1、高中物理互感和自感教学设计学情分析教材分析课后反思学情分析互感现象法拉第发现电磁感应现象的第一个成功试验就是互感现象。学生前面探究感应电流条件中也做过类似的试验，已有感性认识。教学要求是知道互感现象。因此教学中教师可做些有趣的演示实验，引导学生利用已学知识进行成因分析，明确尽管两个线圈之间并没有导线连接，却可以使能量由一个线圈传递到另一个线圈。这就是互感现象。自感现象学生从前面学习的中知道当穿过回路的磁通量发生变化时，会产生感应电动势，这些结论都是通过实验观察得到的，没有理论证明。但同学们观察到的实验都是外界的磁场引起的回路磁通量的变化，善于动脑筋的同学就会产生这样的思考：当变化的电流通过自身
2、线圈，使自身回路产生磁通量的变化，会不会在自己的回路产生电磁感应现象呢？所以这节课是学生在已有知识上产生的必然探求欲望，教师应抓住这一点。设计探究性课例。自感电动势对电流变化所起的“阻碍”作用，以及自感电动势方向的是学生学习的难点。为突破难点，教师应通过理论探究和实验验证相结合的方法进行教学，为使效果明显，本人特自制教学仪器。互感和自感的效果分析互感定义引出（创设情景，设疑激趣）师生活动：将连有小灯泡的方形线框放在带有铁芯的大线圈上（两者用泡沫绝缘），大线圈接上交变电流，灯亮。通过师生问答形式得出互感定义。定义：当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势，这种
3、现象叫做互感。互感的应用（传递能量、传递信息）对前面演示实验提出互感传递能量，以图片形式展现其应用，自然过渡到互感传递信息的感受实验互感传递音乐，让学生在惊奇中感受到互感的本领，领略知识就是力量的真谛。自感现象引入（自然过渡，思绪流畅）让学生在欣赏音乐的同时思考下面的问题：外界磁场的变化可以引起线圈中产生E感，那么当线圈中自身电流变化而引起自身磁场变化时，其内部是否也会产生E感？先猜想，后实验探究，总结实验得出自感现象定义。师生共同参与断电自感的探究过程（实验的直观性和真实感强的优点利于学生接受，理论分析让学生体会科学研究的严谨性）顺理成章得出自感的定义。结合自感定义和上述分析过程出示通电自感
4、电路图，让学生独立思考，后回答可能出现的现象，理论分析得出现象后用实验验证（让学生体验到理论分析成功的喜悦，再次激起学生对物理学习的兴趣）自感的应用与防止自感现象在生活中又有哪些应用呢？（出示大屏幕）学生体验实验（点打火机），以竞赛的形式激发学生的积极性，再次让学生亲身体会知识就是财富。我们是利用自感现象中两金属夹断开时产生的电火花点燃打火机，有时我们也要避如此电火花的出现。自感的防止，图片介绍自感的冲击体验以游戏的形式结束本节课，最后让学生手拉手围成圈，感受断电自感的强大电压，给学生留下深刻的印象。出示课后思考作业（将探究延伸到课外） 教材分析互感和自感现象是电磁感应现象的特例。学习它们的重
5、要性在于他们具有实际的应用价值。同时对自感现象的观察和分析也加深了对电磁感应产生条件的理解。第六节互感和自感教学设计教学目标：知识与技能1、了解互感和自感现象，掌握自感现象中线圈中电流的变化；2、了解自感现象产生的原因；3、知道自感现象中的一个重要概念自感系数，了解它的单位及影响其大小的因素；4、知道自感电动势与哪些因素有关系。过程与方法1、引导学生从事物的共性中发掘新的个性，从发生电磁感应现象的条件和有关电磁感应得规律，提出自感现象，并推出关于自感的规律；2、会用自感知识分析，解决一些简单的问题，并了解自感现象的利弊以及对它们的防止和利用。情感态度与价值观1、培养学生的自主学习的能力，通过自
6、主获得知识体会自我满足感；2、培养、提高学生尊重科学，利用实验探索研究自然的科学素养。教学重点：1、自感现象及自感系数；2、自感现象中线圈中电流的变化。教学难点：1、自感现象的产生原因分析；2、通、断电自感的演示实验中现象解释。教学建议：本节介绍自感现象和互感现象都是电磁感应现象的特例，主要是为了说明它们在生产和生活中的应用，突出了科学与技术、科学与社会之间的关系，培养学生理论联系实际的能力。教材对自感现象的要求高过互感现象，要把握好课堂让学生掌握自感和自感系数。教学中要重视实验的探究，做好通电自感和断电自感演示实验。总体思路是做好演示实验，引导学生观察实验现象，然后运用电磁感应的有关定律（主
7、要是楞次定律）对实验现象进行分析，使学生了解自感现象产生的原因和理解自感电动势的作用。导入新课老师开讲方法：复习导入师（提问）:产生感应电流的条件是什么？生：穿过电路的磁通量发生变化。师：不论用什么方式，也不管是什么原因，只要穿过电路的磁通量发生了变化，都能引起电磁感应现象。如果电路是闭合的，电路中就会有感应电流。GP线圈L1线圈L2AB知识应用如右图所示，有两个线圈L1、L2共轴放置，当滑动变阻器的滑片向左滑动时，试推理判断通过线圈L2的感应电流的方向。打开知识的大门师生一起来进行解决导入提出的问题：滑片向左滑动，接入电路中的电阻变小，通过线圈线圈L1的电流减小，所以穿过线圈L1的向左的磁通
8、量（安培定则）减小了。同样通过线圈L2的向左的磁通量也减小了，依据楞次定律，线圈L2要“补偿”这种减小，产生向左的感应电流的磁场。然后再一次用安培定则可判断电流由B线圈A。两个线圈并没有用导线连接，当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势，这个模型就是法拉第研究电磁感应现象所做的实验。这样的现象叫做互感。1、互感现象概念辨析两个线圈之间并没有导线相连，但当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势。这种现象叫做互感，这种感应电动势叫做互感电动势。疑难解析互感是一种常见的电磁感应现象，它不仅发生在绕在同一个铁芯上的两个线圈之间，
9、而且可以发生在任何两个相互靠近的电路之间。利用互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈。变压器就是利用互感现象制成的。如下图所示：在电力工程和电子电路中，互感现象有时会影响电路的正常工作，这时要设法减小电路间的互感现象。例如在电路板的刻制时就要设法减小电路间的互感现象。知识拓展收音机接收广播信号我们常用的收音机里面装有“磁性天线”（如图），就是利用互感现象把广播电台的信号从一个线圈传送到另一个线圈。2、自感现象概念辨析当一个线圈中的电流变化时，它产生的变化的磁场不仅在临近的电路中激发出感应电动势，同样在它本身激发出感应电动势。我们来一起做个实验，请大家仔细观察实验，试着用你学过的知识来解释
10、你看到的实验现象。一、通电自感演示实验：通电自感；实验电路图如图所示。接通电路调节活动变阻器使亮灯亮度相同，然后闭合开关后。请同学们仔细观察开关再闭合后，亮灯的发亮情况。现象：在闭合开关瞬间，灯A2立刻正常发光，A1却比A2迟一段时间才正常发光。原因：由于线圈自身的磁通量增加而产生了感应电动势，这个电动势总是阻碍磁通量的变化即阻碍线圈中电流的变化，故通过A1的电流不能立即增大，A1的亮度只能慢慢增加，最终与A2相同。二、断电自感、通过实验演示，提出思考问题。演示实验1：断电自感现象。实验电路如图所示。接通电路，灯泡正常发光后，迅速断开开关，可以看到灯泡闪亮一下再逐渐熄灭。问1：灯泡闪亮一下，说
11、明了什么问题？(引导学生分析得出：灯泡的亮度由其实际功率决定。灯泡闪亮一下，表明在开关断开这一瞬间，通过灯泡的电流比原来大。)问2：在开关断开这一瞬间，增大的电流是从哪里来的？(学生一时回答不了，再用实验启发。)演示实验2：将与灯泡并联的线圈取掉，再演示上述实验，这时灯泡不再闪亮。引导学生分析得出：在开关断开这一瞬间，增大的电流是线圈产生的。问3：线圈本身并不是电源，它又是如何提供电流的呢？、分析实验现象，建立科学概念。(1)讨论：组织学生讨论。出示实验电路图，引导学生运用已学过的电磁感应的知识来分析实验现象。引导学生将这里的线圈与楞次定律磁铁插入线圈中产生感应电流的实验中的线圈加以对比。在后
12、者实验中，线圈本身也不是电源，但在磁铁插入或拔出线圈的过程中，由于线圈中的磁通量发生了变化，故线圈中产生了感应电动势，从而使电路中产生了感应电流。问：这个实验中，在线圈中也发生了电磁感应。那么是什么原因引起在线圈中发生电磁感应的呢？引导学生进一步分析：问1：开关接通时，线圈中有没有电流？(有电流。)问2：有电流通过线圈时，在线圈中会不会产生磁场？根据是什么？(在线圈中会产生磁场。根据电流的磁效应。)问3：既然在线圈中产生了磁场，那么就有磁感线穿过线圈，穿过线圈的磁通量就不等于0。开关断开后，线圈中还有磁通量吗？(没有磁通量了。)问4：那么，在开关断开这一过程中，穿过线圈的磁通量变了吗？如何变化
13、？(变了。从有到无。)问5：穿过线圈的磁通量发生了变化，会发生什么现象？(会发生电磁感应现象，线圈会产生感应电动势。)(2)讨论小结：开关接通后，线圈中存在稳定的电流，线圈内部铁芯存在很强的磁场，穿过线圈的磁通量很大；在开关断开瞬间，线圈中的电流迅速减小到0，穿过线圈的磁通量也迅速减小到0，使线圈产生感应电动势，这时线圈就相当于一个电源。由于开关断开很快，故穿过线圈的磁通量变化很快，就产生了感应电动势，阻碍电流减小，并给灯泡供电。三、建立概念：上述现象属于一种特殊的电磁感应现象，发生电磁感应的原因是通过导体本身的电流发生变化而引起磁通量变化。这种电磁感应现象称为自感。自感现象：由于导体本身的电
14、流发生变化而产生的电磁感应现象。自感电动势：在自感现象中产生的感应电动势。结论1:自感电动势的作用（通电自感）“ 阻碍”原电流的增加，但最终没有“阻止”其增加结论2：自感电动势的作用（断电自感）“ 阻碍”原电流的减少，但最终没有“阻止”其减少知识拓展 自感现象的应用日光灯的原理日光灯就是利用自感现象的例子。灯管的两端各有一个灯丝，灯管内充有微量的氩和稀薄的天然汞蒸汽，灯管内壁涂有荧光物质。当灯管内的气体被击穿而导电时，灯管两端的灯丝就会释放出大量的电子，这些电子与汞原子碰撞而放出紫外线，涂在灯管内的荧光物质在紫外线的照射下发出可见光，根据不同的需要充以不同的气体，并在管的内壁上涂上不同的荧光物
15、质，就可制造出不同颜色的日光灯了。日光灯的电路图如下图所示：其中，启动器的作用是当开关闭合时电源把电压加在启动器两极间，使氖气放电发出辉光，辉光产生的热量使U形触片膨胀变形接触静触片使电路导通，于是镇流器中的线圈和灯管中的灯丝就有电流通过，电路接通后，启动器中的氖气停止放电，U形触片冷却收缩恢复原状，电路断开，镇流器线圈因自感产生一个瞬时高压，这个高压加上电源两端的电压一起加在灯管的两端，使水银蒸汽开始放电导通，使日光灯发光。在启动器两触片间还并联了一个电容，它的作用是在动静触片分离时避免产生火花而烧毁，没有电容器，启动器也能正常工作，日光灯启动后，启动器就不需要了。镇流器就是一个自感系数很大
16、的线圈，在日光灯点燃时，利用自感现象，产生瞬时高压，在日光灯正常发光时，利用自感现象起降压限流的作用。3、自感系数概念辨析问：感应电动势的大小跟什么因素有关？(感应电动势的大小跟磁通量的变化快慢有关。)自感电动势的大小跟其他感应电动势的大小一样，跟穿过线圈的磁通量的变化快慢有关。而在自感现象中，穿过线圈的磁通量是由电流引起的，故自感电动势的大小跟导体中电流变化的快慢有关。理论分析表明：ELI/tL称为线圈的自感系数，简称自感或电感。自感是表示线圈产生自感电动势本领大小的物理量。L的大小跟线圈的形状、长短、匝数、有无铁芯有关。单位：亨利(H)1 H103mH106H4、磁场的能量概念辨析问题情景
17、：在断电实验中,开关断开后,灯泡的发光还能持续一段时间,有时甚至比开关断开前更亮,这时灯泡的能量是从哪里来的呢?电源断开以后，线圈中电流不会立即消失，这时的电流仍然可以做功，说明线圈储存能量。当开关闭合时，线圈中的电流从无到有，其中的磁场也是从天到有，这可以看作电源把能量输送到磁场，储存在磁场中。这里我们知识一个合理的假设，有关电磁场能量的直接式样验证，要在我们认识了电磁波之后才有可能。总结：开关闭合时线圈中有电流，电流产生磁场，能量储存在磁场中，开关断开时，线圈作用相当于电源，把磁场中的能量转化成电能。一、选择题1下列关于自感现象的说法正确的是()A自感现象是由于导体本身的电流发生变化而产生
18、的电磁感应现象B线圈中自感电动势的方向总与引起自感的原电流的方向相反C线圈中自感电动势的大小与穿过线圈的磁通量变化的快慢有关D加铁芯后线圈的自感系数比没有加铁芯时要大解析：选ACD.自感现象是导体本身电流变化使得穿过线圈的磁通量变化而产生的电磁感应现象，自感电动势与线圈的磁通量变化快慢有关，故A、C正确，自感电动势阻碍原电流的变化，并不一定与原电流反向，B错误2关于线圈的自感系数，下面说法正确的是()A线圈的自感系数越大，自感电动势一定越大B线圈中电流等于零时，自感系数也等于零C线圈中电流变化越快，自感系数越大D线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定 答案：D3.如图4614所示，L为自
19、感系数较大的线圈，电路稳定后小灯泡正常发光，当断开开关S的瞬间会有()A灯A立即熄灭B灯A慢慢熄灭C灯A突然闪亮一下再慢慢熄灭D灯A突然闪亮一下再突然熄灭解析：选A.当开关S断开时，由于通过自感线圈的电流从有变到零，线圈将产生自感电动势，但由于线圈L与灯A串联，在S断开后，不能形成闭合回路，因此灯A在开关断开后，电源供给的电流为零，灯就立即熄灭4.如图4615所示，多匝线圈L的电阻和电池内阻不计，两个电阻的阻值都是R，电键S原来是断开的，电流I0E2R，今合上电键S将一电阻短路，于是线圈有自感电动势产生，此电动势()A有阻碍电流的作用，最后电流由I0减小到零B有阻碍电流的作用，最后电流总小于I
20、0C有阻碍电流增大的作用，因而电流将保持I0不变D有阻碍电流增大的作用，但电流最后还是增大到2I0解析：选D.电键S由断开到闭合瞬间，回路中的电流要增大，因而在L上要产生自感电动势根据楞次定律，自感电动势总是要阻碍引起它的电流的变化，这就是说由于电流增加引起的自感电动势，要阻碍原电流的增加而阻碍不是阻止，电流仍要增大，而达到稳定后其电流为2I0，故选项D正确5如图4616所示，电路中L为一自感线圈，两支路直流电阻相等，则()A闭合开关S时，稳定前电流表A1的示数等于电流表A2的示数B闭合开关S时，稳定前电流表A1的示数大于电流表A2的示数C闭合开关S时，稳定前电流表A1的示数小于电流表A2的示
21、数D断开开关S时，稳定前电流表A1的示数小于电流表A2的示数解析：选B.闭合开关时，线圈中产生与电流反向的自感电动势起到阻碍作用，所以电流表A2的示数小于电流表A1的示数断开开关时，线圈中产生与原电流同向的自感电动势，并与R组成临时回路，电流表A1与电流表A2示数相等只有B项正确自感与互感的教学反思本节课的教学主要是借助实验现象，并且由此分析该现象，给出自感的定义。其中分析的关键词是：自感电动势的作用是阻碍自身电流的增加或者减少，即自身电流的变化。在学生学习过程中经常遇到对此加以任意引申的例子：比如，通电自感中，线圈电流增加，自身会产生自感电动势，以阻碍电流的增加。有些同学会说：“线圈中的自感
22、电流与原电流方向相反，以阻碍电流的增加。”这个想法到底对不对呢？仔细审视之下，发现一个问题，教材中的说法从来只有“自感电动势作用是什么，没出现过自感电流之类的说法”。学生问过这些说法是否可以等效，我也仔细想过，有个体会不知正确与否：我们为了研究电动势的方向，通常会有一种通俗易懂的做法，那就是假设这个电源引起了电流，那么该电流的方向即为电动势的方向。我们经常忽视了一种电磁感应的本质问题，那就是产生电动势（相当于电源），而非产生电流！我想：学生会出现一些非本质问题的似是而非的想法，是源于我们教师的一些惯性做法和说法，我们总是先判断如果有电流的话，电流方向会怎样。以至于学生都认为引起感应电流才是事实
23、的本质。还有就是精密电阻的双线绕法问题，同样也是电磁感应问题的一桩疑案：能不能引起电磁感应现象判断的依据应是穿过研究回路的磁通量是否发生变化，（这个最简单的思路）而同学们却理解成两个自感问题，若是思维如此发散的话，不仅是两个自感，恐怕还要加上两个互感吧。还有由双线绕法拓展的问题：条形磁铁由线圈顶部自由下落，磁铁为什么做自由落体运动呢？这个问题仍然要从根本上解决，从穿过两个线圈的磁通量变化相同得出电动势方向相反大小相同，从而确定双线回路不产生感应电流。互感和自感课标分析 教 学 目 标 (一)知识与技能 1.知道什么是互感现象和自感现象。 2.知道自感系数是表示线圈本身特征的物理量,知道它的单位
24、及其大小的决定因素。 3.知道自感现象的利与弊及对它们的利用和防止。 4.能够通过电磁感应部分知识分析通电、断电自感现象的原因及磁场的能量转化问题。 (二)过程与方法 1.通过对两个自感实验的观察和讨论,培养学生的观察能力和分析推理能力。 2.通过自感现象的利弊学习,培养学生客观全面认识问题的能力。 (三)情感、态度与价值观 自感是电磁感应现象的特例,使学生初步形成特殊现象中有它的普遍规律,而普遍规律中包含了特殊现象的辩证唯物主义观点教学方法本节课教学采用“引导-探究”教学法，该教学法以解决问题为中心，注重分析问题、解决问题能力的培养，充分发挥学生的主动性。其主要程序是：猜想假设理论探究科学预测设计实验实验验证得出结论实际应用。它不仅重视知识的获得，而且更重视学生获取知识的过程及方法，更加突出了学生的学，学生学得主动，学得积极。通过演示实验,引导学生观察现象、分析实验，真正体现了“教为主导，学为主体”的思想。 教 学 手 段 自感现象示教板,多媒体课件
