高中物理《互感和自感》教案1 新人教版选修32.docx
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高中物理《互感和自感》教案1 新人教版选修32.docx
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高中物理《互感和自感》教案1新人教版选修32
2019-2020年高中物理《互感和自感》教案1新人教版选修3-2
一、教学目标:
<一>知识与技能
1.了解互感和自感现象
2.了解自感现象产生的原因
3.知道自感现象中的一个重要概念——自感系数,了解它的单位及影响其大小的因素
<二>过程与方法:
引导学生从事物的共性中发掘新的个性,从发生电磁感应现象的条件和有关电磁感应得规律,提出自感现象,并推出关于自感的规律
1.会用自感知识分析,解决一些简单的问题,并了解自感现象的利弊以及对它们的防止和利用
<三>情感、态度、价值观
1.培养学生的自主学习的能力,通过对已学知识的理解实现知识的自我更新,以适应社会对人才的要求
二、重点、难点及解决办法
1.重点:
自感现象及自感系数
2.难点:
(1)自感现象的产生原因分析
(2)通、断电自感的演示实验中现象解释
3.解决办法:
通过分析实验电路和直观的演示实验,引导学生运用已学的电磁感应知识进行分析、归纳,再利用电路中的并联规律,从而帮助学生突破本节重点、排除难点。
三.学生活动设计:
启发引导学生利用前面学过的电路知识及电磁感应知识,分析通电自感和断电自感的电路图,预测将会产生的实验现象,然后再通过观察实验现象验证自身的思维,并归纳总结自感现象这一规律产生的原因。
四.教具准备
通、断电自感演示装置,电池四节(带电池盒)导线若干
五.重点、难点的学习与目标完成过程
引入新课
问题情景:
(1)发生电磁感应的条件是什么?
(2)怎样得到这种条件,也就是让闭合回路中磁通量发生变化?
(3)下面这两种电路中当电键断开和闭合瞬间会发生电磁感应现象吗?
如果会发生,它们有什么不同呢?
教师:
那么同学们的分析是否正确呢?
今天我们就通过实验研究这两个问题。
新课教学
<一>互感现象
1.互感:
教师:
在法拉第实验中,两个线圈之间并没有导线相连,但当一个线圈中的电流变化时,它所产生的磁场会在另一个线圈中产生电动势,这种现象叫做互感。
(板书互感定义)互感现象:
发生在两个互相靠近的电路之间的电磁感应现象。
互感电动势:
这种由互感现象产生的感应电动势叫做互感电动势。
2.互感的理解:
(1)、如右图断开、闭合开关瞬间会发生电磁感应吗?
(2)这是互感吗?
小结:
互感现象不仅发生与绕在同一铁芯上的两个何相互靠近的电路之间。
线圈之间,而且可以发生于任
问题情景:
上面3.互感中的能量:
另一电路中能量从哪儿来的?
小结:
互感现象可以把能量从一个电路传到另一个电路。
4.互感的应用和防止:
教师介绍变压器、收音机就是利用互感现象制成的;但在电力工程和电子电路中,互感现象有时会影响电路正常工作,这时要求减小电路间的互感。
<二>自感现象
1.问题情景:
如上图2,由电流的磁效应可知,线圈通电后周围就有磁场产生,电流变化,则磁场也变化,那么对于这个线圈自身来说穿过它的磁通量在此过程中也发生了变化。
是否此时也发生了电磁感应现象呢?
我们通过实验来解决这个问题。
2.演示实验:
实验1(演示P25实验)出示自感演示器,通电自感。
让学生看课本实验,明确实验过程。
提出问题:
闭合S瞬间,会有什么现象呢?
(找两名同学回答)引导学生做预测,然后进行实验。
(实验前事先闭合开关S,调节变阻器R和R1使两灯正常发光,然后断开开关,准备好实验)
开始做实验,闭合开关S,提示学生注意观察现象(再重复上述操作)
请学生说出观察到的现象:
在闭合开关S瞬间,灯A2立刻正常发光,A1却比A2迟一段时间才正常发光。
给学生1---2分钟思考现象原因。
请学生分析现象原因。
教师总结:
由于线圈L自身的磁通量增加,而产生了感应电动势,这个感应电动势总是阻碍磁通量的变化,既阻碍线圈中电流的变化,故通过A1的电流不能立即增大,灯A1的亮度只能慢慢增加,最终与A2相同。
实验2(演示课本P26实验)断电自感
先给学生几分钟时间看课本实验,预测实
验现象,是回答课本思考与讨论问题。
3.结论:
教师小结:
实验表明:
线圈中电流发生变化时,自身产生感应电动势,这个感应电动势阻碍原电流的变化。
(板书)二.自感现象自感电动势
由于导体本身的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。
4.磁场的能量
问题情景:
在图4.6---4中,开关断开后,灯泡的发光还能持续一段时间,有时甚至比开关断开前更亮,这时灯泡的能量是从哪里来的呢?
教师引导学生分析,电源断开以后,线圈中电流不会立即消失,这时的电流仍然可以做功,说明线圈储存能量。
当开关闭合时,线圈中的电流从无到有,其中的磁场也是从天到有,这可以看作电源把能量输送到磁场,储存在磁场中。
这里我们知识一个合理的假设,有关电磁场能量的直接式样验证,要在我们认识了电磁波之后才有可能。
5.自感现象的理解:
线圈中电流的变化不能在瞬间完成,即不能“突变”。
也可以说线圈能体现电的惯性
6.自感的应用与防止:
应用:
日光灯防止:
变压器、电动机
<三>.自感系数
问题情景:
我们都知道感应电动势的大小与回路中磁通量变化的快慢有关,而自感现象中的自感电动势是感应电动势的一种,那么就是说,自感电动势也应正比于穿过线圈的磁通量的变化率,即:
E∝△Φ/△t,而磁场的强弱又正比于电流的强弱,即磁通量的变化正比于电流的变化。
所以也可以说,自感电动势正比于电流的变化率。
即E∝△I/△t写成等式即:
E=L△I/△t
(板书)2.自感系数,简称自感或电感,用字母L表示。
影响因素:
形状、长短、匝数、有无铁芯。
3.单位:
亨利符号:
H
常用单位:
毫亨(mH)微亨(μH)
六.课堂小结
1.自感现象是电磁感应现象中特殊情形,它的产生原因是由于通过导体自身的电流发生变化.
2.自感电动势的大小与电流变化快慢和自感系数有关,它总是阻碍导体中电流的变化。
七、布置作业:
课后习题
八.板书设计
一.互感现象:
互1互感:
发生在两个互相靠近的电路之间的电磁感应现象
2互感电动势:
由互感现象产生的电动势叫做互感电动势
感二.自感现象自感电动势
1.自感现象:
由于导体本身的电流发生变化而产生的
和电磁感现象。
2.自感电动势 定义:
自感现象中产生的感应电动势叫做
自感电动势
公式:
E=L△Φ/△t
感3.磁场能量
4.自感系数:
影响因素:
形状、长短、匝数、有无铁芯
单位:
亨利 符号:
H
2019-2020年高中物理《互感和自感》教案2新人教版选修3-2
★新课标要求
(一)知识与技能
1.知道什么是互感现象和自感现象。
2.知道自感系数是表示线圈本身特征的物理量,知道它的单位及其大小的决定因素。
3.知道自感现象的利与弊及对它们的利用和防止。
4.能够通过电磁感应部分知识分析通电、断电自感现象的原因及磁场的能量转化问题。
(二)过程与方法
1.通过对两个自感实验的观察和讨论,培养学生的观察能力和分析推理能力。
2.通过自感现象的利弊学习,培养学生客观全面认识问题的能力。
(三)情感、态度与价值观
自感是电磁感应现象的特例,使学生初步形成特殊现象中有它的普遍规律,而普遍规律中包含了特殊现象的辩证唯物主义观点。
★教学重点
1.自感现象。
2.自感系数。
★教学难点
分析自感现象。
★教学方法
通过演示实验,引导学生观察现象、分析实验
★教学用具:
自感现象示教板,CAI课件。
★教学过程
(一)引入新课
教师:
在电磁感应现象中,产生感应电流的条件是什么?
学生:
只要穿过闭合回路的磁通量发生变化,回路中就有感应电流产生.
教师:
引起回路磁通量变化的原因有哪些?
学生:
磁场的变化;回路面积的变化;电流的变化引起磁场的变化等。
教师:
这里有两个问题需要我们去思考:
(1)在法拉第的实验中两个线圈并没有用导线连接,当一个线圈中的电流变化时,在另一个线圈中为什么会产生感应电动势呢?
(2)当电路自身的电流发生变化时,会不会产生感应电动势呢?
本节课我们学习这方面的知识。
(二)进行新课
1、互感现象
教师:
我们现在来思考第一个问题:
在法拉第的实验中两个线圈并没有用导线连接,当一个线圈中的电流变化时,在另一个线圈中为什么会产生感应电动势呢?
请同学们用学过的知识加以分析说明。
学生:
当一个线圈中的电流变化时,它产生的磁场就发生变化,变化的磁场在周围空间产生感生电场,在感生电场的作用下,另一个线圈中的自由电荷定向运动,于是产生感应电动势。
教师:
当一个线圈中电流变化,在另一个线圈中产生感应电动势的现象,称为互感。
互感现象产生的感应电动势,称为互感电动势。
教师:
利用互感现象,可以把能量从一个线圈传递到另一个线圈。
因此,互感现象在电工技术和电子技术中有广泛的应用。
请大家举例说明。
学生:
变压器,收音机里的磁性天线。
教师:
互感现象有其有利的一面,也有其不利的一面。
任何两个相互靠近的电路之间都会存在互感现象。
互感现象有时会影响电路的正常工作,这是就要设法减小电路间的互感。
2、自感现象
教师:
我们现在来思考第二个问题:
当电路自身的电流发生变化时,会不会产生感应电动势呢?
下面我们首先来观察演示实验。
[实验1]演示通电自感现象。
教师:
出示示教板,画出电路图(如图所示),A1、A2是规格完全一样的灯泡。
闭合电键S,调节变阻器R,使A1、A2亮度相同,再调节R1,使两灯正常发光,然后断开开关S。
重新闭合S,观察到什么现象?
(实验反复几次)
学生:
跟变阻器串联的灯泡A2立刻正常发光,跟线圈L串联的灯泡A1逐渐亮起来。
教师:
为什么A1比A2亮得晚一些?
试用所学知识(楞次定律)加以分析说明。
学生:
分组讨论(可以提醒学生这时出现了新电源,电源在哪里?
电动势方向又如何?
)
师生共同活动:
电路接通时,电流由零开始增加,穿过线圈L的磁通量逐渐增加,L中产生的感应电动势的方向与原来的电流方向相反,阻碍L中电流增加,即推迟了电流达到正常值的时间。
[实验2]演示断电自感。
教师:
出示示教板,画出电路图(如图所示)接通电路,待灯泡A正常发光。
然后断开电路,观察到什么现象?
学生:
S断开时,A灯突然闪亮一下才熄灭。
教师:
为什么A灯不立刻熄灭?
学生:
分组讨论(可以提醒学生这时出现了新电源,电源在哪里?
电动势方向又如何?
)
师生共同活动:
当S断开时,L中的电流突然减弱,穿过L的磁通量逐渐减少,L中产生感应电动势,方向与原电流方向相同,阻碍原电流减小。
L相当于一个电源,此时L与A构成闭合回路,故A中还有一段持续电流。
灯A闪亮一下,说明流过A的电流比原电流大。
教师:
用多媒体课件在屏幕上打出i—t变化图,如下图所示.
(师生共同活动:
总结上述两个实验得出结论)
导体本身电流发生变化而产生的电磁感应现象叫自感现象。
自感现象中产生的电动势叫自感电动势。
教师:
自感现象有其有利的一面,也有其有害的一面。
请同学们课下查阅资料,举出自感现象在电工技术和电子技术中有哪些应用,又有哪些需要避免的实例。
3.自感系数
教师:
自感电动势的大小决定于哪些因素呢?
请同学们阅读教材内容。
然后用自己的语言加以概括,并回答有关问题。
学生:
阅读教材。
教师:
自感电动势的大小决定于哪些因素?
说出自感电动势的大小的计算公式。
学生:
自感电动势的大小与线圈中电流的变化率成正比,与线圈的自感系数L成正比。
写成公式为
E=L
教师:
电流的变化率是什么?
学生:
与磁通量的变化率相似,电流的变化率反映电流变化的快慢,其值等于电流的变化与所用时间的比值。
教师:
什么叫自感系数呢?
学生:
自感系数是用来表示线圈的自感特性的物理量。
教师:
线圈的自感系数与哪些因素有关?
学生:
线圈的自感系数与线圈的大小、形状、圈数、是否带有铁芯等因素有关。
教师:
实验表明,线圈越大,越粗,匝数越多,自感系数越大。
另外,带有铁芯的线圈的自感系数比没有铁芯时大得多。
教师:
自感系数的单位是什么?
学生:
亨利,符号H,更小的单位有毫亨(mH)、微亨(μH)
1H=103mH1H=106μH
4.磁场的能量
教师:
在断电自感的实验中,为什么开关断开后,灯泡的发光会持续一段时间?
甚至会比原来更亮?
试从能量的角度加以讨论。
学生:
分组讨论。
师生共同活动:
推断出能量可能存储在磁场中。
教师指出:
以上只能是一种推断,电磁场具有能量还需要进一步的实验验证。
教师:
教材最后一段说,线圈能够体现电的“惯性”,应该怎样理解?
电的“惯性”大小与什么有关?
学生:
当线圈通电瞬间和断电瞬间,自感电动势都要阻碍线圈中电流的变化,使线圈中的电流不能立即增大到最大值或不能立即减小为零,因此可以借用力学中的术语,说线圈能够体现电的“惯性”。
线圈的自感系数越大,这个现象越明显,可见,电的“惯性”大小决定于线圈的自感系数。
(三)课堂总结、点评
教师活动:
让学生概括总结本节的内容。
请一个同学到黑板上总结,其他同学在笔记本上总结,然后请同学评价黑板上的小结内容。
学生活动:
认真总结概括本节内容,并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结,看谁的更好,好在什么地方。
点评:
总结课堂内容,培养学生概括总结能力。
教师要放开,让学生自己总结所学内容,允许内容的顺序不同,从而构建他们自己的知识框架。
(四)实例探究
☆自感现象的分析与判断
【例1】如图所示,电路甲、乙中,电阻R和自感线圈L的电阻值都很小,接通S,使电路达到稳定,灯泡D发光。
则()
A.在电路甲中,断开S,D将逐渐变暗
B.在电路甲中,断开S,D将先变得更亮,然后渐渐变暗
C.在电路乙中,断开S,D将渐渐变暗
D.在电路乙中,断开S,D将变得更亮,然后渐渐变暗
解析:
因R、L阻值很小,在电路甲中,线圈L与灯泡D串联,L中电流很小,断开S时自感电动势较小,自感作用使D与L中的电流值从S接通稳定后开始减小,D将逐渐变暗,而不是立即熄灭。
在电路乙中,L与D、R并联,稳定时L中电流比D中电流大,断开S的瞬间,L中电流从开始的稳定值逐渐减小,所以断开瞬间,通过灯泡D的电流变大,D将变得更亮,然后渐渐变暗。
正确选项为AD
点评:
S接通后电路稳定,比较L与D中电流大小,S断开后,因自感作用L、D、R构成回路有电流,判断D变暗还是变亮,关键是看S断开后从L流到D中的电流比D中原来(S未断开时)的电流是大还是小。
【例2】如图所示,自感线圈的自感系数很大,电阻为零。
电键K原来是合上的,在K断开后,分析:
(1)若R1>R2,灯泡的亮度怎样变化?
(2)若R1<R2,灯泡的亮度怎样变化?
解析:
灯泡的亮度由它的实际功率I2R即流过灯泡中的电流来决定。
因而必须从题设条件出发讨论在各种情况下流过灯泡中的电流。
K断开后,原来电源提供给小灯泡的电流立即消失,但L中因自感而产生逐渐减弱的电流流过小灯泡,使小灯泡逐渐变暗到熄灭。
(1)因R1>R2,即I1<I2,所以小灯泡在K断开后先突然变到某一较暗状态,再逐渐变暗到最后熄灭。
(2)因R1<R2,即I1>I2,小灯泡在K断开后电流从原来的I2突变到I1(方向相反),然后再渐渐变小,最后为零,所以灯泡在K断开后先变得比原来更亮,再逐渐变暗到熄灭。
点评:
(1)若是理想线圈,即直流电阻为零。
①L与灯泡串联时,通过灯泡的电流与L中电流始终同步,因而不能突变。
②L与灯泡并联时,通过灯泡的电流与L中的电流在电路接通时不同步,即灯丝中电流突变到最大再渐渐变小到零,而L中电流从零逐渐增大到最大;断开电路时,L因自感而对灯丝供电,使灯丝中的电流从零突变到原来L中的电流值,再渐渐变为零。
(2)当L与灯丝并联且L的电阻不为零时,接通电源时灯丝中电流突变为最大,再慢慢减小,而L中的电流由零开始逐渐增大到稳定;稳定后L和灯丝中都有电流,因而灯不会熄灭。
断开电源时:
要讨论RL=R灯、RL>R灯、RL ★巩固练习 1.下列关于自感现象的说法中,正确的是() A.自感现象是由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象 B.线圈中自感电动势的方向总与引起自感的原电流的方向相反 C.线圈中自感电动势的大小与穿过线圈的磁通量变化的快慢有关 D.加铁芯后线圈的自感系数比没有铁芯时要大 2.关于线圈的自感系数,下面说法正确的是() A.线圈的自感系数越大,自感电动势一定越大 B.线圈中电流等于零时,自感系数也等于零 C.线圈中电流变化越快,自感系数越大 D.线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定 3.磁通量的单位是_____,磁感强度的单位是_____,自感系数的单位是_____。 4.如图所示,L为一个自感系数大的自感线圈,开关闭合后,小灯能正常发光,那么闭合开关和断开开关的瞬间,能观察到的现象分别是() A.小灯逐渐变亮,小灯立即熄灭 B.小灯立即亮,小灯立即熄灭 C.小灯逐渐变亮,小灯比原来更亮一下再慢慢熄灭 D.小灯立即亮,小灯比原来更亮一下再慢慢熄灭 5.如图所示是一演示实验的电路图。 图中L是一带铁芯的线圈,A是一灯泡。 起初,开关处于闭合状态,电路是接通的。 现将开关断开,则在开关断开的瞬间,通过灯泡A的电流方向是从_____端经灯泡到_____端.这个实验是用来演示_____现象的。 6.如图所示的电路中,灯泡A1、A2的规格完全相同,自感线圈L的电阻可以忽略,下列说法中正确的是() A.当接通电路时,A2先亮,A1后亮,最后A2比A1亮 B.当接通电路时,A1和A2始终一样亮 C.当断开电路时,A1和A2都过一会儿熄灭 D.当断开电路时,A2立即熄灭,A1过一会儿熄灭 7.如图所示电路中,A1、A2是两只相同的电流表,电感线圈L的直流电阻与电阻R阻值相等.下面判断正确的是() A.开关S接通的瞬间,电流表A1的读数大于A2的读数 B.开关S接通的瞬间,电流表A1的读数小于A2的读数 C.开关S接通电路稳定后再断开的瞬间,电流表A1的读数大于A2的读数 D.开关S接通电路稳定后再断开的瞬间,电流表A1数等于A2的读数 8.如图所示,L是电感足够大的线圈,其直流电阻可忽略不计,D1和D2是两个相同的灯泡,若将电键S闭合,等灯泡亮度稳定后,再断开电键S,则() A.电键S闭合时,灯泡D1、D2同时亮,然后D1会变暗直到不亮,D2更亮 B.电键S闭合时,灯泡D1很亮,D2逐渐变亮,最后一样亮 C.电键S断开时,灯泡D2随之熄灭,而D1会亮一下后才熄灭 D.电键S断开时,灯泡D1随之熄灭,而D2会更亮后一下才熄灭 参考答案: 1.ACD2.D3.WbTH4.A5.b、a、自感(或断电自感)6.C7.BD8.AC ★课余作业 1、认真阅读教材。 2、思考并完成“问题与练习”中的习题。 ★教学体会 思维方法是解决问题的灵魂,是物理教学的根本;亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键,离开了思维方法和实践活动,物理教学就成了无源之水、无本之木。 学生素质的培养就成了镜中花,水中月。 ★资料袋 亨利 亨利(HenryJoseph)1797年12月17日生于美国纽约州奥尔贝尼市。 1822年毕业于奥尔贝尼学院,1826年被聘为奥尔贝尼学院物理学教授。 1867年任美国科学院第一任院长。 1829年,亨利改进电磁铁,他用绝缘导线密绕在铁芯上,制成了能提起近一吨重物的强电磁铁;同年,亨利在用实验证明不同长度的导线对电磁铁的提举力的影响时,发现了电流的自感现象;断开通有电流的长导线可以产生明亮的火花;1832年,他在发表的论文中宣布发现了自感现象;1835年1月,亨利向美国哲学会介绍了他的研究结果,他用14个实验定性地确定了各种形状导体的电感的相对大小.他还发现了变压器工作的基本定律。 1830年8月,亨利在实验中已经观察到了电磁感应现象,这比法拉第发现电磁感应现象早一年.但是当时亨利正在集中精力制作更大的电磁铁,没有及时发表这一实验成果,失去了发明权,亨利的电磁铁为电报机的发明做出了贡献,实用电报的发明者莫尔斯和惠斯通都采用亨利发明的继电器。 日光灯 1、日光灯的主要组成(如图) (1)日光灯管.灯管内两端各有一个灯丝,内部充有微量的氩和稀薄气体.两灯丝间气体导电时发出紫外线,使管壁上的荧光粉发出可见光.启动时,要激发气体导电所需的电压比220V高得多.正常发光时灯管内只允许通过不大的电流,这时要求加在灯管上的电压低于电源电压. (2)镇流器是一个带铁芯的线圈,自感系数很大 (3)启动器是一个充有氖气的小玻璃泡,里面装有两个电极,一个是静触片,一个是由两个膨胀系数不同的金属制成的U形动触片.通常不接触,受热时,接触。 2、启动器在电路中的作用 当接通电键时,电源电压加在启动器的两电极之间,使启动器的氖管放电.放电使U形动触片受热膨胀与静触片接触,从而将电路自动接通,使灯丝和镇流器线圈中有电流流过。 电路接通后,U形动触片遇冷收缩,要与静触片分离,自动切断电路.这以后启动器使命就已完成。 3、镇流器在电路中作用 启动阶段,当启动器的动触片与静触片接触时,镇流器的线圈中有了电流.当动触片与静触片分离时,电路突然中断,流过镇流器的电流急剧减少,线圈中会产生很大的自感电动势,电动势的方向与原电流方向相同.设这时B端为电源正极,A端为电源负极,则镇流器中产生的自感电动势D端相当于正极,C端相当于负极,如图所示,加在灯管两端EF上的电压相当于两同向串联电源的电压即UEF=E电源+E自感,使灯管点燃。 日光灯点燃后,镇流器线圈中不断有变化的电流通过,因此同样产生自感电动势。 对交流电来说它相当于一个电阻,与灯管组成串联电路,分担了一部分电压.因此说镇流器有分压限流作用。 4、日光灯的启动 日光灯启动可分为三个阶段: 1.灯丝预热。 2.灯管两端加高压点亮灯。 3.正常发光。 第一阶段: 电键闭合后,启动器动触片与静触片接触,使灯丝和镇流器线圈中有电流流过,使灯丝预热。 第二阶段: 启动器的动触片与静触片分离时,使镇流器线圈中电流减小,产生很大的自感电动势,与电源电压相串联加在灯管两端点亮灯管。 第三阶段: 灯管点亮后,镇流器与灯管组成串联电路,镇流器起分压限流作用,使灯管正常发光。 要点提示: 1.日光灯工作时是靠紫外线激发荧光粉而发光,只有镇流器中有少量内能产生(电感的电阻很小),大部分电能都转化为光能。 2.启动器并联在灯管两端而镇流器与灯管串联 3.启动器在电路中起自动开关作用 4.镇流器在日光灯的启动和工作过程中,都起着重要的作用,即启动时,产生瞬时高压,正常工作时起降压限流作用
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- 互感和自感 高中物理互感和自感教案1 新人教版选修32 高中物理 互感 自感 教案 新人 选修 32