2022年高中物理 自感現(xiàn)象及其應(yīng)用教案 粵教版選修3
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1、2022年高中物理 自感現(xiàn)象及其應(yīng)用教案 粵教版選修3 一、教材分析: 自感現(xiàn)象是一種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象,教材通過實驗探究,使學(xué)生明白自感現(xiàn)象的規(guī)律都符合電磁感應(yīng)現(xiàn)象的一般規(guī)律。導(dǎo)體本身的電流變化,引起磁通量變化,這是產(chǎn)生自感現(xiàn)象的原因;而根據(jù)楞次定律,自感電動勢的作用是阻礙電流變化,即當(dāng)電流增大時,自感電動勢阻礙電流增大,當(dāng)電流減小時,自感電動勢阻礙電流減小。 然后教材通過討論與交流,利用類比,電磁感應(yīng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢與磁通量的變化率成正比,那么自感電動勢與什么因素有關(guān)?能啟迪學(xué)生思考,然后通過實驗探究,要讓學(xué)生自己動手,并把實驗現(xiàn)象觀察結(jié)果填寫在表格中,從而引出自感系數(shù)。 日光燈是
2、常用的設(shè)備。課本介紹了日光燈的結(jié)構(gòu)和發(fā)光特點,然后通過“觀察與思考”欄目,讓學(xué)生搞清楚日光燈的工作原理,并總結(jié)鎮(zhèn)流器所起的作用。并在書末簡單提出了電子鎮(zhèn)流器及新型燈具,引導(dǎo)學(xué)生進一步收集資料、自行探究。 二、教學(xué)目標(biāo) (一)知識與技能 1.知道什么是自感現(xiàn)象。 2.知道自感系數(shù)是表示線圈本身特征的物理量,知道它的單位及其大小的決定因素。 3.知道自感現(xiàn)象的利與弊及對它們的利用和防止。 4.能夠通過電磁感應(yīng)部分知識分析通電、斷電自感現(xiàn)象的原因及磁場的能量轉(zhuǎn)化問題。 (二)過程與方法 1.通過對兩個自感實驗的觀察和討論,培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和分析推理能力。 2.通過自感現(xiàn)象的利弊學(xué)
3、習(xí),培養(yǎng)學(xué)生客觀全面認識問題的能力。 (三)情感、態(tài)度與價值觀 自感是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的特例,使學(xué)生初步形成特殊現(xiàn)象中有它的普遍規(guī)律,而普遍規(guī)律中包含了特殊現(xiàn)象的辯證唯物主義觀點。 三、教學(xué)重點 1.自感現(xiàn)象。 2.自感系數(shù)。 四、教學(xué)難點 分析自感現(xiàn)象。 五、教學(xué)方法 通過演示實驗,引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象、分析實驗 六、教學(xué)用具: 自感現(xiàn)象示教板,CAI課件。 七、教學(xué)過程 (一)引入新課 教師:在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是什么? 學(xué)生:只要穿過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. 教師:引起回路磁通量變化的原因有哪些? 學(xué)生:磁場的變化
4、;回路面積的變化;電流的變化引起磁場的變化等。 教師:這里有兩個問題需要我們?nèi)ニ伎迹? (1)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? (2)當(dāng)電路自身的電流發(fā)生變化時,會不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢呢? 本節(jié)課我們學(xué)習(xí)這方面的知識。 (二)進行新課 1.自感現(xiàn)象 教師:當(dāng)電路自身的電流發(fā)生變化時,會不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢呢?下面我們首先來觀察演示實驗。 [實驗1]演示通電自感現(xiàn)象。 教師:出示示教板,畫出電路圖(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
5、常發(fā)光,然后斷開開關(guān)S。重新閉合S,觀察到什么現(xiàn)象?(實驗反復(fù)幾次) 學(xué)生:跟變阻器串聯(lián)的燈泡A2立刻正常發(fā)光,跟線圈L串聯(lián)的燈泡A1逐漸亮起來。 教師:為什么A1比A2亮得晚一些?試用所學(xué)知識(楞次定律)加以分析說明。 學(xué)生:分組討論(可以提醒學(xué)生這時出現(xiàn)了新電源,電源在哪里?電動勢方向又如何?) 師生共同活動:電路接通時,電流由零開始增加,穿過線圈L的磁通量逐漸增加,L中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的方向與原來的電流方向相反,阻礙L中電流增加,即推遲了電流達到正常值的時間。 [實驗2]演示斷電自感。 教師:出示示教板,畫出電路圖(如圖所示)接通電路,待燈泡 A正常發(fā)光
6、。然后斷開電路,觀察到什么現(xiàn)象? 學(xué)生:S斷開時,A燈突然閃亮一下才熄滅。 教師:為什么A燈不立刻熄滅? 學(xué)生:分組討論(可以提醒學(xué)生這時出現(xiàn)了新電源,電源在哪里?電動勢方向又如何?) 師生共同活動:當(dāng)S斷開時,L中的電流突然減弱,穿過L的 磁通量逐漸減少,L中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,方向與原電流方向相同,阻礙原電流減小。L相當(dāng)于一個電源,此時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,說明流過A的電流比原電流大。 教師:用多媒體課件在屏幕上打出i—t變化圖,如下圖所示. (師生共同活動:總結(jié)上述兩個實驗得出結(jié)論) 導(dǎo)體本身電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象叫自感現(xiàn)象。自感
7、現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢叫自感電動勢。 教師:自感現(xiàn)象有其有利的一面,也有其有害的一面。請同學(xué)們課下查閱資料,舉出自感現(xiàn)象在電工技術(shù)和電子技術(shù)中有哪些應(yīng)用,又有哪些需要避免的實例。 2.自感系數(shù) 教師:自感電動勢的大小決定于哪些因素呢?請同學(xué)們閱讀教材內(nèi)容。然后用自己的語言加以概括,并回答有關(guān)問題。 學(xué)生:閱讀教材。 教師:自感電動勢的大小決定于哪些因素?說出自感電動勢的大小的計算公式。 學(xué)生:自感電動勢的大小與線圈中電流的變化率成正比,與線圈的自感系數(shù)L成正比。寫成公式為 E =L 教師:電流的變化率是什么? 學(xué)生:與磁通量的變化率相似,電流的變化率反映電流變化的快慢,其值等于
8、電流的變化與所用時間的比值。 教師:什么叫自感系數(shù)呢? 學(xué)生:自感系數(shù)是用來表示線圈的自感特性的物理量。 教師:線圈的自感系數(shù)與哪些因素有關(guān)? 學(xué)生:線圈的自感系數(shù)與線圈的大小、形狀、圈數(shù)、是否帶有鐵芯等因素有關(guān)。 教師:實驗表明,線圈越大,越粗,匝數(shù)越多,自感系數(shù)越大。另外,帶有鐵芯的線圈的自感系數(shù)比沒有鐵芯時大得多。 教師:自感系數(shù)的單位是什么? 學(xué)生:亨利,符號H,更小的單位有毫亨(mH)、微亨(μH) 1H=103 mH 1H=106μH 3.自感現(xiàn)象的防止及應(yīng)用: 日光燈原理(應(yīng)用) 日光燈的構(gòu)造 鎮(zhèn)流
9、器的作用——是自感系數(shù)很大的帶鐵心的線圈,啟動時,產(chǎn)生高電壓,幫助點燃; 正常工作時的線圈起降壓限制電流作用,保護燈管。 注意:燈管兩端的電壓與鎮(zhèn)流器的電壓之和不等于電源電壓。 啟動器的作用——自動開關(guān)可用普通開關(guān)或短絕緣導(dǎo)線代替。正常工作時不起作用,可以去掉。 4.磁場的能量 教師:在斷電自感的實驗中,為什么開關(guān)斷開后,燈泡的發(fā)光會持續(xù)一段時間?甚至?xí)仍瓉砀粒吭噺哪芰康慕嵌燃右杂懻摗? 學(xué)生:分組討論。 師生共同活動:推斷出能量可能存儲在磁場中。 教師指出:以上只能是一種推斷,電磁場具有能量還需要進一步的實驗驗證。 教師:教材最后一段說,線圈能夠體現(xiàn)電
10、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:當(dāng)線圈通電瞬間和斷電瞬間,自感電動勢都要阻礙線圈中電流的變化,使線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,說線圈能夠體現(xiàn)電的“慣性”。線圈的自感系數(shù)越大,這個現(xiàn)象越明顯,可見,電的“慣性”大小決定于線圈的自感系數(shù)。 (三)課堂總結(jié)、點評 教師活動:讓學(xué)生概括總結(jié)本節(jié)的內(nèi)容。請一個同學(xué)到黑板上總結(jié),其他同學(xué)在筆記本上總結(jié),然后請同學(xué)評價黑板上的小結(jié)內(nèi)容。 學(xué)生活動:認真總結(jié)概括本節(jié)內(nèi)容,并把自己這節(jié)課的體會寫下來、比較黑板上的小結(jié)和自己的小結(jié),看誰的更好,好在什么地方。 點評:總結(jié)課堂內(nèi)容
11、,培養(yǎng)學(xué)生概括總結(jié)能力。 教師要放開,讓學(xué)生自己總結(jié)所學(xué)內(nèi)容,允許內(nèi)容的順序不同,從而構(gòu)建他們自己的知識框架。 (四)實例探究 ☆自感現(xiàn)象的分析與判斷 【例1】如圖所示,電路甲、乙中,電阻R和自感線圈L的電阻值都很小,接通S,使電路達到穩(wěn)定,燈泡D發(fā)光。則 ( ) A.在電路甲中,斷開S,D將逐漸變暗 B.在電路甲中,斷開S,D將先變得更亮,然后漸漸變暗 C.在電路乙中,斷開S,D將漸漸變暗 D.在電路乙中,斷開S,D將變得更亮,然后漸漸變暗 解析:因R、L阻值很小,在電路甲中,線圈L與燈泡D串聯(lián),L中電流很小,斷開S時自感電動勢較小,自感作用使D與L中的電流值從S接
12、通穩(wěn)定后開始減小,D將逐漸變暗,而不是立即熄滅。在電路乙中,L與D、R并聯(lián),穩(wěn)定時L中電流比D中電流大,斷開S的瞬間,L中電流從開始的穩(wěn)定值逐漸減小,所以斷開瞬間,通過燈泡D的電流變大,D將變得更亮,然后漸漸變暗。正確選項為AD 點評:S接通后電路穩(wěn)定,比較L與D中電流大小,S斷開后,因自感作用L、D、R構(gòu)成回路有電流,判斷D變暗還是變亮,關(guān)鍵是看S斷開后從L流到D中的電流比D中原來(S未斷開時)的電流是大還是小。 【例2】如圖所示,自感線圈的自感系數(shù)很大,電阻為零。電鍵K原來是合上的,在K斷開后,分析: (1)若R1>R2,燈泡的亮度怎樣變化? (2)若R1<R2,燈泡的亮度怎樣變化
13、? 解析:燈泡的亮度由它的實際功率I2R即流過燈泡中的電流來決定。因而必須從題設(shè)條件出發(fā)討論在各種情況下流過燈泡中的電流。 K斷開后,原來電源提供給小燈泡的電流立即消失,但L中因自感而產(chǎn)生逐漸減弱的電流流過小燈泡,使小燈泡逐漸變暗到熄滅。 (1)因R1>R2,即I1<I2,所以小燈泡在K斷開后先突然變到某一較暗狀態(tài),再逐漸變暗到最后熄滅。 (2)因R1<R2,即I1>I2,小燈泡在K斷開后電流從原來的I2突變到I1(方向相反),然后再漸漸變小,最后為零,所以燈泡在K斷開后先變得比原來更亮,再逐漸變暗到熄滅。 點評:(1)若是理想線圈,即直流電阻為零。 ①L與燈泡串聯(lián)時,通過燈泡的電
14、流與L中電流始終同步,因而不能突變。
②L與燈泡并聯(lián)時,通過燈泡的電流與L中的電流在電路接通時不同步,即燈絲中電流突變到最大再漸漸變小到零,而L中電流從零逐漸增大到最大;斷開電路時,L因自感而對燈絲供電,使燈絲中的電流從零突變到原來L中的電流值,再漸漸變?yōu)榱恪?
(2)當(dāng)L與燈絲并聯(lián)且L的電阻不為零時,接通電源時燈絲中電流突變?yōu)樽畲?,再慢慢減小,而L中的電流由零開始逐漸增大到穩(wěn)定;穩(wěn)定后L和燈絲中都有電流,因而燈不會熄滅。
斷開電源時:要討論RL=R燈、RL>R燈、RL 15、中正確的是( )
圖16-69
?、俸仙祥_關(guān)S接通電路時,A2先亮,A1后亮,最后一樣亮 ②合上開關(guān)S接通電路時,A1和A2始終一樣亮?、蹟嚅_開關(guān)S切斷電路時,A2立刻熄滅,A1過一會兒才熄滅 ④斷開開關(guān)S切斷電路時,A1和A2都要過一會兒才熄滅
A.①③ B.①④ C.②③ D.②④
解析:本題考查了對通電自感和斷電自感現(xiàn)象的理解,以及純電感線圈在電流穩(wěn)定時相當(dāng)于一根短路導(dǎo)線.通電瞬間,L中有自感電動勢產(chǎn)生,與L在同一支路的燈A1要逐漸變亮,而A2和電源構(gòu)成回路則立即亮;穩(wěn)定后,A1與A2并聯(lián),兩燈一樣亮.?dāng)嚅_電鍵瞬間,L中有自感電動勢,相當(dāng)于電源, 16、與A1、A2構(gòu)成回路,所以兩燈都過一會兒才熄滅.故B選項正確.
限時訓(xùn)練:
1.下列關(guān)于自感現(xiàn)象的說法中,正確的是 ( )
A.自感現(xiàn)象是由于導(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
B.線圈中自感電動勢的方向總與引起自感的原電流的方向相反
C.線圈中自感電動勢的大小與穿過線圈的磁通量變化的快慢有關(guān)
D.加鐵芯后線圈的自感系數(shù)比沒有鐵芯時要大
2.關(guān)于線圈的自感系數(shù),下面說法正確的是 ( )
A.線圈的自感系數(shù)越大,自感電動勢一定越大
B.線圈中電流等于零時,自感系數(shù)也等于零
C.線圈中電流變化越快,自感系數(shù)越大
D.線圈的自感系數(shù)由線圈本身的因素及 17、有無鐵芯決定
3.磁通量的單位是_____,磁感強度的單位是_____,自感系數(shù)的單位是_____。
4.如圖所示,L為一個自感系數(shù)大的自感線圈,開關(guān)閉合后,小燈能正常發(fā)光,那么閉合開關(guān)和斷開開關(guān)的瞬間,能觀察到的現(xiàn)象分別是 ( )
A.小燈逐漸變亮,小燈立即熄滅
B.小燈立即亮,小燈立即熄滅
C.小燈逐漸變亮,小燈比原來更亮一下再慢慢熄滅
D.小燈立即亮,小燈比原來更亮一下再慢慢熄滅
5.如圖所示是一演示實驗的電路圖。圖中L是一帶鐵芯的線圈,A是一燈泡。起初,開關(guān)處于閉合狀態(tài),電路是接通的?,F(xiàn)將開關(guān)斷開,則在開關(guān)斷開的瞬間,通過燈泡A的電流方向是從_____端經(jīng)燈泡到 18、_____端.這個實驗是用來演示_____現(xiàn)象的。
6.如圖所示的電路中,燈泡A1、A2的規(guī)格完全相同,自感線圈L的電阻可以忽略,下列說法中正確的是 ( )
A.當(dāng)接通電路時,A2先亮,A1后亮,最后A2比A1亮
B.當(dāng)接通電路時,A1和A2始終一樣亮
C.當(dāng)斷開電路時,A1和A2都過一會兒熄滅
D.當(dāng)斷開電路時,A2立即熄滅,A1過一會兒熄滅
7.如圖所示電路中,A1、A2是兩只相同的電流表,電感線圈L的直流電阻與電阻R阻值相等.下面判斷正確的是 ( )
A.開關(guān)S接通的瞬間,電流表A1的讀數(shù)大于A2的讀數(shù)
B.開關(guān)S接通的瞬間,電流表A1的讀數(shù)小于A2的 19、讀數(shù)
C.開關(guān)S接通電路穩(wěn)定后再斷開的瞬間,電流表A1的讀數(shù)大于A2的讀數(shù)
D.開關(guān)S接通電路穩(wěn)定后再斷開的瞬間,電流表A1讀數(shù)等于A2的讀數(shù)
8.如圖所示,L是電感足夠大的線圈,其直流電阻可忽略不計,D1和D2是兩個相同的燈泡,若將電鍵S閉合,等燈泡亮度穩(wěn)定后,再斷開電鍵S,則 ( )
A.電鍵S閉合時,燈泡D1、D2同時亮,然后D1會變暗直到不亮,D2更亮
B.電鍵S閉合時,燈泡D1很亮,D2逐漸變亮,最后一樣亮
C.電鍵S斷開時,燈泡D2隨之熄滅,而D1會亮一下后才熄滅
D.電鍵S斷開時,燈泡D1隨之熄滅,而D2會更亮后一下才熄滅
參考答案:
1.ACD 20、 2.D 3.Wb T H 4.A 5.b、a、自感(或斷電自感)6.C 7.BD 8.AC
教學(xué)反思:
自感現(xiàn)象是“電磁感應(yīng)”章的重要組成部分,它是學(xué)生在掌握電磁感應(yīng)現(xiàn)象的規(guī)律后,進一步認識一種特殊的、普遍存在的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。自感電動勢是一個抽象的概念,其產(chǎn)生的原因?qū)W生較容易接受,但它對電流變化所起的“阻礙”作用、以及自感電動勢方向的確定卻是教學(xué)的一個難點。
這節(jié)課設(shè)計了3個實驗(以小實驗“千人震”引入,再做傳統(tǒng)的斷電自感和通電自感實驗),設(shè)置“環(huán)環(huán)相扣,步步深入”且?guī)в刑魬?zhàn)性的問題,引導(dǎo)學(xué)生積極地進入問題情境,主動參與“問題解決”。 在傳統(tǒng)的自感現(xiàn)象演示實驗中,學(xué)生看到 21、燈泡的明滅與日常生活經(jīng)驗不同,固然會感到很奇怪,但這種感覺遠遠比不上自身被電擊帶來的震驚和好奇,想要弄明白“一群人為什么會被三節(jié)干電池電擊”的想法立即轉(zhuǎn)化為一種強烈的求知欲,使哪怕平時上課心不在焉的學(xué)生也會興趣盎然地融入整個教學(xué)氛圍。這種學(xué)習(xí)的熱情甚至延續(xù)到課后練習(xí)的完成上,次日上課時很多同學(xué)都積極地問我什么時候評講練習(xí)。
或許經(jīng)受震撼的十幾人還不足以引起共鳴,再通過《通電自感》和《斷電自感》,緊緊地吸引著全班同學(xué)的眼球。他們?nèi)褙炞⒌赜^察實驗現(xiàn)象。通電燈亮,而斷電燈卻更亮的鮮、奇、趣、怪的物理現(xiàn)象,而引發(fā)思考。你采用“環(huán)環(huán)相扣,步步深入”的實驗,為學(xué)生提供有用的信息源,使學(xué)生自覺進入感受信息,發(fā)揮信息角色,讓他們在參與活動的同時獲取認識和享受物理的樂趣。你根據(jù)學(xué)生的認識規(guī)律,通過設(shè)問點撥學(xué)生的思維方向和教學(xué)活動的方向,引導(dǎo)學(xué)生的認知沖突,激發(fā)起學(xué)生疑惑、驚奇、詫異的情感,進而產(chǎn)生一種積極探究的愿望,深化學(xué)習(xí)的興趣,促進積極思維,教學(xué)效果顯著。
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