磁现象教学设计

磁现象教学设计（精选8篇）

磁现象教学设计篇1

【教材分析】：本课是选自新人教版九年级物理二十章第一节，该节知识点偏多，但为后面进一步学习磁与电非常重要，因此，做好学生实验及演示实验，总结物理概念和规律是本节的主要特色。

【学情分析】：初三的学生思维还处在形象阶段，对于抽象的物理知识还是不太易懂，所以本节知识主要依靠实验和生活现象来阐述物理知识。【教学目标】：

1、知识与技能：（1）知道磁性和磁体；（2）知道磁极；

（3）知道磁极的指向性和磁极的表示方法；（4）理解磁极间的相互作用规律；（5）知道磁化及其应用。

2、过程与方法：（1）感知物质的磁性和磁化现象。通过观察实验现象认识磁极，理解磁极间的相互作用规律。

（2）观察磁极间相互作用规律的实验，探究出磁极间相互作用规律。（3）体会运用实验来研究、感知物理问题的方法。

3、情感态度与价值观：（1）通过了解我国古代对磁的研究方面取得的成就，增强学生的爱国热情，进一步增强学习物理的兴趣；

（2）通过探究活动体验成功的喜悦，增强对科学探究的兴趣，培养学生的合作与交流精神，感悟物理与生活的和谐关系；

【重、难点】：以探究磁体的性质为重点，难点是磁极间的相互作用，磁化。【教法与学法】：主要通过演示实验和讲解来阐述本节内容；学生则通过分组合作及讨论领悟物理知识。

【教学器材】：条形磁体、蹄形磁体、环形磁体、铝棒，铁屑、木屑、铝碎片、大头针、白纸等【教学过程】：

【创设情境，导入新课】

先给同学们展示几幅非常壮观漂亮的极光图片，使学生进如学习的乐园，然后再利用故事“秦始皇的阿房宫奥秘”进而激发他们的求知欲，【进入新课，进行讲解】

1、认识磁现象

“演示实验”分别用白纸包裹的磁体和铝棒去吸引铁屑、木屑、纸屑、铝片等不同物质，观察现象。

结论：能够吸引铁、钴、镍等物质的性质叫做磁性，具有磁性的物体叫磁体。磁体的分类：

（1）按磁体的来源可分为天然磁体和人造磁体；（2）按形状来分可分为条形磁体、蹄形磁体、小磁针。

2、磁极间的相互作用

（1）“分组实验”各组分别用条形磁体和蹄形磁体去吸引均匀的铁屑，观察现象并讨论“磁体上的磁性一样的吗？请小组代表发言

结论：磁体各部分的磁性强弱不同，磁体上磁性最强的部分叫做磁极，它的位置在磁体的两端。（2）磁体有几个磁极？

“演示实验”将本已破损的磁体分成两块，再次去吸引铁屑，观察现象，并由同学们讲述。

结论：任何磁体有且只有两个磁极（3）磁体的指向性

“演示实验”用细线将条形磁体悬挂，使其在水平面能自由旋转，观察其静止是的指向。定义：南极：磁体静止时指南的那个磁极叫南极（S极）

北极：磁体静止时指北的那个磁极叫北极（N极）（4）磁极间的相互作用

“分组实验”各小组将一根条形磁体悬挂使其自由旋转，用另根条形磁体的N极去靠近它的S极，观察现象或用S极去靠近它的N极，观察现象；（互相吸引）再用S极去靠近S极或N极靠近N极，观察现象。（互相排斥）结论：同名磁极互相排斥，异名磁极互相吸引。

3、磁化

提问：条形磁体是钢做的，原来没有磁性，怎样使它现在具有了磁性呢？（1）使它具有磁性的方法很多，但很明显它原来没有磁性，现在获得了磁性，我们把它获得磁性的过程叫做磁化。

“演示实验”：钢针原来没有磁性，在磁铁上按一定的方向摩擦几下，它就具有了磁性，能单独吸引一些小的别针。

提问:为什么有些物体获得的磁性可以长期保存，有的一会儿就没了呢？ a硬性材料：磁化后能长时间保持磁性。b软性材料：磁化后不能长时间保持磁性。（2）消磁

使原来有磁性的物体减弱或失去磁性银行卡、磁卡不能和手机放一块【课堂演练，举一反三】

1、有两根外形一样的钢棒，甲靠近乙的中间有吸引力，而乙靠近甲的中间没有吸引力，试判断哪根钢棒有磁性，哪根没有磁性？【课堂小结】由学生总结，我做归纳【板书设计】

第一节磁现象(第一课时)

1、磁现象：能够吸引铁、钴、镍等物质的性质叫做磁性，具有磁性的物体叫磁体。

2、磁极间的作用：（1）磁极：N S极（2）同名磁极互相排斥，异名磁极互相吸引

3、磁化:使没有磁性的物体获得磁性的过程

【教学反思】由历史故事来引入新课，并利用多媒体展示司南、指南针，来创设情境，激发学生的学习动机，对于磁性的认识采用探究的方法，通过自主实验探究感悟磁体的吸铁性、指向性，使学生在头脑中形成明确而深刻的认识。关于磁性，教师补充除铁以外的钴、镍这些铁磁性物质，使学生认识更完善。对将要学习的内容产生浓厚的兴趣，提高学生的探究能力。

磁极间的相互作用的实验探究使学生通过磁极间的自由组合，和对结论的分析归纳，培养学生掌握解决问题的思路。

磁现象教学设计篇2

一、智慧教育与微课的内涵

(一) 智慧教育的内涵

华东师范大学祝智庭教授提出“智慧教育”这一概念, 主张借助信息技术的力量, 创建具有一定智慧的 (如感知、推理、辅助决策) 的学习时空环境, 旨在促进学习者的智慧全面、协调和可持续发展。[1]

笔者认为, 智慧教育的核心是培养和发展学生的创造性思维和综合问题解决的能力。关键在于存在值得学生思考和研究的问题, 通过扩充和细化教学目标, 发现已有知识无法解决而新学知识能够解决的问题。学习者能够想出应当具备什么样的知识和能力才能够解决这些问题的能力。

(二) 微课的内涵

我国最早提出“微课程”概念的胡铁生老师将“微课程”界定为:以微型教学视频为主要载体, 针对某个学科知识点 (如重点、难点、疑点、考点等) 或教学环节 (如学习活动、主题、实验、任务等) 而设计开发的一种情景化、支持多种学习方式的新型在线网络视频课程。[2]

面向智慧教育的微课的本质特征在于提供给学习者建构自己知识和能力大厦的材料, 利用其短小精悍、易掌握、高效率、利于建构的特点, 给学生自主选择学习内容更多更大的空间, 让学生独立自主地完成意义建构, 目标是在学习体验中理解基本科学知识, 修炼学习技能。

二、面向智慧教育的初中物理微课设计分析

《磁现象》是人教版八年级下册的内容, 微课作为一种学习资源, 是为学生服务的, 因此在设计微课时, 根据学习内容的深度和广度调节与学习者特征之间的适配性。

(一) 课程特点

大体来说, 初中物理侧重于物理现象, 初中阶段的物理课程是让学习者学习基本的物理知识与技能, 经历初步的科学探究过程。《磁现象》属于观察现象, 学习者通过观察磁现象, 将主观经验上升至理论推理, 为后续学习电与磁的规律打下基础。

(二) 教学任务分析

教学任务分析, 即确立教学设计总体框架, 指明后续教学活动的方向, 重点在于弄清学习者内部的学习结果。本节课的教学任务是让学习者知道磁现象的相关概念、规律及学习方法。

(1) 自己发现用不同形状磁体 (条形、蹄形、环形、圆形磁铁) 、铜币、铝币、镍币和塑料片、铁片相互作用时磁的反应和强弱。

(2) 利用小磁针 (带座) 、条形磁铁、细绳和小车探究磁体靠近磁极的现象。

(3) 根据各种形状磁体、无磁性铁钉和铁片的相互作用, 让学生思考如何使原来没有磁性的铁钉具有磁性。

(4) 学生思考并操作, 需要用几个装置、每个装置应是什么样的, 才能够验证磁现象的相关理论知识。

(三) 学习内容分析

根据新课程标准和要求, 通过对《磁现象》内容的分析, 我们可以预先判断, 学习者在学完微课程之后, 知道有关磁性、磁体、磁极和磁化的相关概念;掌握同性磁极相互排斥, 异性磁极相互吸引的磁极间相互作用的规律;知道磁化是使原来没有磁性的物体获得磁性的过程, 其中, 如果被磁化的物体是铁棒, 那它获得的磁性会马上消失, 而如果被磁化的物体是钢棒的话, 磁性会保持较长的时间;能够根据磁的相关知识独立制作一个指南针。

(四) 学习者学习特征分析

初中阶段, 学习者的逻辑抽象思维能力得到发展, 能够超越直接感知的事物提出假设并进行论证推理。学习者通过观看微课视频和物理实验, 在教师的指导帮助下, 能够根据磁现象的相关知识自己动手制作简易的体现磁现象的装置。

三、将初中物理微课上升到智慧教育层面的设计

(一) 弹幕式教学交互及其实现效果

《磁现象》微课视频展示中, 学习者能够通过登录自己的帐号实现做笔记、评论和提问的功能。针对课程中存在的问题或不太理解的地方进行评论, 弹幕评论的针对性、多元化、碎片化和评论排序等特点使得学习者不仅能够及时发表自己的观点, 还能快速挖掘和梳理其他学习者的观点, 从而加深学习者对磁极间的相互作用和磁化现象的深层认识。

在观看微视频学习中, 不时弹出问题让学生回答, 在弹出什么样的问题和什么时候弹出问题的把握上应多加注意。在《磁现象》一课中, 通过一系列的问题——磁体能够吸引哪些东西?被磁铁吸引上的物体有什么共同点?磁体上每部分的磁性强弱是一样的吗?怎样才能让原来没有磁性的物体具有磁性呢?磁体之间只可以发生相互吸引吗?还有什么作用规律?结合弹幕式交互中提问的及时性、评价的即时性、评价过程的临场性、评价内容的情境性等, 使得学习者具有较强的归属感、认同感, 避免在微视频学习过程中不能针对视频内容进行及时评价和枯燥讨论的问题。让学习者在观看学习内容的同时, 又理解记忆所学内容, 有利于促进学习者深层次学习习惯的养成和深度思维能力的发展。

(二) 优质课程内容设计

1.优质高效、资源推送

设计微课的智慧应利于学习者知, 利于其选, 利于其用[3]。积极响应“一师一优课, 一课一名师”的号召, 设计高质量的视频资源, 《磁现象》上传过程中将与之相对应的关于微课名称、微课类型、微课内容、适用年级、教学结构、方式方法及重难点等做简明介绍, 并将同一类型微课归类, 便于学习者查读, 建立优质高效的教学资源。

创建物理学习订阅号, 教师将上课所用到的PPT课件、教学设计、习题、相关视频、Flash课件等教学资源都放到订阅号中, 学习者可以利用网络随时浏览并下载学习资源, 根据学习者的浏览记录分析其在哪一环节的学习上有困难, 为其推荐磁现象及磁场、电与磁、磁感应强度等相关的资源链接, 弥补课堂中所遗漏的知识点, 有效巩固其物理知识结构。

2.立体多元、融合创新

针对学习者层次确定内容复杂程度, 根据学习者特征设计能够适应学生多元能力培养的微课。以磁现象微课学习为起点, 设计开发配套的电子教材、物理虚拟实验软件和相应的网络课程等相结合的立体学习资源。

微课的表现形式可根据物理学科和不同教学情境的需要, 通过物理虚拟实验、交互式三维仿真动画、虚拟场景等软件, 增强知识的可视化设计, 让学生在真实情境中体验玄妙有趣的磁现象, 在资源融合过程中实现创新创造能力的发展。

3.个性开放、协作共享

每一个学习者都是相对独立的个体, 不同学习者之间在学习风格、先前知识和学习能力上存在很大差别, 根据学习者的个性化特征, 给学习者提供具有学习者自身学习特色的学习诊断结果、学习建议和学习服务, 利用思维导图软件制作知识导学图, 让学习者成为学习的主人。Explain Everything作为学生知识建构的工具, 学生在进行小组汇报的时候, 不仅可以展示拍摄录制的视频, 还可以进一步丰富汇报形式, 同步展示与主题相关的文字、图片、视音频、网页等多种媒体, 使成果汇报变得生动起来。教师在课前下发教学任务单, 让学习者在课前知识传递中通过观看视频, 自主学习。教师监控学生学习进度, 学习者完成课前任务单, 发现问题, 提出问题并设计方案。课中通过与同伴、教师分析交流、小组协作, 取长补短, 从而达到知识的内化;课后通过作品制作和分享, 促进学习者综合能力和创新创造能力的发展。

(三) 智慧学习情境设计

初中物理教学中, 物理实验是重要的组成部分, 面向智慧教育的微课, 通过设计智慧学习情境, 让学习者置身于真实情境中。在磁现象的内容传授中, 通过播放春节联欢晚会中刘谦硬币穿杯子魔术的微视频, 引起学生的好奇心, 继而提问刘谦的这个小魔术是运用了什么科学原理呢?

学习者通过观看视频和小组协作, 动手操作并观察相关实验现象, 巩固加深对知识的理解。基于解决实际问题的学习情境, 可以帮助学习者更加深刻地理解所学内容, 在相似的情境中实现技能的正迁移。

(四) 智慧教学法

智慧教学法是对学生思维能力进行开发的一种独特的教学方法。[4]在磁现象的教授中, 可采用微课导学、小组合作、头脑风暴、自主建构。合理诱导的智慧教学方法, 运用整合技术的教学法建构师生互动系统, 例如:在微博上互动, 根据回帖数和回帖质量来了解学习者的先前经验, 便于学习者在学习期间提问讨论、获取反馈;通过多媒体手段设置教学情境, 展示条形磁铁吸引铁屑场景, 观察磁铁的不同部位所吸铁屑的多少判断磁性强弱和形形色色的磁体的图片资料展示磁现象, 深化知识内容之间的联系。当学习者出现错误时, 教师需要利用学生的错误作为资源, 引导学生走向正确的轨道。

(五) 智慧评价体系设计

通过对学习者的微课学习进程、学习行为和学习效果的记录, 积累学生的大数据信息, 做到以科学的学习分析技术为基础的发展性评价 (作品、实验报告、讨论观点) 与增量评价 (测验) 的统一。可以从以下几个方面进行教学管理与评价。

一方面, 根据学习者对弹出问题的解答程度, 如果学习者对问题回答的速度, 深度和准确度都比较高, 例如, 学习者如果知道磁铁能吸引铁质物质;磁铁两极部分磁性最强;磁铁有“同极相斥, 异极相吸”的特性;磁铁隔物能够吸引铁质物质, 磁体被分割成两段或几段后, 每一段磁体上仍然有N极S极。通过接触或者靠近磁体, 或用磁体的一端沿同一方向多次摩擦来实现磁化, 初步断定学习者已基本掌握相应的知识点内容。

另一方面, 对于对某一方面学习内容比较熟悉的学习者来说, 其可以申请免视, 即不用观看教师提供的视频内容, 但需要进行测验, 以检验其对此知识点内容的掌握程度。例如:对磁规律的掌握, 通过设计习题和学生上交的作品进行判定。通过对学习管理与评价, 以智慧评价体系设计促进整个教学设计的优化和完善。

四、总结

在智慧教育情境下, 教师在课堂教学中的角色发生了重大变化:教师不再是课堂教学的设计者、组织者, 而是学生学习资源的开发者和发布者、教学过程的指导者与组织者、意义建构的促进者和帮助者。教师不再是一步步引导学生学习, 而是在对学生学习结果评价过程中对学的反思, 是在学习的过程中对学的深化和提高。

充分尊重和肯定学生的思维发现, 让他们自主寻找问题的根源, 实现智慧教育的最终目的即发展学生的创新创造能力、在学习过程中完成知识的意义建构和有效内化。

参考文献

[1]祝智庭, 贺斌.智慧教育:教育信息化的新境界[J].电化教育研究, 2012, (12) :5-13.

[2]胡铁生, 黄明燕, 李民.我国微课发展的三个阶段及其启示[J].远程教育杂志, 2013, (4) :36-37.

[3]陈琳, 王运武.面向智慧教育的微课设计研究[J].教育研究, 2015, (3) :128-129.

《磁现象和磁场》教学设计篇3

磁现象和磁场是新教材中磁场章节的第一节课，从整个章节的知识安排来看，本节是此章的知识预备阶段，是本章后期学习的基础，是让学生建立学习磁知识兴趣的第一课，也是让学生建立电磁相互联系这一观点很重要的一节课，为以后学习电磁感应等知识提供铺垫。

学生分析

磁场的基本知识在初中学习中已经有所接触，学生在生活中对磁现象的了解也有一定的基础。但磁之间的相互作用毕竟是抽象的，并且大部分学生可能知道电与磁的联系，但没有用一种普遍联系的观点去看电与磁的关系，也没有一种自主的能力去用物理的思想推理实验现象和理论的联系。

教学目标

一、知识与技能

1、让学生自己总结生活中与磁有关的现象，了解现实生活中的各种磁现象和应用，培养学生的总结、归纳能力。

2、通过实验了解磁与磁、磁与电的相互作用，掌握电流磁效应现象。使学生具有普遍联系事物的能力，培养观察实验能力和分析、推理等思维能力。

3、通过直观的多媒体手段让学生熟悉了解地磁场和其他天体的磁场及与之有关的自然现象。

二、过程与方法

1、让学生参与课前的准备工作，收集课外的各种磁有关的现象和应用。

2、在电流磁效应现象的教育中，本节课采用类似科学研究的方式，还原物理规律的发现过程，强调学生自主参与。

3、学生对物理现象进行分析、比较、归纳，采用老师与学生双向交流感知现象下的物理规律的普遍联系。

三、情感态度价值观

1、对奥斯特的电流磁效应现象的教育中，要让学生知道奥斯特的伟大在于揭示电和磁的联系，打开了科学中一个黑暗领域的大门。也让学生懂得看似简单的物理现象在它发现的最初过程中是如何的艰难。

2、强调学生通过自主参与类似科学研究的学习活动，获得亲身体验，产生积极情感。

重难点：

电流磁效应的研究。

教学准备：

多媒体课件、投影仪。

教学方法

实验启发式教学、多媒体辅助教学。

设计思想

1、这是磁场章节的第一节课，教学过程应重在显示学生对磁这一知识的了解和对磁知识的生活的体验。为此，本节课采用以问题为主线、实验为基础的教学策略。问题情景的创设，是思维的启动点和切入口，而实验是物理研究的理论支持。

2、电流磁效应的研究是本节课的重点，在设计中可让学生自己讨论研究的思想，在这基础上再提出奥斯特的实验及其研究过程中出现的困难。然后自然得过渡到磁场对电流的作用上来。

课时安排

一课时

教学过程

一、课前调查、准备

教师提出问题：1、你对生活中有关磁的现象和应用了解多少，能否举出你所熟悉的一些现象和应用呢？

任务：在课前请同学通过网络去获知磁有关的知识

二、实验演示，引入新课

1、利用磁钢堆硬币积木。

实施过程：在木凳的下方可事先藏一小块磁钢，在木凳的上方在磁钢的磁化作用下可堆起四层高的硬币积木。

2、演示“磁悬浮”小实验

师：以上两实验的现象是如何出现的呢？具体的奥妙在那里呢？

学生非常新奇，对实验中出现的现象猜测各种原因，激起学生学习磁知识的兴趣

三、实验探索、新课教学

师：在初中我们已接触了一些磁有关的知识，生活中有哪些与磁有关的现象和应用？同学之间可互相讨论。

（因课前有准备，学生相对比较活跃，要充分把学生所知道的知识表述出来）

师：对磁的认识和应用，早在我国古代就开始了

多媒体投影补充说明磁有关的现象和应用：

1、天然磁石（成分：Fe3O4）

2、司南的照片

东汉王充在《论衡》中写道：“司南之杓，投之于地，其柢指南”

3、磁悬浮列车

上海磁悬浮列车专线西起上海地铁龙阳路站，东至上海浦东国际机场，列车加速到平稳运行之后，速度是430公里/小时。这个速度超过了F1赛事的最高时速，车厢里上下颠簸很小，左右摇摆得相对还大一些。

4、飞鸽依靠地磁场识路等

从学生最熟悉的磁知识着手，引出磁的一些概念：

磁铁吸引铁质物质

5、实物投影指南针的指向

磁性：磁体能吸引铁质物体的性质

磁极：磁体中磁性最强的区域。从中引出N、S极的定义。

师：磁铁能吸引铁钉，铁钉是磁铁吗？为什么磁铁可以吸引铁钉？

学生回答：铁钉被磁化

师问：那么在自然界中还有没有什么其他的东西能使铁质物体磁化的呢？

（请同学互相帮助想一想，然后回答）

学生：电流可以使铁质物体磁化

可以向学生说明：1731年，英国商人发现雷电后，刀叉具有磁性。1751年，富兰克林发现莱顿瓶放电可以使缝衣针磁化。

师：自然界中磁铁的相互作用早已被人所知，同名磁极排斥，异名磁极吸引，这与我们学过的什么力的作用很相似？

学生：电荷之间的作用力相似。

师：那么会不会说明两者存在联系呢？如果让你去研究电与磁的关系，你会如何去设计？

学生由于已受初中磁知识学习的影响，大部分都提出让通电导线对小磁针作用。

投影介绍奥斯特的生平

实验演示奥斯特的电流磁效应：

师说明：在奥斯特研究的最初，他受到力总是沿着物体连线方向这个观念的影响，总是在沿电流的方向放置磁针，使磁针在导线的延长线上，均以失败告终。1820年4月，在一次讲课中，他偶然把导线沿南北放置在一个带玻璃罩的指南针的上方，通电时磁针转动了

老师在此说明奥斯特的生平和发现电流磁效应的历程，让学生知道每一次科学新发现是艰难的，需要付出的是前期不断的努力和对科学的执著、自信。

实验说明：通电导线会产生磁场，对磁针产生力的作用。

师问：司南、信鸽传书等都是利用了地磁场对它们的受力作用，那么地磁场是如何产生，又是如何分布的呢？同学们对此的了解有多少？

（先请学生说说自己对此的认识，可分组讨论，最后由代表发言）

师：总结学生的观点，后通过视频说明：

地磁场的分布及与地磁南北极与地理南北极的方向关系

视频介绍：

地磁场形成的一种原因。

介绍磁偏角的概念及其发现的实际意义

指南针所指的南北（磁场的南北极）与地理上的南北极并不完全一致，两者之间存在着偏角，即磁偏角。

师指出：沈括在《梦溪笔谈》中指出：“常微偏东，不全南也”。这是世界上最早的关于磁偏角的记载。

师问：除了地球有磁场外，其他天体是否也有磁场呢？

师投影介绍：地球的磁场不是独立的，太阳、月亮等天体都有磁场，并且太阳光、太阳黑子、极光形成都与太阳磁场有关。

视频介绍：太阳黑子的形成

视频介绍：太阳风、极光的形成原因

板书设计：略

磁现象磁场教学设计篇4

4.1.1教学活动

活动1【导入】创设情境、导入新课评论

秦始皇在建造阿房宫时,为了防止刺客的进入就在门上安装了一个原始的“安保系统” ,如果有人身怀铁器就会被发现。这个“安保系统”其实是什么?大家有什么办法破解这个系统? 活动2【导入】评论

一、教师演示:磁体靠近不同金属,发现磁体只吸引铁类物质,并不是所有金属都能吸引。

二、现场小调查:

1、磁体各部分的磁性一样强吗?

2、轻轻拔动磁针,磁针静止后其所指的方向有什么特点?

3、磁极间有什么作用?然后通过分组实验,实验过程中学生记录实验现象并得出结果。

三、介绍“磁现象”在生活中的应用。

活动3【活动】学生实验－小磁针在磁场中受力的作用评论

一、把小磁针放在条形磁体的周围,学生从现象得知:磁体周围存在一种看不见摸不着的物质-磁场。

二、再把几个小磁针放在条形磁体周围,学生从发现:

1、磁场是有方向的;

2、磁场中不同位置磁场方向不同。

活动4【活动】学生分组实验－研究磁场的分布评论

一、提出问题:磁场看不见,如何形象地描述磁场? 学生分组实验:条形磁体上放一块平板玻璃,再往玻璃撒铁屑(必要时轻敲玻璃板),观察铁屑的分布规律,并用平板拍下实验现象的照片以备向全班分享。

用带方向的曲线来表示磁场的分布,这样的曲线就是磁感线。

二、小组讨论磁体周围磁感线的特点:

①磁感线是闭合曲线,磁铁外部的磁感线是从北极出来,回到磁铁的南极,内部是从南极到北极。②磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小。

活动5【活动】通过课本、教师分发的视频资料自学地磁场的内容评论

一、提出问题:磁针受力转动是磁场作用的结果,那么指南针在世界各地都能够指南北又是谁的磁场在施加作用呢?

二、学生通过阅读课本或教师的分发视频自学总结地磁场相关的内容。

1.地球周围存在的磁场叫做地磁场。

2.研究表明地磁场的形状与条形磁体的磁场很相似。3.地磁场特点:

(1)地磁N极在地理的南极附近;(2)地磁S极在地理的北极附近。

(3)地理两极与地磁两极相反,且并不完全重合。

《磁现象和磁场》教学反思篇5

《磁现象和磁场》教学反思

对教学模式的反思；

与传统的物理教学模式相比网络化物理教学更突出了以“学生为中心”、“以实践为中心”的新的教学观点，物理教师和学生在教学中的角色发生了变化，学生掌握了学习物理的主动权、处于主动、积极学习的地位，很好地符合了以学生为主体的自我认知的学习方式。同时，网络化物理教学可以在教师与学生、学生与学生之间进行双向信息交流,加强了师生、生生之间的联系,实现了教与学的良性互动和学生在学习活动中的思考与创新。

网络化教学不能取代传统的物理试验:虽然网络技术可以利用动画、图片、声音等模拟各种各样的物理试验,或者虚拟一些真实的情景,但是它往往不能准确的表达某些知识,反而给学生造成认知上的误区,同时学生的动手能力也得不到很好的训练。物理网络化教学效果取决于多媒体的应用水平:不是每种多媒体都具有普遍的适用性,多媒体技术应用与物理教学内容、教学过程、教学活动、学生特点、课程特点统一协调起来,只有采用恰当的教学方法和手段,才能确实达到提高教学效果的目的。

对教学方法的反思：

磁现象教学设计篇6

1.教学目标

1．知道磁体有吸铁性和指向性。2．知道磁体间的相互作用规律。3．了解磁化现象。

4.通过实验，了解磁场的方向和磁感线的画法。

5．熟悉了解地磁场和其他天体的磁场及与之有关的自然现象。6.通过实验，培养观察能力和分析、推理等思维能力。

2.教学重点/难点

磁场的方向和磁感线的画法

3.教学用具

多媒体、板书

4.标签

教学过程

一、导入环节

（一）导入新课，板书课题

1.秦始皇统一中国以后，建造了规模宏大的阿房宫，为了防范刺客，聪明的工匠们修建了奇特的阿房宫的北门，一旦有人身怀铁器，立刻就会被发现。这是怎么回事呢？

2．在加拿大东海岸，有一个神奇而令人生畏的世百尔岛，来往的船只只要一靠近它，不但指南针失灵，还会把船吸向海底，造成触礁沉没。学习了今天这一课，我们就会明白中的原因了。

（二）出示学习目标:课件展示学习目标，指导学生观看。

过渡语：明确了学习目标，请同学们根据自学指导认真自学课本，时间约7分钟

二、先学环节

（一）请同学们带着下列问题看课本P109-111页内容，勾画知识点并记忆，要独立完成。

（二）学生自学教材：师巡视

（三）自学检测反馈：

要求：快速完成自学检测题，要求书写认真、规范。让4个小组的的同学到黑板前展示，书写成绩和题目成绩记入小组量化，要求书写认真、规范，下面同学交换学案，小组长组织成员用红笔将错误画出，准备更正。

1．悬吊着的小磁针静止时，指_____ 的磁极读做南极，又叫做_____ 极；指_____ 的磁极叫做_____ 极，又叫做_____ 极． 2.磁极间的相互作用规律

3.什么是磁化？

4．在铁屑、铜片、镍丝、玻璃板等材料中，当磁铁靠近这些材料时，能够被吸引的是_____

5.磁体周围存在着一种我们看不见摸不着的物质，我们称它为 _____ 6.磁场的方向是如何规定的？

7.我们把小磁针在磁场中的排列情况，用_____ 这样的曲线叫磁感线。8.磁感线的方向是如何规定的？

9.地球周围存在着磁场—— _____，地理上的南极是地磁的_____，地理上的北极是地磁的_____

三、后教环节（18分钟）

（一）展示交流，统一答案：先交换学案，然后更正。选取9个小组同学分别展示1——9小题，下面同学提出修改和补充建议，老师要做出及时评价，2分钟时间让学生用红笔更正，提出先学中未解决的疑惑，小组或全班讨论解决。

（二）出示问题

1.在初中我们已接触了一些磁有关的知识，生活中有哪些与磁有关的现象和应用？同学之间可互相讨论。

2.利用桌上的器材，探究磁铁的不同部位，对铁的吸引力是否一样？

3.把条形或U形磁体放在桌面上，上面垫一块硬纸板，在硬纸板上均匀撒上铁屑。轻轻敲打硬纸板，观察铁屑的排列情况。（参考图20.1-6）①并把你看到的现象用图画出来。②你可以得到什么结论？

四、训练环节

（一）过渡语：请同学们合上课本，完成学案上当堂检测题。10分钟完成。

（二）学生练习，教师巡视。

1．用一根没有磁性的钢棒去接近一条形磁铁，当和条形磁铁的某一位置接近时，它们之间引力最小，这个位置是（）A．中间位置 B．N极一端 C．S极一端 D．各处都一样

2．两根完全相同的钢棒，用甲棒的一端靠近乙棒的中间，它们互相吸引，则（）A．甲棒有磁性，乙棒无磁性 B．甲棒无磁性，乙棒有磁性 C．甲、乙棒都有磁性 D．甲棒有磁性，乙棒不一定有磁性

3．用一根条形磁铁的一端去吸引三枚大头针的根部，待平衡后，图示结果正确的是（）

4．磁化是指（）A．磁极之间的相互吸引或排斥作用 B．使原来没有磁性的物质在磁体的作用下得到磁性的过程

C．磁铁吸引铁、钴、镍等物质的性质 D．以上均不对 5．下列有关磁场的说法错误的是（）

A．磁体周围的空间存在着看不见、摸不着的磁场 B．磁体间的相互作用是通过磁场发生的

C．磁场是有方向的，在磁场的不同位置，其磁场方向一般不同

D．在磁场中的某点，小磁针南极所受磁力的方向与该点的磁场方向相同 6．关于磁感线，下列说法正确的是（）

A．磁铁周围的磁感线都是从磁铁的南极出来，回到北极

B．在某点，小磁针静止时北极所指的方向跟该点磁感线的方向相同 C．磁感线是磁场中实际存在的曲线 D．两条磁感线可以相交 7．关于地磁场，下列说法不正确的是（）

A．地球相当于一个大磁体，它周围存在着地磁场 B．地磁场的磁感线方向由北指向南

C．地磁场的北极在地理的南极附近D．地磁场的磁感线在地球两极附近最密集

8．小磁针在水平面内静止时，N极指北，S极指南，但又不是正南正北方向，这个事实说明（）

A．地球周围空间存在磁场 B．地磁两极与地理两极并不重合 C．地磁的N极在地理北极附近D．地磁的S极在地理

9．如图所示，在条形磁体周围放有甲、乙、丙、丁四个可以自由旋转的小磁针，当它们静止时，N极指向不正确的是（）

A．甲小磁针 B．乙小磁针 C．丙小磁针 D．丁小磁针

10.磁悬浮列车是利用 __________磁极相互______的原理来实现悬浮的．

11.机械手表一般不应放在磁体周围，这是因为这样放置，手表会被______，走时不准． 12.试在下图中画出磁体的极性和磁感线的方向．

（三）学生展示，反馈矫正。

（调查学情，统计疑难问题，先让其他小组补充矫正，教师更正或点拨）

板书

第一节磁现象磁场

一、磁现象 1．磁体；

2．磁极（南极、北极）； 3．磁体的指向性；

4．磁极间的相互作用（同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引）

二、磁化：原来没有磁性的物体具有磁性的过程

磁现象教学设计篇7

(1) 随着油田集输管道铺设里程的增加, 埋地金属管道的并行现象日益严重, 但瞬变电磁技术只能检测单根埋地管道或可以视为单根 (虽有并行现象, 但间距大于3 m以上) 的管道;

(2) 利用传统瞬变电磁评价时, 每个检测点的覆盖管段的范围大, 无法对管道的局部腐蚀状态进行分析评价;

(3) 由于瞬变电磁技术利用的是电磁检测原理, 因此极易受到城区高压线路工频噪声的干扰, 当管道附近存在高压线路时利用该技术检测得到的数据失真, 无法反映管道实际腐蚀情况。

为了解决传统瞬变电磁技术的上述问题, 必须考虑更高精度、分辨率的瞬变电磁技术, 而对激励信号的聚焦式加载发射是一种行之有效的解决办法。磁场信号聚焦技术已经在医学领域中的生物组织电导率成像技术中获得研究和应用[2—4]。

在前期研究基础上, 利用遗传算法设计了一种由三个矩形载流线圈组成的聚焦阵列。理论计算和磁场测量结果表明, 本文设计的线圈阵列可以实现磁场聚焦功能, 可用于局部埋地金属管道金属蚀失量检测。

1 矩形载流线圈激励的空间磁场分布理论分析

载流线圈的空间磁场分布计算是电磁学中的一个常见问题, 在各种形状的线圈中, 具有轴对称性的圆形载流线圈研究的较多, 方法也多种多样, 而对不具有轴对称性的矩形或者方形线圈则研究的较少。按文献[5]的方法将矩形线圈视为四段载流直导线, 分段进行计算然后进行叠加, 得到矩形载流线圈的空间磁场分布[5,6]。直导线在空间某点产生的磁场计算公式可以表示为

将矩形载流线圈视为四段载流直导线, 利用公式 (1) 可以精确求解矩形载流线圈的磁场空间分布。中心点在 (m, n, 0) 处的矩形载流线圈如图2所示。其中, AB=2l1, BC=2l2, 矩形线圈在空间点P (x, yz) 产生的磁场可以如下计算。

首先计算BC边电流产生的磁感应强度B, 由图2可知

将式 (2) 、式 (3) 和式 (4) 代入式 (1) 中, 可以得到

其余各边磁场强度可以利用相同的方法进行求解。

由电磁场矢量叠加原理可知, 矩形载流线圈在空间P处产生的总的磁感应强度为

利用磁场分布理论计算公式, 对传统瞬变电磁常用的1 m边长正方形载流线圈激励的空间磁场分布进行计算。选取铜的电磁参数, 线圈匝数设为1匝, 线圈中通过的电流大小为1.0 A。计算区域内填充空气介质, 其区域大小为4 m×4 m×2 m (x∈[-2, 2], y∈[-2, 2], z∈[-1, 1]) 。1 m边长的载流线圈在空间1 m处产生的空间磁场二维等高线图如图3所示。由图3可知, 单个线圈产生的磁场在线圈中心处具有最大磁场强度, 但是磁场能量较为分散, 且磁场分布的梯度小, 造成磁场能量分散, 覆盖范围大, 由图3可知, 其磁场能量60%以上集中在半径为1.5 m的区域内, 这个结果与瞬变电磁检测区域吻合。

2 改进的遗传算法

遗传算法 (genetic algorithms, GA) 是一种随机化搜索算法。其基本思想是模拟一个种群的进化过程, 通过选择、交叉、变异等遗传算子的作用, 引导种群趋近于最优解, 在求解空间内进行全局性的启发式搜索。

本文所用遗传算法为刘冀成等人提出的改进的自适应遗传算法[7], 数值计算中:

(1) 在各子线圈利用遗传算法优化选择电流计算中, 对每个线圈的注入电流采用8位二进制编码, 其最高位表示子线圈中所通电流的方向, 电流大小由7位二进制数码表示;

(2) 计算步长选择0.125 A, 电流计算区间[-15.875~15.875]A, 限于计算条件, 将种群规模N选择为60。计算中将父代种群众适应度最高的5%N个体不经过选择、交叉、变异等操作直接复制到子代种群中, 加快了算法的收敛速度;

(3) 利用遗传算法进行线圈电流优化设计中, 需要根据聚焦功能设计出适应度函数, 并以之作为搜索条件, 其品质好坏直接影响到算法的效率和成功与否。计算中采用文献[3]给出的的适应度函数, 定义如下

式 (9) 中:K为函数值域空间;A为函数灵敏度系数;Szone为计算平面上磁场值大于0.7倍最大磁感应强度值所占据的面具;S为计算平面的总面积;Bave与Bmax分别表示计算所得磁感应强度平均值和最大值。

由适应度函数公式可知。通过选择合适的适应度函数就将磁场聚焦问题转化为优化选择合适的电流值以求解得到适应度函数f极大值的问题, 并且由公式可知, 值越小则传感器磁场聚焦效果越好。

3 磁聚焦阵列的设计及磁场测量

考虑到实际应用中的便携性要求, 以及加工的难易程度, 选取由三个线圈组成的线圈阵列进行寻优设计。利用遗传算法, 对三线圈进行尺寸和电流大小进行寻优设计, 电流大小可以利用线圈匝数进行控制。经过计算, 线圈1的尺寸为0.6 m×0.6 m, 线圈2的尺寸为0.6 m×0.6 m, 线圈3的大小为0.6m×0.45 m。线圈1与线圈2的重叠区域尺寸为0.05 m, 线圈3的中心位于线圈1、2重叠区域的中心位置。三个线圈之间的垂直距离为3 mm, 垂直距离可以用线圈框厚度予以控制, 磁聚焦阵列的设计如图4所示。

通过计算TEM激励线圈阵列在1 m深度上的B场归一化幅值分布图和磁场二维等高线见图5。由图5可以看出, 该阵列产生的能量60%以上集中在半径为1 m的圆形区域内, 即磁场能量的聚焦斑半径约为0.5 m, 与传统瞬变电磁技术所用边长1m线圈激励磁场相比, 减小了磁场的主要能量分布区域范围。

磁聚焦阵列聚焦效果功能的验证采用俄罗斯TSC-4M-16金属磁记忆设备进行验证。该仪器为被动式磁场测量装置, 磁场强度H测量精度小于0.1A/m, 可用于地磁场测量, 测量区域4 m×4 m。利用金属磁记忆仪器检测阵列激励磁场空间分布结果如图6所示。由图6可知, 对传感器阵列施加24 V直流电压时, 该阵列激励的磁场分布梯度明显, 并且在偏离阵列中心位置出现一0.7 m×0.7 m范围的聚焦斑。聚焦斑中心出现的双峰现象是由于仪器测量步长、速度不一致所导致的, 属于检测中的实际测量误差。

4 总结

利用遗传算法设计了一种由三个矩形载流线圈组成的阵列传感器, 该阵列具有良好的磁场信号聚焦效果。阵列激励磁场测量结果表明, 该阵列发射信号聚焦斑的半径小于0.7 m, 与传统瞬变电磁仪器用单个矩形载流线圈激励的磁场分布相比, 大大缩小了能量聚焦的区域, 提高了瞬变电磁技术的局部腐蚀分辨率。

参考文献

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[2] Korjenevsky A V, Cherepenin V, Sapetsky S S.Magnetic induction tomography:experimental realization.Physiological Measurement, 2000;21 (1) :89—94

[3] 刘冀成, 黄卡玛, 华伟.基于遗传算法的磁聚焦线圈设计与场分布计算.成都理工大学学报, 2004;31 (4) :412—416Liu J C, Huang K M, Hua W.Design and field calculation of coil array for magnetic focus based on genetic algorithm.Journal of Chengdu University of Technology, 2004;31 (4) :412—416

[4] 傅林, 黄卡玛, 向胜昭.生物组织磁聚焦电导率成像原理及反演算法.电波科学学报, 2006;21 (2) :249—254Fu L, Huang K M, Xiang S Z.Focused magnetic fields conductivity tomography of biological tissue and its inverse algotithm.Chinese Journal of Radio Science, 2006;21 (2) :249—254

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[6] 邝向军.矩形载流线圈的空间磁场计算.四川理工大学学报, 2006;19 (1) :17—20Kuang X J.Magnetic field calculation on rectangle current coil.Journal of Sichuan University of Science&Engineering, 2006;19 (1) :17 —20

变压器直流偏磁现象研究综述篇8

摘要：太阳风暴引起的地磁电流和高压直流输电对变压器产生了“直流入侵”，使得变压器产生了直流偏磁现象。直流偏磁现象对变压器和电网的运行有诸多不利的影响。本文总结和归纳了直流偏磁的研究方法、研究思路和抑制措施，集中的展示了现有的研究方法，提出了研究中的不足和未来需要努力的方向，为直流偏磁的研究奠定了一定的基础。

关键词：变压器；直流偏磁；抑制；研究方法；综述

1 概述

变压器直流偏磁现象是直流输电的直流或者太阳风暴产生的地磁感应电流（GIC）通过变压器的中性点进入变压器。变压器受到直流或者准直流的“入侵”，其励磁电流在半个周期内过于饱和，而在另外半个周期内严重不饱和，出现了上下半波严重不对称的情况。近年来随着高压直流输电（HVDC）的建设，单极大地运行方式的直流输电系统会对周围的变电站的变压器造成影响，从而使得变压器的直流偏磁现象显著增多。

直流偏磁会对变压器运行造成一系列不利的影响。直流偏磁会使变压器励磁电流畸变，相关谐波增加，无功损耗增大。会造成变压器的涡流损耗增大，温度升高，造成变压器局部过热。由于直流偏磁造成变压器的漏磁通的增大，使得变压器绕组的电动力变大，进而导致变压器振动增大。振动的增大也会导致变压器噪声的增加。变压器的直流偏磁现象会导致电力系统的继电保护设备误动作，甚至会造成大面积停电事故，对电网的安全运行产生极其不利的影响。[1-3]

本文对直流偏磁现象的研究方法给出了全面的阐述，引述了直流偏磁分析的主流的分析方法，并对上述分析方法进行了说明和比较。同时，对现有的变压器直流偏磁现象抑制方法给出了较为完整的介绍和归类，对今后直流偏磁现象的研究具有一定的指导意义，为直流偏磁现象的研究和抑制奠定了基础。

2 研究现状

直流偏磁的研究主要方向有：①变压器励磁电流及其谐波的计算；②温升、噪声、振动的计算；③直流偏磁的抑制方法和措施。

2.1 直流偏磁励磁电流及其谐波的计算

直流偏磁励磁电流及其谐波的计算的研究方法主要分为以下几类：①有限元方法；②电路-磁路耦合方法；③电路-磁场耦合方法。

2.1.1 有限元分析[4，5]：电路-磁场耦合的分析方法是以端口电压作为已知变量，以磁矢量和励磁电流同时作为待求得变量，将电路方程和磁场方程联立进行求解的一种方法。[4]文[4]使用谐波平衡有限元的方法，同时对励磁电流和变压器中的磁场进行求解。谐波平衡有限元法，计算精度较高，但原理复杂，占用资源较多。文[5]基于棱边有限元的方法计算了变压器内部的磁场分布，并计算了直流电流从变压器不同侧注入的励磁电流。

2.1.2 电路-磁路耦合分析，该方法是将变压器等效成相对应的电路和磁路模型，通过联立电路磁路方程，求解变压器的励磁电流，进而分析励磁电流中的谐波成分。这种方法相对于磁场的研究方法更为简单，但是受限于B-H曲线的拟合，对于励磁电流的计算有一些误差。文[6]在电路-磁路耦合分析方法的基础上改进了磁路中的磁阻，考虑了涡流效应，同时也建立了气隙的磁路模型。文[7]考虑了变压器漏磁场和磁滞效应，改进了电路-磁路耦合分析方法，更好地体现了变压器励磁电流的畸变。文[8]建立了三相三柱式变压器的电路磁路耦合模型，通过J-A理论拟合变压器的磁滞回线，研究了变压器的励磁电流及其谐波的特征，提高了电路-磁路耦合模型的计算精度。

2.1.3 上述电路-磁路耦合分析方法和电路-磁场耦合分析方法受制于变压器磁滞回线拟合，以及变压器磁滞回线本身极易受到的直流的影响，如何能更准确的描述磁滞回线成为了关键。文[9]使用人工鱼群和蛙跳的算法来拟合磁滞回线的参数取得了较好的效果。文[10]从能量平衡的角度出发，同时考虑了变压器的涡流损耗和其它的异常损耗建立的变压器的磁滞的动态损耗模型。该模型能够很好的反映直流偏磁下的变压器的磁滞损耗。

2.2 温升、噪声、振动的计算

变压器受直流偏磁影响，半个周期内工作在过于饱和状态，此时漏磁场比正常工作状态大很多，漏磁场在金属构件中形成涡流损耗，造成变压器局部过热。直流偏磁情况下，变压器磁滞伸缩过大，变压器漏磁场造成变压器铁心的电动力过大使得变压器温升和噪声增大。文[11]计算了不同直流偏磁情况下的漏磁场的分布和杂散损耗。文[12]通过测量不同磁通密度情况下的磁滞曲线族，应用平均磁滞曲线来研究变压器的磁致伸缩特性，并且将其应用到变压器的振动有限元的计算上。文[13]利用能量守恒的原理，分析了变压器直流偏磁情况下的磁滞变化情况和振动特性。

2.3 直流偏磁现象的抑制

变压器直流偏磁的抑制方法，主要有反向注入电流法，施加反向电压，中性点串联电阻，中性点串联电容的方法。同时，优化电网的连接方式也是抑制变压器直流偏磁现象的一种很好的方法。

文[14]通过变压器噪声的限值确定了变压器直流通过的限值，通过研究提出了两台变压器同时接地时抑制直流偏磁的一个非常有效的办法。文[15]通过补偿直流偏磁，在存在电位差的两地通过提高或者降低某地的地网电位，进而降低两地的电位差达到抑制直流偏磁的目的，并且通过实验验证了电位补偿法对于直流偏磁抑制有很好的效果。文[16]研究了复杂工况下的直流偏磁的抑制方法，通过比较不同的直流偏磁的抑制方法，提出了使用反向注入电流的方法来抵消直流偏磁的磁势，达到了很好的抑制直流偏磁的效果。文[17]通过使用电容和电阻组成直流抑制的设备，通过分析220kV下的故障电流，提出了采用降低阻容来抑制工频的交流阻抗，达到抑制直流偏磁的目的。

3 結论

变压器直流偏磁现象的研究不足：①大型变压器的直流偏磁的研究和抑制方法不足。②对变压器直流偏磁的温升、噪声、振动的理论性研究不足，还没有文献给出一个理论上研究温升、噪声、振动的方法。③行业当中缺少一个变压器耐受直流偏磁和相关试验的一个标准，缺乏相关的实验和数据，并且基于温度、振动的研究，给出一个变压器耐受直流偏磁能力的分析的相关研究很少。对注入的直流的限值、抑制的方法还未达成相关的共识。

变压器直流偏磁现象研究取得的成就：①变压器的直流偏磁现象会对变压器本身和附近的电网带来一定的危害，关于变压器的直流偏磁现象已经引起了变压器制造公司、电网等相关单位的高度重视。

②变压器直流偏磁现象的研究，研究方法集中在有限元的分析和实验的研究，变压器直流偏磁现象属于一个涡旋场的问题，同时还涉及到铁心的磁滞损耗，对于直流偏磁现象的上述的情况有越来越多的机构和单位注意到了相关的问题，并提出了相关的计算模型。

③变压器的直流偏磁现象可以通过不同的方法进行抑制，同时也可以改变电力系统的运行方式来降低直流偏磁对变压器的影响。

参考文献：

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[2]马玉龙.高压直流输电系统稳定性分析[D].华北电力大学电力系，2006.

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[8]张龙伟，吴广宁.基于Jiles-Atherton 磁滞理论三相三柱变压器直流偏磁的电磁混合模型[J].华东电力，2013，41（4）：741-743.