互感和自感教學(xué)設(shè)計

1、互感和自感”教學(xué)設(shè)計一、教學(xué)設(shè)計思路“自感和互感”是人教版選修 3-2第4章電磁感應(yīng)第 6節(jié)的內(nèi)容，兩者是電磁感應(yīng) 現(xiàn)象的兩個重要實例，本質(zhì)上都是由于電流變化引起的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。本節(jié)課為了讓學(xué)生經(jīng)歷必要的認(rèn)知過程， 嘗試?yán)?延遲判斷”的探究教學(xué)策略，適當(dāng)改 進(jìn)演示實驗，變陳述性問題為設(shè)計性問題，讓學(xué)生積極參與物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)和推理過程， 主 要的特色體現(xiàn)在以下幾個方面：1 .對于 互感”的教學(xué)，采用 電磁爐”和“Mp4兩個實驗從能量和信息兩個角度引出互感 及其應(yīng)用，充分激發(fā)學(xué)生探索規(guī)律的積極性。2 .對于 自感”的教學(xué)，采用 枳木式”的結(jié)構(gòu)，在教學(xué)過程中隨著問題的展開，逐步裝備”其實驗裝置，讓

2、學(xué)生在質(zhì)疑、猜測和不斷探究中了解實驗中發(fā)生的物理過程。二、前期分析本節(jié)教學(xué)內(nèi)容包括互感現(xiàn)象、自感現(xiàn)象和磁場的能量三個部分，是在學(xué)生學(xué)習(xí)了產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件、 楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律后教學(xué)的，是電磁感應(yīng)現(xiàn)象具體運用的兩個實例。因此，對互感、自感現(xiàn)象的研究，既是對電磁感應(yīng)規(guī)律的鞏固和深化，也為以后學(xué)習(xí)交流電、電磁波奠定了知識基礎(chǔ)。同時，互感、自感現(xiàn)象知識與人們?nèi)粘Ｉ?、生產(chǎn)技術(shù)有 著密切的關(guān)系，因此，學(xué)習(xí)該部分知識有著重要的現(xiàn)實意義。學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了分析電路結(jié)構(gòu)， 知道了判斷產(chǎn)生電磁感應(yīng)的條件、判斷感應(yīng)電流的方向，以及感應(yīng)電動勢的大小的計算等電磁感應(yīng)的規(guī)律，已經(jīng)學(xué)會對互感現(xiàn)象的分析，但頭腦中沒

3、有互感這個概念，也沒有意識到當(dāng)線圈通過變化的電流時，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)象的特點是學(xué)生遇到的最大挑戰(zhàn)。學(xué)生已經(jīng)具備一定的探究、合作學(xué)習(xí)的能力，已經(jīng)掌握了一定的科學(xué)方法和實驗技能。本校具備完善的實驗設(shè)施與條件，有優(yōu)越的多媒體和網(wǎng)絡(luò)。重點與難點：1 .教學(xué)重點：自感現(xiàn)象和自感系數(shù)，2 .教學(xué)難點：分析自感現(xiàn)象產(chǎn)生的原因和特點。三、教學(xué)目標(biāo)1 .知識與技能:(1)知道互感和自感現(xiàn)象。(2)能夠利用電磁感應(yīng)有關(guān)規(guī)律分析斷電、通電時自感現(xiàn)象的原因。(3)能說出自感電動勢大小的影響因素、自感系數(shù)的單位及其決定因素。(4)會運用互感和自感的原理應(yīng)用和防止。

4、2 .過程與方法：(1)通過對實驗的觀察討論和體驗，解釋實驗中發(fā)生的物理過程， 具備觀察、分析和推理能力。(2)通過分析電路結(jié)構(gòu)和實驗探究，體會比較研究這一物理學(xué)常用的重要方法。3 .情感與價值觀：(1)認(rèn)識互感和自感是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩種現(xiàn)象，體驗特殊現(xiàn)象的普遍性。(2)領(lǐng)悟科學(xué)家對科學(xué)執(zhí)著和對名利的淡漠的科學(xué)獻(xiàn)身精神。四、教學(xué)準(zhǔn)備電流傳感器以及干電池、圖1 :電磁爐實驗電磁爐、線圈、小燈泡、 MP4、音箱、自制自感現(xiàn)象演示儀、 導(dǎo)線、小線圈若干組。五、教學(xué)過程1 .互感現(xiàn)象將一個與小燈泡連接的自制線圈放到一塊絕緣毛巾上(內(nèi)有電磁爐)，如圖1,發(fā)現(xiàn)小燈泡發(fā)光了。針對這一實驗提出問題：兩個線圈沒

5、有直接用導(dǎo)線相連，為什么當(dāng)電磁爐中大線圈電流變化時，與小線圈相連的小燈泡會亮？引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識分析實驗現(xiàn)象，提出互感概念，并指 出互感就是一種電磁感應(yīng)現(xiàn)象。提出問題：不直接用導(dǎo)線與MP4連接，能否利用互感知識讓音箱響起MP4中動聽的歌 曲呢？你覺得還需要什么器材？怎么做？有沒有辦法讓聲音變響(變輕)？圖2 : Mp4實驗將MP4與一個線圈相連，音箱與另一線圈相連，如圖2,音箱果然傳出了好聽的歌曲，當(dāng)手持MP4回路靠近和遠(yuǎn)離音箱回路時，聲音會變響(變輕)。讓學(xué)生主動參與本實驗的設(shè)計和操作。例舉變壓器、磁性天線等生活實例讓學(xué)生感覺到互感現(xiàn)象在生活中隨處可見，通過互感實現(xiàn)了能量和信息的傳遞。2

6、.自感現(xiàn)象為了讓實驗電路的結(jié)構(gòu)及實驗中所發(fā)生的物理過程清楚地展示，從互感中拆除一個線圈后的原始電路講起， 先理論分析通電時是否存在電磁感應(yīng)，再設(shè)計實驗電路進(jìn)行驗證， 然后通過激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突， 討論并改進(jìn)實驗電路， 并利用所學(xué)的知識解釋實驗現(xiàn)象， 從而引 出自感的概念，斷電自感的教學(xué)也用類似方法。最后，借助傳感器更加準(zhǔn)確直觀地反映實驗規(guī)律。整個教學(xué)流程如圖 3所示。 提出猜想圖3：自感教學(xué)流程問：互感現(xiàn)象中有一個共同的特點是A線圈中電流的變化引起 B線圈中產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，那么，如果拿掉其中一個線圈，另一個線圈自身還會出現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象嗎？引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)的知識得出：自身電流變化一線圈自身內(nèi)部

7、磁場變化一線圈自身內(nèi)部 磁通量變化一電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)生。設(shè)計電路能否用實驗的方法來驗證呢？我們該如何設(shè)計實驗電路讓我們能觀察到這個線圈的電磁感應(yīng)現(xiàn)象呢？選擇什么測量器材更便于我們觀測？引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)上述的問題得出需要接入一個更直觀反映電流變化的器件一一小燈泡，根據(jù)它的亮度變化來反映電流的變化。激發(fā)思維要讓電流變化不難，比如將開關(guān)閉合（方便且變化明顯），你認(rèn)為通電瞬間可能觀察到什么實驗現(xiàn)象？小燈泡的亮度如何變化？是瞬間變亮還是逐漸變亮呢？你做出這種預(yù)測的依據(jù)是什么？啟發(fā)學(xué)生利用楞次定律去分析，引發(fā)思維沖突。改進(jìn)電路從實驗中看到延遲現(xiàn)象了嗎？為什么？大家分析一下，談?wù)勛约旱目捶ā＞€圈中到底有沒有電磁感

8、應(yīng)現(xiàn)象？當(dāng)我們相信理論分析應(yīng)該沒問題時，那是不是延遲的時間太短，我們?nèi)庋塾^察不出來呢？應(yīng)該怎么辦呢？你覺得應(yīng)該通過什么辦法來改進(jìn)實驗？利用生活中賽跑的實例引導(dǎo)學(xué)生用比較法改進(jìn)為如圖4實驗電路。解釋現(xiàn)象圖4:通電自感演示電路利用楞次定律分析，強調(diào)線圈此時相當(dāng)于一個電源，正是線圈的這種阻礙作用，延遲A燈變亮的時間。得出概念指出自感也是一種電磁感應(yīng)現(xiàn)象。(2)斷電自感預(yù)測現(xiàn)象問：線圈中電流增大時， 會產(chǎn)生自感電動勢， 那么線圈中電流減小時， 又會怎么樣呢？我想答案是肯定的，是否也能用實驗的方法得到證實呢？要達(dá)到電流減小的目的，只需要斷開開關(guān)，此時從電路結(jié)構(gòu)上看，A、B兩燈組成一個回路，當(dāng)電流減小時，

9、如果線圈會產(chǎn)生自感電動勢，根據(jù)楞次定律勢必將阻礙電流的減小，你能預(yù)測一下斷電瞬間可能觀察到的實驗現(xiàn)象嗎？兩燈是一起瞬間熄滅還是一起延遲熄滅呢？引導(dǎo)學(xué)生利用楞次定律去分析，為再次引發(fā)思維沖突做準(zhǔn)備。改進(jìn)電路我們沒有觀察到預(yù)期的實驗現(xiàn)象，小燈泡熄滅真的沒有出現(xiàn)延遲嗎？是不是我們觀察 的方法有缺陷，如何改進(jìn)實驗電路讓我們能觀察到更明顯的實驗現(xiàn)象?圖5:斷電自感演示電路引導(dǎo)學(xué)生分析電路結(jié)構(gòu)，綜合考慮(構(gòu)成回路又安全)想 到將A燈移到導(dǎo)線回路，與線圈一起并聯(lián)在電源兩端的改進(jìn) 實驗電路如圖5。解釋現(xiàn)象A燈出現(xiàn)了閃亮”說明什么？既然與開關(guān)已經(jīng)斷開，為什么通過A燈的電流能比原先還要亮呢？到底誰在起作用呢?線圈

10、相當(dāng)于一個電源，阻礙電流的減小，起到讓A燈延遲熄滅的作用。閃亮恰好說明 延遲。哪位同學(xué)能解釋這一現(xiàn)象的原因?引導(dǎo)學(xué)生利用楞次定律分析，強調(diào)線圈此時相當(dāng)于一個電源， 正是線圈中產(chǎn)生的這種阻礙作用，延遲A燈熄滅的時間。引出新知既然與電源已經(jīng)斷絕關(guān)系，但我們還是能夠看到燈泡出現(xiàn)閃亮，延遲熄滅，那么這個能量從哪里來呢？引導(dǎo)能量很可能儲存于磁場中（磁場能），開關(guān)斷開時，線圈中的電流從有到無，其中的磁場也是從有到無，此時線圈充當(dāng)電源，阻礙電流減少，把磁場中的能量轉(zhuǎn)化成電能。（3）自感電動勢及自感系數(shù)規(guī)律總結(jié)通過實驗和分析，發(fā)現(xiàn)線圈中電流發(fā)生變化時，線圈會產(chǎn)生自感電動勢，那么自感電動勢在電路中到底起到了什么

11、作用？引導(dǎo)學(xué)生體會當(dāng)原電流增加時，自感電動勢起到反抗”作用；當(dāng)原電流減少時，自感電動勢起到 補償”作用，總結(jié)得到自感電動勢的作用是阻礙原電流的變化。啟發(fā)學(xué)生 線圈不允許通過它的電流發(fā)生突變 ”，這一點有點像力學(xué)中物體的慣性。并強調(diào) 阻礙”不是阻止”，增加的最終還是得增加，減少的最終還是要減少，自感電動勢延緩了電流變化的時間， 體現(xiàn)了它賴皮”的特性。理論探究自感電動勢的大小與什么因素有關(guān)呢？引導(dǎo)學(xué)生運用法拉第電磁感應(yīng)定律，對于給定的線圈回路 （面積不變），磁通量的變化B I是由于磁場變化引起的， 而磁場變化又是由于電流變化而變化，得到E B t t tE L t自主學(xué)習(xí)自感系數(shù)大小的物理意義、決

12、定因素、單位及科學(xué)家亨利的介紹。（4）用傳感器研究自感現(xiàn)象啟發(fā)學(xué)生知道通過燈泡亮度的變化定性地來研究自感現(xiàn)象，但是不能準(zhǔn)確地反映這一短（甲）（乙）圖6:傳感器演示自感現(xiàn)象暫過程中的電流大小如何變化、電流的方向有沒有變化，通過借助傳感器可以 準(zhǔn)確直觀地反映電流大小和方向變化的規(guī)律。為了方便比較，將流過電阻和線 圈的電流變化圖象顯示到同一幅 i-t圖中如圖6。針對圖象討論相關(guān)問題:比較分析通電時、穩(wěn)定后、斷電時的電流大小和方向的變化情況，并作出相應(yīng)的解釋。體會到借助傳感器我們可以將斷電時沒有明顯觀察到的自感現(xiàn)象非常直觀地呈現(xiàn)出來。改變滑動變阻器的阻值，穩(wěn)定后比較流過線圈和變阻器的電流關(guān)系，觀察并解

13、釋開關(guān)斷開瞬間圖象的特征?？梢越忉尦霈F(xiàn)閃亮”的原因。（5）體驗自感依據(jù)所學(xué)的自感知識，利用簡單的實驗器材擦出電火花實驗和體驗電擊感如圖 7,啟發(fā)學(xué)生通過這樣的實驗現(xiàn)象想象生活中關(guān)于自感的應(yīng)用和防止。（煤氣圖7:體驗自感實驗參考電路灶的電子點火器，日光燈中的鎮(zhèn)流器，油浸開關(guān)，繞 線電阻的雙線繞法）3 .課堂小結(jié)學(xué)習(xí)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩個實例一一互感和自感，知道什么是互感，通過互感實現(xiàn)能量 與信息的傳遞。知道什么是自感，明確自感電動勢的作用和大小由自感系數(shù)和電流變化快慢 共同決定。但不管互感、自感都是由于變化的磁場所引起的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)和利用楞次定律去分析解釋。六、形成性評價1.關(guān)于自感電動勢，

14、下列說法正確的是（）A .線圈中電流恒定不變，自感電動勢也不變B.線圈中電流恒定不變，自感電動勢為零C.自感電動勢的方向總是與原電流方向相反D .自感電動勢的方向可能與原電流方向相同2.關(guān)于自感系數(shù)，下列說法中正確的是（）A.其他條件相同，線圈越長，自感系數(shù)越大B.其他條件相同，線圈匝數(shù)越多，自感系數(shù)越大C.其他條件相同，電流變化越快，自感系數(shù)越大D.其他條件相同，有鐵芯的線圈比沒有鐵芯的線圈自感系數(shù)大3 .如圖8是一種延時繼電器的示意圖。鐵芯上有兩個線圈A和B.線圈A跟電源連接，線圈 B的兩端接在一起，構(gòu)成一個閉合電路。在拉開開關(guān)S的時候，彈簧 K并不能立即將銜鐵 D拉起，使觸頭C （連接工作都可以結(jié)合電路圖8:延時繼電器示意圖電路）立