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自感与互感 教学目标 目标与素养 1.知道互感现象和自感现象的定义。 2.知道自感系数是表示线圈本身特征的物理量,知道它的单位及其大小的决定因素。 3.知道自感现象的利弊及其利用和防止。 4.能够通过电磁感应的相关知识分析通、断电自感现象的原因及磁场的能量转化问题。 情境与问题 1.认识互感和自感是电磁感应中的两种现象,使学生初步形成特殊现象中也有普遍规律的观念。 2.通过自感现象的分析,解决一些简单的问题,并了解自感现象的利弊及对其防止和利用。 过程与方法 1.通过对实验现象的观察和讨论,解释实验中发生的物理过程,具备观察、分析和推理的能力。 2.通过分析电路结构和实验探究,体会比较研究这一物理学常用的重要方法。 3.通过实例,激发求知欲，激励探索与创新的意识。 4.通过实验,培养学生的归纳总结能力。 重点难点 重点 自感现象及自感系数。 难点 1.分析自感电动势对原电流变化产生的阻碍作用。 2.通、断电自感演示实验中的现象解释。 教学准备 教师准备 交流电源、导线、线圈、铁芯、小电珠、通电自感演示仪、断电自感演示仪、电阻、带铁芯的线圈、电流传感器、多媒体课件等。 学生准备 1.预习新课。 2.查阅资料。 教学设计 一、温故知新，演示实验，导入新课 1.知识回顾 (1)产生感应电流的条件:闭合回路中磁通量的变化。 (2)感应电流方向的确定:根据楞次定律,感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 (3)感应电动势的大小:根据法拉第电磁感应定律,感应电动势的大小跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。 2.演示实验 将线圈A与交流电源相连,线圈A绕在铁芯上,小电珠与线圈B相连。闭合开关,观察小电珠的发光情况。 现象:电珠发光。 解释:当一个线圈中的电流变化时,它产生的磁场就会发生变化,灯泡回路中的磁通量发生变化,产生感应电动势和感应电流，所以小电珠发光。 3.导入新课 本节课我们将学习电磁感应的两种现象互感和自感。 二、新课教学 1.互感现象 提出问题:法拉第在研究电磁感应现象时,将两个线圈绕在同一个铁环上,简化电路如图所示。法拉第研究时观察到,在开关闭合和断开的瞬间,电流表的指针发生了偏转。你知道这是为什么吗?
两个线圈之间并没有导线相连,但当M线圈中的电流变化时,它所产生的磁场发生变化,在另一个线圈N中的磁通量发生变化,产生感应电流,故指针发生偏转。 归纳总结: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。这种现象叫作互感,这种感应电动势叫作互感电动势。 思考讨论: (1)在法拉第研究电磁感应现象的实验中,小电珠发光说明了电能转化为热能,这些能量来源于哪里呢? 能量由一个线圈传递到另一个线圈。 (2)互感在电工技术和电子技术中有哪些应用? 变压器、电磁炉、探雷器等。 归纳总结: (1)互感现象是一种常见的电磁感应现象，它不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间,而且可以发生于任何相互靠近的电路之间。 (2)互感现象可以把能量由一个电路传到另一个电路。变压器就是利用互感现象制成的。 设计意图:通过演示实验,加深学生对互感现象的理解。 2.自感现象 提出问题: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。那么,它所产生的变化的磁场会不会在线圈本身也产生感应电动势呢? 会产生。 演示实验:在图甲所示的电路中,两个灯泡A1和A2的规格相同,A1与线圈L串联后接到电源上,A2与可调电阻R串联后接到电源上。 先闭合开关S,调节电阻R,使两个灯泡的亮度相同再调节可调电阻R1,使它们都正常发光,然后断开开关S. 重新接通电路。注意观察,在开关闭合的时候两个灯泡的发光情况。
实验现象:灯泡A较慢地亮起来,灯泡A,瞬间亮起来。 小组讨论:为什么灯泡A1较慢地亮起来? 闭合开关的瞬间,电流从无到有,穿过线圈L的磁通量逐渐增加,线圈L中产生感应电动势。根据楞次定律，产生的感应电动势的方向与原来的电流方向相反,阻碍L中电流的增加,即推迟了电流达到正常值(如图乙所示),所以灯泡A较慢地亮起来。
归纳总结: (1)当一个线圈中的电流变化时,它所发生的变化的磁场在线圈本身激发出感应电动势。这种现象称为自感。 (2)由于自感而产生的感应电动势叫作自感电动势。 提出问题:通电的瞬间会发生自感现象,那么,断开开关的瞬间是否也会发生自感现象呢? 演示实验:在图甲所示的电路中,先闭合开关使灯泡正常发光,然后断开开关。注意观察开关断开时灯泡的亮度变化。
思考讨论: (1)电源断开时,通过线圈L的电流减小,这时会出现感应电动势。感应电动势的作用是使线圈L中的电流减小得更快些还是更慢些? 更慢些。 (2)产生感应电动势的线圈可以看作一个电源,它能向外供电。由于开关已经断开,线圈提供的感应电流将沿什么路径流动? 电流在线圈L和灯泡A组成的闭合回路中流动。 (3)开关断开后,通过灯泡的感应电流与原来通过它的电流方向是否一致? 不一致,与原来方向相反。 (4)开关断开后,通过灯泡的感应电流是否有可能比原来的电流更大?为了使实验的效果更明显,对线圈L应该有什么要求? 可能更大。线圈L的直流电阻比灯泡的电阻小且线圈的自感系数较大。 做一做:用电流传感器显示自感对电流的影响。 电流传感器的作用相当于一个电流表。传感器与计算机相结合不仅即时反映电流的迅速变化,还能在屏幕上显示电流随时间变化的图像。为了说明效果,用图乙所示的电路作为对比。
按图甲连接电路(如图丙所示为实物连接图),可以看到,开关闭合时电流是逐渐增大的。拆掉线圈(如图乙所示)再测一次,可以看到,开关闭合时电流是瞬间增大的。看看两次测得的电流一时间图像有什么不同。(如图丁所示）
归纳总结:自感电动势的作用是:当电流增大时,“阻碍”原电流的增大,但最终没有“阻止'其增大;当电流减小时,“阻碍”原电流的减小,但最终没有“阻止”其减小。 设计意图:通过通电自感和断电自感的实验分析,加深对自感现象实质的理解。 3.自感系数 提出问题: 自感电动势的大小与哪些因素有关? 由法拉第电磁感应定律可知Eoc
E 写成等式为E=L 归纳总结: (1)自感电动势的大小为E=L△t 其中L是线圈的自感系数,简称自感或电感,单位是亨利,符号为H。 (2)决定线圈自感系数大小的因素有线圈的大小、形状、匝数以及是否有铁芯等。 设计意图:通过自感电动势的公式推导,理解自感电动势大小的决定因素。 4.磁场的能量 提出问题:在断电自感实验中,开关断开后,灯泡的发光还能维持一小段时间,有时甚至会比开关断开之前更亮。这时灯泡的能量是从哪里来的? 开关断开以后,线圈中的电流并未立即消失,线圈中有电流,有电流就有磁场,能量储存在磁场中。当开关闭合时,线圈中的电流从无到有,其中的磁场也是从无到有,这可以看作电源把能量输送给磁场,储存在磁场中。 归纳总结: (1)线圈中的电流从无到有时,磁场从无到有,电源把能量输送给磁场,储存在磁场中。 (2)线圈中的电流减小时，磁场中的能量释放出来,转化为电能。 设计意图:通过实验探究,引导学生从能量的角度理解自感现象。 三、本课小结 1.互感 (1)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。这种现象叫作互感,这种感应电动势叫作互感电动势。 (2)互感现象是一种常见的电磁感应现象,它不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间,而且可以发生于任何相互靠近的电路之间。 (3)互感现象可以把能量由一个电路传到另一个电路。变压器就是利用互感现象制成的。 2.自感 (1)当一个线圈中的电流变化时,它所产生的变化的磁场在线圈本身激发出感应电动势。这种现象称为自感。 (2)由于自感而产生的感应电动势叫作自感电动势。 (3)当电流增大时,“阻碍”原电流的增大,但最终没有“阻止”其增大;当电流减小时,“阻碍”原电流的减小,但最终没有“阻止”其减小。 3.自感系数 (1)自感电动势的大小为E=L (2)决定线圈自感系数大小的因素有线圈的大小、形状、匝数以及是否有铁芯等。 4.磁场的能量 (1)线圈中的电流从无到有时,磁场从无到有,电源把能量输送给磁场,储存在磁场中。 (2)线圈中的电流减小时,磁场中的能量释放出来,转化为电能。 四、作业设计 1.下列关于自感现象的论述中,正确的是 ( ) A.线圈的自感系数与线圈中电流的变化率成正比 B.当导体中的电流减小时,自感电流的方向与原电流方向相反 C.当导体中的电流增大时,自感电流的方向与原电流方向相反 D.穿过线圈的磁通量的变化与线圈中电流的变化成正比 2.下列说法中正确的是 ( ) A.电路中电流越大,自感电动势越大 B.电路中电流变化越大，自感电动势越大 C.线圈中电流均匀增大,线圈的自感系数也均匀增大 D.线圈中电流为0时,自感电动势不一定为0 3.在如图所示的电路中,两个相同的电流表G1和G2的0点均在刻度盘中央,当电流从“十”接线柱流入时,指针向左摆,当电流从“一”接线柱流入时,指针向右摆。在电路接通后再断开开关S的瞬间,下列说法中正确的是 ( )
A.G1指针向右摆,G2指针向左摆 B.G1指针向左摆,G2指针向右摆 C.两表指针都向右摆 D.两表指针都向左摆 4.如图所示电路,L是自感系数较大的线圈,在滑动变阻器的滑片P从A端迅速滑向B端的过程中,经过AB中点C时通过线圈的电流为I1;P从B端迅速滑向A端的过程中,经过C点时通过线圈的电流为I2;P固定在C点不动,达到稳定时通过线圈的电流为I。。则 ( )
A.I1=I2=I0 B.I1>I0>I2 C.I1=I2>I0 D.I1 <I0<I2< span> </I0<I2<> 5.如图所示的电路中,AB支路由带铁芯的线圈和电流表A串联而成,流过的电流为I1,CD支路由电阻R和电流表A2串联而成，流过的电流为I2。已知两支路的电阻值相同,则在接通S和断开S时,观察到的现象是 ( )
A.接通S的瞬间I B.接通S的瞬间I1 <I2,断开S的瞬间I1=I2< span> </I2,断开S的瞬间I1=I2<> C.接通S的瞬间I1=I2,断开S的瞬间I1 <I2< span> </I2<> D.接通S的瞬间I1>I2,断开S的瞬间I1=I2 6.如图所示,L是自感系数很大的线圈,但其自身的电阻几乎为0。A、B是两个相同的小灯泡。
(1)当开关S由断开变为闭合时,A、B两个灯泡的亮度如何变化? (2)当开关S由闭合变为断开时,A、B两个灯泡的亮度又将如何变化? 板书设计 第4节 互感和自感 1.互感 (1)定义:两个相互靠近的线圈,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。这种现象叫作互感。 (2)应用:利用互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈,如变压器就是利用互感现象制成的。 (3)危害:互感现象能发生在任何两个相互靠近的电路之间,互感现象有时会影响电路的工作。 2.自感 (1)定义:一个线圈中的电流变化时,它所产生的变化的磁场在线圈本身激发出感应电动势。这种现象称为自感。 (2)通电自感和断电自感 3.自感系数 (1)物理意义:自感系数是描述线圈产生自感电动势的能力的物理量。 (2)影响因素:与线圈的大小、形状、匝数,以及是否有铁芯等因素有关。 (3)单位:亨利(H)、毫亨(mH)、微亨(μH)。 4.磁场的能量 教学评价 互感和自感是电磁感应现象的特例,学习“互感电动势”和“自感电动势”的重要性在于它们具有实际的应用价值。通过本节内容的学习,学生在认知上对电磁感应规律进一步巩固与深化。教学中,通过通电自感和断电自感演示实验,让学生对自感现象有了很深的印象,通过现象的分析,加深了对自感现象的认识。互感现象还是后面学习“变压器”的基础。课堂突出了对重点知识自感现象的教学,教学的难点是对自感有关规律的认识和运用。教学内容充实,环节紧密联系,重难点突出,效果明显。 关注“人教版中学物理教学” 高考中考咨询 线上物理教学 网络教改教研 教学疑难解答 教学资源研发与共享 |
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