《互感和自感》说课稿(省级获奖实验说课案例)

《互感和自感》说课稿使用教材普通高中课程标准实验教科书物理人教版选修3-2。二、实验器材线圈A（1000匝）、塑料圆筒（透明）、可拆粗导线（带接口）、细导线（较软，约1米长）、音箱、手机、支架、2节干电池、1个开关、1个自感线圈、1个小灯泡、1个滑动变阻器、电流传感器A、电流传感器B、燃气灶电磁打火装置等。三、实验创新要点实验一“互感现象演示”，教材配套的互感实验用的是灯泡，通过灯泡的亮度知道互感现象，这是视觉效果。这个实验改用听觉效果，并且在课堂上选择播放节奏明快、时尚流行的歌曲，学生的情绪很快就被调动起来，实验操作过程尽收眼底，带点玩魔术的性质，学生兴趣盎然。实验二“断电自感”以及实验三“通电自感”，教材上有配套的相关实验，但这两个实验只能对自感进行定性分析。新设计的实验四“利用电流传感器研究自感”能对自感现象进行更为精准地研究，巧妙地利用A、B两个电流传感器代替灯泡接入两条支路，连接数据采集器，再传送到电脑，电脑屏幕上能够即时反映电路中电流随时间的变化情况，使学生对自感现象的规律有更为深刻的理解。实验五“探究自感的应用与防止—燃气灶点火装置”，本实验将物理知识与生活实践相联系，进一步培养学生实验探究与合作的能力，进一步提高学生的物理学科核心素养。四、实验原理实验一：如果有两只线圈互相靠近，则其中第一只线圈中电流所产生的磁通量有一部分穿过第二只线圈。当第一线圈中电流发生变化时，则穿过第二只线圈的磁通量也发生变化，在第二只线圈中产生感应电动势。这种现象叫做互感现象。图1互感现象演示实验如图1所示，当打开手机音乐时，尽管线圈1和线圈2彼此相距数十厘米，并且并不直接用引线相连接，喇叭（或音箱）却能发出悦耳的音乐乐曲，此时我们只要关闭手机A的电源则喇叭立即不发音，由此可见喇叭发出声音正是通过线圈L1和L2的互感作用将音乐电信号传递到喇叭的。如此一来，互感线圈能将一个电信号从一个线圈传递到另一个线圈直观地、形象地演示出来。这就是简单的无线通信的演示实验。实验二：如图2所示，电路闭合稳定状态时，由于小灯泡的电阻大于自感线圈的电阻，因此流过线圈的电流I2大于流过灯泡的电流I1，线圈中有电流就会产生磁场，线圈内部磁场方向方向向左。开关断开瞬间，灯泡中的电流I1瞬间消失，同时，线圈的电流也要减小，则穿过线圈的磁通量减小，根据楞次定律，感应电流的磁场方向与原磁场方向也要向左，所以感应电流的方向与原电流的方向相同。线圈此时相当于一个电源，与灯泡构成了一个闭合回路，这个自感电动势，在这一瞬间保持了线圈这一支路中的电流大小与方向不变。于是线圈中的电流就会从右向左流过灯泡，并且大于原来的电流I1。所以灯泡会闪亮一下。图2断电自感实验三：如图3所示，支路上有两个规格完全相同的灯泡，灯泡A2与一个线圈串联，灯泡A1与一个滑动变阻器串联，调节滑动变阻器可以改变灯泡A1的亮度，为了方便比较，将两条支路的电阻调到了相等。开关闭合瞬间，线圈中的电流增大，穿过线圈的磁通量增大，根据电磁感应定律，线圈中就会产生自感电动势，因而阻碍线圈中电流的增加，于是就延迟了电流达到稳定值的时间，所以我们看到了A2灯逐渐变亮。图3通电自感实验四：如图4所示，用A、B两个传感器代替灯泡接入两条支路，连接数据采集器，再传送到电脑，这样，电脑屏幕上就能够即时反映电路中电流随时间的变化情况。这两条支路的电流我们用不同的颜色表示，红色图线表示通过线圈的电流，蓝色图像表示通过滑动变阻器的电流，即可研究自感现象中电流的变化规律。图4利用电流传感器研究自感现象实验五：如图5所示，本实验利用自感现象，根据楞次定律，线圈会产生自感电动势阻碍电流的变化，从而产生高压，高压击穿空气，出现电火花。图5探究自感的应用与防止五、实验教学目标知识与技能1、理解互感现象及其应用。2、会运用观察、实验、分析、综合等方法，认识自感现象及其特点。3、理解自感电动势的作用，明确自感系数的意义及其决定条件。过程与方法运用电磁感应原理和电路基本知识，设计实验，探究自感现象特点。运用物理知识，解释生产和生活中的自感现象。情感态度与价值观进一步提高学生的物理学科核心素养。六、实验教学内容本节课主要由五个实验依次推进，实验教学内容分别为互感现象演示、断电自感、通电自感、利用传感器研究自感现象以及探究自感的应用与防止。七、实验教学过程（一）、互感 互感现象的引入：线圈听音乐，让学生通过声音感知“互感”教师：这是一个手机，这是一个音箱，两者通过导线相连，手机中随音乐变化的电流将通过导线传送到了音箱，下面我们一起来欣赏（播放10秒钟音乐）演示：拆开对接的导线，音乐停了。（问：还有声音吗）教师：如果不用导线直接相连，还有其它方法来传送吗？下面我们一起来尝试一下。介绍装置：这是一个底座，这是一个线圈，现在我把手机与线圈构成一个闭合回路，线圈中就有了随声音变化的电流。这是一个塑料圆筒（放在线圈上听不到声音），我这里有一根导线，与音箱构成一个闭合回路，现在我把导线绕成线圈，请大家注意听（随着圈数的增加声音变大）。为了区别，我们把这个线圈称为A线圈，把这个线圈称为B线圈。教师：这两个线圈之间根本没有用导线相连，但是能量从一个线圈传递到了另一个线圈，它们是怎么传递的呢？（停顿片刻）由于A线圈中的电流发生变化，所产生的磁场也是变化的，就会引起B线圈中的磁通量变化，从而在B线圈中产生了感应电动势,这样,与B线圈相连的音箱中就有了音乐声。分析现象，建立概念：像这种当一个线圈中的电流发生变化时，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的现象，我们就称之为互感现象。（投影互感概念）板书：一、互感现象在互感过程中产生的感应电动势叫互感电动势。教师：利用互感现象，可以传递能量，比如说：变压器，它就是把电能从一个线圈传送到另一个线圈。再比如说收音机里的磁性天线，也是利用互感把广播电台的信号从一个线圈传递到另一个线圈。（二）、自感教师：下面我们应用自感的知识来分析两种常见的自感现象。【演示实验】断电自感教师：断电自感就是其中之一板书：1、断电自感教师：在这个电路中小灯泡与线圈串联，闭合开关，灯泡亮了，这个电路中，线圈的电阻小于灯泡的电阻，那么哪一条之路的电流大些？学生：（齐答）线圈中的电流大些教师：接下来，请大家注意观察：开关断开时小灯泡的亮度。教师：看到什么现象了？学生：（齐答）灯泡闪亮了一下教师：哦！！！是吧！！！那开关断开瞬间，电源已经停止供电了，小灯泡为什么还会突然闪亮一下？学生：学生讨论后分析。。。。（教师认真听学生的回答）引导学生分析灯泡闪亮的原因。（重点详细分析）教师：（结合课件分析）下面我们一起来分析一下：电路闭合稳定状态时，流过线圈的电流I2大于流过灯泡的电流I1，线圈中有电流就会产生磁场，线圈内部磁场方向（方向向左）。开关断开瞬间，灯泡中的电流I1瞬间消失，同时，线圈的电流也要减小，则穿过线圈的磁通量减小，根据楞次定律，感应电流的磁场方向与原磁场方向。。。。也要向左，所以感应电流的方向与原电流的方向相同。线圈此时相当于一个电源，与灯泡构成了一个闭合回路，这个自感电动势，在这一瞬间保持了线圈这一支路中的电流大小与方向不变。于是线圈中的电流就会从右向左流过灯泡，并且大于原来的电流I1。所以灯泡会闪亮一下。教师：线圈中电流减小时会产生自感现象，那么线圈中电流增大时，会不会产生自感现象呢？【演示实验】通电自感连接电路如图，调节滑动变阻器电阻与线圈的直流电阻相等，保证开关闭合后两个灯泡亮度相同。先引导学生分析推测将会看到什么现象，然后进行实验。教师：同学们请看这个电路，这里有两条支路，支路上有两个规格完全相同的灯泡，灯泡A与一个线圈串联，灯泡B与一个滑动变阻器串联，调节滑动变阻器可以改变灯泡B的亮度，为了方便比较，将两条支路的电阻调到了相等。提醒：接电源教师：大家能不能预测一下，在开关闭合瞬间，会出现什么样的现象？我们来看看开关闭合瞬间，两个灯泡的发光情况？（闭合两次）教师：找同学描述一下所观察到的现象。观察与描述：B灯瞬间变亮，A灯逐渐变亮。教师：为什么与线圈串联的灯泡A是逐渐变亮呢？交流与讨论（学生回答，课件动态分析）开关闭合瞬间，线圈中的电流增大，穿过线圈的磁通量增大，根据电磁感应定律，线圈中就会产生自感电动势，它在这里起到了什么样的作用？阻碍线圈中电流的增加，于是就延迟了电流达到稳定值的时间，所以我们看到了A灯逐渐变亮。教师：这就是另一种常见的自感现象：通电自感板书：2、通电自感【演示实验】利用电流传感器研究自感现象教师：前面的实验中，我们对自感现象进行了定性的分析，我们也可以借助电流传感器来进行更为精准的分析。用A、B两个传感器代替灯泡接入两条支路，连接数据采集器，再传送到电脑，这样，电脑屏幕上就能够即时反映电路中电流随时间的变化情况。这两条支路的电流我们用不同的颜色表示，红色图线表示通过线圈的电流，蓝色图像表示通过滑动变阻器的电流。【演示】用电流传感器串联在两条之路上，通过电脑作图精确分析通电自感过程中的电流变化，验证上述分析是否正确。教师：好，我们看看两条支路的电流随时间的变化。当电流从红色接线柱流入时图像在t轴的上方。（设置）我们以时间为横轴，电流为纵轴，建立直角坐标系。为了方便比较我们把两条支路的电流显示在同一个图像中。交流与讨论：教师：现在屏幕中是开关闭合时，电路稳定状态以及开关断开时分别记录下来的i－t图像。下面请同学们分组讨论一下：这三段图像的特征，以及产生的原因。学生：。。。。。。。。。。。。。。教师：（击掌）好，我们讨论到此，下面请同学来说说这三段图像的特征，以及产生的原因。（学生起来之后）教师：为了方便，我们在电路图中进行分析。（黑板转边）教师：回答得非常好！说明同学们对自感现象已经理解得很好。教师：其他组还有没有不同的意见或要补充的？（演示板转边，在电路图中分析）教师：再请大家仔细观察一下，开关断开时，这两条图线有什么几何特征？（对称）教师：对称说明什么？（电流大小相等）教师：为什么会有电流大小相等？（电路图中分析）开关断开时，电源提供给滑动变阻器的电流瞬间消失，线圈中的电流减小，产生了一个自感电动势，线圈相当于一个电源，线圈中的感应电流就会绕着这个电路构成一个闭合回路（贴上回路箭头），两个灯泡串联，所以电流大小相等。但是流过灯泡B的电流方向与开关断开之前的电流方向相反，所以我们看到了蓝色图像突然反向的现象。（三）、自感的应用和防止教师：自感现象在生产生活中应用很广泛。今天老师也给大家带来了一个小装置，我们也可以现场试一试。请同学们按照屏幕上的装置图构建好电路，要求能看到电火花的闪现。（学生实验）教师：（击掌）好，请大家整理好器材。教师：同学们动手能力不错，实验都很成功。教师：大家想一想，这样的装置在生活中有什么应用？（打火机应用的不是自感现象，而是压电陶瓷技术，大家可以课后了解。还有什么？煤气灶里面的点火装置），自感现象的应用还有很多，比如：日光灯里面的镇流器利用的也是自感现象。教师：当然，自感现象在生活中有时也会造成危害，比如说电动机等设备中有匝数很多的线圈，当电路中的开关断开时会产生很大的自感电动势，使得开关中的金属片之间产生电火花，烧蚀接触点，甚至引起人身伤害。为了避免产生电火花，常常把电动机等大功率用电器的开关触点放在绝缘性很好的油中，这样就不会产生火花放电，这种开关一般我们把它叫做油浸开关