胡甜

在人教版高中物理選修3-2第四章第六節(jié)《自感和互感》這節(jié)課中，教師一般是通過演示實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生認(rèn)識自感與互感現(xiàn)象，掌握自感和互感的產(chǎn)生原因，培養(yǎng)學(xué)生觀察的能力和學(xué)習(xí)的興趣.本節(jié)課是電磁感應(yīng)的最后一節(jié)，前面已經(jīng)解決了感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件、感應(yīng)電流的方向判斷（楞次定律）和感應(yīng)電動勢的大小計算（法拉第電磁感應(yīng)定律）三大問題，而自感和互感現(xiàn)象是感應(yīng)電流和感應(yīng)電動勢的認(rèn)識提升，并且互感和自感的知識還要為下一章的變壓器和感抗的學(xué)習(xí)做必不可少的鋪墊.因此，扎實(shí)的知識基礎(chǔ)加上有趣而科學(xué)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計可以幫助學(xué)生更有效地掌握本節(jié)課.而斷電自感現(xiàn)象中，燈泡突然閃亮一下的原因分析是教學(xué)中的難點(diǎn).

對于學(xué)習(xí)了一年多物理的高中生而言，雖然抽象邏輯思維在個體智力發(fā)展中開始占優(yōu)勢，但在很大程度上，邏輯思維還需要經(jīng)驗(yàn)支持，因此從小小的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象引入概念，能夠更為有效的讓學(xué)生理解和應(yīng)用科學(xué)概念.同時，高中生興趣愛好日益廣泛，求知欲與好奇心強(qiáng)烈，對學(xué)習(xí)和科技活動有極大的興趣和愛好，所以新奇的實(shí)驗(yàn)儀器和巧妙的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更能抓住學(xué)生的注意力，使其真正融入到整堂課的學(xué)習(xí)互動中，使學(xué)生對物理的興趣變得更加濃厚，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)著學(xué)生的學(xué)習(xí)情緒，使學(xué)生能主動參與探究，善于和同學(xué)合作，學(xué)會探究未知問題的方法.

為此，教師在講解自感現(xiàn)象時，設(shè)置了理論分析、定性實(shí)驗(yàn)和定量測量三個活動，力求通過學(xué)生充分的觀察和比較，培養(yǎng)學(xué)生的主動思維意識.通常的自制教具為定性實(shí)驗(yàn)，只能大致的看到小燈泡的亮暗變化，用于突破教學(xué)重、難點(diǎn)還不夠精確，因此在用小燈泡定性研究感應(yīng)電流的變化情況的同時，教師可以采用電流傳感器來精密測量電流的變化過程.當(dāng)然，電流傳感器本身內(nèi)部也有一些元件會影響測量效果，這樣更能促使學(xué)生課后研究誤差的產(chǎn)生原因.

1 通電自感實(shí)驗(yàn)設(shè)計

如圖1電路中，兩個小燈泡A1、A2的規(guī)格相同.A1與線圈L串聯(lián)，A2與可變電阻串聯(lián)后接到電源上.先閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)電阻R，使兩燈亮度大致相同；再調(diào)節(jié)可變電阻R1，使其均發(fā)光，然后斷開開關(guān)S.重新接通開關(guān)S，觀察閉合S瞬間兩燈的發(fā)光情況.

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為：A2先亮，A1后亮，最后都亮.教師鼓勵學(xué)生嘗試畫出閉合開關(guān)后兩燈的電流i1和i2隨時間的大致變化圖象，如圖2所示.大部分學(xué)生都能畫出圖象并進(jìn)行解釋：當(dāng)線圈中 的電流從無到有時，由于變化的電流在空間產(chǎn)生變化的磁場，導(dǎo)致線圈在電路中起阻礙作用的不僅僅是電阻，還產(chǎn)生了“增反”的阻礙電流變化的作用，所以開關(guān)閉合后小段時間內(nèi)流過A1的電流小于流過A2的電流，A1滯后于A2亮起來.但是這種阻礙作用不是阻止，線圈中的電流仍然要增大，而且當(dāng)電流增到最大時，這種阻礙就消失了，所以最后兩燈亮度相同.教師此時點(diǎn)明這種阻礙作用的本質(zhì)：感應(yīng)電動勢在阻礙原磁通變化，即自感電動勢起到了阻礙電流變化的作用.那能不能精確測量出兩個小燈泡中的電流隨時間的變化情況呢？

然后定量實(shí)驗(yàn)，如圖3用DIS系統(tǒng)中的電流傳感器同時測量A1和A2中的電流，圖4為為實(shí)驗(yàn)結(jié)果，和學(xué)生的預(yù)測分析相似.觀察現(xiàn)象到質(zhì)疑再改進(jìn)儀器過渡到DIS精確測量，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和對現(xiàn)代科技的膜拜.

2 斷電自感實(shí)驗(yàn)設(shè)計

如圖5電路中，先閉合開關(guān)使小燈泡發(fā)光，然后斷開開關(guān)，注意觀察開關(guān)斷開時A燈的亮度.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為：A燈會閃一下再熄滅.教師可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論：嘗試畫出A燈的電流隨時間的變化情況，并思考：A燈為什么閃？A燈閃一下再熄滅的條件是什么？學(xué)生經(jīng)過討論，全班有三種典型的結(jié)果（如圖6）.接著，鼓勵學(xué)生用定量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證自己的猜想，借助DIS系統(tǒng)中的電流傳感器測量A燈中的電流隨時間的變化情況，如圖7.

電路中的電流減小，線圈中產(chǎn)生與原電流同向的自感電動勢，阻礙電流減小.切斷電源后，線圈內(nèi)有自感電動勢對燈泡繼續(xù)供電，使通過線圈與燈泡組成的回路電流慢慢減小，所以造成燈泡又亮了一會兒才熄滅，而且燈泡中流過電流的方向與原來相反.A燈閃一下再熄滅的條件是開關(guān)閉合時流過線圈的電

流iL大于流過燈泡的電流iA，即線圈的直流電阻RL

在探究自感和互感的過程中，采用傳感器的方法精確測出電流的情況有兩個好處：第一，讓學(xué)生深層次體會感應(yīng)電流對原電流的影響，證實(shí)自感電動勢的存在；第二，明確線圈中的總電流隨時間的變化率（i-t圖的斜率）的變化情況.這些是傳統(tǒng)的定性試驗(yàn)做不到的，電流傳感器的微小量程決定了線圈電流的可測性.

課后反思 （1）為了引入DIS電流傳感器測電流，在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)示教板的基礎(chǔ)上，加了三對導(dǎo)線連接口用來測自感現(xiàn)象中各路電流的變化情況.這樣一來，學(xué)生對于燈泡的亮暗情況更清晰和透徹.但是實(shí)驗(yàn)過程中，斷路自感的電流圖象更接近理想情況，通路自感的電流圖象和理想情況差距較大，電流在到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)之前存在一個最大值.反復(fù)實(shí)驗(yàn)，猜想可能的原因是電流傳感器本身內(nèi)部也含有線圈，從而導(dǎo)致本支路的電流存在過度增大而來不及阻礙的可能，此原因僅供參考.（2）自制教具中背景和導(dǎo)線的顏色沒有很好地采用對比色，導(dǎo)致后排學(xué)生不停地站起來觀察現(xiàn)象，今后會進(jìn)一步改進(jìn)好.