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《互感和自感》教学设计

(2012-10-12 22:10:46)
标签:

刘成刚

平安县

自感现象

感应电动势

互感和自感

教育

(www.youzhikew.com)有配套视频,欢迎大家来观看

 

《互感和自感》教学设计

青海省平安县第一中学 (810600)刘成刚

 一、教材分析与教学设计思路

   1.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。

2.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。

3.教学设计思路

为突出物理知识的形成过程和应用过程的科学方法,本教学设计采取“实验体验-理论探究”和“猜想、假设、理论预测、设计实验、验证、得出结论”相结合的思路分别研究断电自感和通电自感。以利于提高学生分析问题、解决问题的能力。

为突出物理知识与生活的联系,突出在技术、社会领域的应用,本人设计了让学生体验自感触电,并在探究的过程中,让学生估算自己的触电电压(约150V),使学生有真实感。学生分组实验,模拟利用自感点火,使学生知道物理知识的价值。

  二、教学目标

  (一)知识与技能

   1.了解互感现象和自感现象,以及对它们的利用和防止。

   2.能够通过电磁感应的有关规律分析通电、断电自感现象的成因,并能利用自感知识解释自感现象。

  3.了解自感电动势的计算式,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。

  4.初步了解磁场具有能量。

  (二)过程与方法

1.通过人体自感实验,增强学生的体验真实感。激发学生探究欲望

2.通过理论探究和实验设计,培养学生科学探究的方法。加深对电磁感应现象的理解。 

  (三)情感、态度与价值观

   1.通过学生体验,激发学生对科学的求知欲和兴趣。

   2.理解互感和自感是电磁感应现象的特例,让学生感悟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。

   根据上述分析与思路确定如下的教学重点与难点。

      三、重难点

重点:(1)自感现象产生的原因;(2)自感电动势的方向;(3)自感现象的应用

  难点:自感电动势对电流的变化进行阻碍的认识。

四、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。真正体现了“教为主导,学为主体”的思想。

   五、学法指导;课前提出问题,让学生提前思考,见后。

六、课时分配:2课时;本课时只学习第一课时。

  七、教学媒体

  教师用:多媒体课件;互感变压器;自制自感现象演示仪;干电池;mp3;音箱;变压器;小线圈;小灯泡;导线若干,

   学生用(8人一组):带铁芯的线圈 ;抽掉打火装置的打火机;干电池(6V);电键;导线等。

    八、教学流程(第一学时)

   (一) 互感 

情境创设:利用可拆变压器进行实验,原线圈接在电源,使副线圈电路中的灯泡发光

提出问题:两个线圈之间并没有导线连接,灯泡为什么能发光?

理论探究:引导学生通过已学知识分析,学生思考后解释原因。

引入课题:互感现象。

   1.当一个线圈中电流变化,在另一个线圈中产生感应电动势的现象,称为互感。

   互感现象中产生的感应电动势,称为互感电动势。

   2.应用互感:变压器;收音机的“磁性天线”。

     演示:声音电信号互感现象,让互感线圈一个接mp3,一个接音放。

    3.减小互感:互感现象可发生于任何两个相互靠近的电路之间。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,要采取措施屏蔽。例举数据线。

      过渡语:当一个线圈的电流变化时,它的变化磁场在邻近的电路中激发了感应电动势,那么它会不会在自身的线圈中也激发感应电动势呢?

(二)自感

    情景创设:让几位同学按如图1“串联”在电路里,电源4节干电池

 操作方法:

.闭合开关前,学生体验-―――"无感觉";

.闭合开关后,学生体验-―――"无感觉";

.断开开关瞬间,学生突然受到电击-―――"迅速收回双手”

  引入课题 四节干电池何以使这么多同学同时受到电击?学生对此引发的思维疑问和惊奇而提出问题,

  提出问题:1.电源断开了,电从何处激发而来? 2.是发生电磁感应吗? 3.假若是,能解释上面的现象吗?

学生探究,学生交流后解释原因,Ppt演示。学生估算自己所承受的瞬间电压。

得出结论1:当电流减少时,线圈中能产生电磁感应现象。感应电流方向与原电流方向相同,阻碍电流的减少,推迟了电流减少的时间。

再次提出问题: 电流增大时,又会是怎样的情景呢?

   猜想:可能是线圈发生电磁感应现象

假设:假设线圈发生电磁感应现象

理论分析:感应电动势阻碍电流的增加,电流不会立即达到,只能缓慢增加,即有延时性

鼓励学生设计实验:选出学生设计的通电自感实验电路图如下?请大家分析是否合理?如果不合理,请提出改进方案

   

 

 

 

 

 

 

分析讨论:

方案1如图甲(无法判断。不合理)

方案2如图乙(开关闭合瞬间灯泡能发光。由于灯泡的明暗快慢变化显示了线圈中电流的变化情况,但是一个灯泡没有对比,无法说明问题,无法说明问题。不合理)

方案3如图丙(同规格灯泡,将调到既能看到延时,又能对比,合理)

方案3预测:开关闭合瞬间,灯立即变亮,逐渐变亮的现象

分析原因可知 由楞次定律,在通电瞬间,线圈电流增大时,穿过线圈的磁通量增加,线圈中产生生感应电动势(自感电动势),它阻碍了线圈中电流的增大,推迟了电流达到常值的时间,因此出现逐渐变亮的现象。这种阻碍有别于阻止。最终达到正常值。

进行实验,证实猜测。

得出结论2:与预测相同

当电流增加时,线圈中能产生电磁感应现象。感应电流方向与原电流方向相反,阻碍电流的增加,推迟了电流增加的时间。

引出定义:

自感:1.由于导体(如:线圈)本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象,叫自感现象。

  2.自感现象中产生的电动势叫自感电动势。

 

  自感电动势的作用:阻碍导体中自身的电流变化。

 

  注意:“阻碍”不是“阻止”,电流原来怎么变化还是怎么变,只是变化变慢了,即对电流的变化起延迟作用。

   自感的利用与防护:利用:自感现象在各种电器设备和无线电技术中有广泛的应用,自感线圈是交流电路的重要元件。以后的学习会讲到。

例  日光灯等;燃气灶打火  制造精密电阻等

防护:变压器、电动机等器材都有很大的线圈,当电路断开时会产生很大的电动势,使开关产生电火花,引起人身伤害,因此电动机等大功率用电器开关最好把开关浸在绝缘油中,避免出现电火花。

(三)、学生分组实验:模拟打火装置或没有防护措施的电动机开关断开的情景

(四)、学以致用:问题:1.画出断电前后,通过线圈电流《互感和自感》教学设计青海省平安县第一中学 (810600)刘成刚 - 优质课网 - 优质课网的博客和灯泡电流《互感和自感》教学设计青海省平安县第一中学 (810600)刘成刚 - 优质课网 - 优质课网的博客随时间t变化的图像?(已知《互感和自感》教学设计青海省平安县第一中学 (810600)刘成刚 - 优质课网 - 优质课网的博客,调节灯泡微亮时,)

2.断电时灯泡将做出怎样的反应?

实验验证。

(五)、要点回顾:

要点1  无论是外界引起的磁通量变化,还是自身引起的磁通量变化,只要穿过回路的磁通量发生了变化,都能产生感应电动势(这是我们对电磁感应的进一步理解.)

要点2 自感电动势总是阻碍电流的变化。显示出“电惯性”其方向与电流方向的关系为:增反减同

要点3  自感的效果是延迟了电流变化的时间

科学方法经历:猜想、假设、理论推理、设计实验、验证、得出结论。

结束语:上面我们研究了自感电动势的方向,那么自感电动势的大小与什么因素有关呢?下一节继续探究。

(六)、作业,查阅资料,了解电感镇流器日光灯的构造和分析镇流器工作原理

(七)教学反思:本节课的课题是《互感与自感》,教学目标顺利达成,教学中较好的体现了新课程理念,课堂气氛活跃,学生学习兴趣浓厚,较好的突破了教学难点。这节课的设计比较新颖,不拘泥于教材。加强了学生的体验,互动和探究。实践证明有很强的可行性。具体如下。

对于互感,我通过变压器互感使灯泡发光和通过MP3音乐互感使音箱发音,使学生通过看和听真切的感受到了互感的存在,从生活走向物理,大大诱发了学生的学习兴趣。

对于自感部分的教学,我做了较大的改进。书上是直接给出了两个通电和断电实验,而我却采用了让学生先做了一个“有惊无险”的断电自感实验,使学生体验深刻,很好的激起了学生的探究欲望。这个实验的另一优点是,学生参与面广,师生互动,且器材易得,改装方便。

对于通电自感,与教材相比,我也做了很大的改进。把这一内容设计成了探究课。通过猜想、设计实验、预测结果、实验验证、得出结论的方法,使学生经历了比较完整的科学探究过程,也使学生对知识的理解和能力的提高很好地结合起来。

 

最后,又通过学生分组实验,利用断电自感,模拟打火装置,使物理走向社会,学生感受到了学物理的意义。同时进一步提高了学物理的兴趣。

这节课较好的处理了课堂的生成性,当实际实验中把电压接成6v后(原设置3v),一切数据就按6v计算,并将结果写在黑板上,以示与屏幕上的区别。

本节课还有一个亮点,通过自制断电、通电自感演示仪器,效果比成品仪器好的多。

不足之处:,(1)由于实验条件所限,分组实验人数较多,部分同学未亲自打火。(2)因为学生未见过传感器,探究中学生未意识到用仪器即时反应电流变化的问题。(3)教学中部分实验结果按预设进行了计算,但情况有变,数据在屏幕上没法改,显得有点尴尬。(4)过于急躁在学生回答问题时插话,打断学生的回答,致使某些提问的学生不能全面的回答问题(5)有的地方给学生留的思考时间还不够充分。

备注:自感学生学法指导

 

情形1.探究电流减少时的自感现象

 

如图所示,  

 

(1)当通过线圈电流减少时,磁场如何变化?通过线圈的磁通量如何变化,感应磁场的方向如何?感应电流(感应电动势)方向如何?

(2)若感应电流的方向与原电流方向相同,对原电流的减少阻止了吗?若没有?对原电流将起到什么作用?画出电源断开后,《互感和自感》教学设计青海省平安县第一中学 (810600)刘成刚 - 优质课网 - 优质课网的博客随时间《互感和自感》教学设计青海省平安县第一中学 (810600)刘成刚 - 优质课网 - 优质课网的博客变化的大致图像。

(3)设计的电路如图所示3,已知,,电源断开后,灯将出现什么现象?方向与断开前有什么区别?

 

 

情形2 电流增大,线圈自身电磁感应分析

如图

 

(1)你相信变化的电流通过线圈时,能在自身线圈激发感应电流(感应电动势)吗?

(2)若存在可能,当通过线圈电流增大时,磁场如何变化?通过线圈的磁通量如何变化,感应磁场的方向如何?感应电流(感应电动势)方向如何?

(3)若感应电流的方向与原电流方向相反,对原电流的增加阻止了吗?若没有?对原电流将起到什么作用?

(4)若感应电流对原电流增加起到延时作用,你能设计一个电路验证吗?画出电路图?

(5)若用开关闭合使电流增大,请画出在电健闭合后,感应电流随时间变化的大致图像?

参考文献;

(1) 人教版选修3-2教师教学用书

(2) 安忠 刘炳昇 中学物理实验教学研究p117-123

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