高中物理人教版（2019）选择性必修 第二册 利用传感器进行《自感》教学的设计

利用传感器进行《自感》教学的设计 　秦建云 传统实验教学演示自感现象是通过小灯泡亮度的变化来反映线圈在电流变化时将会产生感应电动势。由于小灯泡的亮度不完全由电流强度决定，人对亮度变化的识辨能力有限，易使学生产生只有在特定条件下线圈电流变化时才会产生自感现象的误解。 利用传感器进行教学时可以直接检测全过程中电流的变化，使学生直接观察到自感发生的条件。学生可以将观察到的现象与检测结果进行对比加深对自感本质的理解，还可以检测到无法观察到的自感现象，形成全面、准确的认识。 1．教学设计 采用问题探究式的教学方法，由问题研究→现象发现与总结→原因分析与结论→观察、分析、验证。 2．教学过程 （1）研究等值的线圈电阻与标准电阻对电流的阻碍作用是否相同。 ①研究方法：控制变量法（U、R相同时，通电过程中电流规律是否相同）。 ②实验器材：朗威DIS实验室系统、等阻值的线圈和标准电阻、6V的干电池电源、电键、导线若干。 ③研究电路（图1）：  ④实验图象（图2）：  ⑤实验发现：线圈与标准电阻在电流增大或减小过程中对电流的阻碍作用不同，在电流稳定时，阻碍作用相同：线圈对电流的增大或减小有阻碍作用，断开电键时，通过标准电阻的电流方向发生变化且两电流等大同步变化。 ⑥原因分析，说明自感现象。 （2）探究自感与哪些因素有关 ①猜测：线圈直径大小，长度，单位长度上匝数多少，是否在线圈中插入铁芯。 ②实验研究方法：控制变量法（是否在线圈中插入铁芯） ③电路设计（图3）。 ④实验结果（图4）  ⑤实验结论。线圈的自感系数由线圈的自身条件决定，与线圈的直径、长度、单位长度上导线匝数等有关。如果在线圈中插入铁芯，自感系数会增大很多。 （3）观察、分析、验证 ①素材一将相同的两个小灯泡D1、D2接入图5所示的电路，观察从接通电键S到断开电键S的整个过程中两小灯泡的亮度如何变化？小灯泡D2在接通时逐渐变亮，D1立即变亮。 分析：根据自感发生的条件及特点，画出通过小灯泡的电流与时间的关系曲线（图6）。 验证：在两个小灯泡支路中分别接入电流传感器显示电流－时间图象，验证学生的分析是否正确。 ②素材二（图7） 观察：从接通电键S到断开电键S的整个过程中小灯泡的亮度如何变化？断开电键时小灯泡D的亮度突然增大然后逐渐熄灭。' 分析：断电时小灯泡亮度突然增加，说明稳定时通过线圈的电流大于通过小灯泡的电流。图8为电流－时间图象。 验证：在两个支路中分别接入电流传感器显示电流－时间图象，验证学生的分析是否正确。在电流变化过程中，无论我们是否能观察到，通电线圈都会发生自感现象。 （4）课后探究 ①设计探讨其它因数对自感影响的实验方法，并到实验室进行验证。 ②对接通电源，电流增加后的回落现象进行猜测，设计验证方法并进行验证。