高中物理-互感和自感教学设计

高中物理-互感和自感教学设计

【教学设计思路】

本节课的重点是自感,作为电磁感应的特殊现象,自感并非本章的核心内容．《课标》的要求是通过实验了解自感现象,列举并说明自感现象在生活和生产中的应用．本节课的设计以实验为载体、以问题为核心,重点分析通、断电过程中自感电动势的作用．力图遵循认知规律确定学生的最近发展区,从一般到特殊,让学生把已学过的楞次定律和法拉第电磁感应定律应用到自感现象中来．针对通断电过程短暂的特点,选择数字实验系统,用图象的形式直观地展现电流变化的规律,在学生自主建构知识的过程中,搭建形象的思维支架,突破本节课的难点．用数字实验系统还可在课堂教学中及时分析学生生成的问题．在自感应用上,选择学生身边熟悉的例子和一些简易实验,激发学习的兴趣和探究的好奇心．课外安排一些体验性的实验或探究性课题,巩固学生对自感规律的理解． 【教学目标】

1. 知道什么是互感和自感现象,了解应用与防止；

2. 会用电磁感应的规律分析通电、断电情况下自感电动势的成因； 3. 知道影响自感电动势和自感系数大小的因素；

4. 通过体验科学探究过程,提高实验和理论探究能力,培养实事求是的科学精神.

【教学重点】自感电动势的作用．

【教学难点】通电、断电时,电路中电流变化规律分析． 【教学资源】

教材：人教版高中物理选修3-2第四章第6节．自编教学案． 教学媒体：投影仪、实物展台．

实验器材：茶叶包装袋、电磁炉（两只）、圆铁皮、湿毛巾、自制线圈、小灯

泡、笔记本电脑、朗威数字实验系统、可拆变压器、定值电阻（5Ω两只）、滑动变阻器（20Ω）、开关、导线若干、40W日光灯镇流器、锉刀、螺丝刀、数字式电源等．

【教学流程图】

实验引入互感现象 互感现象及应用 实验引入自感现象 问题：自感电动势作用 设计方案 分组讨论

【教学过程】 教学 阶段 教师活动 学生活动 设计意图

一、导入 引入：我有一只神奇的盒子,它能发 电. 观察演示实验 制造悬念 演示实验：迅速、隐蔽地按藏在茶叶 包装袋里的电磁炉开关,举起线圈和产生疑问：小灯泡回路 小灯泡组成的回路,然后放到茶叶包中好像没有电源,为什利用认装袋上,结果能使小灯泡发光.关掉么能发光呢？ 开关. 知冲突 激发探究欲望 课标中有关于实验注意事项：把电线绕成的四、五 匝线圈,大小约和电磁炉线圈的外边 缘相当.电磁炉的面板上放一块湿毛 巾,里面要夹一块半径约5cm的小铁 皮,否则电磁炉不能启动,如果铁皮一学生上讲台探究包装电磁灶面积太大,会使上面线圈中的感应现盒里的“机关”,从袋里的内容 象不明显. 拖出电磁炉,展示给其 学生揭开谜底 节省课堂时间 问：有没有同学想上来一探究竟呢？ 他学生看. 问：这是什么？ 设问：怎么会“煮”出电来呢？ 有些学生答：电磁炉 学生答：线圈 教师将一后盖已打开的另一电磁炉学生答：交流电 展示给学生. 问：电磁炉里有什么？ 问：接什么电源？ 把电源插线板从讲台里拿出. 问：小灯泡为什么能发光呢？ 一学生答：电磁炉产生搭建思的变化的磁场使小灯泡维支架 回路中的磁通量发生变化.

二、互感 自 感 实验探究自感电动势的作用 叙述：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. 板书：一、互感 IA变化→产生EB 投影：收音机磁性天线和变压器. 观察图片,注意线圈的建立感数目. 性认识 叙述：收音机磁性天线能将信号从一个线圈；后面一章我们要学习变压器,它能将电能从一个线圈传递到另一个线圈． 三、 引入自感概念：电磁炉线圈接交流电 源时穿过它自身的磁通量有没有发学生：不断变化 生变化？ 会不会产生感应电动势？ 我们把这种现象称为自感现象． 板书：二、自感 IA变化→产生EA 学生：会 思考 简要的板书使学生注意到两种现象设问：如果电磁炉线圈与稳恒电源组 成回路,有没有办法改变穿过线圈的 磁通量？ 投影：电路示意图. 一学生答：开关接通时的差别 磁通量增大,断开时,磁 通量减小.

L R1 学生分组讨论实验方案 用电路 图提供 补充 设问：磁通量变化时会产生电动势,（如用安培表测量电怎样用实验研究自感电动势对电路流、用灯泡的亮暗显示的影响？ 电流的变化等） 组织学生交流方案,肯定学生的方案 后说： 我们可以用传感器直观地显示电流 的变化 可用另一支路与线圈支路进行对比． L R1 R2 R E r S E r S 学生汇报方案,其他组思维的情境,降低思维难度 培养实验设计能力 采用传感器研究自感现象,能将稍纵一学生上台辅助实验 师生合作演示实验：将电流传感器串联在线圈支路中或将电压传感器并联在R1上,启用朗威专用软件,采用图象显示数据的方式,添加横坐标为时间,纵轴为电流,数据采集频率定为500或1k,调零,选择合适的图线缩放比例,开始采集后,合上电路开关,过几秒后断开开关. 学生观察开关通断过程即逝的中电流的变化图象. 暂态过程“定格”、回放,与传统的用学生分组讨论线圈中电灯泡亮流按图示规律变化的原暗程度因 教师：开关通断过程中线圈中产生电

变化的方案相小组汇报

动势使线圈相当于一个电源,请在学学生画图 案上画出两种情况下的等效电源示学生汇报 意图. 板书：自感电动势阻碍电流的变化 比有质的提升. 问：在开关通断过程中R2中的电流学生在学案上的I2-t坐 随时间怎样变化？请在学案上画出标中作出R2中的电流随 图象. 时间变化的图象 充分关注课堂生成的问题 选择两种典型错误的图放在实物展 台上,供学生讨论 I2 I2 学生讨论 O t O t 断电瞬间R2中的电流大小方向与原 来是什么关系？ 教师让其他学生发表不同意见 学生讨论回答 可能有学生答：大小相分散难等、方向相反 点 结合电路图分析线圈与R2中的电流 关系 总结：因为自感电动势使线圈中的电流不发生突变,电流好像也有惯性一样,R2中的电流可发生突变. 过渡：事实是否是这样呢？ 实验师生合作演示实验：将电流传感器串 联在线圈支路中或将电压传感器并学生观察 联在R2上,开始采集后,合上电路开 利用实验与预设的差异引起拓展 关,过几秒后断开开关.

实验结果和我们预想的是否相同？ 在投影仪屏幕上指出“尖”的位置 学生的认知冲突 断电瞬间的图线与预想 的相同 有学生发现接通瞬间电 流有个减小过程,说图 自然渗透科学精神教育,关注情感、态科学精神教育：实验结果常常与我们上有个“尖”. 预想的有差别甚至有很大的差别,因 为实际问题往往不是理想模型,但我 们一定要实事求是,尊重实验,这是 科学精神的重要表现。 学生分组讨论 问：接通瞬间R2中的电流为什么不学生汇报讨论结果：开度、价值会立即达到稳定值？ 关闭合瞬间,因为线圈观维度的自感电动势使电流从的教学零起逐渐增加,此时外目标 电路中几乎只有R2支路 通电,稳定后,两支路并不回避联,好像外电阻减小,总实际问电流增大,内电压增大,题 外电压减小. 问题（2010年高考江苏卷4）.如图所学生分析 检查教学目标达成情况 解决 示的电路中,电源的电动势为E,内阻

为r,电感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变化的图像中,正确的是( ) 讨论后给出答案 自感现象在生活、生产中的应用实例 投影：课本断开开关的示意图 断电时间极短,产生的自感电动势很大,开关处的电压很大,容易出现什么？ 投影：爆炸图片 去年昆山工厂铝粉爆炸,酿成140多人死亡的惨剧． 出谋划策：粉尘车间的电气开关的防暴设计． 过渡：断电自感不都是有害的,在生产

E r S E r ◆学以致用 油浸开关 断电时,如果没有闭合回路,还会产生 自感电动势吗？ L RE自 R1 学生在电路图上标出自 感电动势的等效电源标 S 志 学生答：火花 直观

生活中有许多应用,比如煤气灶的电 子打火． ◆学以致用 生活体验 “瓶瓶罐罐做实验”,用身边的东西实验：用线圈（日光灯镇流器）、锉 刀、螺丝刀、电源、导线等器材串联 组装成“打火机”,螺丝刀在锉刀表面 移动会激起火花． 一学生上台做实验 过渡：螺丝刀在锉刀表面移动有学生分析原因：锉刀表做低成点像滑动变阻器． ◆学以致用 熟视无睹 投影：滑动变阻器实物图 初中和高中的通常符号 面不平接触不良,断电自本实验,感引起火花 课本P22图 滑动变阻器的两种限流式接法有没有区别？ 追问理由 追问：滑动过程中一定会被短路吗？ 过渡：滑动头在滑动过程中,电阻是否是连续变化？（举起实物展示） 至少变化多少？ 从某种意义上说,它也相当于一个线圈． ◆学以致用 精密制造

引导学生将物理与生活结合起来 学生讨论 多数学生可能认为没有 区别 三线接法中滑动头右边 的电阻被短路 注意实多数学生意识到接触不验操作良时的断电自感 的细节,高考常

在制作精密电阻时,为了消除使用过学生：不连续 程中由于电流变化而引起的自感现一圈的电阻 象,采用双线并绕的方 法,如图所示．其道理 是（ ） 通过细节的考查来区分学生是否动手做过 实验 A．当电路中的电流变化时,两股 导线产生的自感电动势相互抵消 B．当电路中的电流变化时,两股学生讨论：是产生的电 导线产生的感应电流相互抵消 动势相抵消,还是不产 引导学生回归基本规律上来:磁通量变化才能产生电动势 四、3.自感电动势的大小 C．当电路中的电流变化时,两股生电动势？ 导线中原电流的磁通量相互抵消 D．以上说法都不对 引导：两股导线中的电流有什么关 系？ 自感自感现象是特殊的电磁感应现象,也 电动应遵守电磁感应的一般规律 势的根据学生的回答板书推导过程 大小 BI,I,kI I,引入自感系数L EnnkttI板书：EL t学生应用电磁感应规律 推导自感电动势的公式 一学生汇报推导过程 实验与逻辑推理相结合是物理研究为了纪念自感现象的发现人美国人

亨利（1797～1879）,将自感系数命 名为亨利,他在1830年8月发现电磁 感应现象,比法拉第还早一年,只是 当时没有及时发表．担任美国科学院 院长长达十年之久． 的基本方法 利用物理学史知识进行“情感态度价值观”教育 问：从推导过程可知自感系数L与哪 些因素有关？ 问:电流相同时,不同的通电螺线管中学生可能答：匝数和k 的磁感应强度相同吗？ 总结自感系数与哪些因素有关． 五、 投影： 小 结 1.什么是互感和自感现象？ 2.自感电动势总是阻碍电流的变化 3.自感电动势的大小 问：互感和自感有什么不同？ 学生回答 学生猜想影响因素 六、 1.体验与合作：课外实验“千人震”． 作 业 2.观察日光灯电路,分析日光灯镇流器的作用和原理 尝试改变习题一统天下的作业格局,增加实践性的作业、体验性的作业