人教版(新教材)高中物理選擇性必修2教學(xué)設(shè)計(jì)3：2 4互感和自感教案

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第二冊(cè)PAGEPAGE12.4互感和自感教學(xué)目標(biāo)（一）知識(shí)與技能（1）了解互感現(xiàn)象的電磁感應(yīng)特點(diǎn)。（2）運(yùn)用觀察、實(shí)驗(yàn)、分析、綜合的方法，認(rèn)識(shí)自感現(xiàn)象及其特點(diǎn)。（3）明確自感系數(shù)的意義及決定條件。（二）過(guò)程與方法提高分析問(wèn)題的能力和運(yùn)用物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。（三）情感、態(tài)度、價(jià)值觀培養(yǎng)、提高學(xué)生尊重科學(xué)，利用實(shí)驗(yàn)探索研究自然的科學(xué)素養(yǎng)。教學(xué)重點(diǎn)自感現(xiàn)象產(chǎn)生的原因及特點(diǎn)。教學(xué)難點(diǎn)運(yùn)用自感知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。教學(xué)過(guò)程：課堂導(dǎo)入提問(wèn)：1.在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是什么？只要穿過(guò)閉合回路的磁通量發(fā)生變化，回路中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生.2.引起回路磁通量變化的原因有哪些？磁場(chǎng)的變化；回路面積的變化；電流的變化引起磁場(chǎng)的變化等。問(wèn)題導(dǎo)引（1）在法拉第的實(shí)驗(yàn)中兩個(gè)線(xiàn)圈并沒(méi)有用導(dǎo)線(xiàn)連接，當(dāng)一個(gè)線(xiàn)圈中的電流變化時(shí)，在另一個(gè)線(xiàn)圈中為什么會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)呢？（2）當(dāng)電路自身的電流發(fā)生變化時(shí)，會(huì)不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)呢？本節(jié)課我們學(xué)習(xí)這方面的知識(shí)。重點(diǎn)講解1、互感現(xiàn)象提出問(wèn)題：在法拉第的實(shí)驗(yàn)中兩個(gè)線(xiàn)圈并沒(méi)有用導(dǎo)線(xiàn)連接，當(dāng)一個(gè)線(xiàn)圈中的電流變化時(shí)，在另一個(gè)線(xiàn)圈中為什么會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)呢？請(qǐng)同學(xué)們用學(xué)過(guò)的知識(shí)加以分析說(shuō)明。（當(dāng)一個(gè)線(xiàn)圈中的電流變化時(shí)，它產(chǎn)生的磁場(chǎng)就發(fā)生變化，變化的磁場(chǎng)在周?chē)臻g產(chǎn)生感生電場(chǎng)，在感生電場(chǎng)的作用下，另一個(gè)線(xiàn)圈中的自由電荷定向運(yùn)動(dòng)，于是產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。）學(xué)生思考并討論，得出結(jié)論，認(rèn)識(shí)互感現(xiàn)象，通過(guò)閱讀課本，了解互感在在電工技術(shù)和電子技術(shù)中的應(yīng)用。2、自感現(xiàn)象提出問(wèn)題：當(dāng)電路自身的電流發(fā)生變化時(shí)，會(huì)不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)呢？下面我們首先來(lái)觀察演示實(shí)驗(yàn)。［實(shí)驗(yàn)1］演示通電自感現(xiàn)象。畫(huà)出電路圖（如圖所示），A1、A2是規(guī)格完全一樣的燈泡。閉合電鍵S，調(diào)節(jié)變阻器R，使A1、A2亮度相同，再調(diào)節(jié)R1，使兩燈正常發(fā)光，然后斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S。重新閉合S，觀察到什么現(xiàn)象？（實(shí)驗(yàn)反復(fù)幾次）提問(wèn)：為什么A1比A2亮得晚一些？試用所學(xué)知識(shí)（楞次定律）加以分析說(shuō)明。（電路接通時(shí)，電流由零開(kāi)始增加，穿過(guò)線(xiàn)圈L的磁通量逐漸增加，L中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向與原來(lái)的電流方向相反，阻礙L中電流增加，即推遲了電流達(dá)到正常值的時(shí)間。）學(xué)生思考并討論，得出結(jié)論。［實(shí)驗(yàn)2］演示斷電自感。畫(huà)出電路圖（如圖所示）接通電路，待燈泡A正常發(fā)光。然后斷開(kāi)電路，觀察到什么現(xiàn)象？提問(wèn)：為什么A燈不立刻熄滅？（當(dāng)S斷開(kāi)時(shí)，L中的電流突然減弱，穿過(guò)L的磁通量逐漸減少，L中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，方向與原電流方向相同，阻礙原電流減小。L相當(dāng)于一個(gè)電源，此時(shí)L與A構(gòu)成閉合回路，故A中還有一段持續(xù)電流。燈A閃亮一下，說(shuō)明流過(guò)A的電流比原電流大。）學(xué)生思考并討論，得出結(jié)論，認(rèn)識(shí)自感現(xiàn)象。提問(wèn)：在斷電自感的實(shí)驗(yàn)中，為什么開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后，燈泡的發(fā)光會(huì)持續(xù)一段時(shí)間？甚至?xí)仍瓉?lái)更亮？試從能量的角度加以討論。學(xué)生分組討論。師生共同活動(dòng)：推斷出能量可能存儲(chǔ)在磁場(chǎng)中。提出問(wèn)題：自感電動(dòng)勢(shì)的大小決定于哪些因素呢？學(xué)生閱讀教材，然后用自己的語(yǔ)言加以概括，并回答有關(guān)問(wèn)題。3、自感系數(shù)問(wèn)題：教材最后一段說(shuō)，線(xiàn)圈能夠體現(xiàn)電的“慣性”，應(yīng)該怎樣理解？電的“慣性”大小與什么有關(guān)？學(xué)生討論后，得出結(jié)論：當(dāng)線(xiàn)圈通電瞬間和斷電瞬間，自感電動(dòng)勢(shì)都要阻礙線(xiàn)圈中電流的變化，使線(xiàn)圈中的電流不能立即增大到最大值或不能立即減小為零，因此可以借用力學(xué)中的術(shù)語(yǔ)，說(shuō)線(xiàn)圈能夠體現(xiàn)電的“慣性”。線(xiàn)圈的自感系數(shù)越大，這個(gè)現(xiàn)象越明顯，可見(jiàn)，電的“慣性”大小決定于線(xiàn)圈的自感系數(shù)。自感電動(dòng)勢(shì)的大小與線(xiàn)圈中電流的變化率成正比，與線(xiàn)圈的自感系數(shù)L成正比。寫(xiě)成公式為E=LL叫自感系數(shù)，自感系數(shù)是用來(lái)表示線(xiàn)圈的自感特性的物理量。實(shí)驗(yàn)表明，線(xiàn)圈越大，越粗，匝數(shù)越多，自感系數(shù)越大。另外，帶有鐵芯的線(xiàn)圈的自感系數(shù)比沒(méi)有鐵芯時(shí)大得多。自感系數(shù)的單位：亨利，符號(hào)H，更小的單位有毫亨（mH）、微亨（μH）1H=103mH1H=106μH4、磁場(chǎng)的能量在圖2.4-3的實(shí)驗(yàn)中，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后，燈泡的發(fā)光還能維持一小段時(shí)間，有時(shí)甚至?xí)乳_(kāi)關(guān)斷開(kāi)之前更亮。這時(shí)燈泡的能量是從哪里來(lái)的？1.自感現(xiàn)象中的磁場(chǎng)能量（1）線(xiàn)圈中電流從無(wú)到有時(shí)：磁場(chǎng)從無(wú)到有，電源的能量輸送給磁場(chǎng)，儲(chǔ)存在磁場(chǎng)中。（2）線(xiàn)圈中電流減小時(shí)：磁場(chǎng)中的能量釋放出來(lái)轉(zhuǎn)化為電能。2.電的“慣性”自感電動(dòng)勢(shì)有阻礙線(xiàn)圈中電流變化的性質(zhì)。理解∶當(dāng)線(xiàn)圈剛剛接通電源的時(shí)候。自感電動(dòng)勢(shì)阻礙線(xiàn)圈中電流的增加;當(dāng)電源斷開(kāi)的時(shí)候。自感電動(dòng)勢(shì)又阻礙線(xiàn)圈中電流的減小。線(xiàn)圈的自感系數(shù)越大，這個(gè)現(xiàn)象越明顯，線(xiàn)圈能夠體現(xiàn)電的"慣性"。難點(diǎn)剖析一、對(duì)互感現(xiàn)象的理解例1、如圖所示是一種延時(shí)開(kāi)關(guān)的原理圖，當(dāng)S1閉合時(shí)，電磁鐵F將銜鐵D吸下，C線(xiàn)路接通；當(dāng)S1斷開(kāi)時(shí)，由于電磁感應(yīng)作用，D將延遲一段時(shí)間才被釋放．則（）A．由于A線(xiàn)圈的電磁感應(yīng)作用，才產(chǎn)生延時(shí)釋放D的作用B．由于B線(xiàn)圈的電磁感應(yīng)作用，才產(chǎn)生延時(shí)釋放D的作用C．如果斷開(kāi)B線(xiàn)圈的開(kāi)關(guān)S2，無(wú)延時(shí)作用D．如果斷開(kāi)B線(xiàn)圈的開(kāi)關(guān)S2，延時(shí)將變長(zhǎng)〖答案〗BC〖解析〗線(xiàn)圈A中的磁場(chǎng)隨開(kāi)關(guān)S1的閉合而產(chǎn)生，隨S1的斷開(kāi)而消失．當(dāng)S1閉合時(shí)，線(xiàn)圈A中的磁場(chǎng)穿過(guò)線(xiàn)圈B，當(dāng)S2閉合，S1斷開(kāi)時(shí)，線(xiàn)圈A在線(xiàn)圈B中的磁場(chǎng)變?nèi)?，線(xiàn)圈B中有感應(yīng)電流，B中電流的磁場(chǎng)繼續(xù)吸引D而起到延時(shí)的作用，所以B正確，A錯(cuò)誤；若S2斷開(kāi)，線(xiàn)圈B中不產(chǎn)生感應(yīng)電流而起不到延時(shí)作用，所以C正確，D錯(cuò)誤．二、對(duì)通電自感現(xiàn)象的分析通電瞬間通過(guò)線(xiàn)圈的電流增大，自感電動(dòng)勢(shì)的方向與原電流方向相反，阻礙電流的增加，但不能阻止增加．1．通電瞬間，自感線(xiàn)圈處相當(dāng)于斷路；電流穩(wěn)定時(shí)，自感線(xiàn)圈相當(dāng)于導(dǎo)體．2．與線(xiàn)圈串聯(lián)的燈泡在通電后會(huì)逐漸變亮，直到穩(wěn)定．例2、如圖所示，電路中自感線(xiàn)圈電阻很小，可以忽略不計(jì)．R的阻值和L的自感系數(shù)都很大，A、B為兩個(gè)完全相同的燈泡，當(dāng)S閉合時(shí)，下列說(shuō)法正確的是（）A．A比B先亮，然后A滅B．B比A先亮，然后A燈逐漸變亮C．A、B一起亮，然后A滅D．A、B一起亮，然后B滅〖答案〗B〖解析〗S閉合時(shí)，由于與A燈串聯(lián)的線(xiàn)圈L的自感系數(shù)很大，故在線(xiàn)圈上產(chǎn)生很大的自感電動(dòng)勢(shì)，阻礙電流的增大，所以B比A先亮，由于L的直流電阻很小，所以穩(wěn)定后A燈的電流變大，A燈逐漸變亮，故A、C、D錯(cuò)．穩(wěn)定后，由于與B燈連接的電阻很大，流過(guò)B燈支路的電流很小，所以B燈逐漸變暗，故B正確．三、對(duì)斷電自感現(xiàn)象的分析1．?dāng)嚯姇r(shí)，自感線(xiàn)圈處相當(dāng)于電源．2．?dāng)嚯姇r(shí)，燈泡會(huì)不會(huì)閃亮一下再熄滅取決于通過(guò)燈泡前后電流大小的關(guān)系．若斷電前自感線(xiàn)圈電流IL大于燈泡的電流ID則燈會(huì)閃亮一下再熄滅；若斷電前自感線(xiàn)圈中的電流IL小于或等于燈泡中的電流ID則不會(huì)出現(xiàn)閃亮，而是逐漸熄滅．3．要注意斷電前后通過(guò)燈泡的電流方向是否變化．例3、如圖(a)、(b)所示的電路中，電阻R和自感線(xiàn)圈L的電阻值都很小，且小于燈A的電阻，閉合開(kāi)關(guān)S，使電路達(dá)到穩(wěn)定，燈泡A發(fā)光，則（）A．在電路(a)中，斷開(kāi)S，A將漸漸變暗B．在電路(a)中，斷開(kāi)S，A將先變得更亮，然后漸漸變暗C．在電路(b)中，斷開(kāi)S，A將漸漸變暗D．在電路(b)中，斷開(kāi)S，A將先變得更亮，然后漸漸變暗〖答案〗AD〖解析〗在電路(a)中，燈A和線(xiàn)圈L串聯(lián)，它們的電流相同，斷開(kāi)S時(shí)，線(xiàn)圈上產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，阻礙原電流的減小，流過(guò)燈A的電流逐漸減小，從而燈A只能漸漸變暗．在電路(b)中，電阻R和燈A串聯(lián)，燈A的電阻大于線(xiàn)圈L的電阻，電流則小于線(xiàn)圈L中的電流，斷開(kāi)S時(shí)，電源不再給燈供電，而線(xiàn)圈產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的減小，通過(guò)R、A形成回路，燈A中電流突然變大，燈A變得更亮，然后漸漸變暗，故A、D正確．四、對(duì)自感電動(dòng)勢(shì)及自感系數(shù)的理解1．對(duì)自感電動(dòng)勢(shì)的理解（1）自感電動(dòng)勢(shì)總是阻礙導(dǎo)體中原電流的變化，可概括為“增反減同”．（2）由E＝L知自感電動(dòng)勢(shì)與L和有關(guān)，與ΔI、Δt無(wú)關(guān)．2．對(duì)自感系數(shù)的理解（1）自感系數(shù)的大小由線(xiàn)圈本身的特性及有無(wú)鐵芯決定，線(xiàn)圈越長(zhǎng)，單位長(zhǎng)度的匝數(shù)越多，自感系數(shù)越大．（2）自感系數(shù)與E、ΔI、Δt等均無(wú)關(guān)系．例4、關(guān)于線(xiàn)圈的自感系數(shù)，下面說(shuō)法正確的是（）A．線(xiàn)圈的自感系數(shù)越大，自感電動(dòng)勢(shì)就一定越大B．線(xiàn)圈中電流等于零時(shí)，自感系數(shù)也等于零C．線(xiàn)圈中電流變化越快，自感系數(shù)越大D．線(xiàn)圈的自感系數(shù)由線(xiàn)圈本身的因素及有無(wú)鐵芯決定〖答案〗D〖解析〗線(xiàn)圈的自感系數(shù)是由線(xiàn)圈本身的因素及有無(wú)鐵芯決定的，與有無(wú)電流、電流變化情況都沒(méi)有關(guān)系，故B、C錯(cuò)誤，D正確；自感電動(dòng)勢(shì)的大小除了與自感系數(shù)有關(guān)，還與電流的變化率有關(guān)，故A錯(cuò)誤．訓(xùn)練提升1．下列關(guān)于互感現(xiàn)象的說(shuō)法正確的是（）A．一個(gè)線(xiàn)圈中的電流變化時(shí)，與之靠近的線(xiàn)圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱(chēng)為互感現(xiàn)象B．互感現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，同樣遵循楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律C．利用互感現(xiàn)象能夠?qū)⒛芰坑梢粋€(gè)線(xiàn)圈傳遞到另一個(gè)線(xiàn)圈，人們制造了收音機(jī)的“磁性天線(xiàn)”D．互感現(xiàn)象在電力工程以及電子電路中不會(huì)影響電路的正常工作〖答案〗ABC〖解析〗互感現(xiàn)象能發(fā)生在任何兩個(gè)相互靠近的電路之間，會(huì)影響電路的正常工作，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。2．關(guān)于自感現(xiàn)象，正確的說(shuō)法是（）A．自感電動(dòng)勢(shì)一定和原來(lái)的電流方向相反B．對(duì)于同一線(xiàn)圈，當(dāng)電流變化越大時(shí)，線(xiàn)圈產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)也越大C．對(duì)于同一線(xiàn)圈，當(dāng)電流變化越快時(shí)，線(xiàn)圈的自感系數(shù)也越大D．對(duì)于同一線(xiàn)圈，當(dāng)電流變化越快時(shí)，線(xiàn)圈中的自感電動(dòng)勢(shì)也越大〖答案〗D〖解析〗當(dāng)電流增加時(shí)，自感電動(dòng)勢(shì)的方向與原來(lái)的電流反向，當(dāng)電流減小時(shí)，自感電動(dòng)勢(shì)的方向與原來(lái)的電流同向，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；自感電動(dòng)勢(shì)的大小，與電流變化快慢有關(guān)，與電流變化大小無(wú)關(guān)，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤，選項(xiàng)D正確；自感系數(shù)只取決于線(xiàn)圈的本身因素，與電流變化快慢無(wú)關(guān)，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤。3．如圖所示的電路中，P、Q兩燈泡相同，L的直流電阻不計(jì)，則下列說(shuō)法正確的是（）A．S斷開(kāi)瞬間，P立即熄滅，Q過(guò)一會(huì)才熄滅B．S接通瞬間，P、Q同時(shí)正常發(fā)光C．S斷開(kāi)瞬間，通過(guò)P的電流從右向左D．S斷開(kāi)瞬間，通過(guò)Q的電流與原來(lái)電流方向相反〖答案〗C〖解析〗S接通瞬間，L中電流從0開(kāi)始增大，于是產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，阻礙電流的增大，因此Q不會(huì)立即正常發(fā)光，較P要晚些，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；S斷開(kāi)瞬間，因L的自感作用，通過(guò)P、Q形成的回路的電流逐漸減小為0，且通過(guò)P的電流從右向左，因此，P、Q兩只燈泡會(huì)一起漸漸熄滅，選項(xiàng)A、D錯(cuò)誤，選項(xiàng)C正確。4．如圖所示為測(cè)定自感系數(shù)很大的線(xiàn)圈L直流電阻的電路，L的兩端并聯(lián)一個(gè)電壓表，用來(lái)測(cè)量自感線(xiàn)圈的直流電壓。在測(cè)量完畢后，將電路拆解時(shí)應(yīng)（）A．先斷開(kāi)S1B．先斷開(kāi)S2C．先拆除電流表D．先拆除電壓表〖答案〗B〖解析〗若先斷開(kāi)S1，線(xiàn)圈與電壓