“互感和自感”教學設計

1、人教版選修3-2第4章電磁感應第6節(jié)“互感和自感”教學設計浙江師范大學附屬中學方巨豐“互感和自感”教學設計浙江師范大學附屬中學方巨豐一、教學設計思路“自感和互感”是人教版選修3-2第4章電磁感應第6節(jié)的內容，兩者是電磁感應現象的兩個重要實例，本質上都是由于電流變化引起的電磁感應現象。本節(jié)課為了讓學生經歷必要的認知過程，嘗試利用“延遲判斷”的探究教學策略，適當改進演示實驗，變陳述性問題為設計性問題，讓學生積極參與物理規(guī)律的發(fā)現和推理過程，主要的特色體現在以下幾個方面：1 .對于互感”的教學，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用，充分激發(fā)學生探索規(guī)律的積極性。2對于“

2、自感”的教學，采用“積木式”的結構，在教學過程中隨著問題的展開，逐步“裝備”其實驗裝置，讓學生在質疑、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)教學內容包括互感現象、自感現象和磁場的能量三個部分，是在學生學習了產生感應電流的條件、楞次定律和法拉第電磁感應定律后教學的，是電磁感應現象具體運用的兩個實例。因此，對互感、自感現象的研究，既是對電磁感應規(guī)律的鞏固和深化，也為以后學習交流電、電磁波奠定了知識基礎。同時，互感、自感現象知識與人們日常生活、生產技術有著密切的關系，因此，學習該部分知識有著重要的現實意義。學生已經學習了分析電路結構，知道了判斷產生電磁感應的條件、判斷感應電流的方

3、向，以及感應電動勢的大小的計算等電磁感應的規(guī)律，已經學會對互感現象的分析，但頭腦中沒有互感這個概念，也沒有意識到當線圈通過變化的電流時，線圈本身也會產生電磁感應現象。學習中對自感現象的解釋以及分析相關的自感現象的特點是學生遇到的最大挑戰(zhàn)。學生已經具備一定的探究、合作學習的能力，已經掌握了一定的科學方法和實驗技能。本校具備完善的實驗設施與條件，有優(yōu)越的多媒體和網絡。重點與難點：1教學重點：自感現象和自感系數，12.教學難點：分析自感現象產生的原因和特點。三、教學目標1 .知識與技能：(1)知道互感和自感現象。(2)能夠利用電磁感應有關規(guī)律分析斷電、通電時自感現象的原因。(3)能說出自感電動勢大小

4、的影響因素、自感系數的單位及其決定因素。(4)會運用互感和自感的原理應用和防止。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)通過分析電路結構和實驗探究，體會比較研究這一物理學常用的重要方法。3 .情感與價值觀：(1)認識互感和自感是電磁感應現象的兩種現象，體驗特殊現象的普遍性。(2)領悟科學家對科學執(zhí)著和對名利的淡漠的科學獻身精神。四、教學準備電磁爐、線圈、小燈泡、MP4、音箱、自制自感現象演示儀、電流傳感器以及干電池、導線、小線圈若干組。五、教學過程1 .互感現象圖1 :電磁爐實驗將一個與小燈泡連接的自制線圈放到一塊絕緣毛巾上

5、(內有電磁爐)，如圖1,發(fā)現小燈泡發(fā)光了。針對這一實驗提出問題：兩個線圈沒有直接用導線相連，為什么當電磁爐中大線圈電流變化時，與小線圈相連的小燈泡會亮？引導學生利用所學知識分析實驗現象，提出互感概念，并指出互感就是一種電磁感應現象。提出問題：不直接用導線與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)？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，當手持MP4回路靠近和遠離音箱回路時，聲音會變響（變輕）。讓學生主動參與本實驗的設計和操作。例舉變壓器、磁性天線等生活實例讓學生感覺到互感現象在生

6、活中隨處可見，通過互感實現了能量和信息的傳遞。2 .自感現象為了讓實驗電路的結構及實驗中所發(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，再設計實驗電路進行驗證，然后通過激發(fā)學生的認知沖突，討論并改進實驗電路，并利用所學的知識解釋實驗現象，從而引出自感的概念，斷電自感的教學也用類似方法。最后，借助傳感器更加準確直觀地反映實驗規(guī)律。整個教學流程如圖3所示。電（1）通電自感提出猜想圖3：自感教學流程問：互感現象中有一個共同的特點是A線圈中電流的變化引起B(yǎng)線圈中產生電磁感應現象，那么，如果拿掉其中一個線圈，另一個線圈自身還會出現電磁感應現象嗎？引導學

7、生利用所學的知識得出：自身電流變化一線圈自身內部磁場變化一線圈自身內部磁通量變化一電磁感應現象發(fā)生。設計電路能否用實驗的方法來驗證呢？我們該如何設計實驗電路讓我們能觀察到這個線圈的電磁感應現象呢？選擇什么測量器材更便于我們觀測?引導學生根據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，比如將開關閉合（方便且變化明顯），你認為通電瞬間可能觀察到什么實驗現象？小燈泡的亮度如何變化？是瞬間變亮還是逐漸變亮呢？你做出這種預測的依據是什么?啟發(fā)學生利用楞次定律去分析，引發(fā)思維沖突。改進電路從實驗中看到延遲現象了嗎？為什么？大家分

8、析一下，談談自己的看法。線圈中到底有那是不是延遲的時間太短，我們肉圖4:通電自感演示電路沒有電磁感應現象？當我們相信理論分析應該沒問題時，眼觀察不出來呢？應該怎么辦呢？你覺得應該通過什么辦法來改進實驗？利用生活中賽跑的實例引導學生用比較法改進為如圖4實驗電路。解釋現象利用楞次定律分析，強調線圈此時相當于一個電源，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現象。(2)斷電自感預測現象問：線圈中電流增大時，會產生自感電動勢，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？要達到電流減小的目的，只需要斷開開關，此時從電路結構上看

9、，A、B兩燈組成一個回路，當電流減小時，如果線圈會產生自感電動勢，根據楞次定律勢必將阻礙電流的減小，你能預測一下斷電瞬間可能觀察到的實驗現象嗎？兩燈是一起瞬間熄滅還是一起延遲熄滅呢？引導學生利用楞次定律去分析，為再次引發(fā)思維沖突做準備。改進電路我們沒有觀察到預期的實驗現象，小燈泡熄滅真的沒有出現延遲嗎？是不是我們觀察的方法有缺陷，如何改進實驗電路讓我們能觀察到更明顯的實驗現象？圖5:斷電自感演示電路引導學生分析電路結構，綜合考慮(構成回路又安全)想到將A燈移到導線回路，與線圈一起并聯(lián)在電源兩端的改進實驗電路如圖5。解釋現象A燈出現了閃亮”說明什么？既然與開關已經斷開，為什么通過A燈的電流能比原

10、先還要亮呢？到底誰在起作用呢?5線圈相當于一個電源，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。哪位同學能解釋這一現象的原因？引導學生利用楞次定律分析，強調線圈此時相當于一個電源，正是線圈中產生的這種阻礙作用，延遲A燈熄滅的時間。引出新知既然與電源已經斷絕關系，但我們還是能夠看到燈泡出現閃亮，延遲熄滅，那么這個能量從哪里來呢？引導能量很可能儲存于磁場中(磁場能)，開關斷開時，線圈中的電流從有到無，其中的磁場也是從有到無，此時線圈充當電源，阻礙電流減少，把磁場中的能量轉化成電能。(3)自感電動勢及自感系數規(guī)律總結通過實驗和分析，發(fā)現線圈中電流發(fā)生變化時，線圈會產生自感電動勢，那么

11、自感電動勢在電路中到底起到了什么作用？引導學生體會當原電流增加時，自感電動勢起到反抗”作用；當原電流減少時，自感電動勢起到補償”作用，總結得到自感電動勢的作用是阻礙原電流的變化。啟發(fā)學生線圈不允許通過它的電流發(fā)生突變”，這一點有點像力學中物體的慣性。并強調阻礙”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呢?引導學生運用法拉第電磁感應定律，對于給定的線圈回路(面積不變)，磁通量的變化BI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EBttt自主學習自感系數大小的物理意義、決定

12、因素、單位及科學家亨利的介紹。(4)用傳感器研究自感現象但是不能準確地反映這一短啟發(fā)學生知道通過燈泡亮度的變化定性地來研究自感現象,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（乙）圖6:傳感器演示自感現象準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象非常直觀地呈現出來。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系，觀察并解釋開關斷開瞬間

13、圖象的特征。可以解釋出現閃亮”的原因。（5）體驗自感圖7:體驗自感實驗參考電路依據所學的自感知識，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)學生通過這樣的實驗現象想象生活中關于自感的應用和防止。（煤氣灶的電子點火器，日光燈中的鎮(zhèn)流器，油浸開關，繞線電阻的雙線繞法）3 .課堂小結學習了電磁感應現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現象，都可以結合電路結構和利用楞次定律去分析解釋。六、形成性評價1.關于自感電動勢，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.關于自感系數，下列說法中正確的是（）A.其他條件相同，線圈越長，自感系數越大B.其他條件相同，線圈匝數越多，自感系數越大C.其他條件相同，電流變化越快，自感系數越大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大如圖8是一種延時繼電器的示意圖。鐵芯上有兩個線圈跟電源連接，線圈B的兩端接在一起，構成一個閉合電路。關S的時候，彈簧K并不能立即將銜鐵D拉起，使觸頭電路)立即離開；而是過一段短時間后觸頭C