《自感现象暂态过程的分析》的教学案例及评析.ppt

自感现象暂态过程的分析 的教学案例及评析 朱建廉 南京市金陵中学 背景 对于自感现象的暂态过程的分析 历来是高中物理教学中的一个难点 这一方面是由于自感现象的暂态过程自身的复杂性所使然 另一方面还由于各种版本的教材对该过程的变化特征的表述不够精细 不够准确所致 笔者记得第一次教授相关内容时就在师生间引发过争论 而争论的焦点则是针对一道涉及自感现象暂态过程变化特征的习题分析 因此 每当教授 自感现象 的相关内容后 笔者总会设法安排一节针对 自感现象暂态过程的分析方法 的研讨课 这就是本节课产生的缘由 过程 1 复习自感现象并概括出相应特征 师 上节课我们学习了 自感现象 关于自感现象谁能说点什么 生a 自感线圈中由于流过自己的电流发生变化 最终导致在自己身上发生的电磁感应现象叫做自感现象 师 说得很好 尤其使我欣赏的是a同学两次提到了 自己 这个词 是的 所谓自感现象实际上就是 由于自感线圈自己的电流变化 造成自己电流周围的的磁场变化 引起穿过自己的磁通量变化 进而在自己身上激发自感电动势和自感电流的现象 说白了 就是 自己的电流变化最终在自己身上激起的感应现象 生 全体 因为老师的这段 贯口 一口气说出6个 自己 而发出善意的笑声 师 大家因为老师的这段 贯口 而不由自主的笑 这很正常 但不能只是 笑 更需要的是 想 你们由此想到些什么 生b 我想到 难怪会把这样的电磁感应现象叫做自感现象 师 不错 仅此而已吗 生b 师 有没有想过 自己的电流变化在自己身上激起了自感现象 又将会如何 生b 自己的电流变化在自己身上激起了自感现象 自己身上的自感现象又将会阻碍着自己的电流变化 生 全体 自发为之鼓掌 师 虽然同学们都用掌声对你的回答予以肯定 但老师还不打算放过你 自己的电流变化在自己身上激起了自感现象 自己身上的自感现象又阻碍着自己的电流变化 这又将如何呢 生b 师 生b 是不是将使得 自己的电流变化 变的更慢些 师 大家看呢 生 全体 是 师 我也同意b同学的观点 在这一观点的基础上我们是不是可以概括出流过自感线圈的电流变化的特征来呢 生 全体 师 流过自感线圈的电流变化 就将激起自感现象而阻碍着电流变化 流过自感线圈的电流变化越快 激起的自感现象中阻碍电流变化的作用就应该越大 大家想一想 这将意味着什么呢 生c 老师 我知道了 流过自感线圈中的电流只能逐渐变化而不可能发生突变 师 概括的很好 板书 c定理 il一般只能 渐变 而不能 突变 师 我们根据自感现象的规律概括出了表述流过自感线圈的电流变化特征的 c定理 而在 c定理 的指导下我们就可以对如下问题作出分析了 2 分析一道例题并引出相应的课题 经过不到1分钟的时间 几乎所有同学都对例题的选择形成了自己的判断 师 怎么样 对这道例题的选择谁先发表意见 生d 我选的是b d 师 理由 生d 接通开关s后 l中将被激发自感现象而使得流过的电流逐渐变化 害的a1只能逐渐变亮 而另一支路上的a2则不会受到自感现象的影响而立刻达到稳定发光状态 使开关s从接通变为断开后 仍然由于l中将被激发的自感现象而使得流过的电流逐渐变化 但此时a1和a2处在同一个回路中 所以都会受到自感现象的影响而逐渐变暗 师 d同学对选择b d的理由表述得很有意思 我注意到其中的一个词 害 d同学的意思是 接通s时 由于a1与l在同一支路上而a2与l不在同一支路上 所以激发于l中的自感现象只 害 a1而不 害 a2 断开s后 由于a1 a2均与l同处一个回路中 所以激发于l中的自感现象既 害 a1又 害 a2 大家同意他的分析吗 生 大部分 同意 师 我注意到有少数同学没有跟着大家喊 同意 在发生意见分歧时我从不轻易忽视少数人的观点 这是我的习惯 我也想请同学们逐渐养成这样的习惯 下面我们请e同学代表少数没喊 同意 的同学发表自己的看法好吗 生e 其实我也选了b d 相应的理由与d同学说的也差不多 只是我针对老师的另一个习惯持谨慎的态度而没敢跟着大家喊 同意 师 老师还有什么样的习惯被你 算计 到了 生 全体 笑声 生e 老师在课后布置的作业一般都不会很难 但在一节课的初期阶段 老师总喜欢提出一些貌似简单而暗藏 杀机 的问题来激发我们的思维 师生 共同发出笑声 师 这次又被e同学 算计 准了 老师的选择不是b d 老师对d同学的分析有一些疑问 生d 老师 上一节课我们学习了自感现象 书 注 人民教育出版社出版 人民教育出版社物理室编著的全日制普通高级中学教科书 必修加选修 物理 第二册 上p204有一幅图16 32实际上与图1相同 而书上明确说 接通开关s后 a1逐渐变亮而a2立刻正常发光 师 你还记得上节课老师针对书上的这一分析说了什么话吗 生f 老师当时问大家 对书上的分析有疑问吗 如有可以提出来留待以后研究 老师 这节课就是研究这里所存在着的疑问 是吗 师 对 板书课题 自感现象暂态过程的分析方法 3 自感现象暂态过程分析方法研究 师 图1所示的电路中含有一个自感线圈 当开关被 接通 或被 断开 时所引起的 变化 都将会在自感线圈中激起自感现象 在 变化 所激起的自感现象中又必将产生对 变化 的阻碍作用 从而导致电路要经历一个短暂的复杂变化过程 我们不妨将这种由于自感现象所引发的短暂而复杂的变化过程称为 自感现象暂态过程 下面我们就将针对自感现象暂态过程作出分析 大家想一想 生 全体 师 欲对一个事物 或对一个过程作出正确的分析 相应的分析方法就应该针对该事物 或该过程的基本特征而设置 俗话说 你吃哪一套 我们就玩哪一套 生g 我们现在只能粗略的感受到自感现象暂态过程的两个特征 第一 过程短暂 第二 变化复杂 可这对我们设置分析方法有什么帮助呢 师 生 全体 师 g同学发出了求助信号 大家帮忙想想办法吧 生 全体 生h 记得高一年级时学习 碰撞过程 好像 碰撞过程 的基本特征也是 过程短暂和变化复杂 老师 我们能从中得到什么启发吗 师 要问 你们 能否从中得到启发 那就得问 你们 自己呀 生h 生g 我知道了 我们可以通过比较自感现象暂态过程的始末状态来了解该过程 师 看来这倒是个办法 可自感现象暂态过程的始末状态又是怎样的状态呢 生g 断路状态 和 稳定工作状态 师 对处于 断路状态 和 稳定工作状态 的电路作出定量分析不会太困难 但对于这两个状态之间的短暂而复杂的变化过程我们又如何分析呢 生g 只需借助于 c定理 就可以了 生 全体 笑声 师 大家别笑 g同学说得很好 在大家的启发下 g同学针对自感现象暂态过程的分析 给出了所谓的 g h方法 生 全体 笑声 师 示意笑声打住 g h方法 的具体表述为 先针对自感现象暂态过程的稳定的始末状态作出定量分析 再借助于 c定理 针对自感现象暂态过程中短暂而复杂的 渐变 过程作出 半定量 分析 4 自感现象暂态过程分析方法应用 师 下面大家就运用 g h方法 对例题中对应于开关 接通 和开关 断开 所引发的自感现象暂态过程作出分析 为了方便大家的分析 不妨将图1中各元件的参量设定出具体数值 师 谁来把分析结果公布一下 为了对例题的选项做出判断 通过分析我们最想了解的是流经两个灯泡的电流变化情况 生i 接通 开关前和 断开 开关后 流经两个灯泡的电流均为零 稳定工作时流经两个灯泡的电流都为0 5a 师 是吗 大家对i同学的分析结论议论纷纷 莫衷一是 师 示意静下来 研讨是必须的 如此之乱却不可取 这种混乱场面反映了一种不安定的心态和不清晰的思路 让我们的心静下来 先把分析思路理清 好吗 生 全体 好 师 谁发表高见 生j 老师 我觉得应该先明确几个关键的状态 师 哪几个状态更为关键 生j 开关刚被 接通 的瞬间 电路刚达到稳定工作状态的瞬间 开关刚被 断开 的瞬间 电路个部分电流刚全部为零的瞬间 师 很好 j同学所说的这四个状态恰好就是我们所要分析的两个自感现象暂态过程的始末状态 不妨分别用时刻t0 t1 t2 t3记之 下面我们再把任务明确一下 画出流经两个灯泡的电流随时间变化的曲线 大家动手吧 同学们或独立操作 或自发相互研讨 教师巡视并与同学交流 指导 师 好 下面我来公布k同学得到的结果 顺便表个态 我完全同意k同学的分析 将k同学画出的图2予以公示 生l 老师 t0时刻流经灯泡a2的电流怎么会是0 6a呢 师 请k同学回答吧 生k t0时刻开关刚被 接通 由于流经自感线圈的电流只能 渐变 而仍为零 在这一瞬间自感线圈所在支路实际上相当于断路 所以在t0时刻的等效电路应如图3所示 针对图3给出的等效电路不难解得 师 对k同学的解释能接受吗 生l 能接受 师 大家呢 生 全体 能 师 那么 从开关刚被 接通 起直至开关被 断开 后电路各部分电流刚全部为零的 t0 t3 过程中 流经灯泡a1和a2的电流随时间变化情况k同学所描绘的图2所示 应该也没什么异议了 生 全体 没有异议 完全同意 师 既然流经灯泡a1和a2的电流随时间变化情况如图2所示 那么 让我们在基础上重新考虑例题的正确选项 这是我们应该选 生 全体 a d 师 可以肯定 生 全体 可以肯定 师 完全正确 下课 评析 1 在各种版本的教材中都安排了一个自感现象的演示实验 实验电路图与图1相似 教材中相应的文本表述均为 接通开关的瞬间灯泡a1逐渐变亮 而灯泡a2立刻正常发光 本节课正是针对教材的这一不科学表述而设置的 其最为重要的教育功能应该是所谓的实事求是的科学态度的影响 2 教学过程中对学生的主体地位的尊重 对学生的思维活动的引