如 何计算电磁铁的磁力？

热心网友：学生相互议论：假设通过电磁铁的电流由1A增加到2A，电磁铁的磁性会怎样？是否可以这样推测：导线中的2A电流是两股1A电流汇合而成的，每股电流都产生一个磁场，两个相同磁场合在一起，电磁铁的磁性增强了。 如果电磁铁的电流不变，线圈由100匝增加到200匝，它的磁性又会怎样？是否可以这样推测：200匝线圈是由两组100匝线圈组合而成的，每组线圈都产生一个磁场，两个相同磁场合在一起，电磁铁的磁性增强了。 通过以上推测可以想到：电磁铁的线圈匝数越多，通过的电流越大，电磁铁的磁性将越强。 ●制定计划与设计实验 通过怎样的实验来检验以上猜想呢？这个实验需要解决三个问题，同学们讨论了解决这三个问题的各种可能方法： (1)怎样测量电磁铁磁性的强弱？ 学生A：看它能吸起多少根大头针或小铁钉。 学生B：看它能吸起多少铁屑（用天平称）。 学生C：看它对某一铁块的吸引力（用弹簧测力计把被电磁铁吸住的铁块拉开时弹簧测力计的读数）有多大。 (2)怎样改变和测量通过电磁铁线圈的电流？ 学生D：用滑动变阻器改变线圈中的电流，用电流表测量电流的大小。 学生E：用增减电池来改变线圈中的电流，用串联小灯泡的亮度来比较电流的大小。 (3)怎样改变电磁铁线圈的匝数？ 学生F：使用中间有抽头、能改变线圈匝数的现成电磁铁产品。 学生G：临时制作电磁铁线圈，边实验、边绕制。 教师建议：用学生C，D，F提出的方法来组成探究实验的方案。 ●进行实验与收集证据 按照教师的建议，学生分小组进行实验操作：把开关、滑动变阻器、电流表、电磁铁串联起来接到电源上，当滑动变阻器取不同值时测量电流和电磁铁对铁块的吸引力，把测量数据填入下表（表1）。电流/A 电磁铁对铁块的引力/N 改变线圈匝数，调节滑动变阻器，使电流保持不变，测量不同匝数时电磁铁对铁块的吸引力，把实验数据填入下表（表2）。匝数 电磁铁对铁块的引力/N ●分析与论证 各个小组从本组实验的表1数据看到，当电磁铁线圈匝数不变、电流逐渐增大时，电磁铁对铁块的吸引力是同步增大的；从表2数据看到，在电流相同的情况下、电磁铁线圈的匝数增加时，电磁铁对铁块的吸引力是同步增大的。由此可以证实：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。 ●评估 回顾以上操作，看看有什么不妥的地方：当改变线圈匝数的时候，是否确实做到了线圈中电流和线圈的形状都不变？当测量电磁铁的吸引力时，是否用的是同一个铁块？有没有其他因素影响了实验结果？如果这些因素在实验中都作了充分的考虑，实验的结果应该是可靠的。 ●交流与合作 各个小组把实验过程和结果写成实验报告，并分别在班上报告本组的实验结果，进行讨论和交流。 二、科学内容 本标准的科学内容分为物质、运动和相互作用以及能量三大部分。下表为科学内容标准的一级主题与二级主题。这种主题式的呈现形式不代表教材的结构或教学的顺序。教材的编写者可以根据内容标准组织编写不同特色的教材。 内容标准中的活动建议不是规定的教学内容，教师可以从中选用，也可以结合当地情况开展其他活动。 物理科学是一门实验科学，在义务教育阶段应让学生通过观察、操作、体验等方式，经历科学探究过程，逐步学习物理规律，构建物理概念，学习科学方法，逐步树立科学的世界观。一级主题二 级主题物质 物质的形态和变化 物质的属性物质的结构与物体的尺度新材料及其应用 运动和相互作用 多种多样的运动形式 机械运动和力声和光电和磁 能量 能量、能量的转化和转移 机械能内能电磁能能量守恒能源与可持续发展 主题一 物 质 各种物体、微粒和场，都是以不同形式存在着的物质。“物质”所涉及的科学内容，多数与日常生活和自然现象密切相关，与新材料的发展前沿相联系。学习这些内容不仅能让学生在3～6年级科学课程的基础上进一步认识物质世界，而且有利于学生树立正确的科学观。 这部分内容大致分为三类。第一类是对于身边物质的初步认识，学习时应注意联系学生的生活；第二类是对于物质结构和物体尺度的初步认识，这部分内容由于尺度太小或太大，人类缺少直接经验，因此应注意科学方法的运用；第三类是和当前蓬勃发展的材料科学相联系的，学习中应该注意体会科学·技术·社会的关系。 “物质”划分为以下四个二级主题： ·物质的形态和变化 ·物质的属性 ·物质的结构与物体的尺度 ·新材料及其应用 (一)物质的形态和变化 1.内容标准 （1）能用语言、文字或图表描述常见物质的物理特征。能从生活和社会应用的角度，对物质进行分类。 例1调查自然界、日常生活中的一些物质，列表归纳这些物质的相同点和不同点。根据不同物质在物理性质（形态、弹性、颜色）和用途上的差异进行分类。 （2）有评估某些物质对人和环境的积极和消极影响的意识。尝试与同学交流对当地环境资源利用的意见。 例2讨论塑料、化肥、清洁剂、灭蚊片和农药等对人和环境的影响。 （3）能区别固、液和气三种物态。能描述这三种物态的基本特征。 例3观察周围的物质，根据形状和体积的稳定性和流动性，说明固体、液体、气体的不同特征。列举自然界和日常生活中的各种不同状态的物质。 （4）能说出生活环境中常见的温度值。了解液体温度计的工作原理。会测量温度。尝试对环境温度问题发表自己的见解。 例4调查生活中常见的温度计，了解这些温度计的工作原理，解释为什么液体温度计中的液体会有不同。 例5尝试对温室效应、热岛效应等发表自己的见解。 （5）通过实验探究物态变化过程。尝试将生活和自然界中的一些现象与物质的熔点或沸点联系起来。 例6运用物态变化的知识，了解高压锅的原理。 注意：培养学生将学到的物理知识及技术与生活密切联系的意识。在课程中渗透科学·技术·社会的观念是《标准》提倡的基本理念之一。 （6）能用水的三态变化解释自然界中的一些水循环现象。有节约用水的意识。 2.活动建议 (1)调查学校和家庭的用水状况，设计一个学校或家庭的节水方案。 (2)观察并探究电冰箱中的物态变化。 例如：放进冰箱的新鲜蔬菜过几天为什么会失去水分？冰箱内壁的水珠到哪里去了？写出探究报告。 注意：电冰箱中的物态变化有典型特点，电冰箱内既有熔化和凝固，也有汽化和液化、升华和凝华。让学生应用物理知识解释身边的一些物理现象，会使学生产生亲近感、成就感。这是从生活走向物理，从物理走向社会的理念的具体体现。 (3)通过观察，探究自然界中的霜、雪、雨、露等天气现象。 注意：探究自然界中的各种物理现象，是学生学习物理的另一种基本方法。自然界中的各种物理现象是比较复杂的，学习物理应尽可能联系各种自然现象，突出基本的物理原理，但不要求学生做出完美的解释。这是从自然到物理的基本理念的体现。 (4)调查当地水资源的利用状况，并对当地水资源的利用提出自己的见解。 (5)调查本地农田灌溉（或污水处理）的主要方式，了解先进的灌溉技术。 (二)物质的属性 1.内容标准 （1）能描述物质的一些属性。尝试将这些属性与日常生活中物质的用途联系起来。 例1通过实验，探究几种金属和塑料的弹性、硬度。说明生活中是怎样应用物质的这些属性的。 例2通过磁铁等磁性物质，感知物质的磁性和磁化现象，调查磁性材料在生活中的用途。 例3通过实验，探究物质的导电性，讨论是否任何物体都具有导电性。通过观察、查阅资料，比较导体、半导体、绝缘体的不同。 （2）初步认识质量的概念。会测量固体和液体的质量。 例4分别说出质量为几千克、几克的一些物品。 注意：应该让学生学习一些基本物理量的测量方法，以便使其认识到感觉是不可靠的。还应 该让学生对物理量单位的大小有感性认识，发展其估测能力。 （3）通过实验理解密度的概念。尝试用密度知识解决简单的问题。能解释生活中一些与密度有关的物理现象。 例5用密度知识鉴别体育课用的铅球是否是纯铅制的。 （4）了解物质的属性对科技进步的影响。 例6从学校数据库或因特网上收集有关物质属性的信息。 注意：《标准》提倡尽可能将信息技术应用于物理教学过程。有条件的学校应充分利用现代教学手段，激发学生学习兴趣，扩展学生视野。条件受限的学校可以充分利用当地的课程资源，以便让学生感受到物理知识对生活、生产的影响。 例7调查市场上的服装面料或炊具，了解它们的名称和物理属性。 注意：将物理知识与生活实际相结合，是《标准》提倡的学习方法之一。应尽可能让学生接触生活、接触社会。 2.活动建议 (1)利用一块磁铁和几根缝衣针，制作指南针，并验证同极相斥、异极相吸的现象。 (2)测量一些固体和液体的密度。如可让学生自己设计一种方案，测量酱油、食用油、醋、盐、塑料制品、肥皂和牛奶等日用品的密度。教师应向学生进行安全和保护环境方面的指导。 (三)物质的结构与物体的尺度 1.内容标准 （1）知道物质是由分子和原子组成的。 例1用图形、文字和语言描述原子、分子模型。 （2）了解原子的核式模型。了解人类探索微观世界的历程，并认识这种探索将不断深入。 例2观看介绍物质微观世界的音像资料。 注意：有条件的学校可以通过多媒体技术向学生展示丰富多彩的微观世界，以便学生了解微观世界并感受探索的乐趣。 （3）大致了解人类探索太阳系及宇宙的历程，并认识人类对宇宙的探索将不断深入。 例3用望远镜观察天体。 （4）对物质世界从微观到宏观的尺度有大致的了解。 例4设计图表。根据物体尺度的大小，按电子—原子核—原子—分子—生物体—地球—太阳系—银河系的顺序排列。 注意：图表的形式可以是多种多样的，教师应让学生充分展示。 2.活动建议 (1)自己设计实验方案，探究分子间的引力和斥力。 (2)从图书馆、因特网和学校的数据库中收集有关人类对宇宙进行探索的资料。 (3)观看《宇宙与人》等科普电影。 (四)新材料及其应用 1.内容标准 （1）初步了解半导体的一些特点。了解半导体材料的发展对社会的影响。 （2）初步了解超导体的一些特点。了解超导体对人类生活和社会发展可能带来的影响。 例1阅读有关的科普资料，了解超导现象以及超导体在磁悬浮列车、超导输电等方面可能的应用。 （3）初步了解纳米材料的应用和发展前景。 例2收集有关信息，了解纳米材料的有关知识。 （4）有保护环境和合理利用资源的意识。 例3参观生产某种材料（如建材、塑料等）的工厂，了解这些材料的生产过程和应用情况，调查生产这些材料可能造成的环境污染，提出治理这些污染的设想。 2.活动建议 (1)让学生从资料室、因特网上收集有关新材料研究和开发的信息，并写出一篇小论文。 (2)调查生活、生产中应用的一些新材料，弄清它们的名称、用途、特点和属性等，并列表显示调查结果。 主题二 运动和相互作用 物质处于永恒的运动中，不同的物质和不同的运动形式又发生着相互作用。了解物质的运动和相互作用的规律，是认识物理现象所必需的。这部分内容具有很强的规律性，对它的学习有利于发展学生的科学探究能力和解决问题的能力，有利于培养学生的科学态度和科学精神。 在这部分内容的学习中，应该让学生经历对知识探究和领悟的过程，发展获取信息、处理信息和解决实际问题的能力。 “运动和相互作用”划分为以下四个二级主题： ·多种多样的运动形式 ·机械运动和力 ·声和光 ·电和磁 (一)多种多样的运动形式 1.内容标准 （1）能用实例解释机械运动及其相对性。 （2）能从生活、自然中的一些简单热现象推测分子的热运动。初步认识宏观热现象和分子热运动的联系。 例1用自己的语言或图形描绘分子的热运动。 （3）能用实验证实电磁相互作用。能举例说明电磁波在日常生活中的应用。 例2通过磁铁插入线圈时电流表指针运动的实例，说明不同运动形式之间有联系。 （4）能举例说明自然界存在多种多样的运动形式。知道世界处于不停的运动中。 例3通过氯化钠在水中溶解、盐酸与氢氧化钠反应生成氯化钠等现象，证明组成物质的微粒是在运动的，运动形式是多样的。 2.活动建议 (1)观看有关机械运动的录像片，对有关现象用机械运动的相对性进行解释。 (2)从自然现象或实验事实中举出事例，说明组成物质的微粒在不停地运动。 (二)机械运动和力 1.内容标准 （1）能根据日常经验或自然现象粗略估测时间。会使用适当的工具测量时间。能通过日常经验或物品粗略估测长度。会选用适当的工具测量长度。 例1利用步长估测学校教学楼的长度。 例2调查市场上出售的成品服装和鞋子尺码的国家标准。通过对自己身体各部位的测量，搞清自己应购买哪种规格的上衣、裤子和鞋子。 （2）能用速度描述物体的运动。能用速度公式进行简单计算。 （3）通过常见事例或实验，了解重力、弹力和摩擦力。认识力的作用效果。能用示意图描述力。会测量力的大小。知道二力平衡条件。了解物体运动状态变化的原因。 例3实验探究磁铁可以改变钢球运动的方向。 例4观察体育运动中的射箭，弓对箭的弹力使箭由静止到运动。 （4）通过实验探究，理解物体的惯性。能表述牛顿第一定律。 例5坐在汽车里，体验当汽车静止、以某一速度正常行驶、速度增加、速度减小、转弯等时刻的感觉。 （5）通过实验探究，学会使用简单机械改变力的大小和方向。 （6）通过实验探究，学习压强的概念。能用压强公式进行简单计算。知道增大和减小压强的方法。了解测量大气压强的方法。 例6估测自己站立时对地面的压强。 （7）通过实验探究，认识浮力。知道物体浮沉的条件。经历探究浮力大小的过程。知道阿基米德原理。 例7知道潜水艇浮沉的原理。 （8）通过实验探究，初步了解流体的压强与流速的关系。 例8简单解释飞机的升力。 2.活动建议 (1)测量自己的脉搏，再测出正常走路时一步的长度。 注意：以上做法相当于在自己的身体上设置了一个“时钟”和一把“尺子”，可以在没有钟表和皮尺的情况下估算走路的平均速度。这有利于因地制宜培养学生的估测能力。 (2)学读汽车、摩托车上的速度表。 (3)讨论测量火车（汽车）速度的各种方案（注意安全，不能靠近被测车辆），进行实测。学读《旅客列车时刻表》。 (4)查阅电冰箱等家用电器在运输、安装时对倾斜程度的要求。设计一种方法检查这些机器的倾斜程度。 (5)用弹簧或橡皮筋制作简易测力计，探究弹簧的弹力与橡皮筋伸长量的关系。 (6)用饮料软管制作口吹喷雾器。 (三)声和光 1.内容标准 （1）通过实验探究，初步认识声产生和传播的条件。了解乐音的特性。了解现代技术中与声有关的应用。知道防治噪声的途径。 例1在鼓面上放一些碎纸屑，敲击鼓面，使其发声，观察纸屑的运动。敲击音叉，观察与其轻触的乒乓球的运动。 例2将闹钟放到玻璃罩中，抽去空气，这时几乎听不到声音。慢慢放入空气，声音从无到有，从小到大。 例3收集超声波的应用实例。 例4举例说明建筑物中是如何防治噪声的。 （2）通过实验，探究光在同种均匀介质中的传播特点。探究并了解光的反射和折射的规律。 例5演示激光束（或太阳光束）在平面镜上的反射（用玩具激光器产生激光，用烟雾显示激光，注意不能直射眼睛），入射光束与平面镜的夹角增大时，反射光束与平面镜的夹角也增大。 例6演示激光束（或太阳光束）从空气射入水中时发生偏折。 （3）通过实验，探究平面镜成像时像与物的关系。认识凸透镜的会聚作用和凹透镜的发散作用。探究并知道凸透镜成像的规律。了解凸透镜成像的应用。 例7了解凸透镜的应用——放大镜、照相机、投影仪。 例8了解人眼成像的原理，了解近视眼和远视眼的成因与矫正办法。 （4）通过观察和实验，知道白光是由色光组成的。比较色光混合与颜料混合的不同现象。 例9观察两只手电分别射出的红光与蓝光在白墙上重叠部分的颜色。观察红、绿颜料混合后的颜色。 （5）知道波长、频率和波速的关系。了解波在信息传播中的作用。 例10知道人是怎样听到声音的。 2.活动建议 (1)调查社区（或学校）中噪声污染的情况和已采取的防治措施，提出进一步防治噪声的建议。 (2)阅读投影仪或照相机的说明书，通过说明书学习使用投影仪或照相机。 (3)用两个不同焦距的凸透镜制作望远镜。 (四)电和磁 1.内容标准 （1）通过实验，探究通电螺线管外部磁场的方向。 （2）通过实验，了解通电导线在磁场中会受到力的作用，力的方向与电流及磁场的方向都有关系。 例1了解动圈式扬声器的结构和原理。 例2探究直流电动机换向器的原理。 （3）通过实验，探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件。 例3收集电磁感应在生产、生活中应用的事例。 （4）知道光是电磁波。知道电磁波在真空中的传播速度。 例4举例说明电磁波的存在。 例5根据广播电台的发射频率计算波长。 （5）了解电磁波的应用及其对人类生活和社会发展的影响。 例6了解微波炉的原理。 例7了解移动通信中基地台的作用。 例8了解数字信号和模拟信号的基本区别。 例9简单介绍光缆通信和卫星通信。 2.活动建议 (1)在教师指导下研究动圈式扬声器是否可以当做动圈式话筒使用。 (2)用绝缘导线、铁钉、铁片等自制有线电报机。 (3)在教师指导下学习使用电磁继电器。 (4)调查电磁波在现代社会中的广泛应用。 主题三 能量 能量的转化和守恒是自然科学的核心内容之一，从更深的层次上反映了物质运动和相互作用的本质。它广泛渗透在各门学科中，并和各种产业及日常生活息息相关。这部分内容对于学生树立科学的世界观、联系生活生产实际、形成可持续发展的意识以及进一步学习其他科学技术，都是十分重要的。 这部分内容具有较强的综合性，应该注意和本课程其他部分的联系，注意和其他学科的融合，注意可再生能源的开发、环境保护等可持续发展观念的体现。 “能量”划分为以下六个二级主题： ·能量、能量的转化和转移 ·机械能 ·内能 ·电磁能 ·能量守恒 ·能源与可持续发展 (一)能量、能量的转化和转移 1.内容标准 （1）通过实例了解能量及其存在的不同形式。能简单描述各种各样的能量和我们生活的关系。 （2）通过实例认识能量可以从一个物体转移到另一个物体，不同形式的能量可以互相转化。 （3）结合实例认识功的概念。知道做功的过程就是能量转化或转移的过程。 例 实验：试管中的水蒸气把橡胶塞弹出（实验时注意安全），水蒸气的内能转化成了橡胶塞的动能，这时，水蒸气做了功；电流流过电炉丝，电能转化成了物体的内能，这时，电流做了功。 （4）结合实例理解功率的概念。了解功率在实际中的应用。 2.活动建议 (1)讨论：太阳能在地球上怎样转化成各种形式的能? (2)调查常见机械和电器的铭牌，比较它们的功率。 (二)机械能 1.内容标准 （1）能用实例说明物体的动能和势能以及它们的转化。能用实例说明机械能和其他形式的能的转化。 例1说明荡秋千游戏中动能和势能的转化情况。 例2说明公园中小孩玩蹦蹦床时机械能的转化情况。 （2）知道机械功的概念和功率的概念。能用生活、生产中的实例解释机械功的含义。 （3）理解机械效率。 例3测定某种简单机械的机械效率。 （4）了解机械使用的历史发展过程。认识机械的使用对社会发展的作用。 2.活动建议 通过阅读了解人类利用机械的历史，写一篇小论文。 (三)内能 1.内容标准 （1）通过观察和实验，初步了解分子动理论的基本观点，并能用其解释某些热现象。 例1观察扩散现象，并能用分子热运动的观点进行解释。 （2）了解内能的概念。能简单描述温度和内能的关系。 （3）从能量转化的角度认识燃料的热值。 （4）了解内能的利用在人类社会发展史上的重要意义。 例2了解蒸气机、内燃机、汽轮机、喷气发动机的基本原理及这些发动机对生产力发展所起的作用。 （5）了解热量的概念。 （6）通过实验，了解比热容的概念。尝试用比热容解释简单的自然现象。 例3解释海陆风的成因。 2.活动建议 研究电冰箱内外的温度差与所耗电能的关系，提出节能措施。 (四)电磁能 1.内容标准 （1）从能量转化的角度认识电源和用电器的作用。 （2）通过实验探究电流、电压和电阻的关系。理解欧姆定律，并能进行简单计算。 （3）会读、会画简单的电路图。能连接简单的串联电路和并联电路。能说出生活、生产中采用简单串联或并联电路的实例。 （4）会使用电流表和电压表。 （5）理解电功率和电流、电压之间的关系，并能进行简单计算。能区分用电器的额定功率和实际功率。 （6）通过实验探究，知道在电流一定时，导体消耗的电功率与导体的电阻成正比。 例1解释：家庭电路中导线连接处如果接触不好，往往会在那里发热，出现危险。 （7）了解家庭电路和安全用电知识。有安全用电的意识。 例2了解：我国电网用交流供电，频率是50 Hz，电压是220 V。 2.活动建议 (1)通过实验，探究影响金属导体电阻的因素。 (2)测量小灯泡工作时的电阻，画出电阻随电压变化的图线，并进行讨论。 (3)学读家用电能表，通过电能表计算电费。 (4)调查当地近年来人均用电量的变化，讨论它与当地经济发展的关系。 (五)能量守恒 1.内容标准 （1）知道能量守恒定律。能举出日常生活中能量守恒的实例。有用能量转化与守恒的观点分析物理现象的意识。 （2）通过能量的转化和转移，认识效率。 （3）初步了解在现实生活中能量的转化与转移有一定的方向性。 例分析：火炉的温度高，可以利用它散发的热量取暖。但是，散失的能量虽然还存在于自然界，却不能全部自动聚集起来再利用。 2.活动建议 (1)讨论和分析两个具体的永动机设计方案，说明永动机是不可能的。 (2)访问农机或汽车维修人员，了解内燃机中燃料释放热量的去向，讨论提高效率的可能途径。 (3)调查当地几种炉灶的能量利用效率，写出调查报告。 (六)能源与可持续发展 1.内容标准 （1）能通过具体事例，说出能源与人类生存和社会发展的关系。 例1介绍不同历史时代人类利用的主要能源。 （2）能结合实例，说出不可再生能源和可再生能源的特点。 （3）了解核能的优点和可能带来的问题。 例2了解当前处理核废料的常用办法。 例3了解我国和世界上核能利用的最新进展。 （4）了解世界和我国的能源状况。对于能源的开发利用有可持续发展的意识。 2.活动建议 (1)收集资料，举办小型报告会，讨论能源的利用带来的环境影响，如大气污染、酸雨、温室效应等，探讨应该采取的对策。 (2)收集当地一段时间空气质量的数据，分析空气质量变化的原因。 (3)分别从炊事、取暖、交通等方面对当地燃料结构近年来的变化作调查研究，从经济、环保和社会发展等方面进行综合评价。 (4)调查当地使用的能源，如水能、风能、太阳能、燃料的化学能或核能等，及其对当地经济和环境的影响。