《互感与自感》教学设计

　　【教学目标】

 

　　一、知识与技能

 

　　1．知道什么叫互感现象，了解互感的应用与防止；

 

　　2．知道什么叫自感现象，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．了解自感现象的利与弊及应用与防止。

 

　　二、过程与方法

 

　　1．通过对两个自感实验的观察、设计与分析，培养学生的观察能力、实验能力和探究能力；

 

　　2．通过亲身感受断电自感的强大电压，加深对知识的理解。

 

　　三、情感态度价值观

 

　　1．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；

 

　　2．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。

 

　　【教学重点】

 

　　对自感现象的正确解释。

 

　　【教学难点】

 

　　自感电动势的作用。

 

　　【教学方法】

 

　　实验与理论探究；师生、生生互动。

 

　　【课时安排】

 

　　1课时。

 

　　【教学过程】

 

　　一、互感现象

 

　　指导学生自学教材，了解什么叫互感现象以及互感现象的应用与防止。

 

　　师：在互感现象或前面我们学习过的电磁感应现象中，对于发生电磁感应现象的线圈而言，变化的磁通量均是由外界其它磁场源激发的，如果线圈本身的电流发生变化，它自己激发的磁场也一定变化，能不能在自己的“身体”内产生感应电动势呢？下面我们通过两个实验来探究这个问题。

 

　　先让学生自学教材上的实验内容。

 

　　教师演示实验一：通电自感实验（将图4．6-2画在黑板上，并指出实验前与A₁串联的线圈L的电阻肯定等于与A₂串联的滑动变阻器R的工作电阻。）

 

　　教师演示实验二：断电自感实验（将图4．6-4画在黑板上，并适当调整线圈的匝数，使断电瞬间灯泡突然闪一下再熄灭。）

 

　　让多个学生描述自己看到的实验现象，并组织学生讨论、交流，最后达成一致意见：实验一中灯泡A₂先亮，灯泡A₁后亮，最后一样亮；实验二中灯泡A在切断电源后过了一小段时间才熄灭（先不说突然变得更亮后再熄灭）。

 

　　师：猜一猜实验现象的出现最有可能与哪部分电路的相关？如何验证你的猜想？

 

　　组织学生讨论交流，最后达成一致：最有可能与电路中的线圈相关，可以将其换成等阻值的电阻再做一遍实验，看一看实验现象是否发生变化。

 

　　教师重新做一遍实验，并将两个实验中的线圈分别换成等阻值的电阻后再重新演示，学生仔细观察比较，验证自己的猜想。

 

　　师：看来当线圈中流过恒定的电流时，线圈在电路中起的作用就是电阻作用；而当线圈中流过变化的电流时，线圈在电路中起的作用不仅仅是电阻作用，还有别的作用。例如在实验一中，当通过线圈的电流增大时，除了电阻以外，还有一个作用也在阻碍电流增大，造成线圈对电流总体的阻碍作用超过变阻器R，所以流过A₁的电流小于流过A₂的电流，A₁落后于A2亮起来；但是这种阻碍作用不是阻止，线圈中的电流仍然要增大，而且当电流增到最大时，这种阻碍就消失了。那么这种阻碍作用的本质是什么呢？

 

　　组织学生讨论交流，最后达成一致：是电磁感应现象，因为感应电动势就是在磁通量变化时存在，而在磁通量不变时消失；而且感应电动势就有阻碍原磁通量变化的作用。

 

　　二、自感现象

 

　　1．线圈中电流发生变化，它产生的变化磁场使它自身激发出感应电动势的现象叫自感现象；产生的感应电动势叫自感电动势。

 

　　师：请你假设出线圈的绕向，用自感电动势解释两个实验的现象

 

　　教师组织学生讨论、交流。

 

 

　　例如实验一中线圈绕向如图所示，分析如下：

 

　　I增大B_原增大B_感方向向左（根据楞次定律）自感电动势E_自方向如图E_自与I方向相反，阻碍I增大；当I达到最大时，E_自=0，阻碍消失。

 

 

　　实验二中线圈绕向如图所示，分析如下：

 

　　I减小B_原减小B_感方向向左（根据楞次定律）自感电动势E_自方向如图E_自与I方向相同，阻碍I减小切断电源后，I要通过线圈与灯泡组成的回路逐渐减小，所以造成灯泡又亮了一会儿才熄灭，而且灯泡中流过电流的方向与原来相反。（或说成：当电源停止供电后，线圈作为感应电源对灯泡继续供电，造成灯泡又亮了一会儿才熄灭，同时由E_自的方向可知灯泡中流过电流的方向与原来相反。）

 

　　师：从刚才大家的分析中可知，不管线圈绕向如何，自感电动势的方向有如下特点：若原电流增大，自感电动势就与原电流方向相反，阻碍原电流增大；若原电流减小，自感电动势就与原电流方向相同，阻碍原电流减小，这与楞次定律是一致的。

 

　　2．自感现象满足楞次定律：导体中电流发生变化时，导体内的自感电动势阻碍电流的变化，电流增强时，自感电动势与原电流方向相反，电流减弱时，自感电动势与原电流方向相同。

 

　　板图：

 

 

　　师进一步阐明“阻碍”的含义：阻碍的是“变化”，阻碍不是阻止；自感电动势只是减慢了原电流的变化速度，原电流最终还是要完成增大或减小的变化；当变化完成后，自感电动势也就消失了。

 

　　师：自感电动势的大小当然也满足法拉第电磁感应定律，请自学教材，了解自感电动势大小的决定因素。

 

　　学生自学后，教师总结性板书。

 

　　3．自感满足法拉第定律

 

　　（1）电动势的大小：，（区别I、、）；知道各量的物理意义及单位。

 

　　（2）L叫自感系数，由线圈本身（匝数、长度、粗细、匝密度、有无铁芯等）决定。（教师可以用实物解释以上各因素的含义）

 

　　师：自学课文最后一段，了解自感现象中的能量转化情况。

 

　　学生自学2分钟

 

　　师：自感现象在生活中非常常见，有些是有益的，有些是有害的，下面我们亲自体会一下断电时自感电动势的存在。

 

　　四节电池串联组成电池组；取一个400匝的线圈，将两段导线的一端分别连接在线圈的两端，另一端分别连接两个表笔，学生双手紧握两支表笔的金属杆分别接触电池组的两极，在将表笔从电池组的两极拿开时体验断电自感电动势的电击感。（本着自愿的原则做实验，教师可以身先士卒地示范一遍，但表情要自然以免给学生造成压力，同时也可以降低学生的戒备，“吓”他一跳，学生印象深刻，还可以激发学生的好奇心与参与的欲望，活跃课堂气氛。）

 

　　师：刚才大家体验到的断电自感电动势在生产中有时是有害的，请自学课文。

 

　　【课堂小结】

 

　　1．什么叫互感与自感；

 

　　2．自感现象满足楞次定律和法拉第定律。

 

　　【作业】

 

　　1．课本后习题。

 

　　2．思考题：

 

　　教师选择不同的线圈重新做断电自感实验两次，一次没有灯泡闪一下的现象，一次有灯泡闪了一下的现象，请说明灯泡是否闪一下由什么决定，为什么？