北京市房山区房山中学高中物理《4.6互感和自感》教案 新人教版选修3-2

1 北京市房山区房山中学高二物理选修北京市房山区房山中学高二物理选修 3 2 4 63 2 4 6 互感和自感互感和自感 教案教案 新人教版新人教版 一 教学设计 互感和自感现象都是电磁感应现象的特例 学习 互感现象 和 自感现象 的 重要性在于它具有实际的应用价值 主要内容有自感现象 互感现象和磁场的能量三 部分 教学重点是自感系数和自感电动势有关自感规律的认识 通过本节课的学习 启发引导学生利用前面学过的电路知识及电磁感应知识 分析通电自感和断电自感的 电路图 预测将会产生的实验现象 然后再通过观察实验现象验证自身的思维 并归 纳总结自感现象这一规律产生的原因 二 教学目标 1 知识与技能 1 了解互感和自感现象 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 2 过程与方法 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 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 3 情感 态度 价值观 培养学生的自主学习的能力 通过对已学知识的理解实现知识的自我更新 以适 应社会对人才的要求 三 教学重点和难点 1 重点 自感现象及自感系数 2 难点 自感现象的产生原因分析 通 断电自感的演示实验中现象解释 3 解决办法 通过分析实验电路和直观的演示实验 引导学生运用已学的电磁感应知识进行分 析 归纳 再利用电路中的并联规律 从而帮助学生突破本节重点 排除难点 四 教具准备 通 断电自感演示装置 电池四节 带电池盒 导线若干 五 教学过程 1 引入新课 问题情景 发生电磁感应的条件是什么 怎样得到这种条件 也就是让闭合回路中磁通量发生变化 下面这两种电路中当电键断开和闭合瞬间会发生电磁感应现象吗 如果 会发生 它们有什么不同呢 2 新课教学 1 互感现象 基本概念 互感 互感现象 互感电动势 互感的理解 如右图断开 闭合开关瞬间会发生电磁感应吗 这是互感吗 2 小结 互感现象不仅发生与绕在同一铁芯上的两个何相互靠近的电路之间 线 圈之间 而且可以发生于任何两个相互靠近的电路之间 问题情景 互感中的能量 另一电路中能量从哪儿来的 小结 互感现象可以把能量从一个电路传到另一个电路 互感的应用和防止 2 自感现象 问题情景 由电流的磁效应可知 线圈通电后周围就有磁场产生 电流变化 则磁场也变化 那么对于这个线圈自身来说穿过它的磁通量在此过程中也发生 了变化 是否此时也发生了电磁感应现象呢 我们通过实验来解决这个问题 演示实验 实验 1 演示 P25实验 出示自感演示器 通电自感 提出问题 闭合 S 瞬间 会有什么现象呢 引导学 生做预测 然后进行实验 实验前事先闭合开关 S 调节变阻器 R 和 R1使 两灯正常发光 然后断开开关 准备好实验 开始做实验 闭合 开关 S 提示学生注意观察现象 观察到的现象 在闭合开关 S 瞬间 灯 A2立刻正常发光 A1比 A2迟一段时 间才正常发光 学生思考现象原因 请学生分析现象原因 总结 由于线圈 L 自身的磁通量增加 而产生了感应电动势 这个感应电动势 总是阻碍磁通量的变化 既阻碍线圈中电流的变化 故通过 A1 的电流 不能立即增大 灯 A1 的亮度只能慢慢增加 最终与 A2 相同 实验 2 演示课本 P26 实验 断电自感 先给学生几分钟时间看课本实验 预测实验现象 回答课本思考与讨论问题 结论 小结 线圈中电流发生变化时 自身产生感应电动势 这个感应电动势阻碍原 电流的变化 自感现象 由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象叫自感现象 自感电动势 自感现象中产生的感应电动势叫自感电动势 磁场的能量 问题情景 在图 4 6 4 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 教师引导学生分析 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 自感现象的理解 线圈中电流的变化不能在瞬间完成 即不能 突变 也可以说线圈能体现电的 惯性 自感的应用与防止 R K L A 3 应用 日光灯 防止 变压器 电动机 3 自感系数 问题情景 我们都知道感应电动势的大小与回路中磁通量变化的快慢有关 而 自感现象中的自感电动势是感应电动势的一种 那么就是说 自感电动势也应 正比于穿过线圈的磁通量的变化率 即 E t 而磁场的强弱又正比 于电流的强弱 即磁通量的变化正比于电流的变化 所以也可以说 自感 电动 势正比于电流的变化率 即 E I t 写成等式即 E L I t 自感系数 简称自感或电感 用字母 L 表示 影响因素 形状 长短 匝数 有无铁芯 单位 亨利 符号 H 常用单位 毫亨 mH 微亨 H 六 课堂小结 1 自感现象是电磁感应现象中特殊情形 它的产生原因是由于通过导体自身的电流发生 变化 2 自感电动势的大小与电流变化快慢和自感系数有关 它总是阻碍导体中电流的变化 七 知识总结与迁移 1 知识要点 1 互感现象 当一个线圈中的电流 时 它所产生的 会在另一个线 圈中产生 这种现象叫做互感现象 2 自感现象 自感现象 由于 而产生的 现象叫做自感现 象 通电自感 电路如右图所示 当开关S闭合时 现象 A2 A1 分析 在接通电路的瞬间 电路中的电流 穿过线圈L的磁通量也随着 因在线圈L中必 然会产生 由楞次定律可知 这个 将阻碍线圈中原电流的 所以通过A1的电流只 能 灯泡A1只能 断电自感 电路如右图所示 当开关S断开时 现象 灯泡A 分析 电路断开时 通过线圈L的电流 穿过 它的磁通量 因而在线圈L中产生 阻碍线圈中原电流的 虽然这时电源已经 但线圈L和灯泡A组成了闭合电路 线圈L中的电流从 灯泡A中流过 所以灯泡A不会立即熄灭 而是 自感电动势 叫做自感电动势 自感电动势的作用 阻碍 自感电动势的大小 与 和线圈的 有 关 3 自感系数 自感系数简称 或 用L表示 S A1 A2 L R R1 4 自感系数发热国际单位为亨利 简称 用字母 H 表示 常用单位有毫亨 mH 两个单位之间的换算关系是 1H mH 线圈的自感系数跟 有关 线圈 的 线圈越 它的自感系数就越 大 另外 有 的线圈的自感系数比没有 时大得多 2 课堂练习 1 下列关于自感现象的说法中 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铁芯时要大 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 3 一个线圈的电流在均匀增大 则这个线圈 A 自感系数也将均匀增大 B 自感电动势也将均匀增大 C 磁通量也将均匀增大 D 自感系数 自感电动势都不变 4 如图所示的电路 R是一个灯泡 E是电源 当S闭合瞬间 通过 电灯的电流方向是 当S切断瞬间 通过电灯的电 流方向 是 5 如图所示 开关S闭合且达稳定时 小灯泡能正常发光 则当 S闭合和断开的瞬间 能观察到的现象分别是 A 小灯泡慢慢亮 小灯泡立即熄灭 B 小灯泡立即亮 小灯泡立即熄灭 C 小灯泡慢慢亮 小灯泡比原来闪亮一下再慢慢熄灭 D 小灯泡立即亮 小灯泡比原来闪亮一下再慢慢熄灭 6 如图所示的电路中 灯泡A B的规格完全相同 自感线圈 L的电阻可以忽略 下列说法中正确的是 A 当接通电路时 B灯先亮 A灯后亮 最后B灯比A灯亮 B 当接通电路时 A灯和B灯始终一样亮 C 当断开电路时 A灯和B灯都过一会儿熄灭 D 当断开电路时 B灯立即熄灭 A灯过一会儿熄灭 7 如右图所示的电路中 S是闭合的 此时流过线圈L的电流为 i1 流过灯泡A的电流为i2 且i1 i2 在t1时刻将S断开 那 么流过灯泡的电流随时间变化的图象是下图中的 S L i1 i2 0 i2 i1 i1 i2 i t1 A t i2 i1 i1 i2 i t1 t 0 B i2 i1 i1 i2 t1 t 0 i D 0 i2 i1 i1 i2 i t1 C t 5 8 如图所示 电路甲 乙中 电阻R和自感线圈L的电阻值都很小 接通 S 使电 路达到稳定 灯泡D发光 则 A 在电路甲中 断开 S D将逐渐变暗 B 在电路甲中 断开 S D将先变得更亮 然后 渐渐变暗 C 在电路乙中 断开 S D将渐渐变暗 D 在电路乙中 断开 S D将变得更亮 然后渐渐变暗 9 如图所示是测定自感系数很大的线圈L的直流电阻的电路 L两端并联一只电压表 用来测自感线圈的直流电压 在测定完毕后 将电路拆卸时应 A 先断开S1 B 先断开S2 C 先拆除电流表 D 先拆除电阻R 10 如图所