九年级物理下册探究电磁铁的磁性3沪粤版.doc

探究电磁铁的磁性
一、问题的提出
在物理课上，老师在讲完磁体之后，对大家说：“是不是只有磁体才能吸引铁块？”，过了一会，老师拿出一个教具给大家做了一个实验，这个装置不通电时不能吸引铁块，一通电就可以吸引铁块。老师告诉大家这个装置叫做电磁铁，并问大家是否见过这样类似的装置。同学们十分踊跃地就说开了：有的说在别人修洗衣机时见到过；有的说在别人修漏电保护器时见到过；还有的同学说在电视节目中见到过，而且那个电磁铁的磁性很大，可以把几十吨的铁块一下子就能吸引起来。接着老师又拿出一个自制的电磁铁，并说明了一下缠绕的方法，然后又给大家提出了一个问题：电磁铁的磁性强弱到底和什么因素有关，请同学们通过实验探究一下？并要求大家自愿组成小组，最后写出探究报告在一周之后上交。
二、假设的形成与陈述
接到了问题之后，我们首先成立了探究小组，然后对老师提出的问题进行了猜想和推测。我们认为：既然电磁铁是通电的，就应该电流越大，它的磁性越强（可以从吸引大头针的数量来体现）；电磁铁是由一圈圈的漆包线组成的，就应该是圈数越多磁性越强。磁性强弱可能与线圈的匝数、电流的大小两个因素有关。要看其中的一个因素是否能够影响电磁铁的磁性，就要对另一个因素加以限制，。最终我们得出了这样的两个研究假设：
假设1：在电磁铁线圈的圈数一定情条件下，如果通过电磁铁的电流越大，则电磁铁的磁性就越强。
假设2：在通过电磁铁的电流一定条件下，如果电磁铁线圈的圈数越多，则电磁铁的磁性就越强。
三、实验设计
在实验中，我们对研究假设中的变量进行识别，确定了自变量、控制变量、因变量。根据自变量测量的需要选择了实验仪器并设计了实验的步骤，根据自变量、控制变量和因变量的内容以及实验中要测量的次数设计出了实验记录表格。
（一） 识别变量，并对变量进行操作定义
根据本实验的假设1可以确定自变量为电流的大小，，因变量为电磁铁的磁性强弱，电磁铁线圈的圈数为控制的变量。根据本实验的假设2可以确定自变量为电磁铁线圈的圈数，因变量为电磁铁的磁性强弱，控制的变量电流的大小。电磁铁磁性强弱可以定义为吸引大头针的多少。在实验过程中，一个自变量被进行实验时，另一个自变量则是被控制的变量。（见表5-12）
表5-12
控 制 变 量
自 变 量
因 变 量
电磁铁线圈的圈数
电 流
电磁铁磁性（吸引大头针的数量）
电 流
电磁铁线圈的圈数

（二） 选择控制技术
通过怎样的实验来检验以上猜想呢？同学们经过讨论，认为应该利用控制变量法，分别控制线圈匝数、电流。即：
（1）保持线圈匝数一定，改变通电电流的大小，测量电磁铁的磁性强弱。
（2）保持电流一定，改变线圈的匝数，测量电磁铁的磁性强弱。
为此，需要解决三个问题：怎样测量电磁铁磁性的强弱、怎样改变和测量通过电磁铁线圈的电流、怎样改变电磁铁线圈的匝数。同学们讨论了解决这三个问题的各种可能方法，最终确立下了一个实验方案方案。实验的难点就是改变电磁铁线圈的匝数的问题，为了解决这个，我们决定制作一个多抽头的线圈。
（三）确定实验所需的材料和设备，设计实验步骤
⒈材料和设备
需要的实验器材如下：漆包线（φ=1.1mm L=10m） 塑料管（φ=20mm L=100m m）铁芯（φ=14mm L=120m m） 干电池 （1号 2节）、开关、滑动变阻器（20Ω 2A）、电流表(J0407型)、导线、若干大头针、铁架台。
首先要用这种规格的漆包线作制一个八抽头的电磁铁（120匝 每20匝抽出一个接线端），选取这样直径的漆包线和塑料管缠绕起来比较方便，实验操作时可见度较大且简便
图5-16
易行。制作多抽头就是为了改变线圈中的匝数而设计的。选用滑动变阻器就是为了改变电路中的电流，电流表就是为了测量电路中的电流大小，其余器件就不必介绍了。
⒉实验步骤：
为了检验假设1和2的真伪性，我们分别设计了两个实验步骤。在设计的实验步骤中，包括有为了实验的实施而准备的电路连接的步骤；改变自变量、测量因变量所进行的操作步骤，实验过程中应记录的步骤；为处理实验数据而进行的图像拟合等。
步骤1：
⑴.按图5-16所示实物电路图连接实物，打开开关，将变阻器滑片放在最大位置。
⑵.试触开关，检验电路连接是否正确。
⑶.闭合开关，调节滑动变阻器、观察电流表，用电磁铁去吸引大头针。
⑷.记下电流表的示数和大头针的数目，并将结果记录在表中。
⑸.改变电流，重复步骤4和5，并将结果记录在表中。
步骤2：
⑴.改变电磁铁接线匝数，调节滑动变阻器、保持电流值一定，用电磁铁去吸引大头针。
⑵.记下电流表的示数和大头针的数目，并将结果记录在表中。
⑶.重复步骤7和8，并将结果记录在表中。
⑷.将实验记录用excel做出图像。
⑸.整理实验仪器，完成实验报告，
（三） 设计数据记录表
在设计数据记录表格时，我们把控制变量固定在表格的右上方，自变量的记录放在表格中的第一层，因变量的记录放在表格中的第二层，以体现出它们之间的因果关系，为了观察它们变化的规律性在横向上采用了多组测量记录的方式。在一个实验记录设计表格中就要体现出自变量、因变量每次记录的结果。见表5-13、表5-14所示。

表5-13 电磁铁磁性与电流的关系 线圈匝数 匝
电 流（A）

电磁铁吸引大头针的个数

表5-14 电磁铁磁性与线圈匝数的关系 电流 A
匝 数

电磁铁吸引大头针的个数

四、实验实施
根据所设计的实验步骤进行实验实施，并做好实验记录
⒈实验实施
⒉实验数据记录

表5-15 电磁铁磁性与电流的关系 线圈匝数 160匝
电 流（A）
0．2
0．4
0．6
0．8
1．0
电磁铁吸引大头针的个数
1
4
22
48
66

表5-16 电磁铁磁性与线圈匝数的关系 电流 1A
匝 数
20
40
60
80
100
120
140
160
电磁铁吸引大头针的个数
1
7
12
15
31
38
45
56
五、分析结论

图5-17

图5-18
⑴从图5-17可以看出：
当电磁铁线圈匝数不变、电流逐渐增大时，电磁铁吸引大头针的个数是同步增大的。
⑵从图5-18可以看出：在电流相同的情况下、电磁铁线圈的匝数增加时，电磁铁吸引大头针的个数是同步增大的。由此可以得到：电磁铁的磁性强弱和电磁铁线圈的匝数、通过电磁铁线圈的电流有关，电磁铁线圈的匝数越多、电流越大，磁性越强。
六、交流结论
实验结束后，各个小组把实验过程和结果写成实验报告，并交流讨论了不同方案的优缺点。在实验的假设和变量的识别上基本相同，在磁性的操作性定义、操作步骤有所不同，有的采用的是吸引铁沙称其质量的方法，在改变匝数的方法中有的小组是采用先绕好再逐渐解开数匝数的方法。所有的这些方法都活跃了我们的思想、开阔了我们思维。

评析：《影响电磁铁磁性强弱的因素》的探究方案取材于教材，是一个完整的探究案例，探究方案设计全面，器材有些是学生可以亲自动手制作的，有些是中学实验室具备的，故具有可操作性，自制多抽头电磁铁是本实验中的一个特色。探究过程中的假设确立、变量分析、实验设计科学合理，具有可重复性。
回顾以上探究过程，我们认为有四方面是特别重要的：⑴自制一个多抽头的线圈是实验进行的必备基础，是材料准备较为困难的，没有现成的漆包线可从废旧的镇流器、变压器中拆出来。⑵当改变线圈匝数的时候，要确实做到了线圈中电流保持不变，由于线圈的电阻很小因而在改变线圈匝数时，电流变化很小需要细心调节。⑶在吸引大头针时，盒子内放置的大头针的量和电磁铁铁芯露出的多少也是要注意的，本实验中采用吸引大头针的方法是否科学还有待做于进一步的研究。⑷在实验假设的建立、各种变量的确定、器材的选择、实验的设计等方面中注意时刻体现出科学探究的逻辑性和严谨性的意识是十分重要的。
从本案例中我们也可以看出，影响因变量的自变量可能不只一个，因而在进行变量的确立时，首先要保证自变量和因变量的一一对应关系，此自变量确立后，其它关系中出现的自变量在此时就成为被控制的变量。而操作性定义的使用就是为了清楚而简洁的将所要测量的事物具体化，以便于其他人确切地使用同样的程序和测量方法重复该实验，同时也可以使每个人能知道研究的是什么。这将有助于对研究结果的解释，减少误解的可能性。术语或变量的操作性定义是研究中的一个重要环节，因为对变量的操作性定义恰当与否，关系到是否能对研究进行检验，这是整个研究顺利进行的基础。
科学的研究不仅需要灵活的头脑，更需要严谨、规范的科学程序，从小的探究开始是培养科学素养和科学能力的重要基础。