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《18.2探究：通电螺线管外部磁场的方向》教学设计
课题 2. 探究：通电螺线管外部磁场的方向 单元 18 学科 物理 年级 九
教材分析 本节课选自沪科版九年级物理第十八章《磁及其相互作用》的第二节，是继“认识磁场”之后对电磁现象的深入探究。教材以奥斯特实验为切入点，引导学生从“电流能产生磁场”这一基本事实出发，进一步探究通电螺线管外部磁场的分布特点与方向规律。通过铁屑法和小磁针探测法两种实验手段，帮助学生直观感知磁场的存在与方向，并引出右手螺旋定则（安培定则）来判断磁极。教材内容逻辑清晰、层层递进，既注重科学探究过程的完整性，又强调物理规律的实际应用，如电磁起重机、电磁继电器等实例，体现了“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程理念。本节内容是后续学习电动机、发电机原理的重要基础，在整个电磁学体系中具有承上启下的关键作用。
2022新课标要求 根据《义务教育物理课程标准》，探究通电螺线管外部磁场的方向的相关要求如下： 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，了解磁场方向和电流方向有关，能用安培定则判断通电螺线管的磁场方向，以及能判断电流方向、磁场方向、小磁针方向三者关系等。
学习目标与核心素养 1.学习目标（1）能完成“探究通电螺线管外部磁场的方向”的实验，能按要求完成实验报告；（2）能认识电流周围存在磁场，知道通电螺线管外部磁场的方向，能认识电磁铁在生产生活中的应用。2.核心素养能根据探究问题，设计实验电路图，连接电路，进行探究，能根据记录的实验信息得出结论，能在电与磁的实验中运用已掌握的实验技能
学情分析 九年级学生已具备一定的物理知识基础，掌握了磁体的基本性质、磁场的概念以及用磁感线描述磁场的方法，能够使用小磁针判断磁场方向。同时，他们在八年级已学习过电路连接、开关控制、滑动变阻器使用等电学实验技能，具备初步的动手操作能力。然而，将“电”与“磁”联系起来仍是一个思维跃迁的过程，学生容易将通电导线周围的磁场与永久磁体的磁场割裂看待。此外，右手螺旋定则作为一种空间想象与手势配合的记忆方法，部分学生在初期可能存在方向混淆、手部动作不协调等问题。因此，教学中需通过真实实验增强感性认识，借助分步演示和小组合作降低认知难度，并通过多层次练习强化空间思维训练，帮助学生建立“电生磁”的科学观念。
重点 1. 通过实验探究得出通电螺线管外部磁场与条形磁体磁场的相似性。2. 掌握右手螺旋定则的内容，并能用其判断通电螺线管的磁极。
难点 1. 理解通电螺线管磁场方向与电流方向之间的对应关系，克服空间想象障碍。2. 在实验中准确观察铁屑分布形态和小磁针指向变化，排除干扰因素获得可靠结论。
材料准备 螺线管、电池组、导线、开关、滑动变阻器、有机玻璃板、铁屑、小磁针。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 情境导入视频：电磁起重机提问：“工厂里能吊起万吨钢材的电磁起重机，核心就是一个通电螺线管。大家想过吗？要让它精准吸起或放下钢材，必须控制好磁场——那这个螺线管外部的磁场方向，到底由什么决定呢？ 观看视频：电磁起重机并思考问题 用生活中的科技应用，让学生感知探究“磁场方向”的实际意义，快速聚焦课题。
讲授新课 一、从奥斯特实验说起1.奥斯特实验奥斯特（H. C. Oersted，1777—1851，丹麦物理学家、化学家。1820 年 4 月的一天，奥斯特在做物理实验时，无意中让通电导线靠近小磁针时，发现小磁针发生了偏转这就是奥斯特实验。这个实验揭示了电与磁的联系，打开了电磁学领域的一扇大门。实验一：将一根直导线平行地放在静止小磁针的上方，观察直导线通、断电时小磁针的偏转情况；你观察到什么现象？能说明什么问题？模拟奥斯特实验的示意图通电 断电现象：通电时，小磁针发生偏转，断电时，小磁针又回到原来的位置；这个现象表明，通电导体（也可说通电导线）周围存在着磁场，这被称为电流的磁效应。实验二：改变电流方向，重复实验一的操作，再观察小磁针。又观察到什么现象？能说明什么问题？现象：改变电流方向时，小磁针的偏转方向也发生改变。说明：电流的磁场方向与电流的方向有关。视频：奥斯特实验注意事项：1.通电前，导线必须与小磁针平行放置，小磁针放置在南北向。因为小磁针受地磁场作用，静止在南北方向，便于比较通电前后小磁针偏转情况。2. 为了保护电路，实验时间不宜过长，应及时切断电路。二、实验：探究通电螺线管外部磁场的方向螺线管:将导线绕在圆筒上，可做成一个螺线管（也叫线圈）。下面，我们探究一下通电螺线管的磁场是什么样的？实验：探究通电螺线管外部磁场的方向1.实验目的（1）探究通电螺线管外部磁场分布的特点。（2）探究通电螺线管外部磁场的方向。2.实验设计方法1：为直观观察通电螺线管周围磁场的特点，可采用在玻璃板上撒铁屑的办法来推断通电螺线管周围的磁场分布的特点，方法2：利用小磁针在磁场中的指向来推断通电螺线管周围的磁场方向。3. 实验器材和电路图螺线管、电源、开关、导线、滑动变阻器、有机玻璃板、铁屑和小磁针。4.实验步骤（1）在一块玻璃板上安装导线绕成的螺线管，板面上均匀地撒满铁屑。（2）按照电路图，将螺线管等器材连接起来，然后闭合开关，给螺线管通电，并轻轻敲击玻璃板面，观察玻璃板面上铁屑的分布情况。视频：用铁屑研究通电螺线管外部的磁场。结论：通电螺线管的外部磁场和条形磁体的磁场相似，通电螺线管也有N极和S极。(3)换一个有更多匝数的螺线管，将小磁针放置在螺线管附近，未通电时观察小磁针 N 极指向。闭合开关，观察并记录小磁针 N 极指向的变化。改变电流方向，再观察并记录小磁针 N 极指向的变化。视频：通电螺线管的磁场方向结论：通电螺线管两端的磁极与电流方向有关，改变电流方向，小磁针 N 极指向也发生变化。讨论交流依据上面电流方向判断磁极方向，请同学们交流讨论，尝试用自己的手指来描述电流方向与磁极的关系。安培定则：用右手握住螺线管，让四指弯曲的方向跟螺线管中的电流方向一致，则大拇指所指的那端就是螺线管的N极。判断通电螺线管的磁极5.反思交流（1）通电螺线管周围的铁屑分布与哪种磁体的铁屑分布类似？为什么？参考答案：通电螺线管周围的铁屑分布与条形磁体周围的铁屑分布类似。因为通电螺线管的两端相当于条形磁体的两个极，所以其周围的铁屑分布也呈现出与条形磁体类似的特征。（2）通电螺线管内部的磁场方向是怎样的？设计实验验证你的猜想。猜想：通电螺线管内部的磁场方向与外部指向相反。视频：改进实验在实验步骤（3）中探究磁场分布时，在螺线管的内部也放置小磁针。视频：改进实验在实验步骤（3）中探究磁场分布时，在螺线管的内部也放置小磁针。6.实验结论大量实验表明：通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场相似；通电螺线管的磁极与电流的方向有关。安培定则三、电磁铁在生产生活中的应用1.在通电螺线管内插入一块铁芯，就构成了一个电磁铁。2.电磁铁的应用（1）电磁铁在生产生活中有很多应用，电磁继电器、电磁起重机、电磁选矿机、磁浮列车中都用到了电磁铁。我们日常生活中的电铃、电冰箱、吸尘器中也都有电磁铁。全自动洗衣机的进水、排水阀门，卫生间里的感应式冲水器阀门，也都由电磁铁控制。磁浮列车（2）电磁起重机电磁起重机的主要部件是电磁吸盘，内部由电磁铁构成。接通电源，电磁铁便把钢铁物品牢牢吸住，吊运到指定的地方。切断电源，磁性消失，钢铁物品就被放下来了。（3）电磁继电器电磁继电器一般由电磁铁、衔铁、弹簧片、触点等组成，其工作电路包括低压控制电路和高压工作电路两个部.电磁继电器工作原理视频迷你实验室视频：自制电磁铁 观看图片，阅读内容观察实验一和实验二，并回答问题了解实验中注意事项聆听实验目的实验设计以及实验步骤学生观看视频总结实验结论学生观看视频总结实验结论学生反思交流讨论阅读课文了解电磁铁在生产生活中的应用观看电磁继电器工作原理视频 了解奥斯特发现电流的磁效应的故事锻炼学生的观察总结能力，了解电流的磁场保证实验的顺利进行让学生能完成“探究通电螺线管外部磁场的方向”的实验，锻炼学生的观察总结能力了解通电螺线管的外部磁场和条形磁体的磁场相似，锻炼学生的观察总结能力了解通电螺线管两端的磁极与电流方向有关锻炼学生的逻辑思维能力以及设计实验的能力锻炼学生自主学习能力了解电磁继电器的工作原理
课堂练习 1．关于电磁学的知识，下列说法错误的是（　　）A．奥斯特发现了电流的磁效应B．通电导体周围存在真实的磁感线C．磁极间的相互作用都是通过磁场发生的D．司南能指南北是因为受到地磁场的作用【答案】B【详解】A．奥斯特发现了电流的磁效应，第一个发现了电与磁之间的联系，故A正确，不符合题意；B．通电导体周围存在磁场，磁感线是为了形象描述磁场而画出的线，磁感线是不存在的，故B错误，符合题意；C．同名磁极互相排斥，异名磁极互相吸引；磁极间的相互作用都是通过磁场发生的，故C正确，不符合题意；D．司南是磁体，司南能指南北是因为受到地磁场的作用，故D正确，不符合题意。 故选B。2．如图所示，开关闭合后，下列判断正确的是（　　） A．可自由转动的小磁针不发生偏转B．通电螺线管右端为N极C．通电螺线管中可以将铜棒磁化D．通电螺线管外部的磁场与蹄形磁体的磁场相似【答案】B【详解】AB．从图可知，电流从螺线管的左端流入，右端流出，根据安培定则可知，螺线管右端是N极，左端是S极；由于同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引可得，小磁针S极向左转动，故A错误，B正确；C．磁化是指原来没有磁性的物体，获得磁性的过程，铜不是磁性材料，不能被磁化，故C错误；D．螺线管通电后，通电螺线管周围产生磁场，通电螺线管外部的磁场与条形磁铁周围的磁场一样，而不是和蹄形磁体的磁场相似，故D错误。故选B。3.由通电螺线管的磁感线方向可知 ， 螺线管的左端为 极 ， 电流表的上端为 接线柱， 静止的小磁针的右端为 极。【答案】N 正 S【详解】[1][2][3]由图磁感线可知，螺线管左端为N极，右端S极，因为异名磁极相互吸引，小磁针左端N极，右端为S极；根据安培定则，电流左进右出，所以电流表的上端为正接线柱。 学生练习 巩固本节的知识
课堂小结 1.奥斯特的实验表明：通电导体和磁体一样，周围也存在着磁场。2.通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场相似；通电螺线管的磁极与电流的方向有关。通电螺线管的极性跟电流方向之间的关系可用右手螺旋定则(安培定则)来判定。3、安培定则：用右手握螺线管，让四指弯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北极。4.电磁铁在生产生活中的应用 学生总结教师补充 让学生对本节知识有个系统理解
板书 一、从奥斯特实验说起奥斯特的实验表明：通电导体和磁体一样，周围也存在着磁场。二、实验：探究通电螺线管外部磁场的方向1.通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场相似；通电螺线管的磁极与电流的方向有关。2.安培定则：用右手握住螺线管，让四指弯曲的方向跟螺线管中的电流方向一致，则大拇指所指的那端就是螺线管的N极。三、电磁铁在生产生活中的应用 对照板书回顾 夯实本节基础
课外拓展/课外阅读内容 原理延伸读物：阅读《电磁学基础》中“环形电流与螺线管磁场的关系”章节，理解螺线管磁场可视为无数环形电流磁场的叠加，深化对磁场方向规律性的认知。
特色资源分析和技术手段说明 传统实验可视化技术：通过“小磁针阵列+铁屑辅助”实现磁场方向与分布的双重呈现。在螺线管两端、中部及周围放置小磁针，直接读取磁场方向；撒布铁屑并轻敲，使铁屑沿磁感线排列，直观展示磁场的空间形态。
教学反思 《电流的磁场》这节的教学内容主要有两部分，即奥斯特实验和通电螺线管外部的磁场，它是我们后续学习电磁感应的基础。本节课的重点就是电流的磁效应，通电螺线管外部的磁场，难点是用右手螺线管判断磁极和电流方向。通过奥斯特实验知道通电导线周围存在磁场，磁场方向与．电流方向有关；知道通电螺线管周围存在磁场，磁场分布与条形磁体分布相似：会判定通电螺线管磁极与电流方向的关系等，学生都能够达标．本节主要的实验有奥斯特实验，探究通电螺线管周围磁场分布，探究通电螺线管磁极与电流方向的关系，培养学生发现问题，解决问题的能力，由于受到办学条件的限制，实验的器材比较缺乏，学生实验比较单薄．教师的情绪与学生的探究态度有待提高．
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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