高中物理人教版2第四章電磁感應6互感和自感 省獲獎

互感和自感江蘇省海安高級中學王維國【教學設計思路】本節(jié)課的重點是自感，作為電磁感應的特殊現象，自感并非本章的核心內容．《課標》的要求是通過實驗了解自感現象，列舉并說明自感現象在生活和生產中的應用．本節(jié)課的設計以實驗為載體、以問題為核心，重點分析通、斷電過程中自感電動勢的作用．力圖遵循認知規(guī)律確定學生的最近發(fā)展區(qū)，從一般到特殊，讓學生把已學過的楞次定律和法拉第電磁感應定律應用到自感現象中來．針對通斷電過程短暫的特點，選擇數字實驗系統(tǒng)，用圖象的形式直觀地展現電流變化的規(guī)律，在學生自主建構知識的過程中，搭建形象的思維支架，突破本節(jié)課的難點．用數字實驗系統(tǒng)還可在課堂教學中及時分析學生生成的問題．在自感應用上，選擇學生身邊熟悉的例子和一些簡易實驗，激發(fā)學習的興趣和探究的好奇心．課外安排一些體驗性的實驗或探究性課題，鞏固學生對自感規(guī)律的理解．【教學目標】1.知道什么是互感和自感現象，了解應用與防止；2.會用電磁感應的規(guī)律分析通電、斷電情況下自感電動勢的成因；3.知道影響自感電動勢和自感系數大小的因素；

4.通過體驗科學探究過程，提高實驗和理論探究能力，培養(yǎng)實事求是的科學精神.【教學重點】自感電動勢的作用．【教學難點】通電、斷電時，電路中電流變化規(guī)律分析．【教學資源】教材：人教版高中物理選修3-2第四章第6節(jié)．自編教學案．教學媒體：投影儀、實物展臺．實驗器材：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、朗威數字實驗系統(tǒng)、可拆變壓器、定值電阻（5Ω兩只）、滑動變阻器（20Ω）、開關、導線若干、40W日光燈鎮(zhèn)流器、銼刀、螺絲刀、數字式電源等．實驗引入互感現象生成新問題實驗引入互感現象生成新問題小結布置作業(yè)生成新問題學生推導自感電動勢公式學生討論自感現象在生活生產中的應用實例學生分析與論證、表達與交流師生合作傳感器實驗互感現象及應用實驗引入自感現象問題：自感電動勢作用設計方案分組討論【教學過程】教學階段教師活動學生活動設計意圖一、導入引入：我有一只神奇的盒子，它能發(fā)電.演示實驗：迅速、隱蔽地按藏在茶葉包裝袋里的電磁爐開關，舉起線圈和小燈泡組成的回路，然后放到茶葉包裝袋上，結果能使小燈泡發(fā)光.關掉開關.實驗注意事項：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.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，如果鐵皮面積太大，會使上面線圈中的感應現象不明顯.問：有沒有同學想上來一探究竟呢？問：這是什么？設問：怎么會“煮”出電來呢？教師將一后蓋已打開的另一電磁爐展示給學生.問：電磁爐里有什么？問：接什么電源？把電源插線板從講臺里拿出.問：小燈泡為什么能發(fā)光呢？觀察演示實驗產生疑問：小燈泡回路中好像沒有電源，為什么能發(fā)光呢？一學生上講臺探究包裝盒里的“機關”，從袋里拖出電磁爐，展示給其他學生看.有些學生答：電磁爐學生答：線圈學生答：交流電一學生答：電磁爐產生的變化的磁場使小燈泡回路中的磁通量發(fā)生變化.制造懸念利用認知沖突激發(fā)探究欲望課標中有關于電磁灶的內容學生揭開謎底節(jié)省課堂時間搭建思維支架二、互感敘述：當一個線圈中的電流變化時，它所產生的變化的磁場會在另一個線圈中產生感應電動勢.板書：一、互感IA變化→產生EB投影：收音機磁性天線和變壓器.敘述：收音機磁性天線能將信號從一個線圈；后面一章我們要學習變壓器，它能將電能從一個線圈傳遞到另一個線圈．觀察圖片，注意線圈的數目.建立感性認識三、自感實驗探究自感電動勢的作用引入自感概念：電磁爐線圈接交流電源時穿過它自身的磁通量有沒有發(fā)生變化？會不會產生感應電動勢？我們把這種現象稱為自感現象．板書：二、自感IA變化→產生EA設問：如果電磁爐線圈與穩(wěn)恒電源組成回路，有沒有辦法改變穿過線圈的磁通量？投影：電路示意圖.LLSErR1設問：磁通量變化時會產生電動勢，怎樣用實驗研究自感電動勢對電路的影響？組織學生交流方案，肯定學生的方案后說：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行對比．LRLRSErR1R2師生合作演示實驗：將電流傳感器串聯(lián)在線圈支路中或將電壓傳感器并聯(lián)在R1上，啟用朗威專用軟件，采用圖象顯示數據的方式，添加橫坐標為時間，縱軸為電流，數據采集頻率定為500或1k，調零，選擇合適的圖線縮放比例，開始采集后，合上電路開關，過幾秒后斷開開關.教師：開關通斷過程中線圈中產生電動勢使線圈相當于一個電源，請在學案上畫出兩種情況下的等效電源示意圖.板書：自感電動勢阻礙電流的變化學生：不斷變化學生：會思考一學生答：開關接通時磁通量增大，斷開時，磁通量減小.學生分組討論實驗方案學生匯報方案，其他組補充（如用安培表測量電流、用燈泡的亮暗顯示電流的變化等）一學生上臺輔助實驗學生觀察開關通斷過程中電流的變化圖象.學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學生畫圖學生匯報簡要的板書使學生注意到兩種現象的差別用電路圖提供思維的情境，降低思維難度培養(yǎng)實驗設計能力采用傳感器研究自感現象，能將稍縱即逝的暫態(tài)過程“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的提升.問：在開關通斷過程中R2中的電流隨時間怎樣變化？請在學案上畫出圖象.選擇兩種典型錯誤的圖放在實物展臺上，供學生討論ttOI2tOI2斷電瞬間R2中的電流大小方向與原來是什么關系？教師讓其他學生發(fā)表不同意見結合電路圖分析線圈與R2中的電流關系總結：因為自感電動勢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.過渡：事實是否是這樣呢？學生在學案上的I2-t坐標中作出R2中的電流隨時間變化的圖象學生討論學生討論回答可能有學生答：大小相等、方向相反充分關注課堂生成的問題分散難點實驗拓展師生合作演示實驗：將電流傳感器串聯(lián)在線圈支路中或將電壓傳感器并聯(lián)在R2上，開始采集后，合上電路開關，過幾秒后斷開開關.實驗結果和我們預想的是否相同？在投影儀屏幕上指出“尖”的位置科學精神教育：實驗結果常常與我們預想的有差別甚至有很大的差別，因為實際問題往往不是理想模型，但我們一定要實事求是，尊重實驗，這是科學精神的重要表現。問：接通瞬間R2中的電流為什么不會立即達到穩(wěn)定值？學生觀察斷電瞬間的圖線與預想的相同有學生發(fā)現接通瞬間電流有個減小過程，說圖上有個“尖”.學生分組討論學生匯報討論結果：開關閉合瞬間，因為線圈的自感電動勢使電流從零起逐漸增加，此時外電路中幾乎只有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，內電壓增大，外電壓減小.利用實驗與預設的差異引起學生的認知沖突自然滲透科學精神教育，關注情感、態(tài)度、價值觀維度的教學目標不回避實際問題問題解決（2023年高考江蘇卷4）.如圖所示的電路中，電源的電動勢為E，內阻為r，電感L的電阻不計，電阻R的阻值大于燈泡D的阻值，在t=0時刻閉合開關S，經過一段時間后，在t=t1時刻斷開S，下列表示A、B兩點間電壓UAB隨時間t變化的圖像中，正確的是()學生分析討論后給出答案檢查教學目標達成情況自感現象在生活、生產中的應用實例◆學以致用油浸開關斷電時，如果沒有閉合回路，還會產生自感電動勢嗎？LLSErR1E自SErR1投影：課本斷開開關的示意圖斷電時間極短，產生的自感電動勢很大，開關處的電壓很大，容易出現什么？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：粉塵車間的電氣開關的防暴設計．過渡：斷電自感不都是有害的，在生產生活中有許多應用，比如煤氣灶的電子打火．◆學以致用生活體驗實驗：用線圈（日光燈鎮(zhèn)流器）、銼刀、螺絲刀、電源、導線等器材串聯(lián)組裝成“打火機”，螺絲刀在銼刀表面移動會激起火花．過渡：螺絲刀在銼刀表面移動有點像滑動變阻器．◆學以致用熟視無睹投影：滑動變阻器實物圖初中和高中的通常符號課本P22圖滑動變阻器的兩種限流式接法有沒有區(qū)別？追問理由追問：滑動過程中一定會被短路嗎？過渡：滑動頭在滑動過程中，電阻是否是連續(xù)變化？（舉起實物展示）至少變化多少？從某種意義上說，它也相當于一個線圈．◆學以致用精密制造在制作精密電阻時，為了消除使用過程中由于電流變化而引起的自感現象，采用雙線并繞的方法，如圖所示．其道理是（）A．當電路中的電流變化時，兩股導線產生的自感電動勢相互抵消

B．當電路中的電流變化時，兩股導線產生的感應電流相互抵消

C．當電路中的電流變化時，兩股導線中原電流的磁通量相互抵消

D．以上說法都不對引導：兩股導線中的電流有什么關系？學生在電路圖上標出自感電動勢的等效電源標志學生答：火花一學生上臺做實驗學生分析原因：銼刀表面不平接觸不良，斷電自感引起火花學生討論多數學生可能認為沒有區(qū)別三線接法中滑動頭右邊的電阻被短路多數學生意識到接觸不良時的斷電自感學生：不連續(xù)一圈的電阻學生討論：是產生的電動勢相抵消，還是不產生電動勢？直觀“瓶瓶罐罐做實驗”，用身邊的東西做低成本實驗，引導學生將物理與生活結合起來注意實驗操作的細節(jié)，高考常通過細節(jié)的考查來區(qū)分學生是否動手做過實驗引導學生回歸基本規(guī)律上來:磁通量變化才能產生電動勢四、自感電動勢的大小3.自感電動勢的大小自感現象是特殊的電磁感應現象，也應遵守電磁感應的一般規(guī)律根據學生的回答板書推導過程,,，引入自感系數L板書：為了紀念自感現象的發(fā)現人美國人亨利（1797～1879），將自感系數命名為亨利，他在1830年8月發(fā)現電磁感應現象，比法拉第還早一年，只是當時沒有及時發(fā)表．擔任美國科學院院長長達十年之久．問：從推導過程可知自感系數L與哪些因素有關？問:電流相同時，不同的通電螺線管中的磁感應強度相同嗎？總結自感系數與哪些因素有關．學生應用電磁感應規(guī)律推導自感電動