《自感和互感》教學(xué)設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上自感和互感教學(xué)設(shè)計孫策【教學(xué)目標(biāo)】1知識與技能（1）理解互感現(xiàn)象的電磁感應(yīng)特點。（2）會運(yùn)用觀察、實驗、分析、綜合等方法，認(rèn)識自感現(xiàn)象及其特點。（3）理解自感電動勢的作用，明確自感系數(shù)的意義及決定條件。（4）了解自感現(xiàn)象的利、弊以及對它的利用和防止。2過程與方法（1）運(yùn)用電磁感應(yīng)原理和電路基本知識，設(shè)計實驗，探究自感現(xiàn)象特點。（2）運(yùn)用物理知識，解釋生產(chǎn)和生活中的某些自感現(xiàn)象。3情感態(tài)度和價值觀培養(yǎng)、提高學(xué)生尊重科學(xué)，利用實驗探索研究自然的科學(xué)素養(yǎng)【教學(xué)重點】自感現(xiàn)象產(chǎn)生的原因及特點?！窘虒W(xué)難點】運(yùn)用自感知識設(shè)計實驗、分析現(xiàn)象、解決問題?！窘虒W(xué)方法】討論法、探究法、試

2、驗法【教學(xué)用具】 可拆變壓器 (用400匝線圈、普通導(dǎo)線一段)、線圈兩組、電源、3.8V 0.3A燈泡兩只、滑動變阻器、電源(3V)、導(dǎo)線若干、開關(guān)、多媒體課件【教學(xué)過程】一、實驗演示、知識回顧、引入互感可拆鐵芯手繞的幾匝線圈L2學(xué)生電源線圈L11實驗探究(1)實驗儀器介紹：線圈L1套入普通的鐵芯，線圈和鐵芯之間是絕緣的，并與交流電源相聯(lián)。線圈L2是一段普通的導(dǎo)線，在手上繞幾圈然后套到鐵芯上，導(dǎo)線外層有塑料層，它和鐵芯之間也是絕緣的，L2和一個小燈泡串聯(lián)起來構(gòu)成一個閉合回路。(2)思考討論把兩個沒有導(dǎo)線相連的線圈套在同一個閉合鐵芯上，線圈L1連到交流電源的兩端，線圈L2連到小燈泡上。小燈泡可能

3、發(fā)光嗎？為什么？請說出你的道理。(3)先讓學(xué)生進(jìn)行實驗的預(yù)測，說出可能的結(jié)果。然后，教師進(jìn)行實驗演示。(4)請學(xué)生根據(jù)實驗現(xiàn)象試著回答，教師根據(jù)學(xué)生的回答情況，共同進(jìn)行實驗分析。2知識回顧設(shè)問：引起電磁感應(yīng)現(xiàn)象的條件是什么？感應(yīng)電動勢的大小跟哪些因素有關(guān)？現(xiàn)象回顧：前面學(xué)習(xí)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，了解了幾種不同形式的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。如磁鐵向線圈中插入或拔出時、閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線的運(yùn)動時等，都會引起感應(yīng)電動勢，發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象。規(guī)律提示：不論用什么方式，也不管是什么原因，只要穿過電路的磁通量發(fā)生了變化，都能引起電磁感應(yīng)現(xiàn)象。如果電路是閉合的，電路中就會有感應(yīng)電流。感應(yīng)電動勢的大小跟穿

4、過這一電路的磁通量的變化率成正比。3實驗分析設(shè)問(1)：L1接的是交流電，電流大小在時刻變化。假定某段時間里電流是沿這個方向流進(jìn)線圈的，而且在增大。那么大家來分析下看，穿過L1的磁場是哪個方向？過渡：鐵芯有聚磁的作用，所以鐵芯中的磁感線是沿順時針方向，通過L2中的磁場方向向下。設(shè)問(2)：當(dāng)電流增大時，穿過L2的磁通量怎樣變化？過渡：根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場總是要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化，即線圈L2產(chǎn)生的感生磁場要阻礙線圈L2的磁通量的增大。所以，線圈L2的感生磁場方向是向上的。設(shè)問(3)：如何進(jìn)一步判斷感應(yīng)電流的方向？線圈L2中哪一端電勢較高？在以上幾個問題的討論中，師生邊結(jié)合

5、課件，邊仔細(xì)體會其中的物理過程思路。4理解互感(1)概念引入：像這種兩個線圈之間并沒有導(dǎo)線相連，但當(dāng)一個線圈中的電流變化時,它所產(chǎn)生的變化的磁場會在另一個線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，我們把這種現(xiàn)象取個名字叫互感。產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢叫做互感電動勢。當(dāng)年法拉弟的研究實驗，也如我們今日所研究的兩個線圈。(2)互感現(xiàn)象介紹：利用互感現(xiàn)象可以把能量由一個線圈傳遞到另一個線圈。在電工技術(shù)和電子技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用。變壓器、收音機(jī)里的磁性天線就是利用互感現(xiàn)象制成的，如圖所示。變壓器收音機(jī)里的磁性天線電路板刻制時設(shè)法減小電路間的互感互感現(xiàn)象是一種常見的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，在電力工程中和電子電路中，互感現(xiàn)象有時會影響電路的正

6、常工作，這時要設(shè)法減小電路間的互感現(xiàn)象。例如在電路板的刻制時就要設(shè)法減小電路間的互感現(xiàn)象。二、實驗探究、知識應(yīng)用、分析自感1思考討論剛才我們分析的是當(dāng)一個線圈中磁通量發(fā)生變化時，在另一個線圈中會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢(自感電動勢)。如果現(xiàn)在拿去另外一個線圈，只考慮一個線圈，當(dāng)通過的線圈本身的電流發(fā)生變化時，是否也同樣會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢呢？這一問題先讓學(xué)生進(jìn)行猜想，接著進(jìn)一步追問猜想的依據(jù)。要點提示：若流過線圈本身的電流是變化的，那么線圈本身的磁場在變化，線圈本身的磁通量也會發(fā)生變化。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律在線圈本身可能也會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。如果線圈本身電流變化真的在自身產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢，我們就把這一現(xiàn)象稱

7、之為自感現(xiàn)象，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢叫自感電動勢。2過渡設(shè)問：如何檢測自感電動勢的存在？請同學(xué)設(shè)計一下實驗電路，來檢測這個自感電動勢的存在，并能較明顯觀察到它對電流變化的影響？提供的實驗器材：線圈、滑動變阻器、3.8V 0.3A燈泡一只或兩只、電源(3V)、導(dǎo)線若干、開關(guān)，讓學(xué)生進(jìn)行實驗的設(shè)計，教師巡視。SELA1RA2RELSA1ELSSELA1RA2(1)(2)(3)(4)3實驗設(shè)計：根據(jù)學(xué)生設(shè)計的情境方案，進(jìn)行電路設(shè)計的啟發(fā)，逐漸歸納出以下三個步驟。(1) 由線圈與電源直接相連，如圖(1)，分析實驗研究的可能性，然后過渡如圖(2)的設(shè)計；(2) 分析如圖(2)觀察效果，提示：最好能有實驗現(xiàn)象的

8、對比效果，增加可觀察性，然后過渡到如圖(3)的電路設(shè)計；(3) 分析如圖(3)電路的缺陷，提示：為了進(jìn)一步增加有較明顯的觀察效果，當(dāng)開關(guān)閉合時，A2燈泡的亮暗最好能與A1的亮度相一致。最后，設(shè)計出如圖(4)電路圖。4實驗演示：(1)師生共同完成實驗操作：實驗準(zhǔn)備：先開關(guān)閉合s，調(diào)節(jié)R，使兩燈泡亮度接近；改變R，讓兩燈泡亮度合適；斷開電鍵S。實驗演示：閉合開關(guān)s，學(xué)生仔細(xì)觀察，比較跟線圈串聯(lián)的燈泡A1與跟電阻相聯(lián)的燈泡A2亮起來的區(qū)別。觀察結(jié)果：燈泡A2立即正常發(fā)光，而燈泡A1是逐漸亮起來的。設(shè)問：為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢？實驗分析借助多媒體課件(分析過程用動畫模擬剛才的實驗)。先請學(xué)生思考，然后

9、對學(xué)生回答的進(jìn)行追問。提示1：閉合開關(guān)時，流過A1、A2的電流都在增大，而燈泡A1晚亮起來，說明流過燈泡A1的電流增大得慢了。提示2：為什么流過燈泡A1的電流增大會變慢呢，要考慮與燈泡A1串聯(lián)的線圈L的影響。說明在閉合開關(guān)時，線圈L阻礙了該支路的電流的增大。提示3：開關(guān)閉合時，流過線圈L的電流從無到某一值，電流在增大，在線圈中確實激發(fā)出感應(yīng)電動勢(自感電動勢)，并且阻礙了電流的增大。組織學(xué)生分組討論：如何應(yīng)用電磁感應(yīng)規(guī)律分析阻礙電流增大的原因？5實驗分析(1)分析邏輯應(yīng)把握以下幾個環(huán)節(jié)，開關(guān)閉合時：SELA1RA2RB0II感B感流過線圈L的電流向右，且在增大 產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度B方向向右，且在

10、增大 穿過線圈L的磁通量增大 感應(yīng)電流的磁場向左 自感電動勢方向向左 阻礙流過線圈的電流增大(2)質(zhì)疑設(shè)問：那么流過線圈的電流究竟是怎樣變化的呢？先讓學(xué)生動手定性畫出這兩個燈泡A1、A2的電流變化，教師巡視后，展示作圖結(jié)果。設(shè)問：如何驗證所作電流變化圖的正確性？引出：借助電流傳感器把電流變化的圖像在計算機(jī)中顯示出來。教師介紹電流傳感器的作用，傳感器與計算機(jī)相結(jié)合能夠即時反映電流隨時間變化的圖象。實驗探究，顯示圖象。實驗結(jié)果對比分析：如圖所示，流過線圈L的電流是從零開始逐漸增大，到最后是穩(wěn)定的電流圖線，且圖線的斜率逐漸減小。而流過電阻R的電流是瞬時增大的，直到某一電流穩(wěn)定值。小結(jié)過渡：開關(guān)閉合，

11、電流增大，產(chǎn)生了自感電動勢；那么，從開關(guān)閉合到斷開，流過線圈的電流減小了，照理也會產(chǎn)生自感電動勢。而且這個自感電動勢也會對斷開開關(guān)后的這一回路產(chǎn)生影響，可是剛才的實驗現(xiàn)象是兩小燈泡同時熄滅，卻并沒有發(fā)現(xiàn)差別，這是怎么回事呢？設(shè)問：是電磁感應(yīng)規(guī)律出了問題呢？還是在實驗方法上還存在著缺陷？6研究斷電自感現(xiàn)象(1)思考討論設(shè)計怎樣的實驗，可以檢測斷電時自感電動勢的存在，觀察它對電流減小的影響？教師結(jié)合剛才的實驗電路，進(jìn)行分析提示。組織學(xué)生分組討論，重新設(shè)計實驗電路。然后根據(jù)學(xué)生設(shè)計的情境方案，進(jìn)行電路設(shè)計的啟發(fā)，逐漸歸納出以下二個步驟。從剛剛分析過的實驗電路入手分析，假如在斷電時真有自感電動勢的存在

12、，在圖(1)中也無法觀察到自感現(xiàn)象，原因在于斷電后A1與A2形成串聯(lián)回路，電流是同時變化的。SELA1RA2R(1)AELS(3)(2)SELRA2R經(jīng)啟發(fā)討論后，過渡到電路圖(2)。在圖(2)的基礎(chǔ)上，還可以進(jìn)一步簡化電路過渡到圖(3)電路。(2)實驗演示結(jié)合實驗電路分析對應(yīng)的實物裝置。實驗：先閉合電鍵，接著斷開電鍵。學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象：接通電路，燈泡正常發(fā)光后，迅速斷開開關(guān)，可以看到燈泡閃亮一下再逐漸熄滅。 (3)實驗分析設(shè)問1：燈泡閃亮一下，說明了什么問題？引導(dǎo)學(xué)生分析得出：燈泡的亮度由其實際功率決定。燈泡閃亮一下，表明在開關(guān)斷開這一瞬間，燈泡兩端的電壓比原來大。設(shè)問2：在開關(guān)斷開這一瞬間

13、，增大的電壓從哪里來的。學(xué)生疑惑，再用實驗啟發(fā)。演示實驗：將與燈泡并聯(lián)的線圈取掉。再演示上述實驗，這時燈泡不再閃亮。引導(dǎo)學(xué)生分析得出：在開關(guān)斷開這一瞬間，增大的電壓是線圈產(chǎn)生的。設(shè)問3：線圈本身并不是電源，它又是如何提供高電壓的呢？組織學(xué)生討論，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用已學(xué)過的電磁感應(yīng)的知識來分析實驗現(xiàn)象。分析把握的要點：It開關(guān)接通后，線圈中存在穩(wěn)定的電流，線圈內(nèi)部鐵芯存在很強(qiáng)的磁場，穿過線圈的磁通量很大；在開關(guān)斷開瞬間，線圈中的電流迅速減小到零，穿過線圈的磁通量也迅速減小到零，使線圈產(chǎn)生自感電動勢，這時線圈就相當(dāng)于一個電源。由于開關(guān)斷開很快，故穿過線圈的磁通量變化很快，就產(chǎn)生了較大的自感電動勢，這個電

14、動勢產(chǎn)生的電流使得小燈泡中出現(xiàn)了閃亮的過程，延遲了小燈泡的熄滅。教師進(jìn)一步提示得出：通過燈泡中的電流從原來的水平向右，到后來水平向左變化的電流變化圖線。同學(xué)們能不能畫一下流過小燈泡的電流變化呢？組織學(xué)生討論并作圖。展示學(xué)生作圖，簡單分析。演示實驗：利用傳感器把電路斷開前后小燈泡的電流變化顯示出來，如圖所示。斷電自感，線圈中的自感電動勢在電流減小時，會阻礙電流的減小，使得減小過程得到延遲。7分析實驗，深化理解實驗1稱為通電自感現(xiàn)象，實驗2稱為斷電自感現(xiàn)象。那么，在實驗1中電路斷開的瞬間，線圈是否發(fā)生自感？在實驗2中，把開關(guān)閉合時，線圈是否發(fā)生自感現(xiàn)象呢？分析中把握：自感現(xiàn)象無論在電路通電或斷電時

15、，只要電流有變化，就會有自感，只不過是限于實驗電路難以直接觀察到罷了。8綜合因素，講解規(guī)律教師說明：在自感現(xiàn)象中，自感電動勢的產(chǎn)生是由于導(dǎo)體本身的電流發(fā)生了變化而引起的，而自感電動勢卻總是阻礙導(dǎo)體中原來電流的變化的。特點：自感電動勢總是阻礙導(dǎo)體中原來電流的變化的。具體而言： 如果導(dǎo)體中原來的電流是增大的，自感電動勢就要阻礙原來電流的增大。 I原，則E自(I自)與I原相反 如果導(dǎo)體中原來的電流是減小的，自感電動勢就要阻礙原來電流的減小。 I原，則E自(I自)與I原相同三、研究自感電動勢、自感系數(shù)1設(shè)問：自感電動勢的大小跟什么因素有關(guān)？提示：感應(yīng)電動勢的大小跟磁通量的變化快慢有關(guān)。自感電動勢的大小

16、跟其它感應(yīng)電動勢的大小一樣，跟穿過線圈的磁通量的變化快慢有關(guān)。而在自感現(xiàn)象中，穿過線圈的磁通量是由電流引起的，故自感電動勢的大小跟導(dǎo)體中電流變化的快慢有關(guān)。2分析表明： 寫成等式： L稱為線圈的自感系數(shù)，簡稱自感或電感。自感表示線圈產(chǎn)生自感電動勢本領(lǐng)大小的物理量。L的大小跟線圈的形狀、長短、匝數(shù)、有無鐵芯有關(guān)。單位：亨利(H) 1H=103mH=106H四、研究磁場能量1設(shè)問：在斷電自感實驗中，開關(guān)斷開后，燈泡的發(fā)光還能維持一小段時間，有時甚至比開關(guān)斷開之前更亮。這時燈泡的能量是從哪里來的？分析：當(dāng)電源斷開后，線圈中的電流并未立即消失，這時電流仍然可以做功，說明線圈儲存了能量。線圈中有電流，就

17、有磁場，能量很可能儲存在磁場中。當(dāng)開關(guān)閉合時，線圈中的電流從無到有，其中的磁場也是從無到有，這可以看做電源把能量輸送給磁場，儲存在磁場中。2延伸拓展：關(guān)于磁場能量的討論還只是一個合理的假設(shè)。有關(guān)電磁場能量的直接實驗驗證，要在認(rèn)識了電磁波之后才有可能。五、課堂小結(jié)本節(jié)課我們一起探究了電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的兩類問題：互感現(xiàn)象和自感現(xiàn)象。1互感現(xiàn)象是是一種常見的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，利用互感現(xiàn)象可以把能量由一個線圈傳遞到另一個線圈。生活、生產(chǎn)實際中變壓器、收音機(jī)里的磁性天線就是利用互感現(xiàn)象制成的。2自感現(xiàn)象它也是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的一種，只是導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變化而在自己身上產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，它同樣遵從法拉第電磁感應(yīng)定律。由于線圈自身自感的作用，使得電路中的電流變化的時間延長了，我們所看到的現(xiàn)象是燈逐漸地變亮或亮一會再熄滅，還有的燈要閃亮一下。自感的應(yīng)用與我們生活很接近(