2019-2020年高中物理 自感現(xiàn)象及其應用教案 粵教版選修3.doc
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2019-2020年高中物理 自感現(xiàn)象及其應用教案 粵教版選修3 一、教材分析： 自感現(xiàn)象是一種特殊的電磁感應現(xiàn)象，教材通過實驗探究，使學生明白自感現(xiàn)象的規(guī)律都符合電磁感應現(xiàn)象的一般規(guī)律。導體本身的電流變化，引起磁通量變化，這是產生自感現(xiàn)象的原因；而根據楞次定律，自感電動勢的作用是阻礙電流變化，即當電流增大時，自感電動勢阻礙電流增大，當電流減小時，自感電動勢阻礙電流減小。 然后教材通過討論與交流，利用類比，電磁感應產生的感應電動勢與磁通量的變化率成正比，那么自感電動勢與什么因素有關？能啟迪學生思考，然后通過實驗探究，要讓學生自己動手，并把實驗現(xiàn)象觀察結果填寫在表格中，從而引出自感系數(shù)。 日光燈是常用的設備。課本介紹了日光燈的結構和發(fā)光特點，然后通過“觀察與思考”欄目，讓學生搞清楚日光燈的工作原理，并總結鎮(zhèn)流器所起的作用。并在書末簡單提出了電子鎮(zhèn)流器及新型燈具，引導學生進一步收集資料、自行探究。 二、教學目標 （一）知識與技能 1．知道什么是自感現(xiàn)象。 2．知道自感系數(shù)是表示線圈本身特征的物理量，知道它的單位及其大小的決定因素。 3．知道自感現(xiàn)象的利與弊及對它們的利用和防止。 4．能夠通過電磁感應部分知識分析通電、斷電自感現(xiàn)象的原因及磁場的能量轉化問題。 （二）過程與方法 1．通過對兩個自感實驗的觀察和討論，培養(yǎng)學生的觀察能力和分析推理能力。 2．通過自感現(xiàn)象的利弊學習，培養(yǎng)學生客觀全面認識問題的能力。 （三）情感、態(tài)度與價值觀 自感是電磁感應現(xiàn)象的特例，使學生初步形成特殊現(xiàn)象中有它的普遍規(guī)律，而普遍規(guī)律中包含了特殊現(xiàn)象的辯證唯物主義觀點。 三、教學重點 1．自感現(xiàn)象。 2．自感系數(shù)。 四、教學難點 分析自感現(xiàn)象。 五、教學方法 通過演示實驗，引導學生觀察現(xiàn)象、分析實驗 六、教學用具： 自感現(xiàn)象示教板，CAI課件。 七、教學過程 （一）引入新課 教師：在電磁感應現(xiàn)象中，產生感應電流的條件是什么？ 學生：只要穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化，回路中就有感應電流產生. 教師：引起回路磁通量變化的原因有哪些？ 學生：磁場的變化；回路面積的變化；電流的變化引起磁場的變化等。 教師：這里有兩個問題需要我們去思考： （1）在法拉第的實驗中兩個線圈并沒有用導線連接，當一個線圈中的電流變化時，在另一個線圈中為什么會產生感應電動勢呢？ （2）當電路自身的電流發(fā)生變化時，會不會產生感應電動勢呢？ 本節(jié)課我們學習這方面的知識。 （二）進行新課 1．自感現(xiàn)象 教師：當電路自身的電流發(fā)生變化時，會不會產生感應電動勢呢？下面我們首先來觀察演示實驗。 ［實驗1］演示通電自感現(xiàn)象。 教師：出示示教板，畫出電路圖（如圖所示），A1、A2是規(guī)格完全一樣的燈泡。閉合電鍵S，調節(jié)變阻器R，使A1、A2亮度相同，再調節(jié)R1，使兩燈正常發(fā)光，然后斷開開關S。重新閉合S，觀察到什么現(xiàn)象？（實驗反復幾次） 學生：跟變阻器串聯(lián)的燈泡A2立刻正常發(fā)光，跟線圈L串聯(lián)的燈泡A1逐漸亮起來。 教師：為什么A1比A2亮得晚一些？試用所學知識（楞次定律）加以分析說明。 學生：分組討論（可以提醒學生這時出現(xiàn)了新電源，電源在哪里？電動勢方向又如何？） 師生共同活動：電路接通時，電流由零開始增加，穿過線圈L的磁通量逐漸增加，L中產生的感應電動勢的方向與原來的電流方向相反，阻礙L中電流增加，即推遲了電流達到正常值的時間。 ［實驗2］演示斷電自感。 教師：出示示教板，畫出電路圖（如圖所示）接通電路，待燈泡 A正常發(fā)光。然后斷開電路，觀察到什么現(xiàn)象？ 學生：S斷開時，A燈突然閃亮一下才熄滅。 教師：為什么A燈不立刻熄滅？ 學生：分組討論（可以提醒學生這時出現(xiàn)了新電源，電源在哪里？電動勢方向又如何？） 師生共同活動：當S斷開時，L中的電流突然減弱，穿過L的 磁通量逐漸減少，L中產生感應電動勢，方向與原電流方向相同，阻礙原電流減小。L相當于一個電源，此時L與A構成閉合回路，故A中還有一段持續(xù)電流。燈A閃亮一下，說明流過A的電流比原電流大。 教師：用多媒體課件在屏幕上打出i—t變化圖，如下圖所示. （師生共同活動：總結上述兩個實驗得出結論） 導體本身電流發(fā)生變化而產生的電磁感應現(xiàn)象叫自感現(xiàn)象。自感現(xiàn)象中產生的電動勢叫自感電動勢。 教師：自感現(xiàn)象有其有利的一面，也有其有害的一面。請同學們課下查閱資料，舉出自感現(xiàn)象在電工技術和電子技術中有哪些應用，又有哪些需要避免的實例。 2．自感系數(shù) 教師：自感電動勢的大小決定于哪些因素呢？請同學們閱讀教材內容。然后用自己的語言加以概括，并回答有關問題。 學生：閱讀教材。 教師：自感電動勢的大小決定于哪些因素？說出自感電動勢的大小的計算公式。 學生：自感電動勢的大小與線圈中電流的變化率成正比，與線圈的自感系數(shù)L成正比。寫成公式為 E =L 教師：電流的變化率是什么？ 學生：與磁通量的變化率相似，電流的變化率反映電流變化的快慢，其值等于電流的變化與所用時間的比值。 教師：什么叫自感系數(shù)呢？ 學生：自感系數(shù)是用來表示線圈的自感特性的物理量。 教師：線圈的自感系數(shù)與哪些因素有關？ 學生：線圈的自感系數(shù)與線圈的大小、形狀、圈數(shù)、是否帶有鐵芯等因素有關。 教師：實驗表明，線圈越大，越粗，匝數(shù)越多，自感系數(shù)越大。另外，帶有鐵芯的線圈的自感系數(shù)比沒有鐵芯時大得多。 教師：自感系數(shù)的單位是什么？ 學生：亨利，符號H，更小的單位有毫亨（mH）、微亨（μH） 1H=103 mH 1H=106μH 3．自感現(xiàn)象的防止及應用： 日光燈原理（應用） 日光燈的構造 鎮(zhèn)流器的作用——是自感系數(shù)很大的帶鐵心的線圈，啟動時，產生高電壓，幫助點燃； 正常工作時的線圈起降壓限制電流作用，保護燈管。 注意：燈管兩端的電壓與鎮(zhèn)流器的電壓之和不等于電源電壓。 啟動器的作用——自動開關可用普通開關或短絕緣導線代替。正常工作時不起作用，可以去掉。 4．磁場的能量 教師：在斷電自感的實驗中，為什么開關斷開后，燈泡的發(fā)光會持續(xù)一段時間？甚至會比原來更亮？試從能量的角度加以討論。 學生：分組討論。 師生共同活動：推斷出能量可能存儲在磁場中。 教師指出：以上只能是一種推斷，電磁場具有能量還需要進一步的實驗驗證。 教師：教材最后一段說，線圈能夠體現(xiàn)電的“慣性”，應該怎樣理解？電的“慣性”大小與什么有關？ 學生：當線圈通電瞬間和斷電瞬間，自感電動勢都要阻礙線圈中電流的變化，使線圈中的電流不能立即增大到最大值或不能立即減小為零，因此可以借用力學中的術語，說線圈能夠體現(xiàn)電的“慣性”。線圈的自感系數(shù)越大，這個現(xiàn)象越明顯，可見，電的“慣性”大小決定于線圈的自感系數(shù)。 （三）課堂總結、點評 教師活動：讓學生概括總結本節(jié)的內容。請一個同學到黑板上總結，其他同學在筆記本上總結，然后請同學評價黑板上的小結內容。 學生活動：認真總結概括本節(jié)內容，并把自己這節(jié)課的體會寫下來、比較黑板上的小結和自己的小結，看誰的更好，好在什么地方。 點評：總結課堂內容，培養(yǎng)學生概括總結能力。 教師要放開，讓學生自己總結所學內容，允許內容的順序不同，從而構建他們自己的知識框架。 （四）實例探究 ☆自感現(xiàn)象的分析與判斷 【例1】如圖所示，電路甲、乙中，電阻R和自感線圈L的電阻值都很小，接通S，使電路達到穩(wěn)定，燈泡D發(fā)光。則 （ ） A．在電路甲中，斷開S，D將逐漸變暗 B．在電路甲中，斷開S，D將先變得更亮，然后漸漸變暗 C．在電路乙中，斷開S，D將漸漸變暗 D．在電路乙中，斷開S，D將變得更亮，然后漸漸變暗 解析：因R、L阻值很小，在電路甲中，線圈L與燈泡D串聯(lián)，L中電流很小，斷開S時自感電動勢較小，自感作用使D與L中的電流值從S接通穩(wěn)定后開始減小，D將逐漸變暗，而不是立即熄滅。在電路乙中，L與D、R并聯(lián)，穩(wěn)定時L中電流比D中電流大，斷開S的瞬間，L中電流從開始的穩(wěn)定值逐漸減小，所以斷開瞬間，通過燈泡D的電流變大，D將變得更亮，然后漸漸變暗。正確選項為AD 點評：S接通后電路穩(wěn)定，比較L與D中電流大小，S斷開后，因自感作用L、D、R構成回路有電流，判斷D變暗還是變亮，關鍵是看S斷開后從L流到D中的電流比D中原來（S未斷開時）的電流是大還是小。 【例2】如圖所示，自感線圈的自感系數(shù)很大，電阻為零。電鍵K原來是合上的，在K斷開后，分析： （1）若R1＞R2，燈泡的亮度怎樣變化？ （2）若R1＜R2，燈泡的亮度怎樣變化？ 解析：燈泡的亮度由它的實際功率I2R即流過燈泡中的電流來決定。因而必須從題設條件出發(fā)討論在各種情況下流過燈泡中的電流。 K斷開后，原來電源提供給小燈泡的電流立即消失，但L中因自感而產生逐漸減弱的電流流過小燈泡，使小燈泡逐漸變暗到熄滅。 （1）因R1＞R2，即I1＜I2，所以小燈泡在K斷開后先突然變到某一較暗狀態(tài)，再逐漸變暗到最后熄滅。 （2）因R1＜R2，即I1＞I2，小燈泡在K斷開后電流從原來的I2突變到I1（方向相反），然后再漸漸變小，最后為零，所以燈泡在K斷開后先變得比原來更亮，再逐漸變暗到熄滅。 點評：（1）若是理想線圈，即直流電阻為零。 ①L與燈泡串聯(lián)時，通過燈泡的電流與L中電流始終同步，因而不能突變。 ②L與燈泡并聯(lián)時，通過燈泡的電流與L中的電流在電路接通時不同步，即燈絲中電流突變到最大再漸漸變小到零，而L中電流從零逐漸增大到最大；斷開電路時，L因自感而對燈絲供電，使燈絲中的電流從零突變到原來L中的電流值，再漸漸變?yōu)榱恪? （2）當L與燈絲并聯(lián)且L的電阻不為零時，接通電源時燈絲中電流突變?yōu)樽畲?，再慢慢減小，而L中的電流由零開始逐漸增大到穩(wěn)定；穩(wěn)定后L和燈絲中都有電流，因而燈不會熄滅。 斷開電源時：要討論RL=R燈、RL＞R燈、RL
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