第六节：互感和自感教案

第六节互感和自感【教学目标】1、知识与技能（1）、了解互感现象的电磁感应特点。（2）、指导学生运用观察、实验、分析、综合的方法，认识自感现象及其特点。（3）、明确自感系数的意义及决定条件。（4）、了解日光灯的工作原理2、过程与方法（1）、能用电磁感应原理，解释生产和生活中的某些自感现象。（2）、提高学生分析问题的能力和运用物理知识解决实际问题的能力。3、情感态度和价值观培养、提高学生尊重科学，利用实验探索研究自然的科学素养【教学重点】自感现象产生的原因及特点。【教学难点】运用自感知识解决实际问题。【教学方法】讨论法、探究法、试验法、练习法【教学用具】 变压器原理说明器(用400匝线圈)、3.8V0.3A灯泡两只、滑动变阻器、电源(3V)、导线、开关，日光灯组件，多媒体课件【教学过程】一、复习旧课，引入新课师：前面我们学习了电磁感应现象，了解了几种不同形式的电磁感应现象。如磁铁向线圈中插入或拔出时、闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时等，都会引起感应电动势，发生电磁感应现象。你们认为引起电磁感应现象最重要的条件是什么？生：穿过电路的磁通量发生变化。师：不论用什么方式，也不管是什么原因，只要穿过电路的磁通量发生了变化，都能引起电磁感应现象。如果电路是闭合的，电路中就会有感应电流。二、新课教学在法拉第的实验中两个线圈并没有用导线连接，当一个线圈中的电流变化时，在另一个线圈中为什么会产生感应电动势呢？（请同学们用学过的知识加以分析说明）当一个线圈中的电流变化时，它产生的磁场就发生变化，变化的磁场在周围空间产生感生电场，在感生电场的作用下，另一个线圈中的自由电荷定向运动，于是产生感应电动势。（一）互感现象两个线圈之间并没有导线相连，但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。这种现象叫做互感，这种感应电动势叫做互感电动势。利用互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈。变压器就是利用互感现象制成的。如下图所示。在电力工程中和电子电路中，互感现象有时会影响电路的正常工作，这时要设法减小电路间的互感现象。例如在电路板的刻制时就要设法减小电路间的互感现象。 (二)、自感现象:教师：我们现在来思考第二个问题：当电路自身的电流发生变化时，会不会产生感应电动势呢？下面我们首先来观察演示实验。实验1演示通电自感现象：画出电路图（如图所示），A1、A2是规格完全一样的灯泡。闭合电键S，调节变阻器R，使A1、A2亮度相同，再调节R1，使两灯正常发光，然后断开开关S。重新闭合S，观察到什么现象？（实验反复几次）现象：跟变阻器串联的灯泡A2立刻正常发光，跟线圈L串联的灯泡A1逐渐亮起来。提问：为什么A1比A2亮得晚一些？试用所学知识（楞次定律）加以分析说明。（ 电路接通时，电流由零开始增加，穿过线圈L的磁通量逐渐增加，L中产生的感应电动势的方向与原来的电流方向相反，阻碍L中电流增加，即推迟了电流达到正常值的时间。）实验2演示断电自感:画出电路图（如图所示）接通电路，待灯泡A正常发光。然后断开电路，观察到什么现象？现象：S断开时，A灯突然闪亮一下才熄灭。提问：为什么A灯不立刻熄灭？（当S断开时，L中的电流突然减弱，穿过L的磁通量逐渐减少，L中产生感应电动势，方向与原电流方向相同，阻碍原电流减小。L相当于一个电源，此时L与A构成闭合回路，故A中还有一段持续电流。灯A闪亮一下，说明流过A的电流比原电流大）用多媒体课件在屏幕上打出it变化图，如下图所示.结论：导体本身电流发生变化而产生的电磁感应现象叫自感现象。自感现象中产生的电动势叫自感电动势。（教师说明：在自感现象中，自感电动势的产生是由于导体本身的电流发生了变化而引起的，而自感电动势却总是阻碍导体中原来电流的变化的。）特点：自感电动势总是阻碍导体中原来电流的变化的。具体而言： 如果导体中原来的电流是增大的，自感电动势就要阻碍原来电流的增大。I原，则自(I自)与I原相反 如果导体中原来的电流是减小的，自感电动势就要阻碍原来电流的减小。 I原，则自(I自)与I原相同分析实验，深化理解：实验1称为通电自感现象，实验2称为断电自感现象。那么，在实验1中电路接通的瞬间，线圈是否发生自感？在实验2中，把开关断开时，线圈是否发生自感现象呢？(都发生自感。只不过是我们观察不到。)实验1中，如果以很快的频率反复打开、闭合开关，会出现什么现象呢？(灯1 不亮，灯2闪亮。)实验2中开关断开了，电源已不再给灯泡提供电能了，灯还闪亮一下。这些能量是哪里来的呢？是凭空产生了能量吗？(线圈提供的。线圈中有电流时，线圈产生磁场，磁场也具有能量。当开关断开后，磁场能通过电磁感应转化为电能，由线圈提供给灯泡。这说明电磁感应中也遵循能量守恒。)练习：实验中，当电键闭合后，通过灯泡1的电流随时间变化的图像为图；通过灯泡2的电流随时间变化的图像为图。ItItItIt答案：C；A课本23页：做一做 24页：防止(三)、自感系数请同学们阅读教材内容。然后用自己的语言加以概括，并回答有关问题。问：自感电动势的大小决定于哪些因素呢？说出自感电动势的大小的计算公式。自感电动势的大小跟其它感应电动势的大小一样，跟穿过线圈的磁通量的变化快慢有关。而在自感现象中，穿过线圈的磁通量是由电流引起的，故自感电动势的大小跟导体中电流变化的快慢有关。理论分析表明： E=LI/t。L称为线圈的自感系数，简称自感或电感。自感表示线圈产生自感电动势本领大小的物理量。L的大小跟线圈的形状、长短、匝数、有无铁芯有关。单位：亨利(H) 1H=103mH=106H（四）磁场中的能量：提问：在断电自感的实验中，为什么开关断开后，灯泡的发光会持续一段时间？甚至会比原来更亮？试从能量的角度加以讨论。开关闭合时线圈中有电流，电流产生磁场，能量储存在磁场中，开关断开时，线圈作用相当于电源，把磁场中的能量转化成电能。教材最后一段说，线圈能够体现电的“惯性”，应该怎样理解？电的“惯性”大小与什么有关？当线圈通电瞬间和断电瞬间，自感电动势都要阻碍线圈中电流的变化，使线圈中的电流不能立即增大到最大值或不能立即减小为零，因此可以借用力学中的术语，说线圈能够体现电的“惯性”。线圈的自感系数越大，这个现象越明显，可见，电的“惯性”大小决定于线圈的自感系数。(五)、自感现象的应用日光灯的原理：日光灯就是利用自感现象的例子。灯管的两端各有一个灯丝，灯管内充有微量的氩和稀薄的天然汞蒸汽，灯管内壁涂有荧光物质。当灯管内的气体被击穿而导电时，灯管两端的灯丝就会释放出大量的电子，这些电子与汞原子碰撞而放出紫外线，涂在灯管内的荧光物质在紫外线的照射下发出可见光，根据不同的需要充以不同的气体，并在管的内壁上涂上不同的荧光物质，就可制造出不同颜色的日光灯了。日光灯的电路图如下图所示：其中：启动器的作用是当开关闭合时电源把电压加在启动器两极间，使氖气放电发出辉光，辉光产生的热量使U形触片膨胀伸长接触静片而电路导通，于是镇流器中的线圈和灯管中的灯丝就有电流通过，电路接通后，启动器中的氖气停止放电，U形触片冷却收缩，电路断开，镇流器线圈因自感产生一个瞬时高压，这个高压加上电源两端的电压一起加在灯管的两端，使水银蒸汽开始放电导通，使日光灯发光。在启动器两触片间还并联了一个电容，它的作用是在动静触片分离时避免产生火花而烧毁，没有电容器，启动器也能正常工作，日光灯启动后，启动器就不需要了。镇流器就是一个自感系数很大的线圈，在日光灯点燃时，利用自感现象，产生瞬时高压，在日光灯正常发光时，利用自感现象起降压限流的作用。【课堂练习】例1、关于自感现象，正确的说法是：DA、感应电流一定和原电流方向相反；B、线圈中产生的自感电动势较大的其自感系数一定较大；C、对于同一线圈，当电流变化越大时，线圈中产生的自感电动势也越大；D、自感电动总是阻碍原来电流变化的。例2、如图所示，两个电阻的阻值都是R，多匝线圈的电阻和电源内阻均可忽略不计。电键S原来断开，此时电路中的电流为I0=/2R。现将S闭合，于是线圈产生自感电动势，此自感电动势的作用是：A、使电路的电流减小，最后由I0将小到0；B、有阻碍电流增大的作用，最后电流小于I0；C、有阻碍电流增大的作用，因而电流总保持不变；D、有阻碍电流增大的作用，但电流还是增大，最后等于I0。解：D。说明：要深刻理解“阻碍”的意思。阻碍并不等于“阻止”。当原电流增大时，自感电动势要阻碍电流的增大，但电流最后还是要增大的，只不过增大得慢些(如通电自感实验中所见)；当原电流减小时，自感电动势要阻碍电流的减小，但电流最后还是要减小的，只不过减小得慢些(如断电自感实验中所见)。自感电动势的作用只不过是起一个“延时”作用。例3、如图所示的电路中，L是一带铁芯的线圈，R为电阻。两条支路的直流电阻相等。那么在接通和断开电键的瞬间，两电流表的读数I1、I2的大小关系是：A、接通时I1I2； B、接通时I1I2，断开时I1I2； D、接通时I1=I2，断开时I1I2。解：B。【课堂小结】本节课我们一起探究了电磁感应现象中的另类问题自感现象，自感现象它也是电磁感应现象的一种，只是导体本身的电流发生变化而在自己身上产生的电磁感应现象，它不违背法拉第电磁感应定律，自感现象也遵从楞次定律“增反减同”的规律。由于线圈自身自感的作用，使得电路中的电流变化的时间延长了，我们所看到的现象是灯逐渐地变亮或等亮一会在熄灭，还有的灯要闪亮一下。特别是自感的应用日光灯，与我们生活很接近，我们平时都应该注意生活中的电现象。【板书设计】第六节：互感和自感1、 当一个线圈中电流变化，在另一个线圈中产生感应电动势的现象，称为互感。互感现象产生的感应电动势，称为互感电动势。2、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。3、自感现象中产生的电动势叫自感电动势。（1）自感电动势的作用：阻碍导体中原来的电流变化。（2）自感电动势大小：4、自感系数L：与线圈的大小、形状、圈数及有无铁心有关5、磁场具有能量6、日光灯的工作原理【作业布置】：课本后思考与练习题：全部完成【教学反思】：学生能从现象和楞次定律来理解自感和互感，上课例题的正确率也很高，但在电流大小和方向的变化上还需加强。特别是在灯是否闪亮一下上存在很多问题，例如说自感系数很大的线圈，我们能等效的看成一个电阻非常大的电阻，这样来解释现象学生会更容易懂一些。它在电路断开时有可能使和它并联的灯泡闪亮一下。