电磁感应课件,电磁感应课件高中?
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理想变压器教学疑难问题探讨(一)|教研分享系列263
理想变压器教学疑难问题探讨(二)|教研分享系列264
理想变压器教学疑难问题探讨(三)|教研分享系列265
?题外不外的话?
去年9月,在市教育局教育发展中心物理教研员徐亚萍老师的邀请下,到兄弟学校参加了听评课活动。
在市教研员带领下到全国百强名校听评课的收获与思考|教研分享系列217
授课主题是“互感和自感”,这节课也是为21年江西省课例展示做准备的。
21年江西省优秀课例展示学习总收获与思考总反思
在这堂课上,虽然授课教师在讲授“互感”时,做了两三个精彩的互感实验,但是教研员徐老师在评课时提出了一个萦绕在她头脑里的一个疑难问题——互感应该包含“相互影响”之义,授课中的精彩实验似乎没有呈现这一要义,即互感概念形成教学还存在缺陷。
徐老师提出这个问题后,我们一线教师也有同感,但是并没有重视,可能也觉得“不重要”,因此这个教学缺憾并没有得到很好地解决。
号主想来,这个缺憾可能是普遍的。之所以缺憾常存,是因为我们对“互感”的要义认识不到位,定位不准确导致。
听课后,徐老师提出的这个问题一直萦绕在脑中,经过一段时间的思考,号主有了一些想法,欢迎关注本公众号的朋友批评斧正。
第一,应该从定性上、物理现象层面突出“相互影响”的要义。具体做法:副线圈在开路或在不同负载情况下,思考、讨论对原线圈的反馈作用,并在原线圈闭合回路中串联电流计或,观察实验现象体验副线圈对原线圈的影响。
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第二,有必要降低定量教学要求,别在“如何影响、影响大小”纠缠“相互影响”这一意义。因为这已经超过了高中物理课程标准要求,违背了阶段性原则。
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前一期主要讨论了关于电压比的实验探究教学问题,因为人教版教材编写的是探究性实验。本期继续讨论电压比教学问题,我们从理论演绎视角进行讨论。
变压器的工作原理是互感,然而就互感在高中阶段是无需定量分析的。关于变压器的电压比,基于高等物理课程的相对严密的推导可参阅下面两篇论文:
文献1 收藏学习《理想变压器电压与匝数关系的理论推导》
文献2 收藏学习《“恒定电流”能否通过理想变压器》
不过,互感作为电磁感应的一个运用,在演绎推理过程能否做一些简单处理呢?
号主认为是可以的,也是必要的。但务必满足下面两个基本原则:
原则一、运用了高中物理相适应的基本规律进行演绎推理。
从高中物理视角来看,互感是电磁感应的一个运用情景,仅运用高中物理中的电磁感应规律,即法拉第电磁感应定律去演绎推理得出更进一步的结论,必然是不严格的,因为对自感、互感都是定性讨论。但是,在高中物理课程中,电磁感应规律作为理论性知识,变压器有关知识作为运用性知识,前者竟然不能演绎推理得到后者,这对学生极容易产生学习心理障碍。
为了破除学习障碍,落实物理核心素养教学,依然有必要在近似情况下开展演绎推理,其中的知识“缺陷”留待高阶段课程去弥补(这里涉及衔接性原则)。
事实上,高中物理教材时常这样处理,例如根据开普勒定律演绎推理得到太阳与行星之间的引力规律就是如此。
原则二、所得出的结论与高阶段课程中的结论相同或具有一致性。
具有普遍性的规律,往往能够运用简单的物理模型和初等数学知识演绎得到,原因是简单的物理模型是一般情景中的一个特例。虽然把从特例情景下得到的结论作为普遍规律不是绝对可靠,但在科学研究中事实上经常这么做。
基于以上考虑,号主认为,在符合阶段性原则情况下,可以通过演绎推理的方法推导变压器的电压比关系。下面是网络上的一个推导方法,号主认为是可借鉴的。
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这个推导过程,是符合阶段性原则的,也符合自洽性原则,亦符合教学性原则,兼顾了衔接性原则。
从文献1、2的推导来看,这个推导的主要问题是,看不出磁通量的“来源”问题,更体现不出“互感”要义。磁通量是来源于两个线圈的电流的共同激发的磁场。从高等物理课程而言,似乎放弃了所谓物理本质的追求;但是从高中物理课程而言,抓住了电磁感应规律就是指向了此阶段下的物理本质。
另外,理想变压器之理想化模型建构与理想变压器有关结论的推导具有一致性——后者由前者作为前提,前者在后者中得到深刻反映。
理想变压器的理想化条件,从高等物理课程阶段的严格推导来看有四个:不漏磁、无铁损(铁芯涡流热效应可忽略不计)、无铜损(线圈电阻可忽略不计)、线圈自感系数无限大。高中物理课程阶段的前述推导,只能呈现前三个理想化条件。
这样的差异不正体现了阶段性原则,也体现了自洽性原则及衔接性原则吗?
当然,借鉴这个推导过程时,还得全局谋划,做好前期拓展知识等准备工作,例如反电动势概念。
变压器原线圈不具有电阻,但是其两端有电压,而且会“消耗”电能,这一能量观的提炼,对于学生是非常困难的,在此产生思维障碍的学生也特别多。如何突破这一教学难点呢?
号主认为,学习电磁感应后,在讲解单棒模型时,有必要拓展讲解电动机模型,即写出U=E+Ir,U是路端电压,E是单棒感应电动势(反电动势),r是单棒电阻,此式再×电流I,得到电源输出功率=单棒机械功率(电动机输出功率)+单棒热功率(电动机热功率)。
由此类比,得到供电回路中,原线圈两端电压U=线圈感应电动势E(反电动势)+Ir(r为线圈电阻)。如此学生就明白:线圈两端电压不是线圈感应电动势,而是在线圈内阻近似为0时两者相等;此式两边×电流I,得到电源输出功率等于原线圈输出功率+线圈热功率,当线圈电阻不计时,电源输出功率等于原线圈输出(入)功率。
这个类比进一步说明,变压器的电压比证明在高中阶段是可行的,是可以简化处理的,这种简化处理是符合阶段性原则的,也是符合自洽性原则的,并满足了衔接性原则和教学性原则。
由此可见,高中阶段无法推导理想变压器电压比,也无法建构理想变压器模型的论调是站不脚的,这种论调违背了前述四个原则。
为此,建议教材应该在正文编写中编写理想变压器的电压比之理论演绎过程,一方面这符合四个教学原则,另一方面为实验条件不足的学校提供了另一个教学参考方案。
附:江苏特级退休教师朱建廉老师的授课课件。
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