自感现象教案(1)

自感现象教案(1)

第8页 自感的教案示例之二 ‎　‎ 教学目的 ‎　‎ 指导学生运用观察、实验、分析、综合的方法，认识自感现象及其特点，解释生产和生活中的某些自感现象，提高学生分析问题的能力和运用物理知识解决实际问题的能力。‎ ‎　‎ 教学过程 ‎　‎ 一、复习提问 ‎　‎ 师：上节课提到了几种不同形式的电磁感应现象，如磁铁向线圈中插入或从线圈中拔出，闭合电路的一部分导体在磁场里作切割磁感线的运动等。你们认为引起电磁感应现象最重要的条件是什么？‎ 生（回答要点）：穿过电路的磁通量发生变化。‎ 师：对！不论采用什么方式，只要能使穿过电路的磁通量发生变化，均能引起电磁感应现象。（为讲授自感打下基础。）‎ 那么：引起电磁感应现象条件的最简单的表达方式是什么？‎ 生：（回答要点）：△Φ≠0。‎ 师：根据法拉第电磁感应定律，电路中的感应电动势多大？‎ 师：在学习中经常接触到磁通量Φ、磁通量的变化量△Φ与磁通量的 第8页 使学生区分电磁感应现象中几个相近而又容易混淆的概念，为学习自感扫除障碍。）‎ ‎　‎ 二、新课教学 ‎　‎ ‎1．揭示现象，提出问题 ‎（1）按图1所示的“千人震”电路图，出示其中各元件，说明：‎ E是由4节一号干电池串联组成的6V直流电源。L为带闭合铁芯的线圈。拆开铁芯，取出线圈，使学生了解L的结构，在黑板上画出L的示意图（图2），对照示意图强调：线圈有电流通过，线圈周围存在磁场，穿过线圈的磁通量Φ不为零。线圈的电流变化，线圈周围的磁场也随之变化，必将引起穿过线圈的磁通量Φ发生变化。‎ ‎（这段讲解似乎在复习旧知识，但实质上是为自感的学习打下伏笔，扫除学生学习自感的主要障碍。）‎ 电键K是由两根导线的裸露铜线构成的。两根导线的端部剥去1～2厘米长的绝缘皮，用两只手的拇指和食指捏住裸露铜线，以余下裸露铜线的搭接或分开，作为电键的接通或断开。‎ ‎（2）随意指定一位学生上台，用两只手分别接触电源E的正、负极，接触L线圈的两端，询问学生是否有触电的感觉。‎ ‎（学生试验后回答：无触电感觉。教师指出： 36V以下的电压对人体是安全的，一般不会引起触电感觉。直流电源的电压为6V，L线圈不是电源，接触它们的两端应该没有触电的感觉。）‎ ‎（3）将上述元件按图1连成电路，要求同一学生用两只手分别捏住裸露铜线的A、B 第8页 处，将裸露铜线的余下部分搭接好，然后迅速分开，该学生有强烈的触电感觉。从该学生的表情和动作，其余的学生也可以意识到这点。随后，多名学生上台做同样的实验，均有强烈的触电感觉。实验表明，在电键K从接通到断开瞬间，A、B之间产生了很高的电压。‎ ‎（4）提出问题：在A、B触点断开瞬间，A、B间的高压从何而来？（实验后，学生学习情绪高涨，教师针对性地提出问题后，学生表现出强烈的探求欲望。这时，教师要注意控制教学节奏，不要急于提出答案，而要求学生通过阅读课本、互相研讨、认真思考，在已有的电磁感应现象知识基础上，探求问题的答案。）‎ ‎2．分析现象，建立概念 ‎（1）研讨：组织学生讨论，引导学生运用已学过的电磁感应现象的规律分析现象，提出自己对实验现象的解释。‎ ‎（2）研讨小结（引导学生自己作出。）：在图1所示的电路中，当电键K搭接后，线圈中存在稳定的电流I，线圈内部铁心中存在很强的磁场，穿过线圈的磁通量很大；在电键K断开瞬间，在很短的时间△t内，线圈中的电流迅速减小到零，穿过线圈的磁通量也迅速从Φ减小到零，磁通量的变化量△Φ虽不是很大。但由于△t很小，在电键K由接通至断开瞬间，对于起试验学生强烈触电感觉的高压的来源。‎ ‎（3）建立概念：上述现象属于一种特殊的电磁感应现象，其中穿过电路磁通量的变化是由于通过导体本身的电流发生变化而引起的。这种由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象，叫做自感现象。在自感现象中产生的感应电动势，叫做自感电动势。‎ ‎（板书）‎ ‎（4）演示现象，强化概念：按图3安置电路，图中E、L与图1m ，R、R1均为0～10Ω滑动变阻器，A1、A2均为3.8V小灯泡，K为电键。先对电路进行调节：合上电键K，调节变阻器R的电阻，使灯泡A1和A2的明亮程度相同。再调节变阻器R1使两个灯泡都正常发光，然后断开电键K。‎ 第8页 师：接通电键K，请哪位同学指出观察到的现象？‎ 生：A2立即正常发光，A1逐渐亮起来。‎ 师：为什么会出现这种现象呢？‎ 生：接通电路瞬间，电路中的电流增大，穿过线圈L的磁通量也随着增加，线圈中必定产生自感电动势。这个自感电动势是阻碍线圈中电流变化的。所以通过A1的电流只能逐渐增大，A1也只能逐渐亮起来。‎ 师：由此可见，在自感现象中既可能是由于导体本身的电流增加，也可能是由于导体本身的电流减小，其关键在于引起穿过电路的磁通量发生变化。‎ ‎3．综合因素，讲授规律 ‎（1）讲授：自感现象既然是一种电磁感应现象，所以自感电动势也是 另外，磁通量Φ跟磁感应强度B成正比。在自感现象中，B又跟产生 圈的自感系数，简称自感或电感。‎ ‎（2）演示：重新按图1电路安置“千人震”实验，将线圈圈数从400匝减为100匝，在同等条件下，学生触电的感觉减弱；取掉线圈的闭合铁心，学生的触电感觉几乎消失。演示现象说明，线圈的自感系数是由线圈本身的特性决定的。通常情况下，线圈单位长度上的匝数越多，它的自感系数越大；线圈有铁芯时的自感系数，比没有铁芯时要大得多。‎ ‎（3）讲授：自感系数的单位是亨利，简称亨，国际符号是H。亨利是一个较大的单位，像我们实验中用到的这个圈数为400匝、绕在闭合铁芯上的线圈，自感系数约为5亨左右。比亨小的单位有毫亨和微亨，他们之间的关系是：‎ ‎1亨=103毫亨=106微亨。‎ ‎（板书）‎ 第8页 ‎4．运用规律，分析问题 ‎（1）引言：自感现象是在导体本身的电流发生变化（增加或减少）时而产生的电磁感应现象。在实际生产和生活中，自感现象是普遍存在的，特别是在电路切断瞬间，由于很短时间△t内，电路中的电流发生较大的变化，如果电路中的自感系数L又比较大，则将产生很大的自感电动势，在图1所示的“千人震”实验中，这个很高的自感电动势已引起了同学们强烈的触电感觉。在实际生产中，如何利用这一自感电动势为我们造福和防止这一自感电动势给我们带来的危害呢？‎ ‎（2）自感电动势的利用——日光灯镇流器 ‎（a）简述日光灯电路图（图4），对照示教板说明它主要由灯管、镇流器和起动器组成。‎ ‎（b）出示日光灯管、镇流器、起动器的实物，简介它们的构造和日光灯管发光的机制。在介绍镇流器构造时，强调它的圈数很多，而且有闭合铁心，因而它的自感系数L很大。‎ ‎（c）保证日光灯正常发光必须满足两个条件：开始点燃时需要一个高出电源电压很多的瞬时电压；点燃后要求灯管上的电压大大低于电源电压。‎ 这两方面的要求都是利用跟灯管串联的镇流器产生的自感电动势来达到的。‎ ‎（d）演示日光灯发光过程，说明自感电动势的作用：整个演示由具体到抽象，分三个阶段进行。‎ 第一阶段——从电路板上取下起动器，将接起动器的两线头搭接5～10秒钟，此时可以看到灯管两端灯丝发黄光，说明电路中（包括镇流器）有电流通过。随后将两线头拉开，灯管发光。提出问题：灯管开始点燃需要的瞬时高电压如何获得的？（启发学生在对图1“千人震”实验认识的基础上，回答：断电瞬间镇流器上产生很高的自感电动势，这一自感电动势加在灯管两端，满足了灯管点燃需要的瞬时高压。）‎ 第8页 日光灯正常发光后，电流回路为：电源—镇流器—灯管—电源。由于变化的交变电流不断通过镇流器线圈，线圈中产生自感电动势，而且它总是阻碍电流变化的。这样镇流器起着降压限流的作用，保证日光灯正常发光。‎ 第二阶段——在电路板起动器的位置，安装一只手动电键。手动电键接通5～10秒钟后断开，日光灯发光。由此使学生认识到起动器通、断在日光灯电路工作上的作用。‎ 第三阶段——在电路板的起动器位置上，接出两根长导线，将导线的另一端接上一个取掉铝外壳的起动器，然后将此起动器置于投影仪上，使起动器玻璃壳内的U形触片与静触片的放大图象清晰地在银幕上显现出来，以利于观察U形触片发生的微小伸缩变化。接通日光灯的电源开关后，可以明显地看到U形触片膨胀伸长→两个触片接通，然后U形触片冷却收缩→两个触片断开，在触片由接通到断开瞬间，日光灯发光。观察表明：起动器起着自动开关的作用，在它由接通到断开瞬间，镇流器上产生很高的自感电动势，导致日光灯开始发光。‎ ‎（3）防止自感电动势的危害——油开关。‎ ‎（a）观察油开关实物，指出结构上的特点（开关放在绝缘性能良好的油中）。‎ ‎（b）讲授原因：对于自感系数很大而电流又很强的电路在切断电路瞬间会产生很高的自感电动势，开关闸刀与固定夹片之间会形成电弧，导致开关烧坏。‎ 开关放在绝缘性能良好的油中，能防止电弧产生，保证安全。‎ ‎（板书）‎ ‎　‎ 三、巩固新课 ‎　‎ ‎1．讨论：在制造精密线绕电阻时，为了消除在使用过程中，由于电流的变化引起的自感现象，往往采用如图5所示的双线绕法。为什么采用双线绕法的精密线绕电阻，可以消除自感现象？（学生回答要点：两根平行电阻丝中电流方向相反，它们的磁场互相抵消。当导线中的电流变化时，穿过电路的磁通量不发生变化，所以自感现象减弱到可忽略的程度。）‎ 第8页 图5‎ ‎2．观察图6实验，解释实验现象发生的原因。‎ 师：接通电路，灯泡A正常发光后，再断开电路，请指出在断开电路瞬间，看到什么现象，并说明出现这种现象的原因。‎ 生（回答要点）：电路断开瞬间→通过线圈的电流突然减弱→穿过线圈的磁通量很快地减少→线圈中产生自感电动势→引起灯泡闪亮一下才熄灭。‎ ‎　‎ 四、布置作业 ‎　‎ ‎1．绕制日光灯镇流器的线圈，若圈数比规定值少了很多。这样的镇流器接入电路，会带来哪些不利的影响？‎ ‎2．什么是自感现象？什么是自感系数？写出计算自感电动势的公式。‎ ‎　‎ 教学说明 ‎　‎ 本节内容是“电磁感应”章的重要组成部分，它使学生在掌握电磁感应现象的规律后，进一步认识一种特殊的、普遍存在的电磁感应现象——自感现象，并运用电磁感应知识解释有关的实际问题。所以本节在电磁感应一章的教学中，既有承上启下的功能，又有延伸的作用。采用实验、讲授课型，授课时数为两课时。‎ 从常规教学的角度来看，一堂好的物理课应该达到五个方面的要求，这就是“结构好、引入好、问题好、实验好、语言好”，本课题的授课就是按照这五个方面的要求来设计的。‎ 一堂课的结构就相当于建筑物的框架，是决定一堂课成败的最重要因素。物理课的课堂结构应该跟人类认识自然规律的过程吻合，应该跟学生思考物理问题的心理活动吻合。因此“复习、课题、探究、结论、运用”五段式就成了物理课堂教学结构的主要模式。‎ 第8页 在复习阶段，本教案强调了“磁通量发生变化（△Φ≠0）”是发生电磁感应现象的基本条件，不论用何种方式，只要能满足这一要求，均能发生电磁感应现象。这样，复习就不只是简单地复述已经学过的知识，而是为新课讲授扫清了障碍，打下了基础。‎ 在学生明确自感现象是学习的课题后，教师进一步指导学生用观察、实验、分析、综合的方法，探究自感现象的概念、规律，并及时地得出结论。在学生掌握了有关自感现象的理论之后，教师又通过日光灯、油开关等具体事例，说明自感现象规律在实际中的应用，引导学生完成认识上的新飞跃。纵观整篇授课录结构上是完整的。‎ 一堂物理课的引人十分重要，一开始就要使学生明确课题，引起学生对课题的强烈兴趣。在教案设计上，采取从观察实验引人的方法，而且取消了课本上原定的两个实验，改用了一个“千人震”的实验，让学生在实验中亲自感受到自感电动势带来的触电感觉，从而激发起对自感现象的强烈探求欲望。良好的开端是成功的一半，一堂课在学生兴趣盎然，强烈探求欲望中开始，下面的教学就会顺当多了。‎ 在引人实验之后，针对性地提出了一个问题：“高压从何而来？”这是一个贯穿整个课题教学的好问题，它能激励学生思考，“欲进有难，欲罢不能”，问题明白了，自感现象的概念也就建立了；它又能引起学生联想，帮助学生理解自感现象在镇流器、油开关上的应用，解答“灯泡闪亮”等课堂实验练习。这样的问题联系着课题教学的中心内容，是一条贯穿教学始终的线索。在这类问题的带动和启示下，教学就会层次清楚、线索分明、生动活泼。在物理教学中，我们应该深挖教材内容，并在此基础上确定一个至二个贯穿始终的好问题，这是带活整个课题教学的有力举措。‎ 本课题教学中安排了多个演示实验，其演示的效果直接关系到教学的成败。其中，图1、图3、图6所示的演示实验，课本上虽提及，但对于电路中所采用的元件未给出具体数据，演示效果很难令人满意。经过多次实践，找到了效果很好的实验办法：自感线圈L用J2425型学生可拆变压器的初级线圈（取“0”与“4×100”两接线柱作线圈接头），线圈铁芯用原变压器的闭合铁芯；E由四节新一号电池串联构成（效果比用“低压电源”好）；图3中A1、A2 均为3.8V额定电压的小灯泡，R、R1均为0～10Ω滑动变阻器；图6中A为6.3V额定电压的小灯泡。‎ 在演示日光灯电路（图4）时，起动器内的变化是很难看清楚的。为了使学生清晰地看到起动器内U形触片与静触片之间由自动接通到断开的过程，教学中可借助投影仪，将起动器内部的U形触片与静触片图象放大在银幕上，清晰地显现出来，使演示更直观、生动、有效地解决了演示中的难点。‎ 教学语言好同样是保证物理课堂教学效果的重要一环，物理课堂教学语言可以归纳为有声系统的口头语言、体态系统的姿势语言、符号系统的辅助语言和演示系统的暗示语言等四种，在教学中只有发挥这四种语言的协同作用，才能保证教学有很强的艺术性。限于只作“教学说明”，对物理教学语言问题就不作过多的阐述了。‎