《自感和互感》教学设计.doc

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1、自感和互感教学设计孙策【教学目标】1知识与技能（1）理解互感现象的电磁感应特点。（2）会运用观察、实验、分析、综合等方法，认识自感现象及其特点。（3）理解自感电动势的作用，明确自感系数的意义及决定条件。（4）了解自感现象的利、弊以及对它的利用和防止。2过程与方法（1）运用电磁感应原理和电路基本知识，设计实验，探究自感现象特点。（2）运用物理知识，解释生产和生活中的某些自感现象。3情感态度和价值观培养、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】运用自感知识设计实验、分析现象、解决问题。【教学方法】讨论法、探究法、试验法【教学用具】 可拆变压

2、器 (用400匝线圈、普通导线一段)、线圈两组、电源、3.8V 0.3A灯泡两只、滑动变阻器、电源(3V)、导线若干、开关、多媒体课件【教学过程】一、实验演示、知识回顾、引入互感可拆铁芯手绕的几匝线圈L2学生电源线圈L11实验探究(1)实验仪器介绍：线圈L1套入普通的铁芯，线圈和铁芯之间是绝缘的，并与交流电源相联。线圈L2是一段普通的导线，在手上绕几圈然后套到铁芯上，导线外层有塑料层，它和铁芯之间也是绝缘的，L2和一个小灯泡串联起来构成一个闭合回路。(2)思考讨论把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，线圈L1连到交流电源的两端，线圈L2连到小灯泡上。小灯泡可能发光吗？为什么？请说出你的

3、道理。(3)先让学生进行实验的预测，说出可能的结果。然后，教师进行实验演示。(4)请学生根据实验现象试着回答，教师根据学生的回答情况，共同进行实验分析。2知识回顾设问：引起电磁感应现象的条件是什么？感应电动势的大小跟哪些因素有关？现象回顾：前面学习了电磁感应现象，了解了几种不同形式的电磁感应现象。如磁铁向线圈中插入或拔出时、闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时等，都会引起感应电动势，发生电磁感应现象。规律提示：不论用什么方式，也不管是什么原因，只要穿过电路的磁通量发生了变化，都能引起电磁感应现象。如果电路是闭合的，电路中就会有感应电流。感应电动势的大小跟穿过这一电路的磁通量的变化率

4、成正比。3实验分析设问(1)：L1接的是交流电，电流大小在时刻变化。假定某段时间里电流是沿这个方向流进线圈的，而且在增大。那么大家来分析下看，穿过L1的磁场是哪个方向？过渡：铁芯有聚磁的作用，所以铁芯中的磁感线是沿顺时针方向，通过L2中的磁场方向向下。设问(2)：当电流增大时，穿过L2的磁通量怎样变化？过渡：根据楞次定律，感应电流产生的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，即线圈L2产生的感生磁场要阻碍线圈L2的磁通量的增大。所以，线圈L2的感生磁场方向是向上的。设问(3)：如何进一步判断感应电流的方向？线圈L2中哪一端电势较高？在以上几个问题的讨论中，师生边结合课件，边仔细体会其中的物理

5、过程思路。4理解互感(1)概念引入：像这种两个线圈之间并没有导线相连，但当一个线圈中的电流变化时,它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势，我们把这种现象取个名字叫互感。产生的感应电动势叫做互感电动势。当年法拉弟的研究实验，也如我们今日所研究的两个线圈。(2)互感现象介绍：利用互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈。在电工技术和电子技术中有着广泛的应用。变压器、收音机里的磁性天线就是利用互感现象制成的，如图所示。变压器收音机里的磁性天线电路板刻制时设法减小电路间的互感互感现象是一种常见的电磁感应现象，在电力工程中和电子电路中，互感现象有时会影响电路的正常工作，这时要设法减小电路

6、间的互感现象。例如在电路板的刻制时就要设法减小电路间的互感现象。二、实验探究、知识应用、分析自感1思考讨论刚才我们分析的是当一个线圈中磁通量发生变化时，在另一个线圈中会产生感应电动势(自感电动势)。如果现在拿去另外一个线圈，只考虑一个线圈，当通过的线圈本身的电流发生变化时，是否也同样会产生感应电动势呢？这一问题先让学生进行猜想，接着进一步追问猜想的依据。要点提示：若流过线圈本身的电流是变化的，那么线圈本身的磁场在变化，线圈本身的磁通量也会发生变化。根据法拉第电磁感应定律在线圈本身可能也会产生感应电动势。如果线圈本身电流变化真的在自身产生了感应电动势，我们就把这一现象称之为自感现象，产生的感应电

7、动势叫自感电动势。2过渡设问：如何检测自感电动势的存在？请同学设计一下实验电路，来检测这个自感电动势的存在，并能较明显观察到它对电流变化的影响？提供的实验器材：线圈、滑动变阻器、3.8V 0.3A灯泡一只或两只、电源(3V)、导线若干、开关，让学生进行实验的设计，教师巡视。SELA1RA2RELSA1ELSSELA1RA2(1)(2)(3)(4)3实验设计：根据学生设计的情境方案，进行电路设计的启发，逐渐归纳出以下三个步骤。(1) 由线圈与电源直接相连，如图(1)，分析实验研究的可能性，然后过渡如图(2)的设计；(2) 分析如图(2)观察效果，提示：最好能有实验现象的对比效果，增加可观察性，然

8、后过渡到如图(3)的电路设计；(3) 分析如图(3)电路的缺陷，提示：为了进一步增加有较明显的观察效果，当开关闭合时，A2灯泡的亮暗最好能与A1的亮度相一致。最后，设计出如图(4)电路图。4实验演示：(1)师生共同完成实验操作：实验准备：先开关闭合s，调节R，使两灯泡亮度接近；改变R，让两灯泡亮度合适；断开电键S。实验演示：闭合开关s，学生仔细观察，比较跟线圈串联的灯泡A1与跟电阻相联的灯泡A2亮起来的区别。观察结果：灯泡A2立即正常发光，而灯泡A1是逐渐亮起来的。设问：为什么会出现这种现象呢？实验分析借助多媒体课件(分析过程用动画模拟刚才的实验)。先请学生思考，然后对学生回答的进行追问。提示

9、1：闭合开关时，流过A1、A2的电流都在增大，而灯泡A1晚亮起来，说明流过灯泡A1的电流增大得慢了。提示2：为什么流过灯泡A1的电流增大会变慢呢，要考虑与灯泡A1串联的线圈L的影响。说明在闭合开关时，线圈L阻碍了该支路的电流的增大。提示3：开关闭合时，流过线圈L的电流从无到某一值，电流在增大，在线圈中确实激发出感应电动势(自感电动势)，并且阻碍了电流的增大。组织学生分组讨论：如何应用电磁感应规律分析阻碍电流增大的原因？5实验分析(1)分析逻辑应把握以下几个环节，开关闭合时：SELA1RA2RB0II感B感流过线圈L的电流向右，且在增大 产生的磁感应强度B方向向右，且在增大 穿过线圈L的磁通量增

10、大 感应电流的磁场向左 自感电动势方向向左 阻碍流过线圈的电流增大(2)质疑设问：那么流过线圈的电流究竟是怎样变化的呢？先让学生动手定性画出这两个灯泡A1、A2的电流变化，教师巡视后，展示作图结果。设问：如何验证所作电流变化图的正确性？引出：借助电流传感器把电流变化的图像在计算机中显示出来。教师介绍电流传感器的作用，传感器与计算机相结合能够即时反映电流随时间变化的图象。实验探究，显示图象。实验结果对比分析：如图所示，流过线圈L的电流是从零开始逐渐增大，到最后是稳定的电流图线，且图线的斜率逐渐减小。而流过电阻R的电流是瞬时增大的，直到某一电流稳定值。小结过渡：开关闭合，电流增大，产生了自感电动势

11、；那么，从开关闭合到断开，流过线圈的电流减小了，照理也会产生自感电动势。而且这个自感电动势也会对断开开关后的这一回路产生影响，可是刚才的实验现象是两小灯泡同时熄灭，却并没有发现差别，这是怎么回事呢？设问：是电磁感应规律出了问题呢？还是在实验方法上还存在着缺陷？6研究断电自感现象(1)思考讨论设计怎样的实验，可以检测断电时自感电动势的存在，观察它对电流减小的影响？教师结合刚才的实验电路，进行分析提示。组织学生分组讨论，重新设计实验电路。然后根据学生设计的情境方案，进行电路设计的启发，逐渐归纳出以下二个步骤。从刚刚分析过的实验电路入手分析，假如在断电时真有自感电动势的存在，在图(1)中也无法观察到

12、自感现象，原因在于断电后A1与A2形成串联回路，电流是同时变化的。SELA1RA2R(1)AELS(3)(2)SELRA2R经启发讨论后，过渡到电路图(2)。在图(2)的基础上，还可以进一步简化电路过渡到图(3)电路。(2)实验演示结合实验电路分析对应的实物装置。实验：先闭合电键，接着断开电键。学生观察实验现象：接通电路，灯泡正常发光后，迅速断开开关，可以看到灯泡闪亮一下再逐渐熄灭。 (3)实验分析设问1：灯泡闪亮一下，说明了什么问题？引导学生分析得出：灯泡的亮度由其实际功率决定。灯泡闪亮一下，表明在开关断开这一瞬间，灯泡两端的电压比原来大。设问2：在开关断开这一瞬间，增大的电压从哪里来的。学

13、生疑惑，再用实验启发。演示实验：将与灯泡并联的线圈取掉。再演示上述实验，这时灯泡不再闪亮。引导学生分析得出：在开关断开这一瞬间，增大的电压是线圈产生的。设问3：线圈本身并不是电源，它又是如何提供高电压的呢？组织学生讨论，引导学生运用已学过的电磁感应的知识来分析实验现象。分析把握的要点：It开关接通后，线圈中存在稳定的电流，线圈内部铁芯存在很强的磁场，穿过线圈的磁通量很大；在开关断开瞬间，线圈中的电流迅速减小到零，穿过线圈的磁通量也迅速减小到零，使线圈产生自感电动势，这时线圈就相当于一个电源。由于开关断开很快，故穿过线圈的磁通量变化很快，就产生了较大的自感电动势，这个电动势产生的电流使得小灯泡中

14、出现了闪亮的过程，延迟了小灯泡的熄灭。教师进一步提示得出：通过灯泡中的电流从原来的水平向右，到后来水平向左变化的电流变化图线。同学们能不能画一下流过小灯泡的电流变化呢？组织学生讨论并作图。展示学生作图，简单分析。演示实验：利用传感器把电路断开前后小灯泡的电流变化显示出来，如图所示。断电自感，线圈中的自感电动势在电流减小时，会阻碍电流的减小，使得减小过程得到延迟。7分析实验，深化理解实验1称为通电自感现象，实验2称为断电自感现象。那么，在实验1中电路断开的瞬间，线圈是否发生自感？在实验2中，把开关闭合时，线圈是否发生自感现象呢？分析中把握：自感现象无论在电路通电或断电时，只要电流有变化，就会有自

15、感，只不过是限于实验电路难以直接观察到罢了。8综合因素，讲解规律教师说明：在自感现象中，自感电动势的产生是由于导体本身的电流发生了变化而引起的，而自感电动势却总是阻碍导体中原来电流的变化的。特点：自感电动势总是阻碍导体中原来电流的变化的。具体而言： 如果导体中原来的电流是增大的，自感电动势就要阻碍原来电流的增大。 I原，则E自(I自)与I原相反 如果导体中原来的电流是减小的，自感电动势就要阻碍原来电流的减小。 I原，则E自(I自)与I原相同三、研究自感电动势、自感系数1设问：自感电动势的大小跟什么因素有关？提示：感应电动势的大小跟磁通量的变化快慢有关。自感电动势的大小跟其它感应电动势的大小一样

16、，跟穿过线圈的磁通量的变化快慢有关。而在自感现象中，穿过线圈的磁通量是由电流引起的，故自感电动势的大小跟导体中电流变化的快慢有关。2分析表明： 写成等式： L称为线圈的自感系数，简称自感或电感。自感表示线圈产生自感电动势本领大小的物理量。L的大小跟线圈的形状、长短、匝数、有无铁芯有关。单位：亨利(H) 1H=103mH=106H四、研究磁场能量1设问：在断电自感实验中，开关断开后，灯泡的发光还能维持一小段时间，有时甚至比开关断开之前更亮。这时灯泡的能量是从哪里来的？分析：当电源断开后，线圈中的电流并未立即消失，这时电流仍然可以做功，说明线圈储存了能量。线圈中有电流，就有磁场，能量很可能储存在磁

17、场中。当开关闭合时，线圈中的电流从无到有，其中的磁场也是从无到有，这可以看做电源把能量输送给磁场，储存在磁场中。2延伸拓展：关于磁场能量的讨论还只是一个合理的假设。有关电磁场能量的直接实验验证，要在认识了电磁波之后才有可能。五、课堂小结本节课我们一起探究了电磁感应现象中的两类问题：互感现象和自感现象。1互感现象是是一种常见的电磁感应现象，利用互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈。生活、生产实际中变压器、收音机里的磁性天线就是利用互感现象制成的。2自感现象它也是电磁感应现象的一种，只是导体本身的电流发生变化而在自己身上产生的电磁感应现象，它同样遵从法拉第电磁感应定律。由于线圈自身自感的作

18、用，使得电路中的电流变化的时间延长了，我们所看到的现象是灯逐渐地变亮或亮一会再熄灭，还有的灯要闪亮一下。自感的应用与我们生活很接近(如日光灯等)，我们平时都应该注意生活中的电现象。【板书设计】4.6互感和自感1 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。互感现象产生的感应电动势，称为互感电动势。2由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象，叫自感现象。3自感现象中产生的电动势叫自感电动势。（1）自感电动势的作用：阻碍导体中原来的电流变化。（2）自感电动势大小：4自感系数L：与线圈的大小、形状、圈数及有无铁心有关5磁场具有能量【作业布置】1请同学们仔细观察日光灯的发光过程，查找关于日光灯发光的原理。2完成课本后问题与练习题。