优秀教案系列
第4节互感和自感
教学分析
教学分析
教学目标
1.通过互感、自感及自感电动势等概念的提出,体会物理概念的产生过程。
2.认识互感和自感是电磁感应现象的两种现象,感悟特殊现象中的普遍规律,普遍规律中包含特殊现象的辩证唯物主义观点。
3.知道自感电动势大小受到哪些因素影响。
4.通过了解互感和自感现象在生产、生活中的应用,体会科学对社会发展的推动作用。
评价目标
1.通过对实验现象的分析和总结,以提问的方式检查学生对自感、互感及自感电动势概念掌握的达成情况。
2.通过对例题的计算和分析,使学生进一步深化对自感现象规律的认识,并通过分析和运算,找到各物理量的关系。根据学生对练习题分析和计算的正确性检测学生对互感和自感普遍规律应用的达成情况。
3.通过学生对课本中生活实例的分析和自行举例说明生活中的自感和互感的应用来检测学生物理思维和科学探索精神提升的达成情况。
教学重难点
重点:自感现象产生的原因及特点。
难点:运用自感知识解决实际问题。
教学方法
实验与理论探究;师生、生生互动。
课时安排
1课时
教学准备
多媒体课件、自感现象演示仪。
教学
教学设计
一、情境导入
手机无线充电装置被广泛应用,利用手机充电的视频和通过电感耦合的无线电力传输的视频,激发学生兴趣。
二、新课讲授
(一)互感现象
用通俗的话讲,就是互相有感觉,不过这种感觉可不是说人和人,而是电路和电路之间的感觉。那么两个电路之间为什么会有感觉呢?
图2.4-1
1.互感的定义
法拉第是通过这个实验装置,如图2.4-1,发现的电磁感应现象。
他把两个线圈绕在同一个铁芯上,闭合或者断开左边开关的瞬间,就可以通过这个电流表观察到右边的电路中产生了电流。在这个实验中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,这种现象叫作互感。
互感现象中产生的感应电动势叫作互感电动势。
2.互感的应用
利用互感现象可以把电能从一个电路传递到另一个电路,因此它在电学技术中有着广泛的应用,主要有以下几个应用:
图2.4-2
(1)变压器。两个线圈套在同一个铁芯上,向其中一个线圈通入变化的电流时,在另一个线圈中就会产生感应电动势,对外供电。电能从一个线圈传到了另一个线圈。
(2)收音机。收音机中的磁性天线也是利用互感现象把广播电台的信号从一个线圈传递到另一个线圈的。
(3)无线充电等。
3.互感的危害与防止
影响互感的因素:两个线圈的形状,大小,匝数,有无铁芯甚至相对位置,都会影响互感的大小。
而且实际上互感现象不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间,也可以发生在任何两个相互靠近的电路之间。只是互感的这种相互作用会随着两个电路之间距离的增加而快速的减小。在电力工程和电子电路中,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。
【例题1】如图2.4-3甲,A、B两绝缘金属环套在同一铁芯上,A环中电流iA随时间t的变化规律如图2.4-3乙,下列说法正确的是()
甲乙
图2.4-3
A.t1时刻,两环作用力最大
B.t2和t3时刻,两环相互吸引
C.t2时刻两环相互吸引,t3时刻两环相互排斥
D.t3和t4时刻,两环相互吸引
例题解答:t1时刻B中感应电流为零,故两环作用力为零,A错误;t2和t3时刻A环中电流在减小,则B环中产生与A环中同向的电流,故相互吸引,B正确,C错误;t4时刻A中电流为零,两环无相互作用,D错误。
答案:B
(二)自感现象
如果某个电路中的电流发生变化,在它自身的回路中能不能也产生感应电动势呢?
1.自感的定义
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,由于自感而产生的感应电动势叫作自感电动势。
图2.4-4
2.演示实验1:观察两个灯泡的发光情况。
图2.4-4中A1和A2是两个完全相同的小灯泡,R1和R是两个滑动变阻器,用来调节电流。闭合开关之后,先调节R使两个灯泡一样亮,再调节干路中的R1使两个灯泡都正常发光。然后断开开关S,当再闭合S时可以看到两个灯泡点亮情况是不一样的。
图2.4-5
现象:A2立刻就正常发光了,但A1却是逐渐变亮,延迟了一会儿才正常发光。这是为什么呢?
分析:支路中有一个电感,因此是电感造成了这种现象。在闭合开关的瞬间通过电感线圈的电流增加,使得穿过线圈的磁通量增大。由楞次定律知,此时在线圈中会产生一个与通入电流方向相反的感应电动势阻碍,线圈中的磁通量增大,也就是阻碍线圈中的电流达到正常