初中物理奥斯特的发现备课教学案例

16.2　奥斯特的发现

◇教学目标◇

【知识与技能】

1.了解奥斯特实验,知道电流的磁效应。

2.知道电流周围存在磁场,能用右手螺旋定则判定通电螺线管的极性。

【过程与方法】

1.通过实验验证电流周围存在磁场,初步了解电与磁之间的联系。

2.通过实验探究通电螺线管外部磁场的分布规律及磁场方向,掌握科学探究的一般规律。

【情感·态度·价值观】

通过认识电流周围可以产生磁场,体会不同自然现象之间的相互联系,培养乐于探究问题的习惯。

◇教学重难点◇

【教学重点】

电流的磁效应、通电螺线管的磁场、右手螺旋定则。

【教学难点】

通电螺线管的磁场。

◇教学过程◇

一、新课导入

条形磁铁会使放入其磁场中的小磁针发生偏转,“电”能不能使小磁针发生偏转呢?

如图所示,在小磁针上方平行放一根导线,当闭合和断开开关时,猜想一下小磁针会发生偏转吗?

二、教学步骤

探究点1　电流的磁场

[阅读课本]P9“历史上,曾有………做过的实验。”

[思考]电与磁之间有联系吗?

[提示]丹麦物理学家奥斯特于1820年4月首先发现了电流的磁效应,打开了电与磁联系的大门。

[阅读课本]P9~10“活动1　观察通电直导线周围的磁场……跟电流的方向有关。”

[思考]小磁针能发生偏转的原因是什么?

[提示]因为导线中通入了电流,没有电流时,小磁针不偏转。这说明通电导体周围能产生磁场。

[思考]实验时通电时间不宜过长,这样要求的目的是什么?

[提示]闭合开关时电路将处于短路状态,这样做的目的是为了获得较大的电流,使实验效果更明显。为了保护电源,实验时通电时间不宜过长。

[思考]磁场与电流有关,当电流的方向发生改变时,小磁针的偏转方向发生了改变吗?为什么?

[提示]实验发现:磁场与电流有关,当电流的方向发生改变时,小磁针的偏转方向发生了改变。说明了电流周围产生磁场的方向与电流方向有关;电流的方向发生变化时,产生磁场的方向也发生变化。

[习题]比较甲、乙两图可知:电流的周围存在　　　　;比较甲、丙两图可知:电流磁场的方向与　　　　的方向有关;这是丹麦物理学家　　　　做的电流的磁效应实验。 

[分析]甲图中有电流,小磁针发生了偏转,乙图中无电流,小磁针未偏转,因此可知:通电导体周围存在磁场;甲和丙中都有电流通过,但电流方向相反,同时小磁针偏转的方向也相反,比较可得出电流的磁场方向与电流的方向有关的结论。这一实验是丹麦物理学家奥斯特做过的。

[答案]磁场　电流　奥斯特

探究点2　通电螺线管的磁场

[阅读课本]P10“我们把用导线在圆柱形空心……重要的电磁器件。”

[思考]什么是螺线管?给螺线管通电后,其周围是否也会产生磁场呢?

[提示]把用导线在圆柱形空心筒上绕成的螺纹状线圈,叫做螺线管。螺线管通电后,其周围也能产生磁场。

[思考]通电螺线管的磁场是怎样分布的?它的极性与电流方向的关系是怎样的?

[自主探究]学生完成“活动2”实验A、B的内容。

[归纳提升]实验表明:①通电螺线管周围存在磁场。

②通电螺线管外部的磁场分布与条形磁体外部的磁场分布相似,其磁场的极性与螺线管中电流的方向有关。

[思考]通电螺线管有两个磁极,用什么方法可以判断它的两极?联想到通电螺线管的磁场是由电流产生的,那么通电螺线管的磁极是否跟电流方向有关?

[提示]通电螺线管的磁极随着螺线管中电流方向改变而改变。

[归纳总结]通电螺线管外部的磁场与条形磁体周围的磁场很相似,其磁场的极性与螺线管中电流的方向有关。

[习题]在探究“通电螺线管外部磁场的方向”实验中,闭合开关,螺线管两端的小磁针发生偏转,说明通电螺线管周围有　　　　,通过小磁针静止时　　　　极的指向确定该点磁场的方向,调换电源正负极,小磁针偏转方向改变,说明磁场方向与　　　　有关。 

[分析]闭合开关后,螺线管两端的小磁针发生偏转,说明通电导体周围存在磁场;小磁针静止时N极的指向为该点磁场的方向;调换电源正负极,即改变螺线管中的电流方向,发现小磁针静止时N极所指方向与原来相反,说明磁场方向与螺线管中的电流方向有关。

[答案]磁场　N　电流方向

[思考]比较图(a)和图(b)、图(c)有哪些相同之处和不同之处?

[提示]图(a)和图(b)所示螺线管的绕向相同,电流方向不同,通电螺线管的磁极不同。图(a)和图(c)所示螺线管的绕向不同,电流方向相同,通电螺线管的磁极相同。

[归纳提升]通电螺线管的极性由螺线管中电流的方向决定,与螺线管的绕向无关。

[习题]在探究通电螺线管外部磁场的实验中,采用了如图1所示的实验装置。

(1)当开关S闭合后,小磁针会发生偏转,说明通电螺线管与小磁针之间是通过　　　　这种特殊物质发生力的作用。 

(2)用铁屑来做实验,得到了如图2所示的情形,它与条形磁铁的磁场分布相似,为了形象地描述磁场,人们仿照铁屑的排列,用　　　　来描述磁场的分布。 

(3)为了研究通电螺线管的磁极性质,老师与同学们一起对螺线管可能的电流方向和绕线方式进行了实验,得到了如图所示的四种情况,实验说明通电螺线管的磁极极性只与　　　　有关。 

[分析](1)通电螺线管和小磁针之间的作用是通过磁场这种特殊物质发生的。(2)人们仿照铁屑的排列,用磁感线来描述磁场的分布。(3)甲和乙(或丙和丁)螺线管电路的绕线方式相同,电流方向不同,根据小磁针的指向情况知:甲和丁的螺线管右端为S极,乙和丙的螺线管右端为N极,说明螺线管的极性与其绕线方式无关,只与它的电流方向有关。

[答案](1)磁场　(2)磁感线　(3)电流方向

探究点3　右手螺旋定则

[阅读课本]P11“通电螺线管的极性……环绕方向一致。”

[思考]假如没有小磁针,该如何确定通电螺线管的磁极?

[提示]右手螺旋定则:用右手握住螺线管,让四指弯曲且跟螺线管中电流的方向一致,则大拇指所指的那端就是通电螺线管的N极。

[习题]小磁针静止时指向如图所示,由此可知 (　　)

A.a端是通电螺线管的N极,c端是电源负极

B.a端是通电螺线管的N极,c端是电源正极

C.b端是通电螺线管的N极,d端是电源负极

D.b端是通电螺线管的N极,d端是电源正极

[分析]小磁针静止时N极向右,因同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引,故螺线管a端为N极,b端为S极;由右手螺旋定则可知,电流由a端流入,故电源的c端为正极,d端为负极,B项正确。

[答案]B

三、板书设计

16.2　奥斯特的发现

1.奥斯特实验

(1)通电直导线周围存在磁场,称为电流的磁效应

(2)该现象是奥斯特在1820年发现的

(3)该实验说明:通电直导线周围存在磁场,且磁场的方向与电流方向有关

2.通电螺线管的磁场

(1)通电螺线管周围存在磁场,其磁场与条形磁体的磁场相似

(2)通电螺线管的极性由螺线管中电流的方向决定

3.右手螺旋定则:用右手握住螺线管,让四指弯曲且跟螺线管中电流的方向一致,则大拇指所指的那端就是通电螺线管的N极

◇教学反思◇

电流的磁效应是学习电磁现象的重要基础。因此,要尽可能让学生认识到电流及其周围的磁场是同时存在且密不可分的。通电螺线管的磁场是本书的重点之一,让学生自主探究,培养学生的科学探究能力,再帮助学生分析实验结果,引导学生得出右手螺旋定则。