資源簡介

教科版初中物理九年級上冊第七章第三節創新實驗——影 響鐵磁鐵磁性強弱的因素
一 、使用教材
本次實驗教學說課的內容選自教育科學出版社初中物理九年級上冊第七章《磁與電》中 的第三節《電磁鐵》。
二、實驗器材
在這部分內容的實驗教學說課過程中，使用了如下實驗器材：
(1)演示實驗器材
10V學生電源、數字演示電表(電流檔)、滑動變阻器、開關、導線、水平轉動支架、 激光筆、支撐板、匝數不同的線圈、粗細不同的鐵芯、磁鐵、橡皮筋、刻度板(分度值1cm), 如圖1所示。
(2)學生分組實驗器材
電池、導線、鐵芯、鐵屑、鉗子，如圖2所示。
圖1演示實驗器材 圖2學生分組實驗器材
三、實驗創新要點
在這部分內容中，重點和難點是通過實驗探究得到影響電磁鐵磁性強弱的因素，提高學 生的核心素養。因此本次實驗教學說課的創新點主要體現如下：
(1)、采用不同電源，不同鐵芯。為了做成線圈匝數、鐵芯粗細、電流大小不同的電磁鐵， 引導學生自然而然的提出問題，作出假設，如圖3所示。
(2)、采用轉動支架、激光筆。為了將電磁鐵磁性強弱轉換成光斑移動，便于開展實驗，如 圖4所示。
(3)、采用磁鐵。為了與電磁鐵相互作用，使支架轉動，便于開展實驗，如圖5所示。
(4)、采用橡皮筋。為了與支架相互作用，形成穩定連貫的光斑移動，便于觀察磁性消失后 的現象，如圖6所示。
(5)、采用刻度板。便于觀察到明顯的現象，便于光斑定位、快捷獲取數據，如圖7所示。
圖3電源鐵芯 圖4支架激光筆 圖 5 磁 鐵 圖6橡皮筋 圖7刻度板
圖8插入鐵芯的不同深度 圖9標注磁極的磁鐵和刻度板
(6)、拓展一，可以探究插入鐵芯的深度對電磁鐵磁性強弱的影響，如圖8所示。
(7)、拓展二，在磁鐵和刻度板上標注磁極極性，可以直觀判斷電磁鐵兩端的極性，如圖9 所示。
(8)、拓展三，在沒有鐵芯的情況下，簡單模擬電流表和電壓表的工作原理。
四、實驗設計思路
本實驗中，我們的目標是要將電磁鐵的磁性強弱轉換成直觀的現象被實驗者觀察到。教 材上的方法是通過彈簧的形變程度來顯現，而另一種改進方法是通過電磁鐵吸引的大頭針數 目來顯現。然而，這些方法卻不容易觀察到磁性變化后的明顯現象，給學生快捷收集數據和 總結規律帶來困擾。因此本實驗的設計思路主要是利用轉換法和放大法實現直觀的觀察到電 磁鐵的磁性強弱及其連續變化的現象，具體設計思路如下：
(1)、將激光筆固定在一個可水平轉動支架的前端，支架尾端固定在橡皮筋上并微微繃緊， 形成一個激光筆可轉動一定角度范圍的系統。
(2)、在支架尾端固定磁鐵，可與電磁鐵相互作用，使得激光筆可轉動一個角度。
(3)、利用激光的射程，根據相似三角形原理，在支架尾部和頭部轉動同樣的角度時，刻度 板距離激光筆發光點越遠，則光斑在刻度板上移動的距離越大，觀察到的實驗現象越明顯。
(4)、在刻度板上標記均勻刻度，更能具體的快捷的獲取到實驗數據。
(5)、當電磁鐵的線圈匝數和鐵芯粗細一定時，通過線圈的電流越大，電磁鐵的磁性越強。
(6)、當電磁鐵的鐵芯粗細和線圈通過的電流大小一定時，線圈的匝數越多，電磁鐵的磁性 越強。
(7)、當電磁鐵的線圈通過的電流大小和線圈匝數一定時，線圈里邊的鐵芯越粗，電磁鐵的 磁性越強。
五、實驗教學目標
根據《義務教育物理課程標準(2022版)》的思想及其要求，本部分內容的教學目標主 要是培養學生核心素養。具體設計如下：
(一)、物理觀念
經歷科學探究和思維加工，進一步認識電對磁的作用關系，豐富電磁相互作用觀念。
(二)、科學思維
經歷本實驗的科學探究，提高學生觀察、質疑、分析、歸納、總結的思維能力；通過學 生找出影響電磁鐵磁性強弱的因素，發展學生運用控制變量法、轉換法、放大法解決抽象問 題的科學思維。
(三)、科學探究
經歷本實驗的科學探究，提高學生提出問題、作出假設、制訂實驗方案、進行實驗、總 結規律的科學探究能力。
(四)、科學態度與責任
本實驗將抽象問題具體化簡單化解決，激起學生科學探究的興趣和熱情，提高學生科學 探究意愿；通過實驗探究過程，體驗科學探究的樂趣，培養學生尊重事實、善于反思、勇于 創新、關注應用的科學精神。
六、實驗教學內容
(1)、學生認識電磁鐵；
(2)、學生自制電磁鐵；
(3)、改進和演示實驗；
(4)、學生總結規律；
(5)、學生了解電磁鐵應用。
七、實驗教學過程
(一)、創設情景，形成定義
引入廢品站電磁吸盤的視頻(視頻見PPT),創設情景，讓學生發現生活中的電磁現象； 引導學生形成電磁鐵定義，認識電磁鐵的構造和原理，如圖10所示。
圖10鐵磁鐵構造 圖11學生自制鐵磁鐵
(二)、自制電磁鐵，體驗認知
分小組提供不同的電源，不同鐵芯，指導學生自制電磁鐵，體驗電磁鐵的神奇魅力，如 圖11所示。
(三)、提出問題，做出假設
引導學生用自制電磁鐵吸引鐵屑，由于各自的電磁鐵可能不同，使得實驗效果不一樣， 出現認知沖突，進而引導學生自然而然提出問題，如圖12所示；然后讓學生根據現有器材 進行交流討論，進而引導學生自然而然做出假設，如圖13所示。
圖12吸引鐵屑 圖13不同鐵磁鐵
(四)、改進實驗，設計方案
(1)、介紹實驗器材
10V學生電源、數字演示電表(電流檔)、滑動變阻器、開關、導線、水平轉動的支架、
激光筆、支撐板、匝數不同的線圈、粗細不同的鐵芯、磁鐵、橡皮筋、刻度板，如圖14所 示。同時提醒學生不能用激光照射別人。
圖14各類實驗器材
(2)、改進實驗
首先引導學生將電磁鐵磁性強弱轉換成光斑在白板上移動的距離，如圖15所示。再引 導學生將白板遠離激光筆，將實驗現象放大，如圖16所示。然后引導學生完成安裝橡皮筋、 采用磁鐵與電磁鐵相互排斥(視頻見PPT)、利用刻度板的實驗改進過程。
圖15轉換現象 圖16放大現象
(3)、制定實驗方案
引導學生制訂以下實驗方案，如表1所示(記錄光斑在刻度板上移動距離的單位為cm)。 實驗前并不確定鐵芯粗細對實驗效果的影響，所以引導學生完成較多匝數線圈的實驗后再決 定較少匝數線圈的實驗采用哪根鐵芯。
表1實驗數據記錄表
線圈匝數 鐵芯粗細 1.10A 1.40A
較多 較細
較粗
較少
(五)、實驗探究，觀察現象
(1)、完成較多匝數線圈的實驗(視頻見PPT), 實驗數據如圖17所示。
(2)、完成較少匝數線圈的實驗(視頻見PPT),實驗數據如圖18所示。
影響電磁鐵磁性強弱的因素 實驗數據記錄表
線圈匝數 鐵芯粗細 1.10A 1.40A
較多 較細 17 22
較粗
較少
備注：記錄光斑在刻度板上移動距離的單位為cm。
影響電磁鐵磁性強弱的因素 實驗數據記錄表
線圈匝數 鐵芯粗細 1.10A 1.40A
較多 較細 17
較粗
較少
備注：記錄光斑在刻度板上移動距離的單位為cm。
圖17較多匝數線圈的實驗數據 圖18完整實驗數據
(六)、總結規律，提煉升華
引導學生根據實驗數據，得到實驗結論。
(七)了解應用，關注科技
通過PPT向學生展示電磁鐵的廣泛應用，引導學生關注科技，如圖19所示。
工作
(
電鈴
)磁懸浮列車
圖19鐵磁鐵的應用
八、實驗效果評價
(1)、將抽象變為具體。將抽象的磁性強弱轉換成光斑移動距離，直觀具體，培養學生轉換 的科學思維。
(2)、將微小變化放大。將不夠明顯的現象放大成直觀明顯的現象，快捷獲得穩定數據，直 觀的觀察到磁性強弱的連續變化。培養學生放大的科學思維，提高學生對電流大小、線圈匝 數、鐵芯粗細對磁性強弱影響的理解，為電磁鐵的應用奠定基礎。
(3)、教育性增強。學生體驗自制電磁鐵、改進實驗的樂趣；體會磁極相互作用、橡皮筋與
轉動支架的互相作用、控制變量法的應用，提高學生科學探究的能力。

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