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视频标签：互感和自感
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视频课题：江苏省物理创新大赛（高中）《互感和自感》（海安中学王维国）
教学设计、课堂实录及教案：2015年江苏省物理创新大赛（高中）《互感和自感》（海安中学王维国）
互感和自感
江苏省海安高级中学 王维国
【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】
【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.
演示实验：迅速、隐蔽地按藏在茶叶包装袋里的电磁炉开关，举起线圈和小灯泡组成的回路，然后放到茶叶包装袋上，结果能使小灯泡发光.关掉开关.
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，如果铁皮面积太大，会使上面线圈中的感应现象不明显.
问：有没有同学想上来一探究竟呢？
问：这是什么？
设问：怎么会“煮”出电来呢？
教师将一后盖已打开的另一电磁炉展示给学生.
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？
观察演示实验
产生疑问：小灯泡回路中好像没有电源，为什么能发光呢？
一学生上讲台探究包装盒里的“机关”，从袋里拖出电磁炉，展示给其他学生看.
有些学生答：电磁炉
学生答：线圈
学生答：交流电
一学生答：电磁炉产生的变化的磁场使小灯泡回路中的磁通量发生变化. 制造悬念
利用认知冲突
激发探究欲望
课标中有关于电磁灶的内容
学生揭开谜底
节省课堂时间
搭建思维支架
二、互感 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.
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．
观察图片，注意线圈的数目.
建立感性认识
三、
自
感
实验探究自感电动势的作用 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
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.
设问：磁通量变化时会产生电动势，怎样用实验研究自感电动势对电路的影响？
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．
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.
教师：开关通断过程中线圈中产生电动势使线圈相当于一个电源，请在学案上画出两种情况下的等效电源示意图.
板书：自感电动势阻碍电流的变化
学生：不断变化
学生：会
思考
一学生答：开关接通时磁通量增大，断开时，磁通量减小.
学生分组讨论实验方案
学生汇报方案，其他组补充
（如用安培表测量电流、用灯泡的亮暗显示电流的变化等）
一学生上台辅助实验
学生观察开关通断过程中电流的变化图象.
学生分组讨论线圈中电流按图示规律变化的原因
小组汇报
学生画图
学生汇报
简要的板书使学生注意到两种现象的差别
用电路图提供思维的情境，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，能将稍纵即逝的暂态过程“定格”、回放，与传统的用灯泡亮暗程度变化的方案相比有质的提升.
问：在开关通断过程中R2中的电流随时间怎样变化？请在学案上画出图象.
选择两种典型错误的图放在实物展台上，供学生讨论
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
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？ 学生在学案上的I2-t坐标中作出R2中的电流随时间变化的图象
学生讨论
学生讨论回答
可能有学生答：大小相等、方向相反
充分关注课堂生成的问题
分散难点
实验拓展 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R2上，开始采集后，合上电路开关，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
科学精神教育：实验结果常常与我们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。
问：接通瞬间R2中的电流为什么不会立即达到稳定值？
学生观察
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，说图上有个“尖”.
学生分组讨论
学生汇报讨论结果：开关闭合瞬间，因为线圈的自感电动势使电流从零起逐渐增加，此时外电路中几乎只有R2支路通电，稳定后，两支路并联，好像外电阻减小，总电流增大，内电压增大，外电压减小.
利用实验与预设的差异引起学生的认知冲突
自然渗透科学精神教育，关注情感、态度、价值观维度的教学目标
不回避实际问题
问题解决 （2010年高考江苏卷4）.如图所示的电路中，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( )
学生分析
讨论后给出答案 检查教学目标达成情况
自感现象在生活、生产中的应用实例 ◆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？
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
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．
过渡：螺丝刀在锉刀表面移动有点像滑动变阻器．
◆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
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
在制作精密电阻时，为了消除使用过程中由于电流变化而引起的自感现象，采用双线并绕的方法，如图所示．其道理是（ ）
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，两股导线产生的感应电流相互抵消
C．当电路中的电流变化时，两股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？
学生在电路图上标出自感电动势的等效电源标志
学生答：火花
一学生上台做实验
学生分析原因：锉刀表面不平接触不良，断电自感引起火花
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
多数学生意识到接触不良时的断电自感
学生：不连续
一圈的电阻
学生讨论：是产生的电动势相抵消，还是不产生电动势？
“瓶瓶罐罐做实验”，用身边的东西做低成本实验，引导学生将物理与生活结合起来
注意实验操作的细节，高考常通过细节的考查来区分学生是否动手做过 实验
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、自感电动势的大小 3.自感电动势的大小
自感现象是特殊的电磁感应现象，也应遵守电磁感应的一般规律
根据学生的回答板书推导过程
, ,
，引入自感系数L
板书：
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．
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的磁感应强度相同吗？
总结自感系数与哪些因素有关．
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
学生可能答：匝数和k
学生猜想影响因素
实验与逻辑推理相结合是物理研究的基本方法
利用物理学史知识进行“情感态度价值观”教育
五、
小
结 投影：
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
六、
作
业 1.体验与合作：课外实验“千人震”．
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
视频来源：优质课网 www.youzhik.com
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