师:同学们,之前我们已经学习了电磁的相关知识,今天将开启新课学习。在正式开始前,老师有个小问题想请你们帮忙解决。老师这儿有一堆混有铁屑的沙子,怎样能方便快捷地把铁屑和沙子分开呢?根据之前所学,有的同学可能会想到用条形磁铁,能快速吸出铁屑。但大家想想,铁屑虽能快速吸出,可能否快速从磁铁上剥离下来呢?有没有一种工具,需要它有磁性时,磁性产生;不需要时,磁性就消失呢?
在之前的学习中,我们了解了电流的磁效应,通电螺线管通电时有磁性,断电时无磁性。人们根据这个特点制作出电磁铁用于生产工作。那电磁铁究竟是什么呢?这节课我们一起来认识。首先观察电磁铁的构成,看这幅图,能发现电磁铁实际上是由螺线管和铁心组成的,也就是说电磁铁是带有铁心的螺线管。它具有的性质应该和之前学过的通电螺线管相似。通电螺线管为什么有磁性呢?是因为电流的磁效应,所以电磁铁的工作原理也是电流的磁效应。
另外,我们知道通电螺线管通电时有磁性,断电时磁性消失,由此可知电磁铁同样如此。这其实就是电磁铁的优点之一,它的磁性有无可以控制。那通过什么控制呢?可以通过通断电来控制磁性。结合之前学习的通电螺线管知识,我们知道通电螺线管磁场方向可改变,与电流方向有关,所以电磁铁的磁场方向也能控制,通过控制电流方向就能实现。这是电磁铁的第二个优点,磁场方向可控。
既然电磁铁磁性有无、磁场方向都能控制,那它的磁性强弱是否也能控制呢?接下来我们一起研究电磁铁的磁性,探究它的磁性强弱与哪些因素有关,这需要设计实验。电磁铁是带有铁心的螺线管,工作时需通电才有磁性,且是用漆包线绕制而成的。我们猜测电磁铁磁性强弱可能和通电电流大小、绕制的线圈匝数有关。
探究电磁铁磁性强弱与电流大小、线圈匝数的关系,要用到科学的控制变量法。先探究电磁铁磁性强弱与电流大小的关系,研究这个关系得控制线圈匝数相等。老师有个疑问,电磁铁磁性强弱该怎么反映电流大小呢?又该怎样控制电磁铁磁性强弱呢?磁性是指能吸引铁、钴、镍等物质,那我们是不是可以通过电磁铁吸引大头针数目的多少来反映其磁性强弱呢?吸引大头针数目越多,说明磁性越强;吸引数目越少,说明磁性越弱。
一个问题解决了,还有电流大小该怎么控制呢?可以利用滑动变阻器,移动滑片改变电路中的电流。我们把实验电路连接成这样,将电磁铁、电源、开关、滑动变阻器、电流表串联起来进行实验。同样地,探究电磁铁磁性强弱与线圈匝数的关系时,需要准备线圈匝数不同的两个电磁铁,控制电流大小一样。这该怎么做呢?还是利用滑动变阻器,移动滑片P,让两个电路中的电流表示数相同,从而控制两个电路电流一致。接下来我们看实验视频,观察实验现象,探究电磁铁磁性的影响因素。
通过实验视频我们发现,通电螺线管没有铁心时,磁性小于插有铁心的通电螺线管。由此分析,铁心的作用是增强磁性。它是怎么增强磁性的呢?当铁心插入通电螺线管,铁心被磁化成一个磁铁,此时既有通电螺线管周围产生的磁场,又有被磁化铁心产生的磁场,磁性就大大增强了。除此之外,我们还知道了电磁铁磁性强弱的影响因素。当线圈匝数一定时,通过电磁铁的电流越大,电磁铁磁性越强;通过电磁铁的电流一定时,电磁铁线圈匝数越多,电磁铁磁性越强。所以电磁铁磁性强弱可以改变,通过改变电流大小、改变线圈匝数来实现。这就是电磁铁的第三个优点,磁性强弱可控。
电磁铁优点这么多,磁性有无、磁场方向、磁性强弱都可控,在生产生活中有很多应用。比如生产中常见的电磁起重机,利用磁性有无可控、磁性强弱可控的优点,能吊起很重的重物并运送到各处。还有磁悬浮列车,通过电磁铁实现列车与轨道无接触,让列车高速运行。
生活和学习中常见的录音机与磁带是怎么记录声音信息的呢?这就得提到录音机里重要的部件——磁头。我们看磁头简化示意图,磁头由铁心与线圈构成,本质就是一个电磁铁,下方是磁带,磁带上有磁粉,相当于一个个小磁针。当声音在录音机周围,录音机将声音信号转化成电信号,声音信号不同,电信号不同,使得电磁铁磁性强弱、磁场方向都发生改变,进而影响磁带上磁粉(小磁针)的走向,从而记录下声音信息。
