【物理】4.6《自感和互感》示范教案（新人教版選修32）.doc

4.6互感和自感【教學(xué)目標】1、知識與技能（1）了解互感現(xiàn)象的電磁感應(yīng)特點。（2）指導(dǎo)學(xué)生運用觀察、實驗、分析、綜合的方法，認識自感現(xiàn)象及其特點。（3）明確自感系數(shù)的意義及決定條件。（4）了解日光燈的工作原理。2、過程與方法（1）能用電磁感應(yīng)原理，解釋生產(chǎn)和生活中的某些自感現(xiàn)象。（2）提高學(xué)生分析問題的能力和運用物理知識解決實際問題的能力。3、情感態(tài)度和價值觀培養(yǎng)、提高學(xué)生尊重科學(xué)，利用實驗探索研究自然的科學(xué)素養(yǎng)【教學(xué)重點】自感現(xiàn)象產(chǎn)生的原因及特點?！窘虒W(xué)難點】運用自感知識解決實際問題?！窘虒W(xué)方法】討論法、探究法、試驗法、練習(xí)法【教學(xué)用具】 變壓器原理說明器(用400匝線圈)、3.8v0.3a燈泡兩只、滑動變阻器、電源(3v)、導(dǎo)線、開關(guān)，日光燈組件，多媒體課件【教學(xué)過程】一、復(fù)習(xí)舊課，引入新課師：前面我們學(xué)習(xí)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，了解了幾種不同形式的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。如磁鐵向線圈中插入或拔出時、閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線的運動時等，都會引起感應(yīng)電動勢，發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象。你們認為引起電磁感應(yīng)現(xiàn)象最重要的條件是什么？生：穿過電路的磁通量發(fā)生變化。師：不論用什么方式，也不管是什么原因，只要穿過電路的磁通量發(fā)生了變化，都能引起電磁感應(yīng)現(xiàn)象。如果電路是閉合的，電路中就會有感應(yīng)電流。二、新課教學(xué)在法拉第的實驗中兩個線圈并沒有用導(dǎo)線連接，當(dāng)一個線圈中的電流變化時，在另一個線圈中為什么會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢呢？（一）互感現(xiàn)象兩個線圈之間并沒有導(dǎo)線相連，但當(dāng)一個線圈中的電流變化時，它所產(chǎn)生的變化的磁場會在另一個線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。這種現(xiàn)象叫做互感，這種感應(yīng)電動勢叫做互感電動勢。利用互感現(xiàn)象可以把能量由一個線圈傳遞到另一個線圈。變壓器就是利用互感現(xiàn)象制成的。如下圖所示。 在電力工程中和電子電路中，互感現(xiàn)象有時會影響電路的正常工作，這時要設(shè)法減小電路間的互感現(xiàn)象。例如在電路板的刻制時就要設(shè)法減小電路間的互感現(xiàn)象。 (二)、自感現(xiàn)象1、演示實驗，提出問題演示實驗1：斷電自感現(xiàn)象。實驗電路如圖所示。接通電路，燈泡正常發(fā)光后，迅速斷開開關(guān)，可以看到燈泡閃亮一下再逐漸熄滅。演示多媒體課件。問1：燈泡閃亮一下，說明了什么問題？(引導(dǎo)學(xué)生分析得出：燈泡的亮度由其實際功率決定。燈泡閃亮一下，表明在開關(guān)斷開這一瞬間，燈泡兩端的電壓比原來大。)問2：在開關(guān)斷開這一瞬間，增大的電壓從哪里來的。(學(xué)生一時回答不了。再用實驗啟發(fā)。)演示實驗2：將與燈泡并聯(lián)的線圈取掉。再演示上述實驗，這時燈泡不再閃亮。引導(dǎo)學(xué)生分析得出：在開關(guān)斷開這一瞬間，增大的電壓是線圈產(chǎn)生的。問3：線圈本身并不是電源，它又是如何提供高電壓的呢？2、分析現(xiàn)象，建立概念 討論：組織學(xué)生討論。出示實驗電路圖，引導(dǎo)學(xué)生運用已學(xué)過的電磁感應(yīng)的知識來分析實驗現(xiàn)象。 引導(dǎo)學(xué)生將這里的線圈與p、6圖42。2所示實驗中的線圈加以對比。在圖42。2所示實驗中，線圈本身也不是電源，但在磁鐵插入或拔出線圈的過程中，由于線圈中的磁通量發(fā)生了變化，故線圈中產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢，從而使電路中產(chǎn)生了感應(yīng)電流。 問：這個實驗中，線圈也發(fā)生了電磁感應(yīng)。那么是什么原因引起線圈發(fā)生電磁感應(yīng)呢？ 引導(dǎo)學(xué)生進一步分析：問1：開關(guān)接通時，線圈中有沒有電流？(有電流。)問2：有電流通過線圈時，線圈會不會產(chǎn)生磁場？根據(jù)是什么？(線圈會產(chǎn)生磁場。根據(jù)電流的磁效應(yīng)。)問3：既然線圈產(chǎn)生了磁場，那么就有磁感線穿過線圈，線穿過線圈的磁胎量就不等于0。開關(guān)斷開后，線圈中還有磁通量嗎？(沒有磁通量了。)問4：所以，在開關(guān)斷開這一過程中，穿過線圈的磁通量變了嗎？如何變化？(變了。從有到無。)問5：穿過線圈的磁通量發(fā)生了變化，會發(fā)生什么現(xiàn)象？(會發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，線圈會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。) 討論小結(jié)：開關(guān)接通后，線圈中存在穩(wěn)定的電流，線圈內(nèi)部鐵芯存在很強的磁場，穿過線圈的磁通量很大；在開關(guān)斷開瞬間，線圈中的電流迅速減小到0，穿過線圈的磁通量也迅速減小到0，使線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這時線圈就相當(dāng)于一個電源。由于開關(guān)斷開很快，故穿過線圈的磁通量變化很快，就產(chǎn)生了較大的感應(yīng)電動勢，使燈泡兩端的電壓增大了。 建立概念：上述現(xiàn)象屬于一種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，發(fā)生電磁感應(yīng)的原因是由于通過導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變化而引起磁通量變化。這種電磁感應(yīng)現(xiàn)象稱為自感。自感現(xiàn)象：由于導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。自感電動勢：在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。練習(xí)：在實驗中，若線圈l的電阻rl與燈泡a的電阻ra相等，則電鍵 斷開前后通過線圈的電流隨時間的變化圖像為 圖，通過燈泡的電流隨時間的變化圖像為 圖；若rl遠小于ra，則電鍵 斷開前后通過線圈的電流隨時間的變化圖像為 圖，通過燈泡的電流圖像為 圖。it a b c dititit答案：a；c；b；d3、演示實驗，強化概念【演示實驗3】演示通電自感現(xiàn)象。實驗電路如圖。開關(guān)接通時，可以看到，燈泡2立即正常發(fā)光，而燈泡1是逐漸亮起來的。問：為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢？(開關(guān)接通時，線圈中的電流從無到有，使得穿過線圈的磁通量從無到有，線圈中產(chǎn)生了自感電動勢，使燈1逐漸亮起來。)問：為什么自感電動勢不是使燈泡1突然變得很亮，而是使它慢慢變亮呢？4、綜合因素，講解規(guī)律教師說明：在自感現(xiàn)象中，自感電動勢的產(chǎn)生是由于導(dǎo)體本身的電流發(fā)生了變化而引起的，而自感電動勢卻總是阻礙導(dǎo)體中原來電流的變化的。特點：自感電動勢總是阻礙導(dǎo)體中原來電流的變化的。具體而言： 如果導(dǎo)體中原來的電流是增大的，自感電動勢就要阻礙原來電流的增大。 i原，則自(i自)與i原相反(引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材p97第2段對通電自感的解釋。) 如果導(dǎo)體中原來的電流是減小的，自感電動勢就要阻礙原來電流的減小。 i原，則自(i自)與i原相同5、分析實驗，深化理解實驗1稱為斷電自感現(xiàn)象，實驗2稱為通電自感現(xiàn)象。那么，在實驗1中電路接通的瞬間，線圈是否發(fā)生自感？在實驗2中，把開關(guān)斷開時，線圈是否發(fā)生自感現(xiàn)象呢？(都發(fā)生自感。只不過是我們觀察不到。)實驗2中，如果以很快的頻率反復(fù)打開、閉合開關(guān)，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象呢？(燈1 不亮，燈2閃亮。)實驗1中開關(guān)斷開了，電源已不再給燈泡提供電能了，燈還閃亮一下。這些能量是哪里來的呢？是憑空產(chǎn)生了能量嗎？(線圈提供的。線圈中有電流時，線圈產(chǎn)生磁場，磁場也具有能量。當(dāng)開關(guān)斷開后，磁場能通過電磁感應(yīng)轉(zhuǎn)化為電能，由線圈提供給燈泡。這說明電磁感應(yīng)中也遵循能量守恒。)練習(xí)：實驗中，當(dāng)電鍵閉合后，通過燈泡1的電流隨時間變化的圖像為 圖；通過燈泡2的電流隨時間變化的圖像為 圖。itititit答案：c；a(二)、自感系數(shù)問：感應(yīng)電動勢的大小跟什么因素有關(guān)？(感應(yīng)電動勢的大小跟磁通量的變化快慢有關(guān)。)自感電動勢的大小跟其它感應(yīng)電動勢的大小一樣，跟穿過線圈的磁通量的變化快慢有關(guān)。而在自感現(xiàn)象中，穿過線圈的磁通量是由電流引起的，故自感電動勢的大小跟導(dǎo)體中電流變化的快慢有關(guān)。(引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材p23第2、3段。)理論分析表明： e=li/t。l稱為線圈的自感系數(shù)，簡稱自感或電感。自感表示線圈產(chǎn)生自感電動勢本領(lǐng)大小的物理量。l的大小跟線圈的形狀、長短、匝數(shù)、有無鐵芯有關(guān)。單位：亨利(h) 1h=103mh=106h(三)、自感現(xiàn)象的應(yīng)用日光燈的原理日光燈就是利用自感現(xiàn)象的例子。燈管的兩端各有一個燈絲，燈管內(nèi)充有微量的氬和稀薄的天然汞蒸汽，燈管內(nèi)壁涂有熒光物質(zhì)。當(dāng)燈管內(nèi)的氣體被擊穿而導(dǎo)電時，燈管兩端的燈絲就會釋放出大量的電子，這些電子與汞原子碰撞而放出紫外線，涂在燈管內(nèi)的熒光物質(zhì)在紫外線的照射下發(fā)出可見光，根據(jù)不同的需要充以不同的氣體，并在管的內(nèi)壁上涂上不同的熒光物質(zhì)，就可制造出不同顏色的日光燈了。日光燈的電路圖如下圖所示：其中：啟動器的作用是當(dāng)開關(guān)閉合時電源把電壓加在啟動器兩極間，使氖氣放電發(fā)出輝光，輝光產(chǎn)生的熱量使u形觸片膨脹伸長接觸靜片而電路導(dǎo)通，于是鎮(zhèn)流器中的線圈和燈管中的燈絲就有電流通過，電路接通后，啟動器中的氖氣停止放電，u形觸片冷卻收縮，電路斷開，鎮(zhèn)流器線圈因自感產(chǎn)生一個瞬時高壓，這個高壓加上電源兩端的電壓一起加在燈管的兩端，使水銀蒸汽開始放電導(dǎo)通，使日光燈發(fā)光。在啟動器兩觸片間還并聯(lián)了一個電容，它的作用是在動靜觸片分離時避免產(chǎn)生火花而燒毀，沒有電容器，啟動器也能正常工作，日光燈啟動后，啟動器就不需要了。鎮(zhèn)流器就是一個自感系數(shù)很大的線圈，在日光燈點燃時，利用自感現(xiàn)象，產(chǎn)生瞬時高壓，在日光燈正常發(fā)光時，利用自感現(xiàn)象起降壓限流的作用。（四）磁場中的能量開關(guān)閉合時線圈中有電流，電流產(chǎn)生磁場，能量儲存在磁場中，開關(guān)斷開時，線圈作用相當(dāng)于電源，把磁場中的能量轉(zhuǎn)化成電能。【課堂練習(xí)】例1、關(guān)于自感現(xiàn)象，正確的說法是：a、感應(yīng)電流一定和原電流方向相反；b、線圈中產(chǎn)生的自感電動勢較大的其自感系數(shù)一定較大；c、對于同一線圈，當(dāng)電流變化越大時，線圈中產(chǎn)生的自感電動勢也越大；d、自感電動總是阻礙原來電流變化的。解：d。例2、如圖所示，兩個電阻的阻值都是r，多匝線圈的電阻和電源內(nèi)阻均可忽略不計。電鍵s原來斷開，此時電路中的電流為i0=/2r。現(xiàn)將s閉合，于是線圈產(chǎn)生自感電動勢，此自感電動勢的作用是：a、使電路的電流減小，最后由i0將小到0；b、有阻礙電流增大的作用，最后電流小于i0；c、有阻礙電流增大的作用，因而電流總保持不變；d、有阻礙電流增大的作用，但電流還是增大，最后等于i0。解：d。說明：要深刻理解“阻礙”的意思。阻礙并不等于“阻止”。當(dāng)原電流增大時，自感電動勢要阻礙電流的增大，但電流最后還是要增大的，只不過增大得慢些(如通電自感實驗中所見)；當(dāng)原電流減小時，自感電動勢要阻礙電流的減小，但電流最后還是要減小的，只不過減小得慢些(如斷電自感實驗中所見)。自感電動勢的作用只不過是起一個“延時”作用。例3、如圖所示的電路中，l是一帶鐵芯的線圈，r為電阻。兩條支路的直流電阻相等。那么在接通和斷開電鍵的瞬間，兩電流表的讀數(shù)i1、i2的大小關(guān)系是：a、接通時i1i2； b、接通時i1i2，斷開時i1i2； d、接通時i1=i2，斷開時i1i2。解：b?！菊n堂小結(jié)】本節(jié)課我們一起探究了電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的另類問題自感現(xiàn)象，自感現(xiàn)象它也是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的一種，只是導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變化而在自己身上產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，它不違背法拉第電磁感應(yīng)定律，自感現(xiàn)象也遵從楞次定律“增反減同”的規(guī)律。由于線圈自身自感的作用，使得電路中的電流變化的時間延長了，我們所看到的現(xiàn)象是燈逐漸地變亮或等亮一會在熄滅，還有的燈要閃亮一下。特別是自感的應(yīng)用日光燈，與我們生活很接近，我們平時都應(yīng)該注意生活中的電現(xiàn)象?！景鍟O(shè)計】4.6互感和自感1、 當(dāng)一個線圈中電流變化，在另一個線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象，稱為互感?；ジ鞋F(xiàn)象產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，稱為互感電動勢。2、由于導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，叫自感現(xiàn)象。3、自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢叫自感電動勢。（1）自感電動勢的作用：阻礙導(dǎo)體中原來的電流