高中物理人教版2第四章電磁感應(yīng)6互感和自感 省獲獎(jiǎng)

互感和自感江蘇省海安高級(jí)中學(xué)王維國(guó)【教學(xué)設(shè)計(jì)思路】本節(jié)課的重點(diǎn)是自感，作為電磁感應(yīng)的特殊現(xiàn)象，自感并非本章的核心內(nèi)容．《課標(biāo)》的要求是通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解自感現(xiàn)象，列舉并說(shuō)明自感現(xiàn)象在生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用．本節(jié)課的設(shè)計(jì)以實(shí)驗(yàn)為載體、以問(wèn)題為核心，重點(diǎn)分析通、斷電過(guò)程中自感電動(dòng)勢(shì)的作用．力圖遵循認(rèn)知規(guī)律確定學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，從一般到特殊，讓學(xué)生把已學(xué)過(guò)的楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律應(yīng)用到自感現(xiàn)象中來(lái)．針對(duì)通斷電過(guò)程短暫的特點(diǎn)，選擇數(shù)字實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，用圖象的形式直觀地展現(xiàn)電流變化的規(guī)律，在學(xué)生自主建構(gòu)知識(shí)的過(guò)程中，搭建形象的思維支架，突破本節(jié)課的難點(diǎn)．用數(shù)字實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)還可在課堂教學(xué)中及時(shí)分析學(xué)生生成的問(wèn)題．在自感應(yīng)用上，選擇學(xué)生身邊熟悉的例子和一些簡(jiǎn)易實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣和探究的好奇心．課外安排一些體驗(yàn)性的實(shí)驗(yàn)或探究性課題，鞏固學(xué)生對(duì)自感規(guī)律的理解．【教學(xué)目標(biāo)】1.知道什么是互感和自感現(xiàn)象，了解應(yīng)用與防止；2.會(huì)用電磁感應(yīng)的規(guī)律分析通電、斷電情況下自感電動(dòng)勢(shì)的成因；3.知道影響自感電動(dòng)勢(shì)和自感系數(shù)大小的因素；

4.通過(guò)體驗(yàn)科學(xué)探究過(guò)程，提高實(shí)驗(yàn)和理論探究能力，培養(yǎng)實(shí)事求是的科學(xué)精神.【教學(xué)重點(diǎn)】自感電動(dòng)勢(shì)的作用．【教學(xué)難點(diǎn)】通電、斷電時(shí)，電路中電流變化規(guī)律分析．【教學(xué)資源】教材：人教版高中物理選修3-2第四章第6節(jié)．自編教學(xué)案．教學(xué)媒體：投影儀、實(shí)物展臺(tái)．實(shí)驗(yàn)器材：茶葉包裝袋、電磁爐（兩只）、圓鐵皮、濕毛巾、自制線圈、小燈泡、筆記本電腦、朗威數(shù)字實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、可拆變壓器、定值電阻（5Ω兩只）、滑動(dòng)變阻器（20Ω）、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線若干、40W日光燈鎮(zhèn)流器、銼刀、螺絲刀、數(shù)字式電源等．實(shí)驗(yàn)引入互感現(xiàn)象生成新問(wèn)題實(shí)驗(yàn)引入互感現(xiàn)象生成新問(wèn)題小結(jié)布置作業(yè)生成新問(wèn)題學(xué)生推導(dǎo)自感電動(dòng)勢(shì)公式學(xué)生討論自感現(xiàn)象在生活生產(chǎn)中的應(yīng)用實(shí)例學(xué)生分析與論證、表達(dá)與交流師生合作傳感器實(shí)驗(yàn)互感現(xiàn)象及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)引入自感現(xiàn)象問(wèn)題：自感電動(dòng)勢(shì)作用設(shè)計(jì)方案分組討論【教學(xué)過(guò)程】教學(xué)階段教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖一、導(dǎo)入引入：我有一只神奇的盒子，它能發(fā)電.演示實(shí)驗(yàn)：迅速、隱蔽地按藏在茶葉包裝袋里的電磁爐開(kāi)關(guān)，舉起線圈和小燈泡組成的回路，然后放到茶葉包裝袋上，結(jié)果能使小燈泡發(fā)光.關(guān)掉開(kāi)關(guān).實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：把電線繞成的四、五匝線圈，大小約和電磁爐線圈的外邊緣相當(dāng).電磁爐的面板上放一塊濕毛巾，里面要夾一塊半徑約5cm的小鐵皮，否則電磁爐不能啟動(dòng)，如果鐵皮面積太大，會(huì)使上面線圈中的感應(yīng)現(xiàn)象不明顯.問(wèn)：有沒(méi)有同學(xué)想上來(lái)一探究竟呢？問(wèn)：這是什么？設(shè)問(wèn)：怎么會(huì)“煮”出電來(lái)呢？教師將一后蓋已打開(kāi)的另一電磁爐展示給學(xué)生.問(wèn)：電磁爐里有什么？問(wèn)：接什么電源？把電源插線板從講臺(tái)里拿出.問(wèn)：小燈泡為什么能發(fā)光呢？觀察演示實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生疑問(wèn)：小燈泡回路中好像沒(méi)有電源，為什么能發(fā)光呢？一學(xué)生上講臺(tái)探究包裝盒里的“機(jī)關(guān)”，從袋里拖出電磁爐，展示給其他學(xué)生看.有些學(xué)生答：電磁爐學(xué)生答：線圈學(xué)生答：交流電一學(xué)生答：電磁爐產(chǎn)生的變化的磁場(chǎng)使小燈泡回路中的磁通量發(fā)生變化.制造懸念利用認(rèn)知沖突激發(fā)探究欲望課標(biāo)中有關(guān)于電磁灶的內(nèi)容學(xué)生揭開(kāi)謎底節(jié)省課堂時(shí)間搭建思維支架二、互感敘述：當(dāng)一個(gè)線圈中的電流變化時(shí)，它所產(chǎn)生的變化的磁場(chǎng)會(huì)在另一個(gè)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).板書(shū)：一、互感IA變化→產(chǎn)生EB投影：收音機(jī)磁性天線和變壓器.敘述：收音機(jī)磁性天線能將信號(hào)從一個(gè)線圈；后面一章我們要學(xué)習(xí)變壓器，它能將電能從一個(gè)線圈傳遞到另一個(gè)線圈．觀察圖片，注意線圈的數(shù)目.建立感性認(rèn)識(shí)三、自感實(shí)驗(yàn)探究自感電動(dòng)勢(shì)的作用引入自感概念：電磁爐線圈接交流電源時(shí)穿過(guò)它自身的磁通量有沒(méi)有發(fā)生變化？會(huì)不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)？我們把這種現(xiàn)象稱為自感現(xiàn)象．板書(shū)：二、自感IA變化→產(chǎn)生EA設(shè)問(wèn)：如果電磁爐線圈與穩(wěn)恒電源組成回路，有沒(méi)有辦法改變穿過(guò)線圈的磁通量？投影：電路示意圖.LLSErR1設(shè)問(wèn)：磁通量變化時(shí)會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，怎樣用實(shí)驗(yàn)研究自感電動(dòng)勢(shì)對(duì)電路的影響？組織學(xué)生交流方案，肯定學(xué)生的方案后說(shuō)：我們可以用傳感器直觀地顯示電流的變化可用另一支路與線圈支路進(jìn)行對(duì)比．LRLRSErR1R2師生合作演示實(shí)驗(yàn)：將電流傳感器串聯(lián)在線圈支路中或?qū)㈦妷簜鞲衅鞑⒙?lián)在R1上，啟用朗威專(zhuān)用軟件，采用圖象顯示數(shù)據(jù)的方式，添加橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱軸為電流，數(shù)據(jù)采集頻率定為500或1k，調(diào)零，選擇合適的圖線縮放比例，開(kāi)始采集后，合上電路開(kāi)關(guān)，過(guò)幾秒后斷開(kāi)開(kāi)關(guān).教師：開(kāi)關(guān)通斷過(guò)程中線圈中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)使線圈相當(dāng)于一個(gè)電源，請(qǐng)?jiān)趯W(xué)案上畫(huà)出兩種情況下的等效電源示意圖.板書(shū)：自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的變化學(xué)生：不斷變化學(xué)生：會(huì)思考一學(xué)生答：開(kāi)關(guān)接通時(shí)磁通量增大，斷開(kāi)時(shí)，磁通量減小.學(xué)生分組討論實(shí)驗(yàn)方案學(xué)生匯報(bào)方案，其他組補(bǔ)充（如用安培表測(cè)量電流、用燈泡的亮暗顯示電流的變化等）一學(xué)生上臺(tái)輔助實(shí)驗(yàn)學(xué)生觀察開(kāi)關(guān)通斷過(guò)程中電流的變化圖象.學(xué)生分組討論線圈中電流按圖示規(guī)律變化的原因小組匯報(bào)學(xué)生畫(huà)圖學(xué)生匯報(bào)簡(jiǎn)要的板書(shū)使學(xué)生注意到兩種現(xiàn)象的差別用電路圖提供思維的情境，降低思維難度培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力采用傳感器研究自感現(xiàn)象，能將稍縱即逝的暫態(tài)過(guò)程“定格”、回放，與傳統(tǒng)的用燈泡亮暗程度變化的方案相比有質(zhì)的提升.問(wèn)：在開(kāi)關(guān)通斷過(guò)程中R2中的電流隨時(shí)間怎樣變化？請(qǐng)?jiān)趯W(xué)案上畫(huà)出圖象.選擇兩種典型錯(cuò)誤的圖放在實(shí)物展臺(tái)上，供學(xué)生討論ttOI2tOI2斷電瞬間R2中的電流大小方向與原來(lái)是什么關(guān)系？教師讓其他學(xué)生發(fā)表不同意見(jiàn)結(jié)合電路圖分析線圈與R2中的電流關(guān)系總結(jié)：因?yàn)樽愿须妱?dòng)勢(shì)使線圈中的電流不發(fā)生突變，電流好像也有慣性一樣，R2中的電流可發(fā)生突變.過(guò)渡：事實(shí)是否是這樣呢？學(xué)生在學(xué)案上的I2-t坐標(biāo)中作出R2中的電流隨時(shí)間變化的圖象學(xué)生討論學(xué)生討論回答可能有學(xué)生答：大小相等、方向相反充分關(guān)注課堂生成的問(wèn)題分散難點(diǎn)實(shí)驗(yàn)拓展師生合作演示實(shí)驗(yàn)：將電流傳感器串聯(lián)在線圈支路中或?qū)㈦妷簜鞲衅鞑⒙?lián)在R2上，開(kāi)始采集后，合上電路開(kāi)關(guān)，過(guò)幾秒后斷開(kāi)開(kāi)關(guān).實(shí)驗(yàn)結(jié)果和我們預(yù)想的是否相同？在投影儀屏幕上指出“尖”的位置科學(xué)精神教育：實(shí)驗(yàn)結(jié)果常常與我們預(yù)想的有差別甚至有很大的差別，因?yàn)閷?shí)際問(wèn)題往往不是理想模型，但我們一定要實(shí)事求是，尊重實(shí)驗(yàn)，這是科學(xué)精神的重要表現(xiàn)。問(wèn)：接通瞬間R2中的電流為什么不會(huì)立即達(dá)到穩(wěn)定值？學(xué)生觀察斷電瞬間的圖線與預(yù)想的相同有學(xué)生發(fā)現(xiàn)接通瞬間電流有個(gè)減小過(guò)程，說(shuō)圖上有個(gè)“尖”.學(xué)生分組討論學(xué)生匯報(bào)討論結(jié)果：開(kāi)關(guān)閉合瞬間，因?yàn)榫€圈的自感電動(dòng)勢(shì)使電流從零起逐漸增加，此時(shí)外電路中幾乎只有R2支路通電，穩(wěn)定后，兩支路并聯(lián)，好像外電阻減小，總電流增大，內(nèi)電壓增大，外電壓減小.利用實(shí)驗(yàn)與預(yù)設(shè)的差異引起學(xué)生的認(rèn)知沖突自然滲透科學(xué)精神教育，關(guān)注情感、態(tài)度、價(jià)值觀維度的教學(xué)目標(biāo)不回避實(shí)際問(wèn)題問(wèn)題解決（2023年高考江蘇卷4）.如圖所示的電路中，電源的電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r，電感L的電阻不計(jì)，電阻R的阻值大于燈泡D的阻值，在t=0時(shí)刻閉合開(kāi)關(guān)S，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，在t=t1時(shí)刻斷開(kāi)S，下列表示A、B兩點(diǎn)間電壓UAB隨時(shí)間t變化的圖像中，正確的是()學(xué)生分析討論后給出答案檢查教學(xué)目標(biāo)達(dá)成情況自感現(xiàn)象在生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用實(shí)例◆學(xué)以致用油浸開(kāi)關(guān)斷電時(shí)，如果沒(méi)有閉合回路，還會(huì)產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)嗎？LLSErR1E自SErR1投影：課本斷開(kāi)開(kāi)關(guān)的示意圖斷電時(shí)間極短，產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)很大，開(kāi)關(guān)處的電壓很大，容易出現(xiàn)什么？投影：爆炸圖片去年昆山工廠鋁粉爆炸，釀成140多人死亡的慘劇．出謀劃策：粉塵車(chē)間的電氣開(kāi)關(guān)的防暴設(shè)計(jì)．過(guò)渡：斷電自感不都是有害的，在生產(chǎn)生活中有許多應(yīng)用，比如煤氣灶的電子打火．◆學(xué)以致用生活體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)：用線圈（日光燈鎮(zhèn)流器）、銼刀、螺絲刀、電源、導(dǎo)線等器材串聯(lián)組裝成“打火機(jī)”，螺絲刀在銼刀表面移動(dòng)會(huì)激起火花．過(guò)渡：螺絲刀在銼刀表面移動(dòng)有點(diǎn)像滑動(dòng)變阻器．◆學(xué)以致用熟視無(wú)睹投影：滑動(dòng)變阻器實(shí)物圖初中和高中的通常符號(hào)課本P22圖滑動(dòng)變阻器的兩種限流式接法有沒(méi)有區(qū)別？追問(wèn)理由追問(wèn)：滑動(dòng)過(guò)程中一定會(huì)被短路嗎？過(guò)渡：滑動(dòng)頭在滑動(dòng)過(guò)程中，電阻是否是連續(xù)變化？（舉起實(shí)物展示）至少變化多少？從某種意義上說(shuō)，它也相當(dāng)于一個(gè)線圈．◆學(xué)以致用精密制造在制作精密電阻時(shí)，為了消除使用過(guò)程中由于電流變化而引起的自感現(xiàn)象，采用雙線并繞的方法，如圖所示．其道理是（）A．當(dāng)電路中的電流變化時(shí)，兩股導(dǎo)線產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)相互抵消

B．當(dāng)電路中的電流變化時(shí)，兩股導(dǎo)線產(chǎn)生的感應(yīng)電流相互抵消

C．當(dāng)電路中的電流變化時(shí)，兩股導(dǎo)線中原電流的磁通量相互抵消

D．以上說(shuō)法都不對(duì)引導(dǎo)：兩股導(dǎo)線中的電流有什么關(guān)系？學(xué)生在電路圖上標(biāo)出自感電動(dòng)勢(shì)的等效電源標(biāo)志學(xué)生答：火花一學(xué)生上臺(tái)做實(shí)驗(yàn)學(xué)生分析原因：銼刀表面不平接觸不良，斷電自感引起火花學(xué)生討論多數(shù)學(xué)生可能認(rèn)為沒(méi)有區(qū)別三線接法中滑動(dòng)頭右邊的電阻被短路多數(shù)學(xué)生意識(shí)到接觸不良時(shí)的斷電自感學(xué)生：不連續(xù)一圈的電阻學(xué)生討論：是產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)相抵消，還是不產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)？直觀“瓶瓶罐罐做實(shí)驗(yàn)”，用身邊的東西做低成本實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生將物理與生活結(jié)合起來(lái)注意實(shí)驗(yàn)操作的細(xì)節(jié)，高考常通過(guò)細(xì)節(jié)的考查來(lái)區(qū)分學(xué)生是否動(dòng)手做過(guò)實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生回歸基本規(guī)律上來(lái):磁通量變化才能產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)四、自感電動(dòng)勢(shì)的大小3.自感電動(dòng)勢(shì)的大小自感現(xiàn)象是特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，也應(yīng)遵守電磁感應(yīng)的一般規(guī)律根據(jù)學(xué)生的回答板書(shū)推導(dǎo)過(guò)程,,，引入自感系數(shù)L板書(shū)：為了紀(jì)念自感現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)人美國(guó)人亨利（1797～1879），將自感系數(shù)命名為亨利，他在1830年8月發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，比法拉第還早一年，只是當(dāng)時(shí)沒(méi)有及時(shí)發(fā)表．擔(dān)任美國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)長(zhǎng)達(dá)十年之久．問(wèn)：從推導(dǎo)過(guò)程可知自感系數(shù)L與哪些因素有關(guān)？問(wèn):電流相同時(shí)，不同的通電螺線管中的磁感應(yīng)強(qiáng)度相同嗎？總結(jié)自感系數(shù)與哪些因素有關(guān)．學(xué)生應(yīng)用電磁感應(yīng)規(guī)律推導(dǎo)自感電動(dòng)