师:同学们,下面我们来看这两段视频。这是传统的起重机在装卸钢材,这是新型的起重机在装卸钢材。大家有没有发现,新型的起重机不需要专门的工人装卸,就能自动地将钢材吊起并放到指定地方,这是为什么呢?这里用到的就是我们今天将要学习的电磁铁。那么,什么是电磁铁呢?下面我们来看一个实验。
通过上一节的学习,我们知道线圈通电后会产生磁性,它可以使小磁针偏转,但由于磁性太弱,没能吸起大头针。我们试着在通电线圈内插入铁芯,会发现它吸起了许多大头针,磁性明显增强。因此,人们在利用通电线圈的磁性时,经常把它紧密套在一个铁芯上,这样就构成了一个电磁铁。由此可见,电磁铁由线圈和铁芯组成。铁芯使用的是软铁,软铁指的是放入磁场中容易被磁化,离开磁场后能很快退磁的铁类。
电磁铁的原理是电流的磁效应,即电磁铁通电时有磁性,断电时磁性消失。下面我们再来想一想,为什么通电线圈内插入铁芯后磁性会增强呢?我们来看下面这个实验。
通电线圈磁性太弱,没有吸起大头针。我们在线圈内插入木棒,再插入铝棒,发现都没有使通电线圈的磁性明显增强。最后我们插入一根铁钉,通电线圈的磁场明显增强。这是因为铁钉放入通电线圈内会被磁化,产生磁场,与通电线圈内的磁场方向相同,相互增强。
好,下面同学们可以利用手中的材料自制一个电磁铁。我们的材料有铁钉、漆包线、吸管、小刀、大头针。我们将吸管套在铁钉上,用漆包线沿同一方向紧密缠绕在上面。漆包线外面有绝缘漆,所以它的两端要用小刀刮去绝缘漆。然后我们用电池给电磁铁通电,大家可以比一比,看看谁制作的电磁铁吸引的大头针更多。
接下来,我们通过实验来探究电磁铁的磁性强弱与哪些因素有关。电磁铁的磁性是由电流产生的,我们可以猜想,电磁铁的磁性强弱会与电流大小有关吗?电磁铁是由线圈和铁芯组成,我们还可以猜想,电磁铁的磁性强弱与线圈的匝数和铁芯的大小有关吗?下面我们围绕着电流大小和线圈匝数这两个猜想进行探究。
那么,如何研究电磁铁的磁性强弱与电流大小的关系呢?我们在改变电流大小的同时要控制线圈匝数相同,应该怎样做呢?我们可以使用一个电磁铁串联滑动变阻器来改变电流大小。接下来,又如何研究电磁铁磁性强弱与线圈匝数的关系呢?在改变线圈匝数的同时,我们要控制电流大小相同。我们可以将两个匝数不同的电磁铁分别串联滑动变阻器和电流表,通过调节滑动变阻器观察电流表的示数来控制电流大小相等。同学们思考一下,有没有更简便的方法控制两个匝数不同的电磁铁通过的电流相等呢?
通过回忆前面所学的电流规律,我们知道串联电路中各处的电流相等,那么我们可以将两个匝数不同的电磁铁串联,来实现通过它们的电流相等。
最后,我们如何判断电磁铁的磁性强弱呢?我们可以通过观察它们吸引大头针或小螺钉数量的多少来判断磁性的强弱。这里实验过程中使用的研究方法有控制变量法、转换法。
实验中我们使用的器材有两个匝数不同的电磁铁、滑动变阻器、电流表、电源、开关、导线、大头针或小螺钉。我们设计的电路图有……
我们先来探究电磁铁的磁性强弱与电流大小的关系。下面来看我们的实验视频,闭合开关后调节滑动变阻器,使通过电磁铁的电流为0.5安,吸取螺钉的数量为两根。我们再次调节滑动变阻器,使通过电磁铁的电流变大,当通过电磁铁的电流为1.1安时,吸取螺钉的数量为6根。
我们不难看出,当线圈匝数一定时,通过的电流越大,电磁铁的磁性越强。接下来我们探究电磁铁磁性强弱与线圈匝数的关系。我们使用两个匝数不同的电磁铁串联在电路中,保证了通过它们的电流相等。下面我们看这个实验。
