高中物理 自感現(xiàn)象教案（2） 新人教版選修3-2

1、自感的教案示例之二教學(xué)目的指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用觀察、實(shí)驗(yàn)、分析、綜合的方法，認(rèn)識(shí)自感現(xiàn)象及其特點(diǎn)，解釋生產(chǎn)和生活中的某些自感現(xiàn)象，提高學(xué)生分析問(wèn)題的能力和運(yùn)用物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。教學(xué)過(guò)程一、復(fù)習(xí)提問(wèn)師：上節(jié)課提到了幾種不同形式的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，如磁鐵向線(xiàn)圈中插入或從線(xiàn)圈中拔出，閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)里作切割磁感線(xiàn)的運(yùn)動(dòng)等。你們認(rèn)為引起電磁感應(yīng)現(xiàn)象最重要的條件是什么？生（回答要點(diǎn)）：穿過(guò)電路的磁通量發(fā)生變化。師：對(duì)！不論采用什么方式，只要能使穿過(guò)電路的磁通量發(fā)生變化，均能引起電磁感應(yīng)現(xiàn)象。（為講授自感打下基礎(chǔ)。）那么：引起電磁感應(yīng)現(xiàn)象條件的最簡(jiǎn)單的表達(dá)方式是什么？生：（回答要點(diǎn)）：0。師：根據(jù)

2、法拉第電磁感應(yīng)定律，電路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)多大？師：在學(xué)習(xí)中經(jīng)常接觸到磁通量、磁通量的變化量與磁通量的使學(xué)生區(qū)分電磁感應(yīng)現(xiàn)象中幾個(gè)相近而又容易混淆的概念，為學(xué)習(xí)自感掃除障礙。）二、新課教學(xué)1揭示現(xiàn)象，提出問(wèn)題（1）按圖1所示的“千人震”電路圖，出示其中各元件，說(shuō)明：E是由4節(jié)一號(hào)干電池串聯(lián)組成的6V直流電源。L為帶閉合鐵芯的線(xiàn)圈。拆開(kāi)鐵芯，取出線(xiàn)圈，使學(xué)生了解L的結(jié)構(gòu)，在黑板上畫(huà)出L的示意圖（圖2），對(duì)照示意圖強(qiáng)調(diào)：線(xiàn)圈有電流通過(guò)，線(xiàn)圈周?chē)嬖诖艌?chǎng)，穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量不為零。線(xiàn)圈的電流變化，線(xiàn)圈周?chē)拇艌?chǎng)也隨之變化，必將引起穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量發(fā)生變化。（這段講解似乎在復(fù)習(xí)舊知識(shí)，但實(shí)質(zhì)上是為自感的學(xué)習(xí)

3、打下伏筆，掃除學(xué)生學(xué)習(xí)自感的主要障礙。）電鍵K是由兩根導(dǎo)線(xiàn)的裸露銅線(xiàn)構(gòu)成的。兩根導(dǎo)線(xiàn)的端部剝?nèi)?2厘米長(zhǎng)的絕緣皮，用兩只手的拇指和食指捏住裸露銅線(xiàn)，以余下裸露銅線(xiàn)的搭接或分開(kāi)，作為電鍵的接通或斷開(kāi)。（2）隨意指定一位學(xué)生上臺(tái)，用兩只手分別接觸電源E的正、負(fù)極，接觸L線(xiàn)圈的兩端，詢(xún)問(wèn)學(xué)生是否有觸電的感覺(jué)。（學(xué)生試驗(yàn)后回答：無(wú)觸電感覺(jué)。教師指出： 36V以下的電壓對(duì)人體是安全的，一般不會(huì)引起觸電感覺(jué)。直流電源的電壓為6V，L線(xiàn)圈不是電源，接觸它們的兩端應(yīng)該沒(méi)有觸電的感覺(jué)。）（3）將上述元件按圖1連成電路，要求同一學(xué)生用兩只手分別捏住裸露銅線(xiàn)的A、B處，將裸露銅線(xiàn)的余下部分搭接好，然后迅速分開(kāi)，該學(xué)

4、生有強(qiáng)烈的觸電感覺(jué)。從該學(xué)生的表情和動(dòng)作，其余的學(xué)生也可以意識(shí)到這點(diǎn)。隨后，多名學(xué)生上臺(tái)做同樣的實(shí)驗(yàn)，均有強(qiáng)烈的觸電感覺(jué)。實(shí)驗(yàn)表明，在電鍵K從接通到斷開(kāi)瞬間，A、B之間產(chǎn)生了很高的電壓。（4）提出問(wèn)題：在A、B觸點(diǎn)斷開(kāi)瞬間，A、B間的高壓從何而來(lái)？（實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生學(xué)習(xí)情緒高漲，教師針對(duì)性地提出問(wèn)題后，學(xué)生表現(xiàn)出強(qiáng)烈的探求欲望。這時(shí)，教師要注意控制教學(xué)節(jié)奏，不要急于提出答案，而要求學(xué)生通過(guò)閱讀課本、互相研討、認(rèn)真思考，在已有的電磁感應(yīng)現(xiàn)象知識(shí)基礎(chǔ)上，探求問(wèn)題的答案。）2分析現(xiàn)象，建立概念（1）研討：組織學(xué)生討論，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用已學(xué)過(guò)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象的規(guī)律分析現(xiàn)象，提出自己對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋。（2）研討小

5、結(jié)（引導(dǎo)學(xué)生自己作出。）：在圖1所示的電路中，當(dāng)電鍵K搭接后，線(xiàn)圈中存在穩(wěn)定的電流I，線(xiàn)圈內(nèi)部鐵心中存在很強(qiáng)的磁場(chǎng)，穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量很大；在電鍵K斷開(kāi)瞬間，在很短的時(shí)間t內(nèi)，線(xiàn)圈中的電流迅速減小到零，穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量也迅速?gòu)臏p小到零，磁通量的變化量雖不是很大。但由于t很小，在電鍵K由接通至斷開(kāi)瞬間，對(duì)于起試驗(yàn)學(xué)生強(qiáng)烈觸電感覺(jué)的高壓的來(lái)源。（3）建立概念：上述現(xiàn)象屬于一種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，其中穿過(guò)電路磁通量的變化是由于通過(guò)導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變化而引起的。這種由于導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，叫做自感現(xiàn)象。在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，叫做自感電動(dòng)勢(shì)。（板書(shū)）（4）演示現(xiàn)象，強(qiáng)化概

6、念：按圖3安置電路，圖中E、L與圖1m ，R、R1均為010滑動(dòng)變阻器，A1、A2均為3.8V小燈泡，K為電鍵。先對(duì)電路進(jìn)行調(diào)節(jié)：合上電鍵K，調(diào)節(jié)變阻器R的電阻，使燈泡A1和A2的明亮程度相同。再調(diào)節(jié)變阻器R1使兩個(gè)燈泡都正常發(fā)光，然后斷開(kāi)電鍵K。師：接通電鍵K，請(qǐng)哪位同學(xué)指出觀察到的現(xiàn)象？生：A2立即正常發(fā)光，A1逐漸亮起來(lái)。師：為什么會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢？生：接通電路瞬間，電路中的電流增大，穿過(guò)線(xiàn)圈L的磁通量也隨著增加，線(xiàn)圈中必定產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)。這個(gè)自感電動(dòng)勢(shì)是阻礙線(xiàn)圈中電流變化的。所以通過(guò)A1的電流只能逐漸增大，A1也只能逐漸亮起來(lái)。師：由此可見(jiàn)，在自感現(xiàn)象中既可能是由于導(dǎo)體本身的電流增加，

7、也可能是由于導(dǎo)體本身的電流減小，其關(guān)鍵在于引起穿過(guò)電路的磁通量發(fā)生變化。3綜合因素，講授規(guī)律（1）講授：自感現(xiàn)象既然是一種電磁感應(yīng)現(xiàn)象，所以自感電動(dòng)勢(shì)也是另外，磁通量跟磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比。在自感現(xiàn)象中，B又跟產(chǎn)生圈的自感系數(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)自感或電感。（2）演示：重新按圖1電路安置“千人震”實(shí)驗(yàn)，將線(xiàn)圈圈數(shù)從400匝減為100匝，在同等條件下，學(xué)生觸電的感覺(jué)減弱；取掉線(xiàn)圈的閉合鐵心，學(xué)生的觸電感覺(jué)幾乎消失。演示現(xiàn)象說(shuō)明，線(xiàn)圈的自感系數(shù)是由線(xiàn)圈本身的特性決定的。通常情況下，線(xiàn)圈單位長(zhǎng)度上的匝數(shù)越多，它的自感系數(shù)越大；線(xiàn)圈有鐵芯時(shí)的自感系數(shù)，比沒(méi)有鐵芯時(shí)要大得多。（3）講授：自感系數(shù)的單位是亨利，簡(jiǎn)稱(chēng)亨，國(guó)

8、際符號(hào)是H。亨利是一個(gè)較大的單位，像我們實(shí)驗(yàn)中用到的這個(gè)圈數(shù)為400匝、繞在閉合鐵芯上的線(xiàn)圈，自感系數(shù)約為5亨左右。比亨小的單位有毫亨和微亨，他們之間的關(guān)系是：1亨=103毫亨=106微亨。（板書(shū)）4運(yùn)用規(guī)律，分析問(wèn)題（1）引言：自感現(xiàn)象是在導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變化（增加或減少）時(shí)而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。在實(shí)際生產(chǎn)和生活中，自感現(xiàn)象是普遍存在的，特別是在電路切斷瞬間，由于很短時(shí)間t內(nèi)，電路中的電流發(fā)生較大的變化，如果電路中的自感系數(shù)L又比較大，則將產(chǎn)生很大的自感電動(dòng)勢(shì)，在圖1所示的“千人震”實(shí)驗(yàn)中，這個(gè)很高的自感電動(dòng)勢(shì)已引起了同學(xué)們強(qiáng)烈的觸電感覺(jué)。在實(shí)際生產(chǎn)中，如何利用這一自感電動(dòng)勢(shì)為我們?cè)旄：头?/p>

9、止這一自感電動(dòng)勢(shì)給我們帶來(lái)的危害呢？（2）自感電動(dòng)勢(shì)的利用日光燈鎮(zhèn)流器（a）簡(jiǎn)述日光燈電路圖（圖4），對(duì)照示教板說(shuō)明它主要由燈管、鎮(zhèn)流器和起動(dòng)器組成。（b）出示日光燈管、鎮(zhèn)流器、起動(dòng)器的實(shí)物，簡(jiǎn)介它們的構(gòu)造和日光燈管發(fā)光的機(jī)制。在介紹鎮(zhèn)流器構(gòu)造時(shí)，強(qiáng)調(diào)它的圈數(shù)很多，而且有閉合鐵心，因而它的自感系數(shù)L很大。（c）保證日光燈正常發(fā)光必須滿(mǎn)足兩個(gè)條件：開(kāi)始點(diǎn)燃時(shí)需要一個(gè)高出電源電壓很多的瞬時(shí)電壓；點(diǎn)燃后要求燈管上的電壓大大低于電源電壓。這兩方面的要求都是利用跟燈管串聯(lián)的鎮(zhèn)流器產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)來(lái)達(dá)到的。（d）演示日光燈發(fā)光過(guò)程，說(shuō)明自感電動(dòng)勢(shì)的作用：整個(gè)演示由具體到抽象，分三個(gè)階段進(jìn)行。第一階段從電路

10、板上取下起動(dòng)器，將接起動(dòng)器的兩線(xiàn)頭搭接510秒鐘，此時(shí)可以看到燈管兩端燈絲發(fā)黃光，說(shuō)明電路中（包括鎮(zhèn)流器）有電流通過(guò)。隨后將兩線(xiàn)頭拉開(kāi)，燈管發(fā)光。提出問(wèn)題：燈管開(kāi)始點(diǎn)燃需要的瞬時(shí)高電壓如何獲得的？（啟發(fā)學(xué)生在對(duì)圖1“千人震”實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，回答：斷電瞬間鎮(zhèn)流器上產(chǎn)生很高的自感電動(dòng)勢(shì)，這一自感電動(dòng)勢(shì)加在燈管兩端，滿(mǎn)足了燈管點(diǎn)燃需要的瞬時(shí)高壓。）日光燈正常發(fā)光后，電流回路為：電源鎮(zhèn)流器燈管電源。由于變化的交變電流不斷通過(guò)鎮(zhèn)流器線(xiàn)圈，線(xiàn)圈中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，而且它總是阻礙電流變化的。這樣鎮(zhèn)流器起著降壓限流的作用，保證日光燈正常發(fā)光。第二階段在電路板起動(dòng)器的位置，安裝一只手動(dòng)電鍵。手動(dòng)電鍵接通510秒

11、鐘后斷開(kāi)，日光燈發(fā)光。由此使學(xué)生認(rèn)識(shí)到起動(dòng)器通、斷在日光燈電路工作上的作用。第三階段在電路板的起動(dòng)器位置上，接出兩根長(zhǎng)導(dǎo)線(xiàn)，將導(dǎo)線(xiàn)的另一端接上一個(gè)取掉鋁外殼的起動(dòng)器，然后將此起動(dòng)器置于投影儀上，使起動(dòng)器玻璃殼內(nèi)的U形觸片與靜觸片的放大圖象清晰地在銀幕上顯現(xiàn)出來(lái)，以利于觀察U形觸片發(fā)生的微小伸縮變化。接通日光燈的電源開(kāi)關(guān)后，可以明顯地看到U形觸片膨脹伸長(zhǎng)兩個(gè)觸片接通，然后U形觸片冷卻收縮兩個(gè)觸片斷開(kāi)，在觸片由接通到斷開(kāi)瞬間，日光燈發(fā)光。觀察表明：起動(dòng)器起著自動(dòng)開(kāi)關(guān)的作用，在它由接通到斷開(kāi)瞬間，鎮(zhèn)流器上產(chǎn)生很高的自感電動(dòng)勢(shì)，導(dǎo)致日光燈開(kāi)始發(fā)光。（3）防止自感電動(dòng)勢(shì)的危害油開(kāi)關(guān)。（a）觀察油開(kāi)關(guān)實(shí)物

12、，指出結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)（開(kāi)關(guān)放在絕緣性能良好的油中）。（b）講授原因：對(duì)于自感系數(shù)很大而電流又很強(qiáng)的電路在切斷電路瞬間會(huì)產(chǎn)生很高的自感電動(dòng)勢(shì)，開(kāi)關(guān)閘刀與固定夾片之間會(huì)形成電弧，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)燒壞。開(kāi)關(guān)放在絕緣性能良好的油中，能防止電弧產(chǎn)生，保證安全。（板書(shū)）三、鞏固新課1討論：在制造精密線(xiàn)繞電阻時(shí)，為了消除在使用過(guò)程中，由于電流的變化引起的自感現(xiàn)象，往往采用如圖5所示的雙線(xiàn)繞法。為什么采用雙線(xiàn)繞法的精密線(xiàn)繞電阻，可以消除自感現(xiàn)象？（學(xué)生回答要點(diǎn)：兩根平行電阻絲中電流方向相反，它們的磁場(chǎng)互相抵消。當(dāng)導(dǎo)線(xiàn)中的電流變化時(shí)，穿過(guò)電路的磁通量不發(fā)生變化，所以自感現(xiàn)象減弱到可忽略的程度。）圖52觀察圖6實(shí)驗(yàn)，解釋實(shí)

13、驗(yàn)現(xiàn)象發(fā)生的原因。師：接通電路，燈泡A正常發(fā)光后，再斷開(kāi)電路，請(qǐng)指出在斷開(kāi)電路瞬間，看到什么現(xiàn)象，并說(shuō)明出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因。生（回答要點(diǎn)）：電路斷開(kāi)瞬間通過(guò)線(xiàn)圈的電流突然減弱穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量很快地減少線(xiàn)圈中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)引起燈泡閃亮一下才熄滅。四、布置作業(yè)1繞制日光燈鎮(zhèn)流器的線(xiàn)圈，若圈數(shù)比規(guī)定值少了很多。這樣的鎮(zhèn)流器接入電路，會(huì)帶來(lái)哪些不利的影響？2什么是自感現(xiàn)象？什么是自感系數(shù)？寫(xiě)出計(jì)算自感電動(dòng)勢(shì)的公式。教學(xué)說(shuō)明本節(jié)內(nèi)容是“電磁感應(yīng)”章的重要組成部分，它使學(xué)生在掌握電磁感應(yīng)現(xiàn)象的規(guī)律后，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)一種特殊的、普遍存在的電磁感應(yīng)現(xiàn)象自感現(xiàn)象，并運(yùn)用電磁感應(yīng)知識(shí)解釋有關(guān)的實(shí)際問(wèn)題。所以本節(jié)在電磁

14、感應(yīng)一章的教學(xué)中，既有承上啟下的功能，又有延伸的作用。采用實(shí)驗(yàn)、講授課型，授課時(shí)數(shù)為兩課時(shí)。從常規(guī)教學(xué)的角度來(lái)看，一堂好的物理課應(yīng)該達(dá)到五個(gè)方面的要求，這就是“結(jié)構(gòu)好、引入好、問(wèn)題好、實(shí)驗(yàn)好、語(yǔ)言好”，本課題的授課就是按照這五個(gè)方面的要求來(lái)設(shè)計(jì)的。一堂課的結(jié)構(gòu)就相當(dāng)于建筑物的框架，是決定一堂課成敗的最重要因素。物理課的課堂結(jié)構(gòu)應(yīng)該跟人類(lèi)認(rèn)識(shí)自然規(guī)律的過(guò)程吻合，應(yīng)該跟學(xué)生思考物理問(wèn)題的心理活動(dòng)吻合。因此“復(fù)習(xí)、課題、探究、結(jié)論、運(yùn)用”五段式就成了物理課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)的主要模式。在復(fù)習(xí)階段，本教案強(qiáng)調(diào)了“磁通量發(fā)生變化（0）”是發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的基本條件，不論用何種方式，只要能滿(mǎn)足這一要求，均能發(fā)生電

15、磁感應(yīng)現(xiàn)象。這樣，復(fù)習(xí)就不只是簡(jiǎn)單地復(fù)述已經(jīng)學(xué)過(guò)的知識(shí)，而是為新課講授掃清了障礙，打下了基礎(chǔ)。在學(xué)生明確自感現(xiàn)象是學(xué)習(xí)的課題后，教師進(jìn)一步指導(dǎo)學(xué)生用觀察、實(shí)驗(yàn)、分析、綜合的方法，探究自感現(xiàn)象的概念、規(guī)律，并及時(shí)地得出結(jié)論。在學(xué)生掌握了有關(guān)自感現(xiàn)象的理論之后，教師又通過(guò)日光燈、油開(kāi)關(guān)等具體事例，說(shuō)明自感現(xiàn)象規(guī)律在實(shí)際中的應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生完成認(rèn)識(shí)上的新飛躍。縱觀整篇授課錄結(jié)構(gòu)上是完整的。一堂物理課的引人十分重要，一開(kāi)始就要使學(xué)生明確課題，引起學(xué)生對(duì)課題的強(qiáng)烈興趣。在教案設(shè)計(jì)上，采取從觀察實(shí)驗(yàn)引人的方法，而且取消了課本上原定的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，改用了一個(gè)“千人震”的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中親自感受到自感電動(dòng)勢(shì)帶來(lái)

16、的觸電感覺(jué)，從而激發(fā)起對(duì)自感現(xiàn)象的強(qiáng)烈探求欲望。良好的開(kāi)端是成功的一半，一堂課在學(xué)生興趣盎然，強(qiáng)烈探求欲望中開(kāi)始，下面的教學(xué)就會(huì)順當(dāng)多了。在引人實(shí)驗(yàn)之后，針對(duì)性地提出了一個(gè)問(wèn)題：“高壓從何而來(lái)？”這是一個(gè)貫穿整個(gè)課題教學(xué)的好問(wèn)題，它能激勵(lì)學(xué)生思考，“欲進(jìn)有難，欲罷不能”，問(wèn)題明白了，自感現(xiàn)象的概念也就建立了；它又能引起學(xué)生聯(lián)想，幫助學(xué)生理解自感現(xiàn)象在鎮(zhèn)流器、油開(kāi)關(guān)上的應(yīng)用，解答“燈泡閃亮”等課堂實(shí)驗(yàn)練習(xí)。這樣的問(wèn)題聯(lián)系著課題教學(xué)的中心內(nèi)容，是一條貫穿教學(xué)始終的線(xiàn)索。在這類(lèi)問(wèn)題的帶動(dòng)和啟示下，教學(xué)就會(huì)層次清楚、線(xiàn)索分明、生動(dòng)活潑。在物理教學(xué)中，我們應(yīng)該深挖教材內(nèi)容，并在此基礎(chǔ)上確定一個(gè)至二個(gè)貫穿始終的好問(wèn)題，這是帶活整個(gè)課題教學(xué)的有力舉措。本課題教學(xué)中安排了多個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，其演示的效果直接關(guān)系到教學(xué)的成敗。其中，圖1、圖3、圖6所示的演示實(shí)驗(yàn)，課本上雖提及，但對(duì)于電路中所采用的元件未給出具體數(shù)據(jù)，演示效果很難令人滿(mǎn)意。經(jīng)過(guò)多次實(shí)踐，找到了效果很好的實(shí)驗(yàn)辦法：自感線(xiàn)圈L用J2425型學(xué)生可拆變壓器的初級(jí)線(xiàn)圈（取“0”與“4100”兩接線(xiàn)柱作線(xiàn)圈接頭），線(xiàn)圈鐵芯用原變壓器的閉合鐵芯；E由四節(jié)新一號(hào)電池串聯(lián)構(gòu)成（效果比用“低壓電源”好）；圖3中A1、A2 均為3.8V額定電壓的小燈泡，R、R1均為010滑動(dòng)變阻器；圖6中A為6.3V額定電壓的小燈泡。在演示日光燈