用“引导－探究法”教《互感和自感》

　　一、教学思路与重点难点

 

　　互感现象是电磁感应现象的特例之一，其教学要求不高，只要求知道互感现象的产生，以及互感现象在电工技术和电子技术中有广泛的应用。本节教学先实验体验，后理论分析再实验验证，最后介绍应用。教学中利用可拆变压器进行实验，原线圈接在电源，使副线圈电路中的灯泡发光，使同学对互感现象有一个感性认识，明确尽管两个线圈之间并没有导线连接，互感现象却可以使能量由一个线圈传递到另一个线圈。

 

　　自感电动势是一个抽象的概念，其产生的原因学生较容易接受，但它对电流变化所起的“阻碍”作用、以及自感电动势方向的确定是教学的一个难点。本节教学的关键是做好通电自感和断电自感这两个实验。在教学中，要使学生明白自感现象的规律都符合电磁感应现象的一般规律。为突出物理教学的新课程理念，突出物理的探究性，本教学设计侧重于“理论探究”和“实验验证”，先不做实验，而是分别从分析（通电自感和断电自感）实验的电路入手，提出问题，再引导学生运用已学过的电磁感应有关规律进行理论探究，对可能产生的实验现象作出预测，然后通过学生动手实验加以验证，最后再进行针对性训练──这种设计既有利于提高他们分析问题、解决问题的能力，又有助于对产生自感原因的理解。

 

　　根据上述分析与思路确定如下的教学重点与难点。

 

　　重点：（1）自感现象产生的原因；（2）自感电动势的作用、大小及自感系数；（3）对自感现象进行解释。

 

　　难点：自感电动势是个抽象的概念，它如何对电流的变化进行阻碍。

 

　　二、教学目标

 

　　（一）知识与技能

 

　　1．了解互感现象和自感现象，以及对它们的利用和防止。

 

　　2．能够通过电磁感应的有关规律分析通电、断电自感现象的成因，并能利用自感知识解释自感现象。

 

　　3．了解自感电动势的计算式，知道自感系数是表示线圈本身特征的物理量，知道它的单位。

 

　　4．初步了解磁场具有能量。

 

　　（二）过程与方法

 

　　1．通过理论探究和实验验证了解互感现象。

 

　　2．引导学生自己动手，通过通电自感和断电自感两个实验的探究活动让学生来感知自感产生的现象。

 

　　3．能利用自感知识解释自感现象。

 

　　（三）情感、态度与价值观

 

　　1．通过探究活动，培养学生的观察能力和分析推理能力。激发学生对科学的求知欲、培养学生探索与创新意识。

 

　　2．理解互感和自感是电磁感应现象的特例，让学生感悟特殊现象中有它的普遍规律，而普遍规律中包含了特殊现象的辩证唯物主义观点。

 

　　三、教学方法

 

　　本节课教学采用“引导--探究”教学法，该教学法以解决问题为中心，注重学生的独立钻研，又注重学生的合作学习，落脚于分析问题、解决问题能力的培养，充分发挥学生的主动性。其主要程序是：提出问题→进行分析（理论探究）→科学预测→实验探究→得出结论→深刻理解、实际应用。它不仅重视知识的获得，而且更重视学生获取知识的过程及方法，更加突出了学生的学，学生学得主动，学得积极。学生活动约占课时的1/2，真正体现了“教为主导，学为主体”的思想。

 

　　四、教学媒体

 

　　教师用：多媒体课件；电脑；互感变压器；发光二极管；自感现象演示电路板；学生电源；干电池；导线若干。

 

　　学生用（2人一组）：变压器（120匝、240匝组合型）；灯泡2．5V的两只；干电池（3V）；滑线变阻器；导线等。

 

　　五、教学流程

 

　　（一）创设情境，提出问题，理论探究、引入课题

 

　　情境：教师向学生展示一节干电池。

 

　　提问：（1）干电池的电动势多大？用手接在干电池两极，人有何感觉？

 

　　（2）把干电池两极接在这个东西的（教师展示小型变压器）两个输入端后，再用双手分别捏住输出端，将会有什么感觉呢？

 

　　学生体验：请两位同学上台体验。（电麻的感觉。）

 

　　理论探究：教师展示电路后，学生讨论交流后解释原因。

 

　　引入课题：本节课我们来学习互感、自感方面的知识。

 

示题：互感和自感

 

　　（二）实验验证，学习互感知识

 

 

　　互感实验演示：如上图，将灯（发光二极管）接入变压器副线圈，S闭合瞬间，灯的亮度情况。

 

　　互感

 

　　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。

 

　　互感现象中产生的感应电动势，称为互感电动势。

 

　　2．应用互感：变压器；收音机的“磁性天线”。

 

　　3．减小互感：互感现象可发生于任何两个相互靠近的电路之间。在电力工程和电子电路中，互感现象有时会影响电路的正常工作。

 

　　过渡语：下面看这样一个电路

 

　　（三）理论探究、实验验证，学习自感知识

 

　　1．创设情景，提出问题

 

　　问题：（1）对甲图，S闭合瞬间，线圈中磁通量有没有发生变化？

 

 

　　（2）根据产生电磁感应的条件，线圈中有无感应电动势产生？能否画出等效电源符号？

 

　　（3）这个电动势的作用是什么？进行科学预测。

 

　　2．理论探究：自感现象的存在。

 

　　自感

 

　　1．由于导体（如：线圈）本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象，叫自感现象。

 

　　2．自感现象中产生的电动势叫自感电动势。

 

　　自感电动势的作用：阻碍导体中自身的电流变化。

 

　　注意：“阻碍”不是“阻止”，电流原来怎么变化还是怎么变，只是变化变慢了，即对电流的变化起延迟作用。

 

　　3．学生实验探究自感现象。

 

　　（1）通电瞬间自感实验：（2人一组）

 

　　如图所示，闭合开关S瞬间，两个灯泡会有什么现象呢？

 

 

　　（学生探究后，教师演示。）

 

　　实验现象：                                                              

 

　　原因分析：                                                              

 

　　形象表示为：

 

　　通电瞬间“线圈”可等效为：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

 

　　拓展思维：若S闭合，电路稳定后，线圈可等效为：　　　　　　　　　　　　　　

 

　　训练1．如图所示的电路中，D₁和D₂是两个相同的小灯泡，L是一个自感作用相当大的线圈，其直流阻值为零。在电键闭合后瞬间，灯泡D₁和D₂亮度变化情况如何？

 

 

　　（2）断电自感实验：（2人一组）

 

　　在如图所示的电路中，当开关S断开瞬间，灯泡A的亮度情况如何？

 

 

　　（学生探究后，教师演示。）

 

　　实验现象：                                                               

 

　　原因分析：                                                              

 

　　（①若R_A＞R_L，有I_A＜I_L，在断开开关的瞬间，通过灯泡的电流会瞬时增大，灯泡会更亮一下。

 

　　②若R_A≤R_L，有I_A≥I_L，断开开关后，通过灯泡的电流减小，灯泡不会更亮一下。）

 

　　形象表示为：

 

　　断电瞬间“线圈”可等效为：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

 

　　思考：S断开后瞬间，通过灯A的电流方向有没有改变？方向是怎样的？

 

　　训练2．如图所示的电路中，D₁和D₂是两个相同的小灯泡，L是一个自感作用相当大的线圈，其直流阻值不为零但比小灯泡D₁的电阻小。电键接通电路稳定后，当电键打开瞬间，灯泡D₁和D₂亮度如何变化？

 

 

　　（四）学生自主学习自感电动势和自感

 

　　结合下列问题，自学课本P24自感系数部分内容。

 

　　（1）自感电动势的大小取决于什么？其表达式是什么？ 式中各符号代表什么？

 

　　（2）自感系数的大小与什么因素有关？它的主单位是什么？常用单位还有哪些？

 

　　各单位的符号怎么写？

 

　　自感系数

 

　　1．自感电动势的大小：与电流的变化率成正比：。

 

　　2．式中L叫自感系数－简称自感或电感。

 

　　3．自感物理意义：描述线圈产生自感电动势的能力。

 

　　（1）决定线圈自感系数的因素：

 

　　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。

 

　　（2）自感系数的单位：亨利，简称亨，符号是 H。 常用单位：毫亨（m H）  微亨（μH）

 

　　训练3．关于自感现象，下列说法正确的是（        ）

 

　　A．对于同一线圈，当电流变化较大时，线圈中的自感电动势也较大

 

　　B．对于同一线圈，当电流变化较快时，线圈中的自感电动势也较大

 

　　C．对于同一线圈，当电流变化较快时，线圈中的自感系数较大

 

　　D．线圈中产生的自感电动势较大时，其自感系数一定较大

 

　　自感的应用和防止

 

　　应用：日光灯等；防止：电脑展示图片。