人教版(新教材)高中物理选择性必修2教学设计3：2 4互感和自感教案

人教版(新教材)高中物理选择性必修第二册PAGEPAGE12.4互感和自感教学目标（一）知识与技能（1）了解互感现象的电磁感应特点。（2）运用观察、实验、分析、综合的方法，认识自感现象及其特点。（3）明确自感系数的意义及决定条件。（二）过程与方法提高分析问题的能力和运用物理知识解决实际问题的能力。（三）情感、态度、价值观培养、提高学生尊重科学，利用实验探索研究自然的科学素养。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解决实际问题。教学过程：课堂导入提问：1.在电磁感应现象中，产生感应电流的条件是什么？只要穿过闭合回路的磁通量发生变化，回路中就有感应电流产生.2.引起回路磁通量变化的原因有哪些？磁场的变化；回路面积的变化；电流的变化引起磁场的变化等。问题导引（1）在法拉第的实验中两个线圈并没有用导线连接，当一个线圈中的电流变化时，在另一个线圈中为什么会产生感应电动势呢？（2）当电路自身的电流发生变化时，会不会产生感应电动势呢？本节课我们学习这方面的知识。重点讲解1、互感现象提出问题：在法拉第的实验中两个线圈并没有用导线连接，当一个线圈中的电流变化时，在另一个线圈中为什么会产生感应电动势呢？请同学们用学过的知识加以分析说明。（当一个线圈中的电流变化时，它产生的磁场就发生变化，变化的磁场在周围空间产生感生电场，在感生电场的作用下，另一个线圈中的自由电荷定向运动，于是产生感应电动势。）学生思考并讨论，得出结论，认识互感现象，通过阅读课本，了解互感在在电工技术和电子技术中的应用。2、自感现象提出问题：当电路自身的电流发生变化时，会不会产生感应电动势呢？下面我们首先来观察演示实验。［实验1］演示通电自感现象。画出电路图（如图所示），A1、A2是规格完全一样的灯泡。闭合电键S，调节变阻器R，使A1、A2亮度相同，再调节R1，使两灯正常发光，然后断开开关S。重新闭合S，观察到什么现象？（实验反复几次）提问：为什么A1比A2亮得晚一些？试用所学知识（楞次定律）加以分析说明。（电路接通时，电流由零开始增加，穿过线圈L的磁通量逐渐增加，L中产生的感应电动势的方向与原来的电流方向相反，阻碍L中电流增加，即推迟了电流达到正常值的时间。）学生思考并讨论，得出结论。［实验2］演示断电自感。画出电路图（如图所示）接通电路，待灯泡A正常发光。然后断开电路，观察到什么现象？提问：为什么A灯不立刻熄灭？（当S断开时，L中的电流突然减弱，穿过L的磁通量逐渐减少，L中产生感应电动势，方向与原电流方向相同，阻碍原电流减小。L相当于一个电源，此时L与A构成闭合回路，故A中还有一段持续电流。灯A闪亮一下，说明流过A的电流比原电流大。）学生思考并讨论，得出结论，认识自感现象。提问：在断电自感的实验中，为什么开关断开后，灯泡的发光会持续一段时间？甚至会比原来更亮？试从能量的角度加以讨论。学生分组讨论。师生共同活动：推断出能量可能存储在磁场中。提出问题：自感电动势的大小决定于哪些因素呢？学生阅读教材，然后用自己的语言加以概括，并回答有关问题。3、自感系数问题：教材最后一段说，线圈能够体现电的“惯性”，应该怎样理解？电的“惯性”大小与什么有关？学生讨论后，得出结论：当线圈通电瞬间和断电瞬间，自感电动势都要阻碍线圈中电流的变化，使线圈中的电流不能立即增大到最大值或不能立即减小为零，因此可以借用力学中的术语，说线圈能够体现电的“惯性”。线圈的自感系数越大，这个现象越明显，可见，电的“惯性”大小决定于线圈的自感系数。自感电动势的大小与线圈中电流的变化率成正比，与线圈的自感系数L成正比。写成公式为E=LL叫自感系数，自感系数是用来表示线圈的自感特性的物理量。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。自感系数的单位：亨利，符号H，更小的单位有毫亨（mH）、微亨（μH）1H=103mH1H=106μH4、磁场的能量在图2.4-3的实验中，开关断开后，灯泡的发光还能维持一小段时间，有时甚至会比开关断开之前更亮。这时灯泡的能量是从哪里来的？1.自感现象中的磁场能量（1）线圈中电流从无到有时：磁场从无到有，电源的能量输送给磁场，储存在磁场中。（2）线圈中电流减小时：磁场中的能量释放出来转化为电能。2.电的“惯性”自感电动势有阻碍线圈中电流变化的性质。理解∶当线圈刚刚接通电源的时候。自感电动势阻碍线圈中电流的增加;当电源断开的时候。自感电动势又阻碍线圈中电流的减小。线圈的自感系数越大，这个现象越明显，线圈能够体现电的"惯性"。难点剖析一、对互感现象的理解例1、如图所示是一种延时开关的原理图，当S1闭合时，电磁铁F将衔铁D吸下，C线路接通；当S1断开时，由于电磁感应作用，D将延迟一段时间才被释放．则（）A．由于A线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用B．由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用C．如果断开B线圈的开关S2，无延时作用D．如果断开B线圈的开关S2，延时将变长〖答案〗BC〖解析〗线圈A中的磁场随开关S1的闭合而产生，随S1的断开而消失．当S1闭合时，线圈A中的磁场穿过线圈B，当S2闭合，S1断开时，线圈A在线圈B中的磁场变弱，线圈B中有感应电流，B中电流的磁场继续吸引D而起到延时的作用，所以B正确，A错误；若S2断开，线圈B中不产生感应电流而起不到延时作用，所以C正确，D错误．二、对通电自感现象的分析通电瞬间通过线圈的电流增大，自感电动势的方向与原电流方向相反，阻碍电流的增加，但不能阻止增加．1．通电瞬间，自感线圈处相当于断路；电流稳定时，自感线圈相当于导体．2．与线圈串联的灯泡在通电后会逐渐变亮，直到稳定．例2、如图所示，电路中自感线圈电阻很小，可以忽略不计．R的阻值和L的自感系数都很大，A、B为两个完全相同的灯泡，当S闭合时，下列说法正确的是（）A．A比B先亮，然后A灭B．B比A先亮，然后A灯逐渐变亮C．A、B一起亮，然后A灭D．A、B一起亮，然后B灭〖答案〗B〖解析〗S闭合时，由于与A灯串联的线圈L的自感系数很大，故在线圈上产生很大的自感电动势，阻碍电流的增大，所以B比A先亮，由于L的直流电阻很小，所以稳定后A灯的电流变大，A灯逐渐变亮，故A、C、D错．稳定后，由于与B灯连接的电阻很大，流过B灯支路的电流很小，所以B灯逐渐变暗，故B正确．三、对断电自感现象的分析1．断电时，自感线圈处相当于电源．2．断电时，灯泡会不会闪亮一下再熄灭取决于通过灯泡前后电流大小的关系．若断电前自感线圈电流IL大于灯泡的电流ID则灯会闪亮一下再熄灭；若断电前自感线圈中的电流IL小于或等于灯泡中的电流ID则不会出现闪亮，而是逐渐熄灭．3．要注意断电前后通过灯泡的电流方向是否变化．例3、如图(a)、(b)所示的电路中，电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，且小于灯A的电阻，闭合开关S，使电路达到稳定，灯泡A发光，则（）A．在电路(a)中，断开S，A将渐渐变暗B．在电路(a)中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗C．在电路(b)中，断开S，A将渐渐变暗D．在电路(b)中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗〖答案〗AD〖解析〗在电路(a)中，灯A和线圈L串联，它们的电流相同，断开S时，线圈上产生自感电动势，阻碍原电流的减小，流过灯A的电流逐渐减小，从而灯A只能渐渐变暗．在电路(b)中，电阻R和灯A串联，灯A的电阻大于线圈L的电阻，电流则小于线圈L中的电流，断开S时，电源不再给灯供电，而线圈产生自感电动势阻碍电流的减小，通过R、A形成回路，灯A中电流突然变大，灯A变得更亮，然后渐渐变暗，故A、D正确．四、对自感电动势及自感系数的理解1．对自感电动势的理解（1）自感电动势总是阻碍导体中原电流的变化，可概括为“增反减同”．（2）由E＝L知自感电动势与L和有关，与ΔI、Δt无关．2．对自感系数的理解（1）自感系数的大小由线圈本身的特性及有无铁芯决定，线圈越长，单位长度的匝数越多，自感系数越大．（2）自感系数与E、ΔI、Δt等均无关系．例4、关于线圈的自感系数，下面说法正确的是（）A．线圈的自感系数越大，自感电动势就一定越大B．线圈中电流等于零时，自感系数也等于零C．线圈中电流变化越快，自感系数越大D．线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定〖答案〗D〖解析〗线圈的自感系数是由线圈本身的因素及有无铁芯决定的，与有无电流、电流变化情况都没有关系，故B、C错误，D正确；自感电动势的大小除了与自感系数有关，还与电流的变化率有关，故A错误．训练提升1．下列关于互感现象的说法正确的是（）A．一个线圈中的电流变化时，与之靠近的线圈中产生感应电动势的现象称为互感现象B．互感现象的实质是电磁感应现象，同样遵循楞次定律和法拉第电磁感应定律C．利用互感现象能够将能量由一个线圈传递到另一个线圈，人们制造了收音机的“磁性天线”D．互感现象在电力工程以及电子电路中不会影响电路的正常工作〖答案〗ABC〖解析〗互感现象能发生在任何两个相互靠近的电路之间，会影响电路的正常工作，选项D错误。2．关于自感现象，正确的说法是（）A．自感电动势一定和原来的电流方向相反B．对于同一线圈，当电流变化越大时，线圈产生的自感电动势也越大C．对于同一线圈，当电流变化越快时，线圈的自感系数也越大D．对于同一线圈，当电流变化越快时，线圈中的自感电动势也越大〖答案〗D〖解析〗当电流增加时，自感电动势的方向与原来的电流反向，当电流减小时，自感电动势的方向与原来的电流同向，故选项A错误；自感电动势的大小，与电流变化快慢有关，与电流变化大小无关，故选项B错误，选项D正确；自感系数只取决于线圈的本身因素，与电流变化快慢无关，故选项C错误。3．如图所示的电路中，P、Q两灯泡相同，L的直流电阻不计，则下列说法正确的是（）A．S断开瞬间，P立即熄灭，Q过一会才熄灭B．S接通瞬间，P、Q同时正常发光C．S断开瞬间，通过P的电流从右向左D．S断开瞬间，通过Q的电流与原来电流方向相反〖答案〗C〖解析〗S接通瞬间，L中电流从0开始增大，于是产生自感电动势，阻碍电流的增大，因此Q不会立即正常发光，较P要晚些，选项B错误；S断开瞬间，因L的自感作用，通过P、Q形成的回路的电流逐渐减小为0，且通过P的电流从右向左，因此，P、Q两只灯泡会一起渐渐熄灭，选项A、D错误，选项C正确。4．如图所示为测定自感系数很大的线圈L直流电阻的电路，L的两端并联一个电压表，用来测量自感线圈的直流电压。在测量完毕后，将电路拆解时应（）A．先断开S1B．先断开S2C．先拆除电流表D．先拆除电压表〖答案〗B〖解析〗若先断开S1，线圈与电压