初中物理沪科版（2024）九年级全册（2024）第二节 探究：通电螺线管外部磁场的方向表格教学设计

这是一份初中物理沪科版（2024）九年级全册（2024）第二节 探究：通电螺线管外部磁场的方向表格教学设计，共3页。教案主要包含了15分钟，10分钟，答案解析等内容，欢迎下载使用。
学科
初中物理
年级册别
九年级全一册
共1课时
教材
沪科版九年级物理全一册 第十八章 第二节
授课类型
新授课
第1课时
教材分析
教材分析
本节课是“磁及其相互作用”单元的核心内容之一，聚焦于通电螺线管外部磁场的分布规律与方向判断方法。教材以奥斯特实验为切入点，引导学生从电流产生磁场的现象出发，通过实验探究通电螺线管外部磁场的特征，最终归纳出其与条形磁体相似的磁场结构，并引入右手螺旋定则（安培定则）作为判断磁极方向的关键工具。该部分内容承前启后，既是对前序“磁场基本概念”的深化，也为后续学习电磁铁、电动机等知识奠定基础。
学情分析
九年级学生已具备一定的电学和磁学基础知识，如电流、磁场方向、小磁针偏转等概念，但对“电生磁”这一抽象现象理解仍较模糊。部分学生在空间想象能力上存在短板，难以直观把握磁场的立体分布。此外，学生虽能操作简单电路，但在实验设计、变量控制及结论归纳方面经验不足。因此，在教学中需借助可视化手段（铁屑分布图、小磁针指向）增强感知，通过任务驱动式探究激发兴趣，强化合作交流与科学推理能力。
课时教学目标
物理观念
1. 能准确描述通电螺线管外部磁场的分布特点，理解其与条形磁体磁场的相似性。
2. 能运用右手螺旋定则判断通电螺线管的N极和S极位置，掌握电流方向与磁极关系的规律。
科学思维
1. 能基于实验现象提出猜想，设计对比实验验证假设，发展逻辑推理与归纳能力。
2. 能通过观察铁屑排列和小磁针指向，建立“磁场方向=切线方向”的空间模型，提升抽象建模能力。
科学探究
1. 能独立完成“探究通电螺线管外部磁场方向”的实验操作，规范连接电路并记录数据。
2. 能在教师引导下优化实验方案，如改变电流方向、匝数等因素，分析影响磁场强度的因素。
科学态度与责任
1. 能体会奥斯特发现“电生磁”的科学精神，感受科学家敏锐观察能力的重要性。
2. 能关注电磁铁在生活中的广泛应用，增强科技服务于社会的责任意识。
教学重点、难点
重点
1. 通电螺线管外部磁场的分布规律及其与条形磁体的相似性。
2. 右手螺旋定则的应用与判断方法。
难点
1. 理解“磁场方向由电流方向决定”这一抽象关系，突破空间想象障碍。
2. 在实验中准确判断磁极位置并正确标注，避免因电流方向误判导致结果错误。
教学方法与准备
教学方法
情境探究法、合作探究法、讲授法、实验演示法
教具准备
螺线管、电源、开关、导线、滑动变阻器、有机玻璃板、铁屑、小磁针、电池、铁钉、漆包线、纸筒、大头针、多媒体课件
教学环节
教师活动
学生活动
情境导入，点燃好奇之火
【5分钟】
一、创设情境：揭开“电与磁”的神秘面纱
（一）、讲述奥斯特传奇故事，引发认知冲突
1. 教师播放一段动画视频：1820年，丹麦物理学家奥斯特在课堂上演示电流实验时，无意间发现通电导线附近的磁针发生了微弱偏转。他没有忽视这一细节，而是反复实验，最终证实了“电流周围存在磁场”这一划时代发现。
2. 提问引导：同学们，如果你们当时在现场，会注意到这个微小变化吗？为什么奥斯特能发现它？
3. 深入追问：既然一根导线能产生磁场，那么如果我们把导线绕成一圈圈的线圈——也就是螺线管，它的磁场又会是什么样子？会不会更强？方向如何确定？
4. 引出课题：今天，我们就化身“小小科学家”，一起走进实验室，亲手探究“通电螺线管外部磁场的方向”！
二、明确任务：我们是一支科学探索队
（一）、组建探究小组，分配角色
1. 将全班分为6个小组，每组4人，分别担任“实验员”“记录员”“观察员”“汇报员”四个角色。
2. 明确任务卡内容：
- 实验目标：探究通电螺线管外部磁场的分布特点与方向；
- 核心问题：磁场形状像什么？磁极在哪端？如何用右手判断？
3. 发放“科学探索任务书”（含实验流程图、记录表格、安全提示），要求各组组长领取并传阅。
4. 强调实验纪律：严禁直接用手触碰带电导线，必须先断开开关再调整线路。
1. 观看奥斯特实验短视频，专注聆听科学家的故事。
2. 思考教师提出的开放性问题，积极发言表达观点。
3. 分组讨论，理解任务目标，明确个人职责。
4. 领取任务书，阅读实验要求，准备进入实验状态。
评价任务
倾听专注：☆☆☆
小组协作：☆☆☆
问题意识：☆☆☆
设计意图
以真实科学史为背景，构建“发现—质疑—探究”的学习路径，激发学生的科学使命感。通过角色分工促进全员参与，提升团队协作能力，同时培养严谨的实验习惯。
实验探究，探秘磁场之形
【15分钟】
一、实验一：撒铁屑，绘制磁场轮廓
（一）、指导安装装置，强调安全操作
1. 教师示范：将螺线管固定在有机玻璃板上，确保线圈紧密无松动；在玻璃板表面均匀撒满细铁屑，厚度约一层。
2. 强调操作要点：
- 必须使用绝缘导线，防止短路；
- 闭合开关前检查电路是否完整，避免接错正负极；
- 通电瞬间轻敲玻璃板，使铁屑受振动而自由移动，形成清晰图案。
3. 提醒注意事项：
- 通电时间不宜过长，防止线圈发热损坏；
- 实验结束后立即断开开关，冷却后再清理铁屑。
二、实验二：用小磁针，追踪磁场方向
（一）、布置观察任务，引导系统记录
1. 指导各组将小磁针依次放置在螺线管不同位置：左端、右端、中部上方、侧面等区域。
2. 要求记录以下信息：
- 未通电时小磁针的原始指向（通常为南北方向）；
- 闭合开关后小磁针N极的偏转方向；
- 是否有明显规律？
3. 设置对比实验：改变电流方向（调换电源正负极），重复上述步骤，观察磁针偏转是否反转。
4. 教师巡视指导，重点关注电路连接是否正确、铁屑是否均匀分布、小磁针是否稳定。
5. 鼓励学生用手机拍摄铁屑分布图像，用于后续分析。
三、实验三：多组对比，发现规律
（一）、组织小组间交流，提炼共性结论
1. 请每组派代表展示铁屑形成的图案照片或手绘草图。
2. 引导学生比较不同小组的结果：
- 铁屑排列是否都呈“两端密、中间疏”的纺锤状？
- 是否有明显的“北极”与“南极”集中区？
3. 引导归纳：
- 通电螺线管外部的磁场分布与条形磁体极为相似；
- 一端为N极，另一端为S极，且磁极位置与电流方向有关。
4. 教师板书关键结论：“通电螺线管外部磁场与条形磁体相似”。
1. 按照教师指导，组装实验装置，确保安全连接。
2. 通电并轻敲玻璃板，观察铁屑动态分布，记录形态特征。
3. 使用小磁针分点测试磁场方向，详细填写记录表。
4. 改变电流方向后再次实验，对比两次结果差异。
评价任务
实验规范：☆☆☆
数据准确：☆☆☆
观察细致：☆☆☆
设计意图
通过“铁屑+小磁针”双轨验证法，实现宏观与微观双重感知。让学生亲历“观察—记录—比较—归纳”的完整科学过程，培养实证精神。多组数据对比强化结论可靠性，体现科学的可重复性原则。
规律建构，掌握判断之钥
【10分钟】
一、揭示秘密：右手螺旋定则的诞生
（一）、展示图示，讲解定则原理
1. 教师投影图18-18，清晰标注右手姿势：
- 用右手握住螺线管；
- 四指弯曲方向与电流方向一致；
- 大拇指所指方向即为通电螺线管的N极。
2. 用彩色粉笔在黑板上动态演示三种不同电流方向下的判断过程：
- 电流从左向右流入时，N极在右端；
- 电流从右向左流入时，N极在左端；
- 电流方向反转，N极随之反转。
3. 提问互动：
- 为什么不能用左手？
- 如果四指方向与电流相反，会怎样？
4. 强调：该定则是国际通用标准，不可随意更改。
二、实战演练：快速判断磁极位置
（一）、出示练习题，开展即时训练
1. 在黑板上画出三个不同方向的螺线管电流流向，要求学生举手抢答N极位置。
2. 出示习题：如图18-22(a)(b)(c)，根据小磁针指向，判断通电螺线管中电流方向。
- 提示：先根据小磁针N极指向确定磁场方向，再反推电流方向。
3. 学生上台板演，教师点评纠错。
4. 延伸思考：若将螺线管拆开成直导线，是否还能用右手定则？
5. 引导学生理解：右手定则适用于环形或螺旋形导体，不适用于直线导线。
1. 认真观看教师演示，理解右手定则的操作步骤。
2. 积极参与抢答，尝试独立判断N极位置。
3. 在练习纸上完成图18-22的填空任务，提交答案。
4. 思考教师提出的延伸问题，进行小组讨论。
评价任务
判断正确：☆☆☆
操作熟练：☆☆☆
思维敏捷：☆☆☆
设计意图
将抽象规则具象化，通过视觉化演示降低认知难度。设置阶梯式练习题，实现“理解—应用—迁移”三级跃迁。通过反向思维训练，深化对定则本质的理解，避免机械记忆。
应用拓展，链接真实世界
【8分钟】
一、揭秘生活：电磁铁的奇妙应用
（一）、展示实物图片，引发兴趣共鸣
1. 教师展示电磁起重机、电铃、磁浮列车、继电器等设备的照片。
2. 提问：这些设备中都藏着一个共同的秘密武器——电磁铁！它是怎么工作的？
3. 以电磁起重机为例，逐步解析工作流程：
- 接通电源 → 电磁铁产生磁性 → 吸起钢铁物品；
- 切断电源 → 磁性消失 → 物品掉落。
4. 强调：电磁铁的优势在于“可控性”——通电有磁，断电无磁。
二、挑战任务：自制简易电磁铁
（一）、布置微型项目，激发创造热情
1. 发放材料包：铁钉、漆包线、电池、开关、大头针。
2. 任务要求：
- 将漆包线紧密缠绕在铁钉上，至少20圈；
- 连接电池与开关，合上开关，测试能否吸起大头针；
- 改变电流方向，观察吸力是否变化？
3. 鼓励学生尝试增加线圈匝数或更换铁芯材质，比较效果。
4. 提醒：实验时间不超过3分钟，注意防烫伤。
1. 观察电磁设备图片，思考其工作原理。
2. 分组动手制作简易电磁铁，体验“通电生磁”的神奇。
3. 测试吸力，记录现象，尝试改变参数观察变化。
4. 小组分享制作心得，交流改进方法。
评价任务
动手能力：☆☆☆
创新思维：☆☆☆
应用意识：☆☆☆
设计意图
从实验室走向生活，让学生认识到物理知识并非孤立理论，而是解决实际问题的强大工具。通过“做中学”强化知识内化，培养工程思维与实践创新能力，落实“从物理走向社会”的核心素养导向。
总结升华，种下科学种子
【7分钟】
一、回顾旅程：我们的科学发现之旅
（一）、引导学生梳理知识脉络
1. 请学生回顾本节课经历了哪些环节？
- 从奥斯特发现电生磁 → 探究螺线管磁场 → 发现右手定则 → 应用于生活。
2. 提问总结：
- 通电螺线管外部磁场像什么？
- 如何判断N极？
- 电磁铁有什么优点？
3. 教师用思维导图板书知识结构：
- 电 → 磁（奥斯特）
- 螺线管 → 类似条形磁体
- 右手定则 → 判断磁极
- 电磁铁 → 控制性强
二、拓展思考：未来科学家的使命
（一）、提出开放性问题，激发持续探究
1. 提问：如果我们将多个螺线管串联或并联，磁场会更强大吗？如何增强电磁铁的吸引力？
2. 鼓励学生课后查阅资料，了解超导电磁铁、磁悬浮列车的最新进展。
3. 布置延伸任务：撰写一篇《假如没有电磁铁的世界》的小论文，字数不少于200字。
1. 回顾实验过程，复述关键知识点。
2. 参与师生共同构建的知识树，加深记忆。
3. 思考教师提出的开放性问题，萌发进一步探究兴趣。
4. 记录课后任务，准备课外拓展。
评价任务
知识整合：☆☆☆
思维拓展：☆☆☆
学习热情：☆☆☆
设计意图
通过结构化总结帮助学生建立系统认知，实现知识网络化。以“未来科学家”身份激励学生，将课堂学习延伸至课外，培养终身学习意识和科学责任感。
作业设计
一、实验报告撰写
请根据本节课实验过程，完成一份完整的实验报告，包括以下内容：
1. 实验目的：探究通电螺线管外部磁场的分布特点与方向；
2. 实验器材：螺线管、电源、开关、导线、滑动变阻器、有机玻璃板、铁屑、小磁针；
3. 实验步骤（简要描述）：
- 将螺线管固定在玻璃板上，均匀撒铁屑；
- 连接电路，闭合开关，轻敲玻璃板，观察铁屑分布；
- 放置小磁针于不同位置，记录N极指向；
- 改变电流方向，重复实验；
4. 实验现象记录：
- 铁屑分布图（可手绘或拍照粘贴）；
- 小磁针偏转方向记录表；
5. 实验结论：
- 通电螺线管外部磁场分布与条形磁体相似；
- 磁极方向与电流方向有关；
- 可用右手螺旋定则判断N极。
二、选择题巩固
1. 下列说法中能使通电螺线管的N、S极位置互换的选项是（ ）
A. 把线圈的匝数增加1倍
B. 改变电流的方向
C. 把电流大小减小一半
D. 开关断开后重新闭合
2. 关于通电螺线管的磁场，下列说法正确的是（ ）
A. 磁感线从S极发出，回到N极
B. 磁感线是真实存在的曲线
C. 外部磁场与条形磁体相似
D. 磁极方向与电流方向无关
三、作图题
3. 在图18-22中，根据小磁针指向，标出通电螺线管中的电流方向。
（a）_________ （b）_________ （c）_________
四、简答题
4. 为什么电磁铁在工业生产中被广泛应用？请列举两个具体应用场景，并说明其优势。
5. 如果你有一根漆包线、一个铁钉、一个电池和一个开关，如何判断电池的正负极？请写出你的实验步骤。
【答案解析】
一、实验报告撰写
（略，学生自行完成）
二、选择题巩固
1. B
2. C
三、作图题
3. （a）电流从左向右；（b）电流从右向左；（c）电流从左向右
四、简答题
4. 电磁铁具有“通电有磁、断电无磁”的特性，便于远程控制和自动化操作。应用场景举例：
- 电磁起重机：可自动吊装废钢铁，效率高、安全性好；
- 电铃：通过电磁铁带动锤子敲击铃铛，实现声音提醒。
5. 实验步骤：
- 将漆包线绕在铁钉上，制成螺线管；
- 将螺线管两端分别连接未知极性的电池两极；
- 用小磁针靠近螺线管一端，观察N极指向；
- 若小磁针N极被吸引，则该端为S极，对应电源负极；反之为正极。
板书设计
第十八章 磁及其相互作用
第二节 探究：通电螺线管外部磁场的方向
一、奥斯特实验：电→磁
二、实验探究：
1. 铁屑分布 → 纺锤形 → 类似条形磁体
2. 小磁针偏转 → 方向随电流改变
三、右手螺旋定则：
右手握螺线管，四指→电流方向，大拇指→N极
四、电磁铁应用：
↑ 通电 → 有磁 → 吸物
↓ 断电 → 无磁 → 放物
五、核心结论：
通电螺线管外部磁场与条形磁体相似，磁极方向由电流方向决定。
教学反思
成功之处
1. 以奥斯特故事导入，成功激发学生探究欲望，课堂气氛活跃。
2. 实验设计科学合理，铁屑与小磁针双验证，有效突破空间想象难点。
3. 右手定则教学采用“图示+动态演示+抢答”模式，学生掌握率高。
不足之处
1. 部分小组在连接电路时出现短路，需加强前期安全培训。
2. 个别学生对“电流方向”与“磁场方向”关系理解仍显模糊，需课后个别辅导。
3. 电磁铁应用拓展时间略紧，部分学生未能充分表达创意。