“反电动势”概念教学之我见

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翻新时间：2023-08-05

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“反电动势”概念教学之我见

人教版普通高中课程标准实验教材《物理》选修3-2中第四章《电磁感应》第四节《法拉第电磁感应定律》中新增了“反电动势”的概念，编者新增该内容的意图何在，仅是像教材所说的将其看成是前面所学知识的一道综合练习题吗？如此教学我发现课堂教学进行的不仅不够生动，而且学生学的也不够有兴趣.把一个新的概念强行灌输给学生往往不易接受，不如用学生已经熟悉的知识来提问从而激发起学生的求知欲.鉴于此若将该内容与直流电路知识相结合进行讲授将会柳暗花明！

1“反电动势”概念的导入

师：在直流电路中我们知道，欧姆定律只适用于纯电阻电路，对于还有电动机的非纯电阻电路并不适用，这是为什么呢？

生：对纯电阻电路来讲电功等于电热，而非纯电阻电路电功并没有全部转化成电热还有一部分转为为机械能.

师：很好，以前我们从能量转化的角度分析了其中的原因，今天换一个角度，能不能从电压的角度直接来分析欧姆定律为什么对非纯电阻不成立呢？

设计意图加入设问学生会积极听课，激发了学生的学习兴趣.

2“反电动势”概念的生成

分析直流电动机的工作过程，直流电动机通电后线圈在磁场中因受安培力产生动力矩而转动，线圈在磁场中转动切割磁感线产生感应电动势，从而产生感应电流，由右手定则判断发现感应电流的方向与原电流方向相反，所以线圈转动产生的感应电动势具有削弱原电源电动势的作用，我们把这个电动势称为“反电动势”.

3“反电动势”概念的升华

最后利用所学习的新概念“反电动势”来分析课前提出的问题.

若直流电动机线圈电阻设为R，电动机两端所加电压为U（图1），电动机工作时产生反电动势为E反抵消一部分电源电动势，剩余的电压才降在线圈的内阻上.设闭合回路中流过电动机的电流为I，则

I=U-E反R（1）

或者U=IR+E反（2）

所以电路中的由欧姆定律计算的电流I=UR不再成立.

这样学生不仅深刻理解反“电动势”的作用，而且对非纯电阻电路有了新的认识和领悟，实现了知识的迁移和升华.

设计意图课堂首尾呼应来解决上课时概念提出时的问题.

另外若（2）式两边都乘以电流I就得到：IU=I2R+E反I，式中UI为提供给电动机的功率，叫做电动机的输入功率，I2R是电动机线圈发热消耗掉的热功率，E反I是转变为机械能的功率，即电动机的输出功率.这恰好与我们前面所学习的内容相对应，学生由此会对非纯电阻的本质理解印象深刻.

4归纳总结

①电动机只有在转动时才会出现反电动势（线圈转动切割磁感线产生感应电动势）；

②线圈转动切割磁感线产生的感应电动势方向与电动机的电源电动势方向一定相反，所以称为反电动势；

③有了反电动势电动机才可能把电能转化为机械能，它输出的机械能功率P=E反I；

④电动机工作时两端电压为U=E反+Ir（r是电动机线圈的电阻），电动机的总功率为P=UI，发热功率为P热=I2r，正常情况下E反Ir，电动机启动时或者因负荷过大停止转动，则I=U/r，线圈中电流就会很大，可能烧毁电动机线圈.

应用迁移如图2所示，有一个提升重物用的直流电动机，电阻为r=0.6 Ω，电路中的固定电阻R=10 Ω，电路两端的电压U=160 V，理想电压表的示数U′=110 V，则通过电动机的电流是多少，电动机产生的反电动势多大？电动机的机械功率是多少？

分析求电动机流过的电流不能直接应用欧姆定律，对电动机U′=E反+Ir，由于反电动势未知，所以间接求解，由于电动机和电阻串联则电流相等（条件理想电压表）

解I=U-U′R=160-11010 A=5 A，

由U′=E反+Ir，

E反=U′-Ir=（110-5×0.6） V=107 V，

机械能功率P机械=E反I=107 V×5 A=535 W.

拓宽视野反电动势一般出现在电磁线圈中，如继电器线圈、电磁阀、接触器线圈、电动机、电感等.通常情况下，只要存在电能与磁能转化的电气设备中，在断电的瞬间，均会有反电动势，反电动势有许多危害，控制不好，会损坏电气元件.克服反电动势最简单有效的方法，是在线圈两端反向并联一支二极管，当产生反电动势时，电流通过二极管释放，从而保护控制元件.这是从大禹治水的方法中学到的，对于洪水，要疏导，让它流入大海，而不是堵，堵是堵不住的.

采用上述方法以后，磁能转化为电能，电能又全部转化为热能散发掉了.

因此教学中深刻体会到，教材编者新增“反电动势”概念，不仅仅是把它作为电磁感应定律的一个应用，而且是对前面直流电路欧姆定律应用的一个补充和升华.