人教版(新教材)高中物理選擇性必修2教學(xué)設(shè)計3：2 4互感和自感教案

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第二冊PAGEPAGE12.4互感和自感教學(xué)目標(biāo)（一）知識與技能（1）了解互感現(xiàn)象的電磁感應(yīng)特點。（2）運用觀察、實驗、分析、綜合的方法，認(rèn)識自感現(xiàn)象及其特點。（3）明確自感系數(shù)的意義及決定條件。（二）過程與方法提高分析問題的能力和運用物理知識解決實際問題的能力。（三）情感、態(tài)度、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。教學(xué)難點運用自感知識解決實際問題。教學(xué)過程：課堂導(dǎo)入提問：1.在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是什么？只要穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化，回路中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生.2.引起回路磁通量變化的原因有哪些？磁場的變化；回路面積的變化；電流的變化引起磁場的變化等。問題導(dǎo)引（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。重點講解1、互感現(xiàn)象提出問題：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。）學(xué)生思考并討論，得出結(jié)論，認(rèn)識互感現(xiàn)象，通過閱讀課本，了解互感在在電工技術(shù)和電子技術(shù)中的應(yīng)用。2、自感現(xiàn)象提出問題：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）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，即推遲了電流達到正常值的時間。）學(xué)生思考并討論，得出結(jié)論。［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？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。）學(xué)生思考并討論，得出結(jié)論，認(rèn)識自感現(xiàn)象。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。提出問題：自感電動勢的大小決定于哪些因素呢？學(xué)生閱讀教材，然后用自己的語言加以概括，并回答有關(guān)問題。3、自感系數(shù)問題：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)？學(xué)生討論后，得出結(jié)論：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)。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=LL叫自感系數(shù)，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=103mH1H=106μH4、磁場的能量在圖2.4-3的實驗中，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?xí)乳_關(guān)斷開之前更亮。這時燈泡的能量是從哪里來的？1.自感現(xiàn)象中的磁場能量（1）線圈中電流從無到有時：磁場從無到有，電源的能量輸送給磁場，儲存在磁場中。（2）線圈中電流減小時：磁場中的能量釋放出來轉(zhuǎn)化為電能。2.電的“慣性”自感電動勢有阻礙線圈中電流變化的性質(zhì)。理解∶當(dāng)線圈剛剛接通電源的時候。自感電動勢阻礙線圈中電流的增加;當(dāng)電源斷開的時候。自感電動勢又阻礙線圈中電流的減小。線圈的自感系數(shù)越大，這個現(xiàn)象越明顯，線圈能夠體現(xiàn)電的"慣性"。難點剖析一、對互感現(xiàn)象的理解例1、如圖所示是一種延時開關(guān)的原理圖，當(dāng)S1閉合時，電磁鐵F將銜鐵D吸下，C線路接通；當(dāng)S1斷開時，由于電磁感應(yīng)作用，D將延遲一段時間才被釋放．則（）A．由于A線圈的電磁感應(yīng)作用，才產(chǎn)生延時釋放D的作用B．由于B線圈的電磁感應(yīng)作用，才產(chǎn)生延時釋放D的作用C．如果斷開B線圈的開關(guān)S2，無延時作用D．如果斷開B線圈的開關(guān)S2，延時將變長〖答案〗BC〖解析〗線圈A中的磁場隨開關(guān)S1的閉合而產(chǎn)生，隨S1的斷開而消失．當(dāng)S1閉合時，線圈A中的磁場穿過線圈B，當(dāng)S2閉合，S1斷開時，線圈A在線圈B中的磁場變?nèi)?，線圈B中有感應(yīng)電流，B中電流的磁場繼續(xù)吸引D而起到延時的作用，所以B正確，A錯誤；若S2斷開，線圈B中不產(chǎn)生感應(yīng)電流而起不到延時作用，所以C正確，D錯誤．二、對通電自感現(xiàn)象的分析通電瞬間通過線圈的電流增大，自感電動勢的方向與原電流方向相反，阻礙電流的增加，但不能阻止增加．1．通電瞬間，自感線圈處相當(dāng)于斷路；電流穩(wěn)定時，自感線圈相當(dāng)于導(dǎo)體．2．與線圈串聯(lián)的燈泡在通電后會逐漸變亮，直到穩(wěn)定．例2、如圖所示，電路中自感線圈電阻很小，可以忽略不計．R的阻值和L的自感系數(shù)都很大，A、B為兩個完全相同的燈泡，當(dāng)S閉合時，下列說法正確的是（）A．A比B先亮，然后A滅B．B比A先亮，然后A燈逐漸變亮C．A、B一起亮，然后A滅D．A、B一起亮，然后B滅〖答案〗B〖解析〗S閉合時，由于與A燈串聯(lián)的線圈L的自感系數(shù)很大，故在線圈上產(chǎn)生很大的自感電動勢，阻礙電流的增大，所以B比A先亮，由于L的直流電阻很小，所以穩(wěn)定后A燈的電流變大，A燈逐漸變亮，故A、C、D錯．穩(wěn)定后，由于與B燈連接的電阻很大，流過B燈支路的電流很小，所以B燈逐漸變暗，故B正確．三、對斷電自感現(xiàn)象的分析1．?dāng)嚯姇r，自感線圈處相當(dāng)于電源．2．?dāng)嚯姇r，燈泡會不會閃亮一下再熄滅取決于通過燈泡前后電流大小的關(guān)系．若斷電前自感線圈電流IL大于燈泡的電流ID則燈會閃亮一下再熄滅；若斷電前自感線圈中的電流IL小于或等于燈泡中的電流ID則不會出現(xiàn)閃亮，而是逐漸熄滅．3．要注意斷電前后通過燈泡的電流方向是否變化．例3、如圖(a)、(b)所示的電路中，電阻R和自感線圈L的電阻值都很小，且小于燈A的電阻，閉合開關(guān)S，使電路達到穩(wěn)定，燈泡A發(fā)光，則（）A．在電路(a)中，斷開S，A將漸漸變暗B．在電路(a)中，斷開S，A將先變得更亮，然后漸漸變暗C．在電路(b)中，斷開S，A將漸漸變暗D．在電路(b)中，斷開S，A將先變得更亮，然后漸漸變暗〖答案〗AD〖解析〗在電路(a)中，燈A和線圈L串聯(lián)，它們的電流相同，斷開S時，線圈上產(chǎn)生自感電動勢，阻礙原電流的減小，流過燈A的電流逐漸減小，從而燈A只能漸漸變暗．在電路(b)中，電阻R和燈A串聯(lián)，燈A的電阻大于線圈L的電阻，電流則小于線圈L中的電流，斷開S時，電源不再給燈供電，而線圈產(chǎn)生自感電動勢阻礙電流的減小，通過R、A形成回路，燈A中電流突然變大，燈A變得更亮，然后漸漸變暗，故A、D正確．四、對自感電動勢及自感系數(shù)的理解1．對自感電動勢的理解（1）自感電動勢總是阻礙導(dǎo)體中原電流的變化，可概括為“增反減同”．（2）由E＝L知自感電動勢與L和有關(guān)，與ΔI、Δt無關(guān)．2．對自感系數(shù)的理解（1）自感系數(shù)的大小由線圈本身的特性及有無鐵芯決定，線圈越長，單位長度的匝數(shù)越多，自感系數(shù)越大．（2）自感系數(shù)與E、ΔI、Δt等均無關(guān)系．例4、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，自感電動勢就一定越大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〖答案〗D〖解析〗線圈的自感系數(shù)是由線圈本身的因素及有無鐵芯決定的，與有無電流、電流變化情況都沒有關(guān)系，故B、C錯誤，D正確；自感電動勢的大小除了與自感系數(shù)有關(guān)，還與電流的變化率有關(guān)，故A錯誤．訓(xùn)練提升1．下列關(guān)于互感現(xiàn)象的說法正確的是（）A．一個線圈中的電流變化時，與之靠近的線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象稱為互感現(xiàn)象B．互感現(xiàn)象的實質(zhì)是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，同樣遵循楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律C．利用互感現(xiàn)象能夠?qū)⒛芰坑梢粋€線圈傳遞到另一個線圈，人們制造了收音機的“磁性天線”D．互感現(xiàn)象在電力工程以及電子電路中不會影響電路的正常工作〖答案〗ABC〖解析〗互感現(xiàn)象能發(fā)生在任何兩個相互靠近的電路之間，會影響電路的正常工作，選項D錯誤。2．關(guān)于自感現(xiàn)象，正確的說法是（）A．自感電動勢一定和原來的電流方向相反B．對于同一線圈，當(dāng)電流變化越大時，線圈產(chǎn)生的自感電動勢也越大C．對于同一線圈，當(dāng)電流變化越快時，線圈的自感系數(shù)也越大D．對于同一線圈，當(dāng)電流變化越快時，線圈中的自感電動勢也越大〖答案〗D〖解析〗當(dāng)電流增加時，自感電動勢的方向與原來的電流反向，當(dāng)電流減小時，自感電動勢的方向與原來的電流同向，故選項A錯誤；自感電動勢的大小，與電流變化快慢有關(guān)，與電流變化大小無關(guān)，故選項B錯誤，選項D正確；自感系數(shù)只取決于線圈的本身因素，與電流變化快慢無關(guān)，故選項C錯誤。3．如圖所示的電路中，P、Q兩燈泡相同，L的直流電阻不計，則下列說法正確的是（）A．S斷開瞬間，P立即熄滅，Q過一會才熄滅B．S接通瞬間，P、Q同時正常發(fā)光C．S斷開瞬間，通過P的電流從右向左D．S斷開瞬間，通過Q的電流與原來電流方向相反〖答案〗C〖解析〗S接通瞬間，L中電流從0開始增大，于是產(chǎn)生自感電動勢，阻礙電流的增大，因此Q不會立即正常發(fā)光，較P要晚些，選項B錯誤；S斷開瞬間，因L的自感作用，通過P、Q形成的回路的電流逐漸減小為0，且通過P的電流從右向左，因此，P、Q兩只燈泡會一起漸漸熄滅，選項A、D錯誤，選項C正確。4．如圖所示為測定自感系數(shù)很大的線圈L直流電阻的電路，L的兩端并聯(lián)一個電壓表，用來測量自感線圈的直流電壓。在測量完畢后，將電路拆解時應(yīng)（）A．先斷開S1B．先斷開S2C．先拆除電流表D．先拆除電壓表〖答案〗B〖解析〗若先斷開S1，線圈與電壓