2019-2020年高中物理 5.2《怎樣描述磁場(chǎng)》學(xué)案 滬科版選修3-1.doc

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2019-2020年高中物理 5.2《怎樣描述磁場(chǎng)》學(xué)案 滬科版選修3-1 一、學(xué)習(xí)目標(biāo) 1、通過(guò)對(duì)日常生活、工業(yè)生產(chǎn)中的電器設(shè)備的觀察，能說(shuō)出電與磁有密切的聯(lián)系。 2、通過(guò)學(xué)習(xí)能說(shuō)出電流周圍存在磁場(chǎng)。 3、通過(guò)探究實(shí)驗(yàn)，了解通電螺線管對(duì)外相當(dāng)于一條形磁鐵。 4、通過(guò)學(xué)習(xí)會(huì)用右手螺旋定則安培定則確定通電螺線管的磁極或螺線管上的電流方向。 5、在認(rèn)識(shí)通電螺線管特性的基礎(chǔ)上了解電磁鐵的構(gòu)造。 二、學(xué)習(xí)指導(dǎo) 本節(jié)學(xué)習(xí)電流的磁場(chǎng)這一重要的物理現(xiàn)象及通電螺線管和電磁鐵這些重要的電磁學(xué)器材，應(yīng)掌握的知識(shí)較多。可及時(shí)總結(jié)、鞏固，本節(jié)知識(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程，主要運(yùn)用實(shí)驗(yàn)探究的方法。 三、釋疑解難 1、怎樣理解奧斯特實(shí)驗(yàn)？ （1）丹麥物理學(xué)家奧斯特通過(guò)實(shí)驗(yàn)首先發(fā)現(xiàn)電流具有效應(yīng)，即通電導(dǎo)體和磁體一樣，周圍存在著磁場(chǎng)，而且電流的磁場(chǎng)與通電導(dǎo)線中的電流方向有關(guān). （2）奧斯特實(shí)驗(yàn)的物理意義在于揭示了電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象不是彼此孤立的，而是有密切聯(lián)系的.這一重大發(fā)現(xiàn)激發(fā)了各國(guó)科學(xué)家探索電磁本質(zhì)的熱情，有力的推動(dòng)了電磁學(xué)的深入研究. 2、怎樣判斷通電螺線管的磁極或電流？ 運(yùn)用右手螺旋定則判定通電螺線管的磁極或電流，運(yùn)用右手螺旋定則判定時(shí)注意： （1）要用右手，手用錯(cuò)則判斷的結(jié)果恰好相反. （2）要把四個(gè)手指并攏且彎曲成環(huán)狀，彎曲的手指尖所指的方向是電流的方向.可以把書或本子卷成紙狀，在紙筒上畫出導(dǎo)線的繞法和電流的方向，要用右手握住筒練習(xí). （3）大拇指要挺起，大拇指尖所指的那端是螺線管的N極. 3、正確理解通電螺線管的磁場(chǎng) 通電螺線管的周圍也存在著磁場(chǎng)，其外部磁場(chǎng)的形狀與條形磁體的磁場(chǎng)一樣，兩端相當(dāng)于條形磁體的N、S兩個(gè)極，其內(nèi)部也存在磁場(chǎng)，且內(nèi)部磁感線的方向由S極指向N極，也就是說(shuō)：放在通電螺線管內(nèi)靜止的小磁針N極所指的那一端，就是通電螺線管的N極，通電螺線管內(nèi)部的磁感線與外部從N極到S極的磁感線組成閉合的曲線。 4、電磁鐵 （1）電磁鐵的工作原理 電磁鐵是內(nèi)部插有鐵芯的螺線管，當(dāng)通電螺線管插入鐵芯后，由于鐵芯被磁化產(chǎn)生了與原螺線管方向一致的磁場(chǎng)，因而它的磁性比原來(lái)強(qiáng)得多，因此電磁鐵就是利用電流的磁效應(yīng)和通電螺線管中插入鐵芯后磁性大大增強(qiáng)的原理工作的。 （2）電磁鐵的鐵芯用軟鐵而不用鋼 電磁鐵要求其磁性隨著通入電流的大小而發(fā)生明顯變化，而且還要求可以通過(guò)電流的通斷來(lái)控制磁性的有無(wú).軟鐵容易被磁化，磁性也很容易消失，而鋼具有保持磁性的性質(zhì)，鋼被磁化后磁性不消失而成為永磁體，所以電磁鐵的鐵芯用軟鐵而不用鋼。 四、自我檢測(cè) 1、通電螺線管磁性的有無(wú)是由 來(lái)決定的，磁極的極性是由 來(lái)決定的。 2、奧斯特實(shí)驗(yàn)表明，通電導(dǎo)線和磁體一樣，周圍存在著 。在磁場(chǎng)的某一點(diǎn)，小磁針靜止時(shí)其 （選填“南”或“北”）極所指的方向就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向。 3、利用電源、開關(guān)、滑動(dòng)變阻器及電磁鐵等元件，設(shè)計(jì)一個(gè)磁性可調(diào)的電磁鐵，畫出電路圖。 五、交流園地 六、課外空間 研究電磁鐵 用小磁針探查通電螺線管的磁場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)螺線管內(nèi)插入鐵芯時(shí)，由于鐵芯被磁化，磁場(chǎng)大大增強(qiáng)。 因此，人們?cè)诶猛娐菥€管得到強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，一般都要把螺線管緊密地套在一個(gè)鐵芯上，這樣就構(gòu)成了一個(gè)電磁鐵。 電磁鐵有什么特點(diǎn)？它的磁性強(qiáng)弱跟哪些因素有關(guān)系呢？請(qǐng)你自己做實(shí)驗(yàn)來(lái)研究.給你的實(shí)驗(yàn)器材是：一個(gè)線圈匝數(shù)可以改變的電磁鐵、電源、開關(guān)、滑動(dòng)變阻器、電流表和一小堆大頭針. 1、電磁鐵的磁性跟電流的通斷有關(guān)系嗎？ 把電磁鐵和電源、開關(guān)串聯(lián)起來(lái).觀察通電和斷電時(shí)電磁鐵對(duì)大頭針的作用. 2、電磁鐵的磁性強(qiáng)弱跟電流的大小有關(guān)系嗎？ 把電源、開關(guān)、滑動(dòng)變阻器、電流表和電磁鐵上匝數(shù)較少的線圈串聯(lián)起來(lái).調(diào)整變阻器的滑片，使通電時(shí)電路中的電流較小.觀察通電時(shí)電磁鐵吸引大頭針的數(shù)目.然后移動(dòng)變阻器的滑片，使電流增大，觀察電磁鐵吸引大頭針的數(shù)目有什么變化. 3.對(duì)外形相同的螺線管，電磁鐵的磁性強(qiáng)弱跟線圈的匝數(shù)有關(guān)嗎？ 改變電磁鐵的接線，增加通電線圈的匝數(shù)，同時(shí)調(diào)整變阻器的滑片，使電流保持不變，觀察電磁鐵吸引大頭針的數(shù)目有什么變化。 將你的實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入下面的空白處： （1）電磁鐵通電時(shí) 磁性，斷電時(shí) 磁性。 （2）通入電磁鐵的電流越大，它的磁性越 。 （3）在電流一定時(shí)，外形相同的螺線管，線圈的匝數(shù)越多，它的磁性越 。 電磁鐵在實(shí)際中用處很多，它最直接的應(yīng)用之一是電磁起重機(jī)，工廠里搬運(yùn)鋼鐵的電磁起重機(jī)安裝在吊車上，可以上下移動(dòng)，還可以跟吊車一起移動(dòng)，大型電磁起重機(jī)一次可以吊起幾噸鋼材，電磁鐵在電鈴、電報(bào)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、自動(dòng)控制上都有應(yīng)用。 電磁鐵的應(yīng)用——電磁電器 在車間里，我們?？吹焦と藥煾低ㄟ^(guò)按鈕，就能輕松自如地控制大機(jī)床的運(yùn)轉(zhuǎn)，其奧妙就在電路中有一個(gè)電磁繼電器。 如果在繼電器的螺線管的兩端上接上低壓電源，觸點(diǎn)的另兩端接在高壓電源上，實(shí)現(xiàn)了用低壓電路控制高壓電路。 帶電體和磁體有許多相似性質(zhì)，是巧合？還是它們之間存在著某種聯(lián)系？這個(gè)問(wèn)題,激勵(lì)著科學(xué)家們一次又一次去探索，去尋找磁與電的聯(lián)系。直到1820年，丹麥物理學(xué)家奧斯特在課堂上做實(shí)驗(yàn)時(shí)偶然發(fā)現(xiàn)；當(dāng)導(dǎo)線中通過(guò)電流時(shí)，旁邊的磁針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，這個(gè)意外的現(xiàn)象引起了奧斯特極大的興趣，他又繼續(xù)做了許多實(shí)驗(yàn)，終于證實(shí)了電流的周圍存在著磁場(chǎng)。這一重大發(fā)現(xiàn)，揭示了電和磁之間的聯(lián)系，激發(fā)了人們探索電磁本質(zhì)的熱情，有力推動(dòng)了電磁學(xué)的深入研究。 既然電能產(chǎn)生磁，我們?yōu)槭裁雌綍r(shí)覺(jué)察不到呢？這是因?yàn)榇艌?chǎng)太弱的緣故。做成電磁鐵，磁場(chǎng)就會(huì)加強(qiáng)，就不難發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)的特性。 不能成功的設(shè)計(jì) 到鋼鐵廠參觀，煉鋼車間是一派生機(jī)勃勃繁榮景象。 電磁起重機(jī)成噸成噸地把生鐵原料吊起，轉(zhuǎn)運(yùn)到煉鋼爐上面。一殺那，鐵料嘩啦滑落進(jìn)了煉鋼爐，不一會(huì)，爐口火舌焰焰，白的鐵水去碳除雜質(zhì)，等電鈴一響，一爐優(yōu)質(zhì)鋼就要誕生了。 煉鋼工人把鋼液倒進(jìn)鋼包，澆鋼工又把鋼水注入鋼錠模子，待鋼水凝固、拆去鋼模就得到成品——鋼錠，這時(shí)行車必須趕緊把這些鋼錠運(yùn)走，以便空出地方迎接另一批新的鋼錠的到來(lái)。 喜歡動(dòng)腦筋、愛(ài)搞革新的人，看到鋼錠行車運(yùn)輸效率不高，很著急，想設(shè)計(jì)一個(gè)大功率的牽引電磁鐵，讓數(shù)噸計(jì)的鋼錠像生鐵那樣吸起來(lái)，靈活自如地運(yùn)走，給奪鋼戰(zhàn)斗增添新型武器該有多好啊！ 可是，這個(gè)良好的愿望、大膽的設(shè)想總是不能成功，設(shè)計(jì)者找了各種失敗的原因，原來(lái)問(wèn)題在對(duì)鋼鐵本質(zhì)的認(rèn)識(shí)不深刻。鋼鐵是一種典型的鐵磁性物質(zhì)，鐵磁質(zhì)是由許多體積小叫做磁的東西組成的。磁本身具有磁性，由于各磁疇的排列方向沒(méi)有一定規(guī)律，整體的鐵磁質(zhì)就不顯磁性。當(dāng)外磁場(chǎng)（如電磁起重機(jī)）作用時(shí)，磁大小、方向發(fā)生變化，大多數(shù)磁按外磁場(chǎng)方向整齊排列，于是鐵磁質(zhì)被磁化并同外磁場(chǎng)相互作用，這就是磁鐵所以能“吸鐵”的基本道理。 但當(dāng)鐵磁質(zhì)的溫度升高時(shí)，內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)會(huì)影響磁的排列，以至磁性減弱；當(dāng)達(dá)到某一溫度時(shí)，鐵磁質(zhì)將完全失去磁化性質(zhì)。這個(gè)溫度我們稱為居里溫度（即失去鐵磁性的溫度，也稱居里點(diǎn)）。經(jīng)過(guò)測(cè)定，鐵的居里溫度是769℃。可想而知，鋼液的溫度高達(dá)1400℃，即使凝固冷卻，短時(shí)間內(nèi)也有上千度的高溫，電磁鐵也就無(wú)用武之地，不可能吸起鋼錠了。 看來(lái)，在煉鋼車間里要提高鋼錠的運(yùn)輸效率，還得找其他竅門才行。 工業(yè)上還有許多鐵磁性材料在默默無(wú)聞地發(fā)揮作用。例如：變壓器可以把電能或信號(hào)很快地轉(zhuǎn)換和傳遞，磁棒可以集束電磁波束，使半導(dǎo)體收音機(jī)免除了長(zhǎng)長(zhǎng)的天線，還有電子計(jì)算機(jī)里的磁芯存儲(chǔ)器、調(diào)諧線圈用的螺紋磁芯等等，設(shè)計(jì)這類電子機(jī)器一定得注意；不要使它們的工作溫度達(dá)到居里溫度，否則功能再完善的現(xiàn)代化機(jī)器，也會(huì)遭到失效