大致分布，用
________来确定通电螺线管磁场的方向和磁极，通过实验可
以看到通电螺 线管的磁场与________磁体的磁场相似。在图
中，通电后 a 端是通电螺线管
的________( 填“N’或“S”) 极。
随堂检测
铁屑
小磁针
条形
N
3.在螺线管附近放一小磁针，静止时小磁针位置如图所示。闭合
开关S时，小磁针发生旋转，则通电螺线管的左侧是 ________
( 填“N”或“S”)极，小磁针会___________(填“顺时针”或“逆时
针”)旋转。
随堂检测
S
逆时针
知识点1 从奥斯特实验说起
1. 机遇总是青睐有准备的人。第一个深信电磁间有联系且坚
持研究并最终发现电流磁效应的科学家是( )
D
A. 伽利略 B. 卢瑟福 C. 法拉第 D. 奥斯特
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2. 某同学利用如图甲所示装置进行如下实验：断开开关，小
磁针的指向如图甲所示；闭合开关，小磁针的偏转情况如图
乙中箭头所示；只改变电流方向，再次进行实验，小磁针的
偏转情况如图丙中箭头所示。下列结论中合理的是( )
A. 由甲、乙两图可得不管是否通电，导线周围都能产生磁场
B. 由甲、乙两图可得利用磁场可以产生电流
C. 由乙、丙两图可得电流产生的磁场的强弱与电流大小有关
D. 由乙、丙两图可得电流产生的磁场的方向与电流方向有关
√
返回
知识点2 实验：探究通电螺线管外部磁场的方向
3.［2024·枣庄改编］某实验小组用铁屑和小磁针来探究“通
电螺线管外部磁场的方向”。
（1）在玻璃板上均匀地撒满铁屑，将螺线管连入电路，闭
合开关，轻敲玻璃板面，观察到铁屑分布情况如图甲所示，
铁屑的分布情况与______磁体周围铁屑的分布情况相似，在
实验中铁屑的作用是显示____________。
条形
磁场的分布
（2）把小磁针放在通电螺线管四周不同的位置，小磁针静
止时N 极所指方向如图乙所示，对调电源正负极，闭合开关，
小磁针静止时N极指向与图乙中小磁针N 极指向相反，说明通
电螺线管的极性与______的方向有关。
?
电流
（3）实验时发现通电螺线管的磁场较弱，铁屑规则排列的
效果不明显，为增强螺线管的磁场，可行的措施是________
_______________________________（写出一种方法即可）。
调节滑片，增大通电螺线管线圈中的电流
【点拨】通电螺线管的磁场较弱，铁屑规则排列的效果不明
显，可以调节滑片，增大通电螺线管中的电流，通电螺线管
的磁性就会增强。
返回
知识点3 安培定则
4.［2024·烟台］螺线管是汽车启
动器的一个重要部件，驾驶员转
动钥匙发动汽车时，相当于给螺
线管通电。如图所示，螺线管的
左端为___极，小磁针的左端为
___极，A 为电源的____极。
?
N
?
N
?
负
返回
5. 如图所示，通电螺线管旁的小磁针分
别静止在图示位置。请科学推断，最终决定通电螺线管极性
的是( )
D
A. 电源正负极的接法 B. 螺线管导线的环绕方向
C. 小磁针静止时N 极的指向 D. 螺线管中电流的方向
?
【点拨】图乙和图甲相比，改变
了电源正负极，线圈的绕向不变，
电流方向改变，磁场方向改变，说明电流的磁场方向与电流
方向有关；图丙和图甲相比，电源正负极和线圈的绕向均改
变，电流方向不变，磁场方向不变，因而最终起决定作用的
因素是线圈中的电流方向。故选D。
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6. 如图甲所示，通电螺线管的极性跟
电流的方向有关系，可以用安培定则
来判断；环形电流可以看成是一匝线
B
A. 彼此远离 B. 彼此靠近
C. 距离保持不变 D. 无法判断
圈，如图乙所示；在图丙中，把两个线圈A和B 挂在水平光滑
的固定绝缘细杆MN 上，平行靠近放置且保持静止状态，当
两线圈通入如图丙所示方向相同的电流时，则两个线圈A和B
将 ( )
?
谢谢观看！

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