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2019-2020年粵教版高中物理選修（三）1.7《自感現(xiàn)象及其應(yīng)用》教案1（新課標(biāo)） 【教材分析】 自感現(xiàn)象是一種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，教材通過實驗探究，使學(xué)生明白自感現(xiàn)象的規(guī)律都符合電磁感應(yīng)現(xiàn)象的一般規(guī)律，導(dǎo)體本身的電流變化，引起磁通量變化，這是產(chǎn)生自感現(xiàn)象的原因；而根據(jù)楞次定律，自感電動勢的作用是阻礙電流變化。 然后教材通過討論與交流，利用類比，電磁感應(yīng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢與磁通量的變化率成正比，那么自感電動勢于什么有關(guān)？能啟迪學(xué)生思考，然后通過實驗探究，要讓學(xué)生自己動手，并把實驗現(xiàn)象觀察結(jié)果填寫在表格中，從而引出自感系數(shù)。 日光燈是常用的設(shè)備，課本先介紹了日光燈的結(jié)構(gòu)和發(fā)光特點，然后通過“觀察與思考”欄目，讓學(xué)生搞清楚日光燈的工作原理，并總結(jié)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(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步收集資料、自行探究。 【教學(xué)目標(biāo)】 1.知識與技能 （1）知道什么是自感現(xiàn)象和自感電動勢。 （2）知道自感系數(shù)是表示線圈本身特征的物理量。 （3）知道影響自感系數(shù)的因素。 （4）知道日光燈的基本原理和結(jié)構(gòu)。 2.過程與方法 （1）觀察自感現(xiàn)象，認(rèn)識實驗在物理學(xué)研究中的作用。 （2）通過自感電動勢大小的探究，加深對控制變量法的認(rèn)識。 （3）經(jīng)過日光燈工作原理的探究過程，嘗試用科學(xué)探究方法研究物理問題。 3.情感態(tài)度與價值觀 （1）通過自感現(xiàn)象與決定自感電動勢大小的因素的探究活動，培養(yǎng)學(xué)生參與科學(xué)探究活動的熱情和實事求是的科學(xué)態(tài)度。 （2）了解自感現(xiàn)象的實際應(yīng)用，體會物理學(xué)對經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展的推動作用。 【教學(xué)重、難點】 1. 教學(xué)重點：由現(xiàn)象入手，分析產(chǎn)生現(xiàn)象的原因，找出基本規(guī)律，將所學(xué)的知識、規(guī)律應(yīng)用到實際問題中。 2. 教學(xué)難點：分析自感現(xiàn)象產(chǎn)生的原因及日光燈原理。 【教具】 啟動器、鎮(zhèn)流器、自感現(xiàn)象演示儀 【教學(xué)過程】 一、引入新課 1.引 入 （1）發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象、產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的條件是什么？怎樣得到這種條件？ （2）如果通過線圈本身的電流有變化，使它里面的磁通量改變，能不能產(chǎn)生電動勢？ ▲ 學(xué)生猜想 二、新課教學(xué) 2.演示實驗： （1）用圖1電路作演示實驗． L1和L2是規(guī)格相同的兩個燈泡.合上開關(guān) ，調(diào)節(jié)R1，使L1和L2亮度相同，再調(diào)節(jié)R2 ，使L1和L2正常發(fā)光逐漸變亮，然后打開 .再合上開關(guān) 的瞬間，問同學(xué)們看到了什么?（實驗要反復(fù)幾次） ●實驗現(xiàn)象：L1逐漸變亮，且最后亮度與L2相同。 ●原 因：當(dāng)通過螺線管的電流增加時，螺線管中的磁通量也增加，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，阻礙原電流的增加，從而是燈泡逐漸變亮。 L1 L1 L2 R1 （2）用圖2電路作演示實驗． L A S R 圖 2 合上開關(guān)S ，調(diào)節(jié) 使 正常發(fā)光.打開S 的瞬間，問同學(xué)們看到了什么？(實驗要反復(fù)幾次) ●實驗現(xiàn)象：燈泡A逐漸變暗，最后熄滅。 ●原 因：當(dāng)通過螺線管的電流減少時，螺線管中的磁通量也減少，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，阻礙原電流的減少，從而是燈泡逐漸變暗。 ★啟發(fā)講解： 當(dāng)通過螺線管中電流變化時，螺線管中的磁通量也發(fā)生變化，從而可以產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，這也是一種電磁感應(yīng)現(xiàn)象，但這種電磁感應(yīng)現(xiàn)象與我們前面學(xué)過的電磁感應(yīng)現(xiàn)象有所不同，這種電磁感應(yīng)現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于通過線圈自身的電流變化引起磁通量的變化．這種現(xiàn)象就稱為自感現(xiàn)象． 3.自感現(xiàn)象 ●自感現(xiàn)象 ：由于通過線圈自身的電流發(fā)生變化產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象。 ●自感電動勢：在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。 11111111111111自感電動勢的方向總是阻礙原來電流的變化。 ●原 因：線圈自身的電流變化，引起磁通量發(fā)生變化。 ★小結(jié)講解 阻礙的含義：當(dāng)通過螺線管中原來的電流I增大時，螺線管中產(chǎn)生的自感電動勢阻礙I 變大；當(dāng)通過螺線管中原來的電流I減小時，螺線管中產(chǎn)生的自感電動阻礙I減小. ★實例分析 圖1中，合上開關(guān)K，L中電流從零開始增大，方向從左到右，L中產(chǎn)生的自感電動勢阻礙電流增大，其方向與原電流方向相反（從右到左），因而燈泡逐漸變亮。 圖2中，斷開開關(guān)K，L中原來從左到右的電流減小，L中產(chǎn)生的自感電動勢阻礙電流減小，自感電流與原電流方向相同（從左到右），而燈泡中的電流方向從右到左。 ★問 題 自感電動勢的大小與哪些因素有關(guān)？ 【引導(dǎo)回答】自感電動勢與感應(yīng)電動勢一樣，跟穿過線圈的磁通量變化的快慢有關(guān)系，線圈的磁場是由電流產(chǎn)生的，所以穿過線圈的磁通量變化的快慢跟電流變化快慢有關(guān)系。那么是否還存在其他因素影響自感電動勢的大小？ 4.自感系數(shù) （1）用圖2電路作演示實驗． L A S R 圖 2 ★ 實驗過程 操 作 現(xiàn) 象 線圈未加鐵心時，觀察電路接通后再打開S的瞬間，燈泡亮度的變化情況。 線圈加入鐵心時，觀察電路接通后再打開S的瞬間，燈泡亮度的變化情況。 ★ 實驗結(jié)論 自感電動勢的大小與線圈本身的特性有關(guān)。 （2）自感系數(shù) ●自感系數(shù)：描述通電線圈自身特性的物理量，簡稱自感或電感。 ●決定自感系數(shù)的因素：線圈的形狀、長短、匝數(shù)、線圈中是否有鐵芯．線圈越粗,越長, 匝數(shù)越密,它的自感系數(shù)就越大,另外有鐵芯的線圈的自感系數(shù)比沒有鐵芯時大得多. ●單 位：亨利，簡稱亨（H）——如果通電線圈的電流在1秒內(nèi)改變1安時產(chǎn)生的自 感電動勢是1伏，這個線圈的自感系數(shù)就是1亨． 5.日光燈 （1）日光燈結(jié)構(gòu) ● 燈 管 日光燈管兩端各有一燈絲，燈管內(nèi)充有微量的氬和稀薄的汞蒸氣，燈管內(nèi)壁上涂有熒光粉，兩個燈絲之間的氣體導(dǎo)電時發(fā)出紫外線，使熒光粉發(fā)出柔和的可見光。 ● 啟動器 啟動器在電路中起開關(guān)作用，它由一個氖氣放電管與一個電容并聯(lián)而成，放電管中一個電極用雙金屬片組成，利用氖泡放電加熱，使雙金屬片在開閉時，引起電感鎮(zhèn)流器電流突變并產(chǎn)生高壓脈沖加到燈管兩端。電容的作用為消除對電源的電磁的干擾并與鎮(zhèn)流器形成振蕩回路，增加啟動脈沖電壓幅度。 ● 鎮(zhèn)流器 電感鎮(zhèn)流器是一個鐵芯電感線圈，電感的性質(zhì)是當(dāng)線圈中的電流發(fā)生變化時，則在線圈中將引起磁通的變化，從而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。日光燈正常發(fā)光后鎮(zhèn)流器起降壓限流的作用。 （2）工作原理 ● 預(yù) 熱 當(dāng)開關(guān)接通的時候，電源電壓立即通過鎮(zhèn)流器和燈管燈絲加到啟動器的兩極。220伏的電壓立即使啟動器的惰性氣體電離，產(chǎn)生輝光放電。輝光放電的熱量使雙金屬片受熱膨脹，兩極接觸。電流通過鎮(zhèn)流器、啟動器觸極和兩端燈絲構(gòu)成通路。燈絲很快被電流加熱，發(fā)射出大量電子。 ● 啟 動 啟動時電流路徑 啟動后電流路徑 由于啟動器兩極閉合，兩極間電壓為零，輝光放電消失，管內(nèi)溫度降低；雙金屬片自動復(fù)位，兩極斷開。在兩極斷開的瞬間，電路電流突然切斷，鎮(zhèn)流器產(chǎn)生很大的自感電動勢，與電源電壓疊加后作用于管兩端。燈絲受熱時發(fā)射出來的大量電子，在燈管兩端高電壓作用下，以極大的速度由低電勢端向高電勢端運(yùn)動。在加速運(yùn)動的過程中，碰撞管內(nèi)氬氣分子，使之迅速電離。氬氣電離生熱，熱量使水銀產(chǎn)生蒸氣，隨之水銀蒸氣也被電離，并發(fā)出強(qiáng)烈的紫外線。在紫外線的激發(fā)下，管壁內(nèi)的熒光粉發(fā)出近乎白色的可見光。 （3）新型日光燈 三、小 結(jié) ● 自感現(xiàn)象產(chǎn)生的原因--由于通過導(dǎo)體本身電流的變化；自感電動勢的作用--阻礙導(dǎo)體中原來電流的變化。 ● 自感系數(shù)的決定因素和單位。 ● 日光燈的結(jié)構(gòu)和工作原理。 四、課堂練習(xí) 1、在如圖所示的電路（a）、（b）中，電阻R和自感線圈L的電阻值都很小．接通K，使電路達(dá)到穩(wěn)定，燈泡S發(fā)光．（A、D） （A）在電路（a）中，斷開K，S將漸漸變暗． （B）在電路（a）中，一斷開K，S將先變得更亮，然后漸漸變暗． （C）在電路（b）中，斷開K，S將漸漸變暗． （D）在電路（b）中，斷開K，S將先變得更亮，然后漸漸變暗． 2、在如圖所示的電路中，S1和S2是兩個相同的小燈泡，L是一個自感系數(shù)相當(dāng)大的線圈，其直流電阻值與R相等．在電鍵S接通和斷開時，燈泡S1和S2亮暗的順序是（A） （A）接通時，S1先達(dá)到最亮，斷開時，S1后暗 （B）接通時，S2先達(dá)到最亮，斷開時，S2后暗 （C）接通時，S1先達(dá)到最亮，斷開時，S1先暗 （D）接通時，S2先達(dá)到最亮，斷開時，S2先暗 分析與解答：從等效的觀點看，在S接通時，相當(dāng)于L表現(xiàn)為很大的電阻，故S1先達(dá)到最亮．選項A正確． 3、如圖所示，多匝線圈L的電阻和電源內(nèi)阻都很小，可忽略不計，電路中兩個電阻器的電阻均為R，開始時電鍵S斷開．此時電路中電流強(qiáng)度為I0，現(xiàn)將電鍵S閉合、線圈L中有自感電動勢產(chǎn)生，下列說法中正確的是（D） （A）由于自感電動勢有阻礙電流的作用，電路中電流最終由I0減小到零． （B）由于自感電動勢有阻礙電流的作用，電路中電流最終總小于I0． （C）由于自感電動勢有阻礙電流的作用，電路中電流將保持I0不變． （D）自感電動勢有阻礙電流增大的作用，但電路中電流最終還要增大到2 I0 4、右圖中a、b燈分別標(biāo)有“36V 40W”和“36V 25W”，閉合電鍵調(diào)節(jié)，能使a、b都正常發(fā)光．?dāng)嚅_電鍵后重做實驗：電鍵閉合后看到的現(xiàn)象是什么？穩(wěn)定后那只燈較亮？再斷開電鍵，又將看到什么現(xiàn)象？ 分析：閉合瞬間， a將慢慢亮起來，b立即變亮．穩(wěn)定后兩燈都正常發(fā)光，a的功率大，較亮．這時的作用相當(dāng)于一只普通的電阻（就是該線圈的內(nèi)阻）；斷開瞬間，通過a的電流將逐漸減小，a漸漸變暗到熄滅，而ab組成同一個閉合回路，所以b燈也將逐漸變暗到熄滅，而且開始還會閃亮一下，這時相當(dāng)于一個電源． 五、作 業(yè) ★ 寫出自感現(xiàn)象和自感電動勢的定義。 ★ 寫出影響自感系數(shù)的因素。 ★ 課本P29-4.5