《互感和自感》說課稿(省級(jí)獲獎(jiǎng)實(shí)驗(yàn)說課案例)

《互感和自感》說課稿使用教材普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理人教版選修3-2。二、實(shí)驗(yàn)器材線圈A（1000匝）、塑料圓筒（透明）、可拆粗導(dǎo)線（帶接口）、細(xì)導(dǎo)線（較軟，約1米長(zhǎng)）、音箱、手機(jī)、支架、2節(jié)干電池、1個(gè)開關(guān)、1個(gè)自感線圈、1個(gè)小燈泡、1個(gè)滑動(dòng)變阻器、電流傳感器A、電流傳感器B、燃?xì)庠铍姶糯蚧鹧b置等。三、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新要點(diǎn)實(shí)驗(yàn)一“互感現(xiàn)象演示”，教材配套的互感實(shí)驗(yàn)用的是燈泡，通過燈泡的亮度知道互感現(xiàn)象，這是視覺效果。這個(gè)實(shí)驗(yàn)改用聽覺效果，并且在課堂上選擇播放節(jié)奏明快、時(shí)尚流行的歌曲，學(xué)生的情緒很快就被調(diào)動(dòng)起來，實(shí)驗(yàn)操作過程盡收眼底，帶點(diǎn)玩魔術(shù)的性質(zhì)，學(xué)生興趣盎然。實(shí)驗(yàn)二“斷電自感”以及實(shí)驗(yàn)三“通電自感”，教材上有配套的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，但這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)只能對(duì)自感進(jìn)行定性分析。新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)四“利用電流傳感器研究自感”能對(duì)自感現(xiàn)象進(jìn)行更為精準(zhǔn)地研究，巧妙地利用A、B兩個(gè)電流傳感器代替燈泡接入兩條支路，連接數(shù)據(jù)采集器，再傳送到電腦，電腦屏幕上能夠即時(shí)反映電路中電流隨時(shí)間的變化情況，使學(xué)生對(duì)自感現(xiàn)象的規(guī)律有更為深刻的理解。實(shí)驗(yàn)五“探究自感的應(yīng)用與防止—燃?xì)庠铧c(diǎn)火裝置”，本實(shí)驗(yàn)將物理知識(shí)與生活實(shí)踐相聯(lián)系，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究與合作的能力，進(jìn)一步提高學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。四、實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)一：如果有兩只線圈互相靠近，則其中第一只線圈中電流所產(chǎn)生的磁通量有一部分穿過第二只線圈。當(dāng)?shù)谝痪€圈中電流發(fā)生變化時(shí)，則穿過第二只線圈的磁通量也發(fā)生變化，在第二只線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。這種現(xiàn)象叫做互感現(xiàn)象。圖1互感現(xiàn)象演示實(shí)驗(yàn)如圖1所示，當(dāng)打開手機(jī)音樂時(shí)，盡管線圈1和線圈2彼此相距數(shù)十厘米，并且并不直接用引線相連接，喇叭（或音箱）卻能發(fā)出悅耳的音樂樂曲，此時(shí)我們只要關(guān)閉手機(jī)A的電源則喇叭立即不發(fā)音，由此可見喇叭發(fā)出聲音正是通過線圈L1和L2的互感作用將音樂電信號(hào)傳遞到喇叭的。如此一來，互感線圈能將一個(gè)電信號(hào)從一個(gè)線圈傳遞到另一個(gè)線圈直觀地、形象地演示出來。這就是簡(jiǎn)單的無(wú)線通信的演示實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)二：如圖2所示，電路閉合穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，由于小燈泡的電阻大于自感線圈的電阻，因此流過線圈的電流I2大于流過燈泡的電流I1，線圈中有電流就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，線圈內(nèi)部磁場(chǎng)方向方向向左。開關(guān)斷開瞬間，燈泡中的電流I1瞬間消失，同時(shí)，線圈的電流也要減小，則穿過線圈的磁通量減小，根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向也要向左，所以感應(yīng)電流的方向與原電流的方向相同。線圈此時(shí)相當(dāng)于一個(gè)電源，與燈泡構(gòu)成了一個(gè)閉合回路，這個(gè)自感電動(dòng)勢(shì)，在這一瞬間保持了線圈這一支路中的電流大小與方向不變。于是線圈中的電流就會(huì)從右向左流過燈泡，并且大于原來的電流I1。所以燈泡會(huì)閃亮一下。圖2斷電自感實(shí)驗(yàn)三：如圖3所示，支路上有兩個(gè)規(guī)格完全相同的燈泡，燈泡A2與一個(gè)線圈串聯(lián)，燈泡A1與一個(gè)滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器可以改變燈泡A1的亮度，為了方便比較，將兩條支路的電阻調(diào)到了相等。開關(guān)閉合瞬間，線圈中的電流增大，穿過線圈的磁通量增大，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，線圈中就會(huì)產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，因而阻礙線圈中電流的增加，于是就延遲了電流達(dá)到穩(wěn)定值的時(shí)間，所以我們看到了A2燈逐漸變亮。圖3通電自感實(shí)驗(yàn)四：如圖4所示，用A、B兩個(gè)傳感器代替燈泡接入兩條支路，連接數(shù)據(jù)采集器，再傳送到電腦，這樣，電腦屏幕上就能夠即時(shí)反映電路中電流隨時(shí)間的變化情況。這兩條支路的電流我們用不同的顏色表示，紅色圖線表示通過線圈的電流，藍(lán)色圖像表示通過滑動(dòng)變阻器的電流，即可研究自感現(xiàn)象中電流的變化規(guī)律。圖4利用電流傳感器研究自感現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)五：如圖5所示，本實(shí)驗(yàn)利用自感現(xiàn)象，根據(jù)楞次定律，線圈會(huì)產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的變化，從而產(chǎn)生高壓，高壓擊穿空氣，出現(xiàn)電火花。圖5探究自感的應(yīng)用與防止五、實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能1、理解互感現(xiàn)象及其應(yīng)用。2、會(huì)運(yùn)用觀察、實(shí)驗(yàn)、分析、綜合等方法，認(rèn)識(shí)自感現(xiàn)象及其特點(diǎn)。3、理解自感電動(dòng)勢(shì)的作用，明確自感系數(shù)的意義及其決定條件。過程與方法運(yùn)用電磁感應(yīng)原理和電路基本知識(shí)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，探究自感現(xiàn)象特點(diǎn)。運(yùn)用物理知識(shí)，解釋生產(chǎn)和生活中的自感現(xiàn)象。情感態(tài)度與價(jià)值觀進(jìn)一步提高學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。六、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容本節(jié)課主要由五個(gè)實(shí)驗(yàn)依次推進(jìn)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容分別為互感現(xiàn)象演示、斷電自感、通電自感、利用傳感器研究自感現(xiàn)象以及探究自感的應(yīng)用與防止。七、實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程（一）、互感 互感現(xiàn)象的引入：線圈聽音樂，讓學(xué)生通過聲音感知“互感”教師：這是一個(gè)手機(jī)，這是一個(gè)音箱，兩者通過導(dǎo)線相連，手機(jī)中隨音樂變化的電流將通過導(dǎo)線傳送到了音箱，下面我們一起來欣賞（播放10秒鐘音樂）演示：拆開對(duì)接的導(dǎo)線，音樂停了。（問：還有聲音嗎）教師：如果不用導(dǎo)線直接相連，還有其它方法來傳送嗎？下面我們一起來嘗試一下。介紹裝置：這是一個(gè)底座，這是一個(gè)線圈，現(xiàn)在我把手機(jī)與線圈構(gòu)成一個(gè)閉合回路，線圈中就有了隨聲音變化的電流。這是一個(gè)塑料圓筒（放在線圈上聽不到聲音），我這里有一根導(dǎo)線，與音箱構(gòu)成一個(gè)閉合回路，現(xiàn)在我把導(dǎo)線繞成線圈，請(qǐng)大家注意聽（隨著圈數(shù)的增加聲音變大）。為了區(qū)別，我們把這個(gè)線圈稱為A線圈，把這個(gè)線圈稱為B線圈。教師：這兩個(gè)線圈之間根本沒有用導(dǎo)線相連，但是能量從一個(gè)線圈傳遞到了另一個(gè)線圈，它們是怎么傳遞的呢？（停頓片刻）由于A線圈中的電流發(fā)生變化，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)也是變化的，就會(huì)引起B(yǎng)線圈中的磁通量變化，從而在B線圈中產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),這樣,與B線圈相連的音箱中就有了音樂聲。分析現(xiàn)象，建立概念：像這種當(dāng)一個(gè)線圈中的電流發(fā)生變化時(shí)，它所產(chǎn)生的變化的磁場(chǎng)會(huì)在另一個(gè)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象，我們就稱之為互感現(xiàn)象。（投影互感概念）板書：一、互感現(xiàn)象在互感過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)叫互感電動(dòng)勢(shì)。教師：利用互感現(xiàn)象，可以傳遞能量，比如說：變壓器，它就是把電能從一個(gè)線圈傳送到另一個(gè)線圈。再比如說收音機(jī)里的磁性天線，也是利用互感把廣播電臺(tái)的信號(hào)從一個(gè)線圈傳遞到另一個(gè)線圈。（二）、自感教師：下面我們應(yīng)用自感的知識(shí)來分析兩種常見的自感現(xiàn)象?！狙菔緦?shí)驗(yàn)】斷電自感教師：斷電自感就是其中之一板書：1、斷電自感教師：在這個(gè)電路中小燈泡與線圈串聯(lián)，閉合開關(guān)，燈泡亮了，這個(gè)電路中，線圈的電阻小于燈泡的電阻，那么哪一條之路的電流大些？學(xué)生：（齊答）線圈中的電流大些教師：接下來，請(qǐng)大家注意觀察：開關(guān)斷開時(shí)小燈泡的亮度。教師：看到什么現(xiàn)象了？學(xué)生：（齊答）燈泡閃亮了一下教師：哦?。。∈前桑。。∧情_關(guān)斷開瞬間，電源已經(jīng)停止供電了，小燈泡為什么還會(huì)突然閃亮一下？學(xué)生：學(xué)生討論后分析。。。。（教師認(rèn)真聽學(xué)生的回答）引導(dǎo)學(xué)生分析燈泡閃亮的原因。（重點(diǎn)詳細(xì)分析）教師：（結(jié)合課件分析）下面我們一起來分析一下：電路閉合穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，流過線圈的電流I2大于流過燈泡的電流I1，線圈中有電流就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，線圈內(nèi)部磁場(chǎng)方向（方向向左）。開關(guān)斷開瞬間，燈泡中的電流I1瞬間消失，同時(shí)，線圈的電流也要減小，則穿過線圈的磁通量減小，根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向。。。。也要向左，所以感應(yīng)電流的方向與原電流的方向相同。線圈此時(shí)相當(dāng)于一個(gè)電源，與燈泡構(gòu)成了一個(gè)閉合回路，這個(gè)自感電動(dòng)勢(shì)，在這一瞬間保持了線圈這一支路中的電流大小與方向不變。于是線圈中的電流就會(huì)從右向左流過燈泡，并且大于原來的電流I1。所以燈泡會(huì)閃亮一下。教師：線圈中電流減小時(shí)會(huì)產(chǎn)生自感現(xiàn)象，那么線圈中電流增大時(shí)，會(huì)不會(huì)產(chǎn)生自感現(xiàn)象呢？【演示實(shí)驗(yàn)】通電自感連接電路如圖，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器電阻與線圈的直流電阻相等，保證開關(guān)閉合后兩個(gè)燈泡亮度相同。先引導(dǎo)學(xué)生分析推測(cè)將會(huì)看到什么現(xiàn)象，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。教師：同學(xué)們請(qǐng)看這個(gè)電路，這里有兩條支路，支路上有兩個(gè)規(guī)格完全相同的燈泡，燈泡A與一個(gè)線圈串聯(lián)，燈泡B與一個(gè)滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器可以改變燈泡B的亮度，為了方便比較，將兩條支路的電阻調(diào)到了相等。提醒：接電源教師：大家能不能預(yù)測(cè)一下，在開關(guān)閉合瞬間，會(huì)出現(xiàn)什么樣的現(xiàn)象？我們來看看開關(guān)閉合瞬間，兩個(gè)燈泡的發(fā)光情況？（閉合兩次）教師：找同學(xué)描述一下所觀察到的現(xiàn)象。觀察與描述：B燈瞬間變亮，A燈逐漸變亮。教師：為什么與線圈串聯(lián)的燈泡A是逐漸變亮呢？交流與討論（學(xué)生回答，課件動(dòng)態(tài)分析）開關(guān)閉合瞬間，線圈中的電流增大，穿過線圈的磁通量增大，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，線圈中就會(huì)產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，它在這里起到了什么樣的作用？阻礙線圈中電流的增加，于是就延遲了電流達(dá)到穩(wěn)定值的時(shí)間，所以我們看到了A燈逐漸變亮。教師：這就是另一種常見的自感現(xiàn)象：通電自感板書：2、通電自感【演示實(shí)驗(yàn)】利用電流傳感器研究自感現(xiàn)象教師：前面的實(shí)驗(yàn)中，我們對(duì)自感現(xiàn)象進(jìn)行了定性的分析，我們也可以借助電流傳感器來進(jìn)行更為精準(zhǔn)的分析。用A、B兩個(gè)傳感器代替燈泡接入兩條支路，連接數(shù)據(jù)采集器，再傳送到電腦，這樣，電腦屏幕上就能夠即時(shí)反映電路中電流隨時(shí)間的變化情況。這兩條支路的電流我們用不同的顏色表示，紅色圖線表示通過線圈的電流，藍(lán)色圖像表示通過滑動(dòng)變阻器的電流?！狙菔尽坑秒娏鱾鞲衅鞔?lián)在兩條之路上，通過電腦作圖精確分析通電自感過程中的電流變化，驗(yàn)證上述分析是否正確。教師：好，我們看看兩條支路的電流隨時(shí)間的變化。當(dāng)電流從紅色接線柱流入時(shí)圖像在t軸的上方。（設(shè)置）我們以時(shí)間為橫軸，電流為縱軸，建立直角坐標(biāo)系。為了方便比較我們把兩條支路的電流顯示在同一個(gè)圖像中。交流與討論：教師：現(xiàn)在屏幕中是開關(guān)閉合時(shí)，電路穩(wěn)定狀態(tài)以及開關(guān)斷開時(shí)分別記錄下來的i－t圖像。下面請(qǐng)同學(xué)們分組討論一下：這三段圖像的特征，以及產(chǎn)生的原因。學(xué)生：。。。。。。。。。。。。。。教師：（擊掌）好，我們討論到此，下面請(qǐng)同學(xué)來說說這三段圖像的特征，以及產(chǎn)生的原因。（學(xué)生起來之后）教師：為了方便，我們?cè)陔娐穲D中進(jìn)行分析。（黑板轉(zhuǎn)邊）教師：回答得非常好！說明同學(xué)們對(duì)自感現(xiàn)象已經(jīng)理解得很好。教師：其他組還有沒有不同的意見或要補(bǔ)充的？（演示板轉(zhuǎn)邊，在電路圖中分析）教師：再請(qǐng)大家仔細(xì)觀察一下，開關(guān)斷開時(shí)，這兩條圖線有什么幾何特征？（對(duì)稱）教師：對(duì)稱說明什么？（電流大小相等）教師：為什么會(huì)有電流大小相等？（電路圖中分析）開關(guān)斷開時(shí)，電源提供給滑動(dòng)變阻器的電流瞬間消失，線圈中的電流減小，產(chǎn)生了一個(gè)自感電動(dòng)勢(shì)，線圈相當(dāng)于一個(gè)電源，線圈中的感應(yīng)電流就會(huì)繞著這個(gè)電路構(gòu)成一個(gè)閉合回路（貼上回路箭頭），兩個(gè)燈泡串聯(lián)，所以電流大小相等。但是流過燈泡B的電流方向與開關(guān)斷開之前的電流方向相反，所以我們看到了藍(lán)色圖像突然反向的現(xiàn)象。（三）、自感的應(yīng)用和防止教師：自感現(xiàn)象在生產(chǎn)生活中應(yīng)用很廣泛。今天老師也給大家?guī)砹艘粋€(gè)小裝置，我們也可以現(xiàn)場(chǎng)試一試。請(qǐng)同學(xué)們按照屏幕上的裝置圖構(gòu)建好電路，要求能看到電火花的閃現(xiàn)。（學(xué)生實(shí)驗(yàn)）教師：（擊掌）好，請(qǐng)大家整理好器材。教師：同學(xué)們動(dòng)手能力不錯(cuò)，實(shí)驗(yàn)都很成功。教師：大家想一想，這樣的裝置在生活中有什么應(yīng)用？（打火機(jī)應(yīng)用的不是自感現(xiàn)象，而是壓電陶瓷技術(shù)，大家可以課后了解。還有什么？煤氣灶里面的點(diǎn)火裝置），自感現(xiàn)象的應(yīng)用還有很多，比如：日光燈里面的鎮(zhèn)流器利用的也是自感現(xiàn)象。教師：當(dāng)然，自感現(xiàn)象在生活中有時(shí)也會(huì)造成危害，比如說電動(dòng)機(jī)等設(shè)備中有匝數(shù)很多的線圈，當(dāng)電路中的開關(guān)斷開時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的自感電動(dòng)勢(shì)，使得開關(guān)中的金屬片之間產(chǎn)生電火花，燒蝕接觸點(diǎn)，甚至引起人身傷害。為了避免產(chǎn)生電火花，常常把電動(dòng)機(jī)等大功率用電器的開關(guān)觸點(diǎn)放在絕緣性很好的油中，這樣就不會(huì)產(chǎn)生火花放電，這種開關(guān)一般我們把它叫做油浸開關(guān)