高中物理-互感和自感教学设计学情分析教材分析课后反思

《互感和自感》教学设计【教学目标】1.物理观念（1）知道互感现象，了解互感的应用与防止；（2）知道自感现象，理解它产生的机理和起到的作用；（3）能够判断自感电动势的方向，并会用它解释一些现象；（4）知道自感电动势大小的决定因素，知道自感系数的决定因素；（5）了解自感现象的应用与防止。2.科学思维、实验探究通过三个自感实验的观察、设计与分析，培养学生的观察能力、实验能力和探究能力；3.科学态度与责任（1）通过演示实验提升学生的学习兴趣，体会物理知识的奥秘。（2）通过师生之间，生生之间互动的过程，激发学生的探究热情，营造科研的氛围；（3）通过了解互感和自感的应用和防止，体会物理知识与技术的融合之美。【教学重点】自感现象产生的原因及特点【教学难点】运用自感知识分析实际问题。【教学过程】创设情境，引入课题教师演示实验：我们先做一个类似于法拉第想当年的线圈实验。这是两个线圈，数字之比表示匝数之比。这是闭合铁芯，由绝缘的硅钢片叠加而成。现在我把线圈套在闭合铁芯上，连成如图所示的电路，蓝色线圈与灯泡组成闭合回路，红色线圈与开关、电源接在一起。闭合铁芯使绝大部分磁感线集中在铁芯内部,贯穿两个线圈。注意啊，小灯泡并没有用导线与电源直接相连，而是用线圈套在闭合铁芯上。下面请一个同学上台配合一下，帮助老师检查一下电路连接是否正确，并闭合开关。学生活动：一学生上台检查一下电路连接并闭合开关；其他学生观察实验现象教师提出问题：为什么没有与电源直接相连的小灯泡亮了呢？能量从何而来呢？这是我们这节课学习的内容--互感和自感。新课教学㈠探究互感现象教师启发：其实这也是一种电磁感应现象，你能解释吗？为什么小灯泡亮了？学生回答：红色的线圈与电源相连，电流激发的磁感线通过闭合铁芯穿过蓝色的线圈，因为连接的是交流电源，电流大小和方向时刻变化，所以磁场、磁通量变化，在蓝色线圈中产生感应电动势，小灯泡就亮了。教师引出概念：当一个线圈中电流变化，在另一个线圈中产生感应电动势的现象，称为互感。互感现象中产生的感应电动势，称为互感电动势。正是互感现象，将电源的电能从一个线圈传递到另一个线圈，小灯泡亮了。互感现象在生产生活有广泛的应用，例如咱这套装置就是变压器，什么作用呢，比如吧220V电压变成5V，给手机充电。具体内容呢，咱下一章再深入研究。教师提问：同学们还知道互感现象有什么应用吗？学生讨论回答：手机无线充电，正是互感现象把电能从充电器的线圈传递到手机的线圈，给手机充电。互感现象不仅仅传递能量，也能传送广播信号，例如收音机的“磁性天线”。凡事有利必有弊，因为互感现象可以在任何两个靠的近电路间产生，所以在电子电路容易因此而受到干扰，那就得想办法屏蔽或减少干扰。㈡探究通电自感现象教师引导：2个线圈能够产生电磁感应现象——互感，那么一个线圈呢？能够产生电磁感应现象吗？怎样操作呢？学生回答：可以闭合或断开开关，线圈中的电流变化、磁通量变化，就会产生电磁感应现象。教师追问：如果给这个线圈串联灯泡，那你猜猜，闭合开关，应该发生什么现象？学生回答：据楞次定律，感应电流的效果阻碍产生感应电流的原因，电流应该慢慢变大，灯泡慢慢变亮。教师实验：现在我改造电路，然后闭合开关，大家看看灯泡有没有慢慢变亮？没有什么感觉啊，是不是我们刚才的理论推导错了？没有产生电磁感应现象？哪位同学有想法？教师引导学生设计电路：说的也是，有比较才有发现，那同学们一起讨论设计一个对比电路吧，大家讨论一下。哪位同学上台画一下自己的电路图？其他同学，有什么补充吗？学生活动：上台展示设计的对比电路，并操作。学生观察并描述：灯泡A1立刻正常发光，A2亮的慢一点。教师引导：太神奇了，为什么呢？能用电磁感应知识解释吗？学生讨论总结：闭合开关，电流增大，磁通量增大，线圈产生感应电动势，阻碍线圈中电流的增大，所以通过A2的电流只能逐渐增大，灯泡A2只能逐渐亮起来。而灯泡A1仅仅和滑动变阻器相连，立即熄灭了。教师引入概念：由于线圈本身的电流发生变化而产生感应电动势的现象，叫做自感现象。产生的电动势叫做自感电动势。㈢探究断电自感现象教师引导：如果断开开关，有自感现象吗？真的吗？咱一起来看看，老师操作，断开开关，大家注意，有什么不同吗？没有什么不同呀？怎么改进一下？因为线圈这个支路的电阻一定，没法改变，所以我先让A1很暗，我断开开关，大家看看有什么不同？没有什么特别。我再让A1很亮，也没有什么不同。干脆，我直接用这个电路吧，线圈没有串联灯泡，阻值更小，咱试试怎样？学生观察并描述现象：A灯闪亮一下才熄灭。教师引导：太奇妙了，太有趣了，能解释吗?我准备了几个小问题，请大家讨论，1、电源断开时，通过线圈的电流减小，这时会出现感应电动势。感应电动势的作用使线圈中的电流减小的更快些还是更慢些？产生感应电动势的线圈可以看作一个电源，它能向外供电。由于开关已经断开，线圈提供的感应电流将沿什么途径流动开关断开后，通过灯泡的感应电流与原来通过它的电流方向是否一致？学生讨论总结;教师活动：通过灯泡的感应电流与原来通过它的电流方向真的不同吗？确定吗？实践出真知，我将灯泡拿掉，与线圈并联安装了2个发光二极管。闭合开关，绿色二极管亮了，说明正向导通，下面这个二极管不亮，说明反接了，电流向右过不去。现在我断开开关，大家注意看。能描述一下现象吗？这说明什么呢？学生观察、思考、解释;上面的绿色二极管立即熄灭了，下面的二极管仅仅亮了一下就熄灭了。断开开关后，线圈中的电流在新的闭合回路中继续向前流动，所以向左流过下面的二极管，二极管亮一下就熄灭了。师生活动：太好了，下面咱一起画一画通过灯泡中电流变化。教师活动：通过以上分析，你能总结一下，自感电动势与原电流方向什么关系吗？对原电流的变化有什么影响？学生总结：导体电流增加时，阻碍电流增加，此时自感电动势方向与原电流方向相反；导体电流减小时，阻碍电流减小，此时自感电动势方向与原电流方向相同。对电流的影响，就是阻碍电流的增加或减小。教师活动:实验表明，磁感应强度正比于电流，所以磁通量变化正比于电流变化，所以可以说自感电动势正比于电流的变化率.实验表明，线圈越大，越粗，匝数越多，自感系数越大。另外，带有铁芯的线圈的自感系数比没有铁芯时大得多。感系数的单位：亨利，简称亨，符号是H。常用单位：毫亨（mH）微亨（μH）自感电动势正比于电流变化率，断开开关时，电流变化非常快，所以自感电动势很大很大。我们日光灯，就是利用了断电自感电动势很大的特点，将灯管中的惰性气体电离，发光的。当然，也有不利一面，在有较大线圈的电路中，断开开关，会产生很大的自感电动势，在金属片间产生电火花，甚至会造成人身伤害，怎么办呢？可以把大型用电器的开关装在金属壳中，或者浸入绝缘油中。㈢探讨磁场的能量教师提出问题：既然断电自感电动势很大，由I=U/R可知，电流就应该很大。断电自感中灯泡闪亮一下就是这个原因，对吗？学生活动：I=U/R仅适用于纯电阻电路，而通电线圈不是纯电阻，因为它储存了磁场能，电能一部分转化为线圈的磁场能，一部分转化为灯泡的光能和内能。断电自感中，断开开关，灯泡还能闪一下再熄灭，因为已经与电源断开了，所以这个能量只能来自于线圈中的磁场。自感电动势的效果是阻碍原电流变化，怎么能增大电流呢。图中灯泡之所以闪亮一下，是因为，稳定时线圈电阻小，电流大比灯泡中的电流大。断开开关，线圈中的本来很大的电流流过灯泡，灯泡就闪亮一下。课堂总结教师活动：这节课，同学们积极动脑，收获满满，能总结一下我们这节课吗？学生活动:用做实验对比的方法，学习了互感和自感，通电自感和断电自感中的线圈电流只能逐渐变化，不能突变，还学习了互感和自感的应用与防止，还有自感电动势的大小和方向。四、课后拓展利用电磁炉工作时可以让灯泡发光。课后查阅电磁炉的说明书了解其工作原理，并以“无火也能做饭”为主题写篇小文章，并从中体会物理学的成就对社会变革所带来的重要影响。《互感和自感》学情分析学生的兴趣：高二理科的学生已具有较丰富知识、对科学技作品很感兴趣，当遇到自己不清楚的物理现象特别有新奇感。教学中通过问题设计引起学生的认知冲突，产生求知欲望，从而激发学生探究学习的兴趣，使学生快速主动地进入探究新知的过程。学生的知识基础：学生已经学习了电路的基本常识以及电磁感应的相关规律，学会判断回路是否会产生感应电流以及感应电流的方向，而且还掌握了感应电动势的大小与什么因素有关。即已经学会对互感现象的分析，但头脑中没有互感这个概念而已，也没有意识到当通过线圈变化的电流时，线圈本身也会产生电磁感应现象。学习中对自感现象的解释以及分析相关的自感现象是学生遇到的最大挑战。学生的认识特点：学生在生活经验中已接触过与互感和自感现象有关的电器设备，因此，在教学过程中要以学生的前概念为切入点，通过逐步引导，让学生对互感和自感正确的认识。由于自感现象抽象难懂，学生难以理解，因此，在教学过程中，应该充分利用多媒体辅助教学的优势，运用动画、图片等，向学生介绍自感产生特点及其规律，从而化抽象为具体，启发学生思维。《互感和自感》效果分析通过本节课的教学，收到了以下几个方面的效果：创新性的“断电自感”实验，并联的发光二极管将断电前后的电流方向现出来，帮助学生有效地突破了难点。在教学中将“通电自感和断电自感电路”放在一起比较，协同学生一起寻找其“质”的区别，破解“思维定势”，深化、丰化知识，强化了学生对过程与方法把握，提升了学生思维的“高度”。在“辨析--纠错--再认识”的过程中，找准了学生学习的起点，帮助学生认清问题的本质。通过师生之间、生生之间互动的过程，激发学生的探究热情，营造科研的氛围；通过了解自感的应用与防止，体会物理知识与技术的融合之美。通过实验情景的设置，培养学生了对科学的好奇心与求知欲，培养分析观察能力，物理思维能力和科学的研究态度。通过诱发学生的认知冲突（创设悬念），引发学生去思考，去体味，促使学生去发现问题、提出问题，培养了学生的问题意识。《互感和自感》是人教版高中物理选修3-2第四章第6节的内容，本节内容是在学习法拉第电磁感应定律基础上的又一实际应用，本节教材有四个主题:互感现象，自感现象，自感系数，磁场的能量。互感现象是一种常见的电磁感应现象，它不仅发生在同一铁芯上的两个线圈之间，而且可以发生于任何两个相互靠近的电路之间。教材插图收音机的“磁性天线”，使学生知道互感就在我们身边。自感现象是一种特殊的电磁感应现象，教材通过探究通电自感和断电自感，使学生明白自感现象的规律符合电磁感应现象的一般规律，导体本身电流变化引起磁通量变化，这是产生自感现象的原因，根据楞次定律，自感电动势的作用是阻碍电流变化，即电流增大时自感电动势阻碍电流增大，电流减小时，自感电动势阻碍就减小。教材利用类比，电磁感应产生电动势与磁通量变化率成正比，那么自感电动势与什么因素有关？实验表明，自感电动势与电流变化率及线圈匝数，有无铁芯等有关，并提出自感系数这个概念。最后还从能量的角度分析灯泡的明暗，指出磁场具有能量。例题1、如图所示，电感线圈L的自感系数足够大，其直流电阻忽略不计，LA、LB是两个相同的灯泡，且在下列实验中不会烧毁，电阻R2阻值约等于R1的两倍，则()A．闭合开关S时，LA、LB同时达到最亮，且LB更亮一些B．闭合开关S时，LA、LB均慢慢亮起来，且LA更亮一些C．断开开关S时，LA慢慢熄灭，LB马上熄灭D．断开开关S时，LA慢慢熄灭，LB闪亮后才慢慢熄灭例题2、如图所示，L为一纯电感线圈(即电阻为零)，LA是一灯泡，下列说法正确的是()A．开关S闭合瞬间，无电流通过灯泡B．开关S闭合后，电路稳定时，无电流通过灯泡C．开关S断开瞬间，无电流通过灯泡D．开关S闭合瞬间，灯泡中有从a到b的电流，而在开关S断开瞬间，灯泡中有从b到a的电流例题3、如图所示的电路中，S闭合且稳定后流过电感线圈的电流是2A，流过灯泡的电流是1A，现将S突然断开，S断开前后，能正确反映流过灯泡的电流i随时间t变化关系的图象是()练习1.如图所示，两个电阻阻值均为R，电感线圈L的电阻及电池内阻均可忽略不计，S原来断开，电路中电流I0＝E/2R，现将S闭合，于是电路中产生了自感电动势，此自感电动势的作用是()A．使电路的电流减小，最后由I0减小到零B．有阻碍电流增大的作用，最后电流小于I0C．有阻碍电流增大的作用，因而电流总保持不变D．有阻碍电流增大的作用，但电流最后还是变为2I02如图所示，绕在铁芯上的线圈M与电源、滑动变阻器和开关组成了一个闭合回路，在铁芯的右端，线圈P与电流表连成闭合电路．下列说法正确的是()A．开关S闭合后，线圈P中有感应电流，M、P相互排斥B．开关S闭合后，使变阻器滑片向左匀速移动，线圈P中有感应电流，M、P相互排斥C．开关S闭合后，使变阻器滑片向右匀速移动，线圈P中有感应电流，M、P相互排斥D．开关S闭合瞬间，线圈P中有感应电流，M、P相互吸引3.如图所示的电路中，A1和A2是两个相同的小灯泡，L是一个自感系数相当大的线圈，其阻值与R相同．在开关S接通和断开时，灯泡A1和A2亮暗的顺序是()A．接通时A1先达最亮，断开时A1后灭B．接通时A2先达最亮，断开时A1后灭C．接通时A1先达最亮，断开时A1先灭D．接通时A2先达最亮，断开时A2先灭4.在制作精密电阻时，为了消除使用过程中由于电流变化而引起的自感现象，采取了双线绕法，如图所示，其道理是()A．当电路中的电流变化时，两股导线中产生的自感电动势相互抵消B．当电路中的电流变化时，两股导线中产生的感应电流互相抵消C．当电路中的电流变化时，两股导线中产生的磁通量互相抵消D．当电路中的电流变化时，电流的变化量相互抵消5.如图所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，自感线圈L的电阻不计，电阻R的阻值大于灯泡D的阻值，在t＝0时刻闭合开关S，经过一段时间后，在t＝t1时刻断开S，下列表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图象中，正确的是()6．如图所示的电路，可用来测定自感系数较大的线圈的直流电阻，线圈两端并联一个电压表，用来测量自感线圈两端的直流电压，在实验完毕后，将电路拆开时应()A．先断开开关S1 B．先断开开关S2C．先拆去电流表 D．先拆去电阻R解析例题1：解析由于灯泡LA与线圈L串联，灯泡LB与电阻R2串联，当S闭合的瞬间，通过线圈的电流突然增大，线圈产生自感电动势，阻碍电流的增加，所以LB先亮，A、B错误．由于LA所在的支路电阻阻值偏小，故稳定时电流大，即LA更亮一些，当S断开的瞬间，线圈产生自感电动势，两灯组成的串联电路中，电流从IA开始减小，故LA慢慢熄灭，LB闪亮后才慢慢熄灭，C错误，D正确．例题2：解析开关S闭合瞬间，灯泡中的电流从a到b，A错误；线圈由于自感作用，通过它的电流逐渐增加，开关S接通后，电路稳定时，纯电感线圈对电流无阻碍作用，将灯泡短路，灯泡中无电流通过，B正确；开关S断开的瞬间，由于线圈的自感作用，线圈中原有向右的电流将逐渐减小，线圈与灯泡形成回路，故灯泡中有从b到a的瞬间电流，C错误，D正确．例题3：解析开关S断开前，通过灯泡D的电流是稳定的，其值为1A．开关S断开瞬间，自感线圈的支路由于自感现象会产生与线圈中原电流方向相同的感应电动势，使线圈中的电流从原来的2A逐渐减小，方向不变，且同灯泡D构成回路，通过灯泡D的电流和线圈L中的电流相同，也应该是从2A逐渐减小到零，但是方向与原来通过灯泡D的电流方向相反，D对．练习1：解析S闭合，电路中电阻减小，电流增大，线圈产生的自感电动势的作用是阻碍原电流的增大，A错；阻碍电流增大，不是不让电流增大，而是让电流增大的速度变慢，B、C错；最后达到稳定时，电路中电流为I＝E/R＝2I0，故D正确．练习2：解析开关S闭合后，线圈M中的电流不变，产生的磁场方向由安培定则判知，沿铁芯轴线向右，线圈P中的磁通量不变，故不会产生感应电流，M、P没有排斥作用，也没有吸引作用，故A错误；当开关S闭合后，滑片向左匀速移动，线圈M中的电流增大，因而穿过线圈P的磁通量增加，产生感应电流，并且由楞次定律知，感应电流的磁场方向与线圈M的磁场方向相反，故M、P两线圈相互排斥，B正确．同理判知C错误．S闭合瞬间，线圈P中有感应电流，M、P相互排斥，所以D错误．练习3：解析当开关S接通时，A1和A2同时亮，但由于自感现象的存在，流过线圈的电流由零变大时，线圈上产生自感电动势阻碍电流的增大，使通过线圈的电流从零开始慢慢增加，所以开始时电流几乎全部从A1通过，而该电流又将同时分路通过A2和R，所以A1先达最亮，经过一段时间电路稳定后，A1和A2达到一样亮；当开关S断开时，电源电流立即为零，因此A2立即熄灭，而对A1，由于通过线圈的电流突然减小，线圈中产生自感电动势阻碍电流的减小，使线圈L和A1组成的闭合电路中有感应电流，所以A1后灭．练习4：解析能否有感应电动势，关键在于穿过回路的磁通量是否变化．由于导线是双线绕法，使穿过回路的磁通量等于零，无论通过的电流变化与否，磁通量均为零不变，所以不存在感应电动势和感应电流．练习5：解析在t＝0时刻闭合开关S，由于电感线圈L产生自感电动势，阻碍电流通过，电源输出电流较小，路端电压较高，经过一段时间电路稳定后，电源输出电流较大，路端电压较低．在t＝t1时刻断开S，电感线圈L产生自感电动势，与灯泡构成闭合回路，灯泡D中有反向电流通过，所以表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图象中正确的是B.练习6：解析该电路实际上就是用伏安法测自感线圈的直流电阻电路，在实验完毕后，由于线圈的自感现象，若电路拆开的先后顺序不对，可能会烧坏电表．当S1、S2闭合，电路稳定时，线圈中的电流由a→b，表右端为“＋”，左端为“－”，指针正向偏转，先断开S1或先拆表或先拆电阻R的瞬间，线圈中产生的自感电动势相当于瞬间电源，其a端相当于电源的负极，b端相当于电源的正极，此时表加了一个反向电压，使指针反偏．由“自感系数较大的线圈”知其反偏电压较大，可能会烧坏表．而先断开S2，由于电压表内阻很大，电路中总电阻变化很小，电流几乎不变，不会损坏其他器件，故应先断开S2.《互感和自感》课后反思互感只要求了解，自感是本节课的重点、难点。如何使学生对知识的形成感到水到渠成，能够有效突破难点，这是我在备这节课时的主要出发点。由传统的“通电自感”实验直接进入“断电自感”实验，会在学生的思维中出现断裂，不利于学生知识和方法的自然生成。为了解决这个问题我引导学生讨论原来的“通电自感”电路，断开开关时有无自感现象，让学生体验、尝