自感现象教学设计，本文主要内容关键词为：教学设计论文,现象论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
本节课的教学内容是普通高中新课程实验教材（人教版选修1-1）第三章第六节（第一部分《自感现象》）。要求教师引导学生探究自感现象及产生的原因，得出自感现象的规律，为进一步学习《交流电》与《电磁振荡》等后续知识打下良好的基础。
本课在教学活动的组织上尝试采用探究式课堂教学。由教师创设一种类似科学研究的情景，唤醒学生的学习热情，以问题为载体，引导学生不断地提出问题、猜测假说、设计方案、实验探究、交流合作、归纳总结、形成结论。
一、系列活动
活动一：电弧观景
媒体：大屏幕播放电弧现象（无轨电车转弯时其引线与电线接触处打出火花；切断电路开关时在开关处形成电弧等）。
教师：引导观察，引发学生交流生活中所见到过的类似电弧景观现象，指出这也是一种电磁感应现象。引导学生回顾产生电磁感应现象的条件并提出这种现象的成因问题。
学生：交流经历，产生联想，描述共性，猜测成因：电路中导体电流变化产生了电动势。
目的：引入课题，激发兴趣，丰富联想，产生好奇，诱发思考。
活动二：探究实验1
媒体：实物演示（电路图1）断电自感现象。
教师：接通开关S，当灯泡正常发光后，迅速断开S，引导学生观察出现的现象——灯泡闪亮（比原来亮）一下再逐渐熄灭。提出问题1：灯泡闪亮一下说明了什么？
图1
学生：思考、讨论、交流问题1答案——灯泡的亮度由其消耗的实际功率决定。当灯泡电阻一定时，灯泡闪亮一下，表明在S断开瞬间，灯泡两端实际电压比原来的还大一些。
教师：提出问题2：在S断开这一瞬间，灯两端增大的电压从何处来？
学生：讨论、猜测问题2答案——可能来自于线圈，并思考设计证实的实验方案。
教师：把与灯泡并联的线圈取掉后再演示上述实验，这时观察到灯泡立即熄灭而不再闪亮一下，证实了学生的猜测。提出问题3：线圈本身并不是电源，它又是如何产生比灯泡两端原来电压还要高的电压呢？
学生：满足对问题2猜测得到了证实的成功感，但对问题3一时还不能作出回答，进一步激起探究的欲望。
教师：［板画电路图1］，组织并引导学生运用已学过的电磁感应知识来分析讨论。
学生：在教师引导下，经过讨论，建立概念，形成认识：①开关S接通稳定状态下，流过线圈的电流不变，线圈周围磁场不变化，线圈中的磁通量不发生变化；②开关S断开瞬间，流过线圈的电流变化（从有到无），因而其周围磁场发生变化，线圈中的磁通量也就发生变化；③因线圈中的磁通量发生变化，故在线圈中要产生一种感应电动势，其大小与线圈中磁通量的变化率有关。只要满足一定的条件，线圈产生的这种感应电动势就有可能大于它两端原来的电压值。
教师：［板书］由于通电导体（线圈）中本身电流发生变化而产生的电磁感应现象叫自感现象；自感现象中产生的感应电动势叫自感电动势。
目的：启发思考，联想猜测，类比推理，解释成因。
活动三：探究实验2
媒体：演示实验电路1与示波器。
教师：把实验电路1灯泡两端分别接示波器“Y输入”与“地”（如下页图2），将示波器输入耦合置“DC”，扫描频率置100～1kHz。引导学生观察：开关S闭合稳定时示波器屏上的水平线（表示灯两端电压）在中央线O的上方a处；在S断开瞬时水平线则移到中央线O的下方b处，且Oa＜Ob。提出问题4：这一现象说明了什么？
图2
学生：观察现象、分析理解：示波器屏上表示电压的水平线由中央线的上方a处跳到下方的b处，表明了电路1在断电时灯泡上的电压方向与原电压方向相反，说明在断电时线圈产生的自感电动势的方向与它原来电压方向相同。由Oa＜Ob可判断出这种情况下线圈产生的自感电动势的值比它原来电压值要大。
教师［板书］自感电动势的方向总是阻碍原来电流的变化。提出问题5：实验1中开关S断开后，电源已不再给灯泡提供电能了，但灯泡还会再闪亮一下。这时灯泡闪亮时的能量是从哪里来的？
学生：分析讨论、归纳总结：当开关s闭合线圈中有电流时，线圈电流会产生磁场，磁场也具有能量；当开关S断开后，线圈中磁场能通过电磁感应现象转化为电能，由线圈提供给灯泡。这说明自感现象中同样也遵循能量守恒定律。
目的：加强理解，深化概念。
活动四：探究实验3
媒体：实物演示（电路图3）通电自感现象。
图3
教师：引导学生观察现象：开关S接通时，灯泡
立即正常发光，而灯泡
是逐渐亮起来的。引导学生对观察到的现象进行分析。
学生：在教师的引导下讨论分析，认识到在自感现象中，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。
教师：提出问题6：实验电路1称为断电自感现象，实验电路3称为通电自感现象。那么，在电路1中电路接通的瞬间，线圈是否发生自感？在电路3中，把开关断开时，线圈又是否发生自感现象呢？
学生：讨论、交流问题6答案——都能发生自感现象，只是现象不明显较难观察到。
目的：探究自感现象的普遍性，理解自感现象本质特征。
活动五：探究实验4
媒体：相关实物器材与DIS实验系统连接成电路图4。
图4
教师：用两个电流传感器同时分别采集实验电路中线圈和电阻上的电流。通过DIS实验系统在同一坐标中分别画出两电流图象进行对比，引导学生观察线圈通电和断电的瞬时电路中电流变化的暂态过程（图5）。
图5
学生：描述观察结果：看出与线圈并联的电阻中的电流在断电的瞬间跃变为与原来相反的方向，并且这个反向电流会有更大的初始值，由此判定自感电动势的极性和大小。
目的：全面地认识自感现象特点及规律，更新知识结构。
活动六：感受体验
媒体：大屏幕投影电路图6
图6
教师：将学生分成几组（每组约10人）。连接电路图6，组织每组学生分别在线圈中的铁芯拔去和不拔去两种情况下进行实验感受体验。
学生：每小组的同学拉手站好，两端的人分别用手握住导线的两端。描述交流体验感受：①线圈中的铁芯不拔去：接通开关S时没什么感觉；断开S时有种较强的触电感觉；②线圈中的铁芯拔去：接通开关S时没什么感觉；断开S时有种较弱的触电感觉。
教师：结合学生体验到的感受，提出问题7：自感电动势的大小跟什么因素有关？
学生：联系实际、推理猜测。思考问题7答案——自感电动势的大小跟其他感应电动势的大小一样，与穿过线圈的磁通量的变化快慢有关。而在自感现象中，穿过线圈的磁通量的变化是由电流的变化引起的，故自感电动势的大小跟导体中电流变化的快慢（即电流变化率）有关，还与线圈中的铁芯有关。
目的：加强感受活跃气氛，引发联想诱发探究。
活动七：阅读学习
教师：指导学生阅读课本P.79相关内容。
学生：阅读自学，释疑解惑，归纳总结，形成共识。
教师：［板书］自感电动势大小：
（总结）自感现象非常普遍，只要电路中的电流发生变化，都会有程度不同的自感现象发生。当我们需要利用自感电动势时可以设法增大自感系数，反之则减小自感系数。自感现象在各种电器设备和无线电技术中有广泛的应用，如日光灯的镇流器就是利用线圈的自感现象。自感现象也有不利的一面，在自感系数很大而电流又很强的电路（如大型电动机的定子绕组）中，在切断电路的瞬间，由于电流强度在很短的时间内发生很大的变化，会产生很高的自感电动势，使开关的闸刀和固定夹片之间的空气电离而变成导体，形成电弧，这会烧坏开关，甚至危害人员安全。因此在切断这段电路时必须采用特制的安全开关。
目的：培养学生的阅读理解能力。把学习引向深处，学会全面认识问题，完善知识结构。
活动八：分享收获
媒体：黑板（或大屏幕）板书本课内容知识要点。
教师：总结板书知识要点，评价学生的学习成果。
学生：回顾知识要点，交流学习收获。
目的：课堂小结，检验学习成果，分享学习收获。
二、形成性练习
［题目］如图7所示电路中a、b两灯分别标有“36V 40W”和“36V 25W”，闭合电键，调节R，能使a、b都正常发光。断开电键后重做实验。电键闭合后看到的现象是什么？稳定后哪只灯较亮？再断开电键，又将看到什么现象？
图7
［参考答案］电键闭合瞬间，a将慢慢亮起来，b立即变亮。稳定后两灯都正常发光，由于a的功率较大故a灯较亮；电键断开瞬间，通过a的电流将逐渐减小，a渐渐变暗到熄灭，而ab RL组成同一个闭合回路，所以b灯也将逐渐变暗到熄灭，而且开始还会闪亮一下。
三、教学反思
本课教学设计是把整个教学过程分为八个活动模块，每个活动模块都有明确的目标，有特定的学习内容，有起点和终点，有层次和结构。在安排顺序上对学生的观察能力与探究能力要求循序渐进。整个教学过程中都体现了以人为本的理念，实现了从被动学习到主动学习，对培养学生的科学探究能力、观察和概括能力，发展交流合作能力，应用信息工具处理实际问题的能力都有重要的现实意义。利用传统实验器材与DIS实验系统结合演示通电与断电这种暂态自感观象，弥补了传统器材的不足，是经典与现代、简单与复杂、粗糙与精确的结合，有利于学生避免探究注意力的分散和探究主题的淡化，对提高探究的效率和速度无疑带来了积极的效果。
本课通过示波器、DIS实验系统分别探究自感现象中产生的感应电动势的大小与方向，已使学生对自感现象的特点与规律有一个完整的正确认识，但由于教学时间的限制，对以下问题的分析强化略显不足：①通电时产生的自感电动势的最大值等于外加电源的电动势（或外加电压），因此通电时的自感现象只能延缓电流的增大，而不会完全阻止电流的增加，更不会产生相反方向的电流；断电时产生的自感电动势的最大值可以大于外加电源的电动势（或外加电压）；②电流的变化率不是决定于闭合或者断开开关的快慢，而是决定于电路中的参数；③自感现象的应用与防止。以上这几点可在相关的教学课中再进行强化。