高中物理人教版 (新课标)选修3选修3-1第三章 磁场1 磁现象和磁场学案

《磁现象和磁场》学案

一、学习目标

1、通过对日常生活、工业生产中的电器设备的观察，能说出电与磁有密切的联系。

2、通过学习能说出电流周围存在磁场。

3、通过探究实验，了解通电螺线管对外相当于一条形磁铁。

4、通过学习会用右手螺旋定则安培定则确定通电螺线管的磁极或螺线管上的电流方向。

5、在认识通电螺线管特性的基础上了解电磁铁的构造。

二、学习指导

本节学习电流的磁场这一重要的物理现象及通电螺线管和电磁铁这些重要的电磁学器材，应掌握的知识较多。可及时总结、巩固，本节知识的学习过程，主要运用实验探究的方法。

三、释疑解难

1、怎样理解奥斯特实验？

（1）丹麦物理学家奥斯特通过实验首先发现电流具有效应，即通电导体和磁体一样，周围存在着磁场，而且电流的磁场与通电导线中的电流方向有关.

（2）奥斯特实验的物理意义在于揭示了电现象和磁现象不是彼此孤立的，而是有密切联系的.这一重大发现激发了各国科学家探索电磁本质的热情，有力的推动了电磁学的深入研究.

2、怎样判断通电螺线管的磁极或电流？

运用右手螺旋定则判定通电螺线管的磁极或电流，运用右手螺旋定则判定时注意：

（1）要用右手，手用错则判断的结果恰好相反.

（2）要把四个手指并拢且弯曲成环状，弯曲的手指尖所指的方向是电流的方向.可以把书或本子卷成纸状，在纸筒上画出导线的绕法和电流的方向，要用右手握住筒练习.

（3）大拇指要挺起，大拇指尖所指的那端是螺线管的N极.

3、正确理解通电螺线管的磁场

通电螺线管的周围也存在着磁场，其外部磁场的形状与条形磁体的磁场一样，两端相当于条形磁体的N、S两个极，其内部也存在磁场，且内部磁感线的方向由S极指向N极，也就是说：放在通电螺线管内静止的小磁针N极所指的那一端，就是通电螺线管的N极，通电螺线管内部的磁感线与外部从N极到S极的磁感线组成闭合的曲线。

4、电磁铁

（1）电磁铁的工作原理

电磁铁是内部插有铁芯的螺线管，当通电螺线管插入铁芯后，由于铁芯被磁化产生了与原螺线管方向一致的磁场，因而它的磁性比原来强得多，因此电磁铁就是利用电流的磁效应和通电螺线管中插入铁芯后磁性大大增强的原理工作的。

（2）电磁铁的铁芯用软铁而不用钢

电磁铁要求其磁性随着通入电流的大小而发生明显变化，而且还要求可以通过电流的通断来控制磁性的有无.软铁容易被磁化，磁性也很容易消失，而钢具有保持磁性的性质，钢被磁化后磁性不消失而成为永磁体，所以电磁铁的铁芯用软铁而不用钢。

四、自我检测

1、通电螺线管磁性的有无是由     来决定的，磁极的极性是由     来决定的。

2、奥斯特实验表明，通电导线和磁体一样，周围存在着      。在磁场的某一点，小磁针静止时其      （选填“南”或“北”）极所指的方向就是该点的磁场方向。

3、利用电源、开关、滑动变阻器及电磁铁等元件，设计一个磁性可调的电磁铁，画出电路图。

五、交流园地

六、课外空间

研究电磁铁

用小磁针探查通电螺线管的磁场，发现当螺线管内插入铁芯时，由于铁芯被磁化，磁场大大增强。

因此，人们在利用通电螺线管得到强磁场时，一般都要把螺线管紧密地套在一个铁芯上，这样就构成了一个电磁铁。

电磁铁有什么特点？它的磁性强弱跟哪些因素有关系呢？请你自己做实验来研究.给你的实验器材是：一个线圈匝数可以改变的电磁铁、电源、开关、滑动变阻器、电流表和一小堆大头针.

1、电磁铁的磁性跟电流的通断有关系吗？

把电磁铁和电源、开关串联起来.观察通电和断电时电磁铁对大头针的作用.

2、电磁铁的磁性强弱跟电流的大小有关系吗？

把电源、开关、滑动变阻器、电流表和电磁铁上匝数较少的线圈串联起来.调整变阻器的滑片，使通电时电路中的电流较小.观察通电时电磁铁吸引大头针的数目.然后移动变阻器的滑片，使电流增大，观察电磁铁吸引大头针的数目有什么变化.

3.对外形相同的螺线管，电磁铁的磁性强弱跟线圈的匝数有关吗？

改变电磁铁的接线，增加通电线圈的匝数，同时调整变阻器的滑片，使电流保持不变，观察电磁铁吸引大头针的数目有什么变化。

将你的实验结果填入下面的空白处：

（1）电磁铁通电时    磁性，断电时     磁性。

（2）通入电磁铁的电流越大，它的磁性越    。

（3）在电流一定时，外形相同的螺线管，线圈的匝数越多，它的磁性越    。

电磁铁在实际中用处很多，它最直接的应用之一是电磁起重机，工厂里搬运钢铁的电磁起重机安装在吊车上，可以上下移动，还可以跟吊车一起移动，大型电磁起重机一次可以吊起几吨钢材，电磁铁在电铃、电报机、发电机、电动机、自动控制上都有应用。

电磁铁的应用——电磁电器

在车间里，我们常看到工人师傅通过按钮，就能轻松自如地控制大机床的运转，其奥妙就在电路中有一个电磁继电器。

如果在继电器的螺线管的两端上接上低压电源，触点的另两端接在高压电源上，实现了用低压电路控制高压电路。

带电体和磁体有许多相似性质，是巧合？还是它们之间存在着某种联系？这个问题,激励着科学家们一次又一次去探索，去寻找磁与电的联系。直到1820年，丹麦物理学家奥斯特在课堂上做实验时偶然发现；当导线中通过电流时，旁边的磁针发生了偏转，这个意外的现象引起了奥斯特极大的兴趣，他又继续做了许多实验，终于证实了电流的周围存在着磁场。这一重大发现，揭示了电和磁之间的联系，激发了人们探索电磁本质的热情，有力推动了电磁学的深入研究。

既然电能产生磁，我们为什么平时觉察不到呢？这是因为磁场太弱的缘故。做成电磁铁，磁场就会加强，就不难发现磁场的特性。

不能成功的设计

到钢铁厂参观，炼钢车间是一派生机勃勃繁荣景象。

电磁起重机成吨成吨地把生铁原料吊起，转运到炼钢炉上面。一杀那，铁料哗啦滑落进了炼钢炉，不一会，炉口火舌焰焰，白的铁水去碳除杂质，等电铃一响，一炉优质钢就要诞生了。

炼钢工人把钢液倒进钢包，浇钢工又把钢水注入钢锭模子，待钢水凝固、拆去钢模就得到成品——钢锭，这时行车必须赶紧把这些钢锭运走，以便空出地方迎接另一批新的钢锭的到来。

喜欢动脑筋、爱搞革新的人，看到钢锭行车运输效率不高，很着急，想设计一个大功率的牵引电磁铁，让数吨计的钢锭像生铁那样吸起来，灵活自如地运走，给夺钢战斗增添新型武器该有多好啊！

可是，这个良好的愿望、大胆的设想总是不能成功，设计者找了各种失败的原因，原来问题在对钢铁本质的认识不深刻。钢铁是一种典型的铁磁性物质，铁磁质是由许多体积小叫做磁的东西组成的。磁本身具有磁性，由于各磁畴的排列方向没有一定规律，整体的铁磁质就不显磁性。当外磁场（如电磁起重机）作用时，磁大小、方向发生变化，大多数磁按外磁场方向整齐排列，于是铁磁质被磁化并同外磁场相互作用，这就是磁铁所以能“吸铁”的基本道理。

但当铁磁质的温度升高时，内部分子热运动会影响磁的排列，以至磁性减弱；当达到某一温度时，铁磁质将完全失去磁化性质。这个温度我们称为居里温度（即失去铁磁性的温度，也称居里点）。经过测定，铁的居里温度是769℃。可想而知，钢液的温度高达1400℃，即使凝固冷却，短时间内也有上千度的高温，电磁铁也就无用武之地，不可能吸起钢锭了。

看来，在炼钢车间里要提高钢锭的运输效率，还得找其他窍门才行。

工业上还有许多铁磁性材料在默默无闻地发挥作用。例如：变压器可以把电能或信号很快地转换和传递，磁棒可以集束电磁波束，使半导体收音机免除了长长的天线，还有电子计算机里的磁芯存储器、调谐线圈用的螺纹磁芯等等，设计这类电子机器一定得注意；不要使它们的工作温度达到居里温度，否则功能再完善的现代化机器，也会遭到失效