高中物理《互感與自感》教案 （人教版選修3-2）

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111 選修3-2第四章第6節(jié)互感和自感 一、教材分析 本節(jié)內(nèi)容是電磁感應(yīng)現(xiàn)象在技術(shù)中的應(yīng)用，也是學(xué)生在認(rèn)知上對電磁感應(yīng)規(guī)律的進(jìn)一步鞏固與深化。教材對互感部分內(nèi)容的編寫比較簡單，在學(xué)生熟悉的法拉第的實驗中抽象出自感的概念，然后簡介其應(yīng)用和防止，《山東省學(xué)科指導(dǎo)意見》中對互感的要求僅局限于“知道互感現(xiàn)象是一種常見的電磁感應(yīng)現(xiàn)象”，所以課堂應(yīng)把重心降落在對自感的教學(xué)中。但教材對自感的編寫順序是：提出自感概念→演示實驗（通電自感）→理論分析→演示實驗（斷電自感）→理論分析→ …… 按這樣的順序開展教學(xué)雖然條理性比較強，但不能很好地激發(fā)學(xué)生探索規(guī)律的積極性，沒有真正發(fā)揮出對學(xué)生思維創(chuàng)新能力的培養(yǎng)功能。 二、學(xué)情分析 學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了電路的基本常識以及電磁感應(yīng)的相關(guān)規(guī)律，學(xué)會判斷回路是否會產(chǎn)生感應(yīng)電流以及感應(yīng)電流的方向，而且還掌握了感應(yīng)電動勢的大小與什么因素有關(guān)。即已經(jīng)學(xué)會對互感現(xiàn)象的分析，但頭腦中沒有互感這個概念而已，也沒有意識到當(dāng)通過線圈變化的電流時，線圈本身也會產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象。學(xué)習(xí)中對自感現(xiàn)象的解釋以及分析相關(guān)的自感現(xiàn)象是學(xué)生遇到的最大挑戰(zhàn)。 三、教學(xué)目標(biāo) （一）知識與技能 1．知道什么是互感現(xiàn)象和自感現(xiàn)象。 2．知道自感系數(shù)是表示線圈本身特征的物理量，知道它的單位及其大小的決定因素。 3．知道自感現(xiàn)象的利與弊及對它們的利用和防止。 4．能夠通過電磁感應(yīng)部分知識分析通電、斷電自感現(xiàn)象的原因及磁場的能量轉(zhuǎn)化問題。 （二）過程與方法 1．通過對兩個自感實驗的觀察和討論，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和分析推理能力。 2．通過自感現(xiàn)象的利弊學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生客觀全面認(rèn)識問題的能力。 （三）情感、態(tài)度與價值觀 自感是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的特例，使學(xué)生初步形成特殊現(xiàn)象中有它的普遍規(guī)律，而普遍規(guī)律中包含了特殊現(xiàn)象的辯證唯物主義觀點 四、重點和難點 教學(xué)重點 1．自感現(xiàn)象。 2．自感系數(shù)。 教學(xué)難點 分析自感現(xiàn)象。 五、教學(xué)手段與策略 以“驗為基礎(chǔ)，過程為主線，變式為手段，思維為中心”的教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生提出問題、分析問題和解決問題的能力。 六、課前準(zhǔn)備 ⒈自感演示儀一套，導(dǎo)線若干； ⒉自制多媒體課件。 七、課時安排 ： 1課時 八、教學(xué)過程 （一）引入新課 提問：在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是什么？ 引起回路磁通量變化的原因有哪些？ （1）在法拉第的實驗中兩個線圈并沒有用導(dǎo)線連接，當(dāng)一個線圈中的電流變化時，在另一個線圈中為什么會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢呢？ （2）當(dāng)電路自身的電流發(fā)生變化時，會不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢呢？ 本節(jié)課我們學(xué)習(xí)這方面的知識。 （二）進(jìn)行新課 1、互感現(xiàn)象 在法拉第的實驗中兩個線圈并沒有用導(dǎo)線連接，當(dāng)一個線圈中的電流變化時，在另一個線圈中為什么會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢呢？請同學(xué)們用學(xué)過的知識加以分析說明。 當(dāng)一個線圈中的電流變化時，它產(chǎn)生的磁場就發(fā)生變化，變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生感生電場，在感生電場的作用下，另一個線圈中的自由電荷定向運動，于是產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。 當(dāng)一個線圈中電流變化，在另一個線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象，稱為互感?；ジ鞋F(xiàn)象產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，稱為互感電動勢。 利用互感現(xiàn)象，可以把能量從一個線圈傳遞到另一個線圈。因此，互感現(xiàn)象在電工技術(shù)和電子技術(shù)中有廣泛的應(yīng)用。請大家舉例說明。 變壓器，收音機里的磁性天線。 2、自感現(xiàn)象 教師：我們現(xiàn)在來思考第二個問題：當(dāng)電路自身的電流發(fā)生變化時，會不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢呢？下面我們首先來觀察演示實驗。 ［實驗1］演示通電自感現(xiàn)象。 畫出電路圖（如圖所示），A1、A2是規(guī)格完全一樣的燈泡。閉合電鍵S，調(diào)節(jié)變阻器R，使A1、A2亮度相同，再調(diào)節(jié)R1，使兩燈正常發(fā)光，然后斷開開關(guān)S。重新閉合S，觀察到什么現(xiàn)象？（實驗反復(fù)幾次） 現(xiàn)象：跟變阻器串聯(lián)的燈泡A2立刻正常發(fā)光，跟線圈L串聯(lián)的燈泡A1逐漸亮起來?，F(xiàn)象 提問：為什么A1比A2亮得晚一些？試用所學(xué)知識（楞次定律）加以分析說明。 電路接通時，電流由零開始增加，穿過線圈L的磁通量逐漸增加，L中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的方向與原來的電流方向相反，阻礙L中電流增加，即推遲了電流達(dá)到正常值的時間。 ［實驗2］演示斷電自感。 畫出電路圖（如圖所示）接通電路，待燈泡A正常發(fā)光。然后斷開電路，觀察到什么現(xiàn)象？ 現(xiàn)象：S斷開時，A燈突然閃亮一下才熄滅。 提問：為什么A燈不立刻熄滅？ 當(dāng)S斷開時，L中的電流突然減弱，穿過L的磁通量逐漸減少，L中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，方向與原電流方向相同，阻礙原電流減小。L相當(dāng)于一個電源，此時L與A構(gòu)成閉合回路，故A中還有一段持續(xù)電流。燈A閃亮一下，說明流過A的電流比原電流大。 用多媒體課件在屏幕上打出i—t變化圖，如下圖所示. 結(jié)論： 導(dǎo)體本身電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象叫自感現(xiàn)象。自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢叫自感電動勢。 3．自感系數(shù) 自感電動勢的大小決定于哪些因素呢？請同學(xué)們閱讀教材內(nèi)容。然后用自己的語言加以概括，并回答有關(guān)問題。 自感電動勢的大小決定于哪些因素？說出自感電動勢的大小的計算公式。 自感電動勢的大小與線圈中電流的變化率成正比，與線圈的自感系數(shù)L成正比。寫成公式為 E =L L叫自感系數(shù)呢，自感系數(shù)是用來表示線圈的自感特性的物理量。 實驗表明，線圈越大，越粗，匝數(shù)越多，自感系數(shù)越大。另外，帶有鐵芯的線圈的自感系數(shù)比沒有鐵芯時大得多。 自感系數(shù)的單位：亨利，符號H，更小的單位有毫亨（mH）、微亨（μH） 1H=103 mH 1H=106μH 4．磁場的能量 提問：在斷電自感的實驗中，為什么開關(guān)斷開后，燈泡的發(fā)光會持續(xù)一段時間？甚至?xí)仍瓉砀?？試從能量的角度加以討論? 學(xué)生分組討論。 師生共同活動：推斷出能量可能存儲在磁場中。 以上只能是一種推斷，電磁場具有能量還需要進(jìn)一步的實驗驗證。 教材最后一段說，線圈能夠體現(xiàn)電的“慣性”，應(yīng)該怎樣理解？電的“慣性”大小與什么有關(guān)？ 當(dāng)線圈通電瞬間和斷電瞬間，自感電動勢都要阻礙線圈中電流的變化，使線圈中的電流不能立即增大到最大值或不能立即減小為零，因此可以借用力學(xué)中的術(shù)語，說線圈能夠體現(xiàn)電的“慣性”。線圈的自感系數(shù)越大，這個現(xiàn)象越明顯，可見，電的“慣性”大小決定于線圈的自感系數(shù)。 （四）實例探究 自感現(xiàn)象的分析與判斷 【例1】如圖所示，電路甲、乙中，電阻R和自感線圈L的電阻值都很小，接通S，使電路達(dá)到穩(wěn)定，燈泡D發(fā)光。則 （ ） A．在電路甲中，斷開S，D將逐漸變暗 B．在電路甲中，斷開S，D將先變得更亮，然后漸漸變暗 C．在電路乙中，斷開S，D將漸漸變暗 D．在電路乙中，斷開S，D將變得更亮，然后漸漸變暗 正確選項為AD 【例2】如圖所示，自感線圈的自感系數(shù)很大，電阻為零。電鍵K原來是合上的，在K斷開后，分析： （1）若R1＞R2，燈泡的亮度怎樣變化？ （2）若R1＜R2，燈泡的亮度怎樣變化？ （1）因R1＞R2，即I1＜I2，所以小燈泡在K斷開后先突然變到某一較暗狀態(tài)，再逐漸變暗到最后熄滅。 （2）因R1＜R2，即I1＞I2，小燈泡在K斷開后電流從原來的I2突變到I1（方向相反），然后再漸漸變小，最后為零，所以燈泡在K斷開后先變得比原來更亮，再逐漸變暗到熄滅。 （五）反思總結(jié)，當(dāng)堂檢測 教師組織學(xué)生反思總結(jié)本節(jié)課的主要內(nèi)容，并進(jìn)行當(dāng)堂檢測。 九、板書設(shè)計 4.6互感和自感 一、互感現(xiàn)象 當(dāng)一個線圈中電流變化，在另一個線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象，稱為互感?；ジ鞋F(xiàn)象產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，稱為互感電動勢。 二、自感現(xiàn)象 導(dǎo)體本身電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象叫自感現(xiàn)象。 三、自感系數(shù) 自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢叫自感電動勢。 公式：E =L L叫自感系數(shù)，是用來表示線圈的自感特性的物理量。 （1）線圈越大，越粗，匝數(shù)越多，自感系數(shù)越大。 （2）帶有鐵芯的線圈的自感系數(shù)比沒有鐵芯時大得多。 自感系數(shù)的單位：亨利，符號H，更小的單位有毫亨（mH）、微亨（μH） 1H=103 mH 1H=106μH 四．磁場的能量 當(dāng)堂檢測 1、無線電技術(shù)的發(fā)展，極大地方便了人們的生活.在無線電技術(shù)中常有這樣的要求：一個線圈中電流變化時對另一個線圈中的電流影響最小，如圖所示，兩個線圈安裝位置最符合該要求的是（ ） A.① B.② C.③ D.④ 2、如圖所示電路，線圈L電阻不計，則 （ ） A、S閉合瞬間，A板帶正電，B板帶負(fù)電 B、S保持閉合，A板帶正電，B板帶負(fù)電 C、S斷開瞬間，B板帶正電，A板帶負(fù)電 D、由于線圈電阻不計，電容被短路，上述三種情況電容器兩板都不帶電 3、在下圖電壓互感器的接線圖中，接線正確的是（ ） 答案：1.D 2.D 3.B 鞏固練習(xí) 1．下列關(guān)于自感現(xiàn)象的說法中，正確的是 （ ） A．自感現(xiàn)象是由于導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象 B．線圈中自感電動勢的方向總與引起自感的原電流的方向相反 C．線圈中自感電動勢的大小與穿過線圈的磁通量變化的快慢有關(guān) D．加鐵芯后線圈的自感系數(shù)比沒有鐵芯時要大 2．關(guān)于線圈的自感系數(shù)，下面說法正確的是 （ ） A．線圈的自感系數(shù)越大，自感電動勢一定越大 B．線圈中電流等于零時，自感系數(shù)也等于零 C．線圈中電流變化越快，自感系數(shù)越大 D．線圈的自感系數(shù)由線圈本身的因素及有無鐵芯決定 3．如圖所示，L為一個自感系數(shù)大的自感線圈，開關(guān)閉合后，小燈能正常發(fā)光，那么閉合開關(guān)和斷開開關(guān)的瞬間，能觀察到的現(xiàn)象分別是 （ ） A．小燈逐漸變亮，小燈立即熄滅 B．小燈立即亮，小燈立即熄滅 C．小燈逐漸變亮，小燈比原來更亮一下再慢慢熄滅 D．小燈立即亮，小燈比原來更亮一下再慢慢熄滅 4．如圖所示是一演示實驗的電路圖。圖中L是一帶鐵芯的線圈，A是一燈泡。起初，開關(guān)處于閉合狀態(tài)，電路是接通的?，F(xiàn)將開關(guān)斷開，則在開關(guān)斷開的瞬間，通過燈泡A的電流方向是從_____端經(jīng)燈泡到_____端.這個實驗是用來演示_____現(xiàn)象的。 5．如圖所示的電路中，燈泡A1、A2的規(guī)格完全相同，自感線圈L的電阻可以忽略，下列說法中正確的是 （ ） A．當(dāng)接通電路時，A2先亮，A1后亮，最后A2比A1亮 B．當(dāng)接通電路時，A1和A2始終一樣亮 C．當(dāng)斷開電路時，A1和A2都過一會兒熄滅 D．當(dāng)斷開電路時，A2立即熄滅，A1過一會兒熄滅 6．如圖所示電路中，A1、A2是兩只相同的電流表，電感線 圈L的直流電阻與電阻R阻值相等.下面判斷正確的是 （ ） A．開關(guān)S接通的瞬間，電流表A1的讀數(shù)大于A2的讀數(shù) B．開關(guān)S接通的瞬間，電流表A1的讀數(shù)小于A2的讀數(shù) C．開關(guān)S接通電路穩(wěn)定后再斷開的瞬間，電流表A1的讀數(shù)大于A2的讀數(shù) D．開關(guān)S接通電路穩(wěn)定后再斷開的瞬間，電流表A1數(shù)等于A2的讀數(shù) 7．如圖所示，L是電感足夠大的線圈，其直流電阻可忽略不計，D1和D2是兩個相同的燈泡，若將電鍵S閉合，等燈泡亮度穩(wěn)定后，再斷開電鍵S，則 （ ） A．電鍵S閉合時，燈泡D1、Ｄ2同時亮，然后D1會變暗直到不亮，D2更亮 B．電鍵S閉合時，燈泡D1很亮，D2逐漸變亮，最后一樣亮 C．電鍵S斷開時，燈泡D2隨之熄滅，而D1會亮一下后才熄滅 D．電鍵S斷開時，燈泡D1隨之熄滅，而D2會更亮后一下才熄滅 參考答案： 1．ACD 2．D 3．A 4．b、a、自感（或斷電自感）5．C 6．BD 7．AC 111