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3.1 电磁铁

电与磁 · 初三
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 利用电流的磁效应,通过线圈通电产生磁场,且磁性有无及强弱可随电流控制的人造磁体。

从哪来 本知识点建立在 5.2 分步实验设计 之上。学生需先掌握如何控制变量(如电流大小、线圈匝数)来探究磁场强弱的影响因素,才能理解电磁铁特性的实验验证过程。

为什么 通电导线周围存在磁场(奥斯特实验)。当导线绕成螺线管时,各匝线圈产生的磁场相互叠加,内部磁场显著增强。铁芯放入后,因铁磁性材料被磁化,其内部磁畴定向排列,进一步大幅增强磁场。断电后,铁芯退磁,磁性消失。因此,电磁铁的本质是“电流控制磁场,铁芯增强磁场”。

讲法
适合:逻辑推理型、喜欢探究原理的学生 从“为什么普通磁铁不能控制”切入。提问:如果我们要制造一个能随时开关的“磁力起重机”,普通永磁体行不行?不行,因为无法断电。引出电流的磁效应,强调“电生磁”的可控性。重点讲解螺线管磁场叠加原理,用矢量叠加图解说明为什么绕圈比直导线磁场强,再引入铁芯的磁畴模型解释增强机制。
讲法
适合:形象思维型、动手操作型学生 类比“水管与水压”。电流像水流,线圈像螺旋滑梯,水流过滑梯产生旋转力(磁场)。铁芯像是一个“放大器”,水流(电流)经过时,铁芯里的微小磁针(磁畴)全部整齐排队,合力变大。断电水流停,磁针乱序,磁力消失。通过演示实验:用大头针吸附数量直观展示“通电吸、断电放”、“电流大吸得多”、“匝数多吸得多”。
讲法
适合:应试导向型、记忆型学生 直接给出“电磁铁四特性”口诀: 1. 有无:通断电控制; 2. 强弱:电流大小、线圈匝数; 3. 极性:安培定则判断; 4. 应用:电铃、电磁继电器。 结合典型电路图,强化“滑动变阻器改变电流→改变磁性”的逻辑链条,重点训练安培定则的手势记忆(右手握管,四指顺电流,拇指指N极)。
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练一道
基础题
如图所示,电磁铁通电后,小磁针静止时N极指向右侧。请判断: (1) 电源左端是正极还是负极? (2) 若将滑动变阻器滑片向右移动,电磁铁磁性如何变化?
变式
某电磁继电器控制电路中,当控制电路电流达到0.5A时,衔铁被吸下,接通工作电路。已知线圈电阻为10Ω,电源电压为6V。 (1) 计算衔铁吸下时,控制电路中的总电阻至少为多少? (2) 若线圈匝数增加一倍,其他条件不变,衔铁吸下所需的电流会变大还是变小?
试试手自己判
检测题
如图所示,电磁铁A和B串联在电路中,A的线圈匝数多于B。通电后,A吸引的大头针数量明显多于B。 (1) 此实验说明了电磁铁磁性强弱与什么因素有关? (2) 若断开开关,A和B吸引的大头针会怎样?为什么?
看答案和判分标准
答案:(1) 线圈匝数(在电流相同时,匝数越多,磁性越强)。 (2) 大头针全部掉落。因为断电后,电磁铁失去磁性,无法继续吸引铁质大头针。
判对标准:
- (1) 答出“线圈匝数”得2分;若只答“电流”或“铁芯”不得分;若答“电流和匝数”但未强调“电流相同”前提,得1分。
- (2) 答出“掉落/落下”得1分;答出“断电无磁性”得1分。若答“部分掉落”或“仍有磁性”不得分。
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