特斯拉线圈教案

第一节《神奇的特斯拉线圈》

【教学目标】

1.了解科学家特斯拉传奇人生，以及他的科学发明成果。

2.初步认识特斯拉线圈的结构以及工作原理，通过特斯拉线圈隔空点亮荧光灯和播放音乐的实验，了解无线电能传输与放电震动空气发声的科学原理。

3.通过展示实验，讨论实验，最终了解科学原理的教学流程,使学生养成乐于探究，热爱科学的学习态度。

【教学重点】

建立绝缘体的初步概念。

【教学难点】

通过观察实验，理解电压与绝缘体的关系。

【教学方法】实验法、观察法、讨论法、分析法。

【教学用具】小型特斯拉线圈、特斯拉等离子音乐线圈、荧光灯、氖泡。

【教学过程】

一、引入：

（1）展示特斯拉等离子音乐线圈，问：你知道特斯拉线圈吗？

（2）幻灯片出示特斯拉线圈发明人“特斯拉”的简介。

尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla，1856年－1943年），塞尔维亚裔美籍发明家、机械工程师和电机工程师。他对电力学和磁力学做出了杰出贡献，1882年，他继爱迪生发明直流电（DC）后不久，发明了“高频率”（15,000赫兹）交流发电机（于1891年获得专利），并创立了多项电力传输技术。尼古拉·特斯拉与达·芬奇一并被世界公认为两大旷世奇才，被人们称作交流电之父、无线电之父，他的很多研究成果至今还是美国军方的绝密资料。1943年1月7日在纽约人旅馆（The New Yorker Hotel）孤独地死于心脏衰竭，享年87岁。特斯拉一生致力于全世界而不是为特定某个国家效力。

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选学内容：

特斯拉世界系统：

特斯拉世界系统是特斯拉经过长期持续的研究和试验获得的几项独创性发现的综合成果。

1.特斯拉变线圈：这个装置是电磁振动领域的革命性发现，其重要意义堪比火药对于战争的

划时代价值。特斯拉利用这一装置产生的电流是普通技术手段产生电流的很多倍，并产生了一百多英尺的火花现象。

2.放大发射机：这是特斯拉的最佳发明，是为了激发地球电磁场创造的一种特殊变压器，用于电能传输，其传输距离必须使用天文级望远镜才能看到。通过使用这种神奇装置，特斯拉已经实现了一种电力效应，其强度超过了闪电，通过的电流足以点亮环绕地球的200盏白炽灯。

3.特斯拉无线系统：该系统包含一系列新技术，是唯一以无线手段和低廉经济成本远距离传输电能的手段。特斯拉在科罗拉多建立了试验站，已经通过仔细研究和测算证明，该系统可以传输任何规模的能量，而损失不会超过百分之几。

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问：如果我说特斯拉线圈可以实现无线电能传输和闪电播放音乐，你觉得有可能吗？

学生回答：有或无。

下面我们共同研究一下特斯拉线圈的结构以及工作原理——导入新课。

二、进行新课：

1.认识特斯拉线圈的结构：

2.结合电路图了解特斯拉线圈的工作原理：

其原理是使用变压器使普通电压升压，然后经由两极线圈，从放电终端放电的设备．特斯拉线圈由两个回路通过线圈耦合．首先电源对电容C1充电，当电容的电压高到一定程度超过了打火间隙的阈值，打火间隙击穿空气打火，变压器初级线圈的通路形成，能量在电容C1和初级线圈L1之间振荡，并通过耦合传递到次级线圈．次级线圈也是一个电感，放顶罩

C2和大地之间可以等效为一个电容，因此也会发生LC 振荡．当两级振荡频率一样发生谐振的时候，初级回路的能量会涌到次级，放电端的电压峰值会不断增加，直到放电。

通俗一点说，特斯拉线圈是一种分布参数高频共振变压器。使用变压器使普通电压升压百万伏，然后通过一、二级线圈，从放电顶端放电的设备，它是一个人工闪电制造器。

在世界各地都有特斯拉线圈的爱好者，他们做出了各种各样的设备，制造出了眩目的人工闪电，十分美丽。

教学衔接：那么特斯拉线圈能否实现无线电能传输呢？下面我们来共同研究一下，先来做个特斯拉隔空点亮荧光灯和氖泡的实验。（大家把眼睛睁大一点哦！）

3.演示特斯拉隔空点亮荧光灯和氖泡实验。（注意关灯）

观察电火花长度以及点亮灯具的情况，回答问题。

问：为什么电火花不是无限长呢？

答：电火花长度与电压成正比。比如要击穿1cm的空气电压大概要1万伏。

问：同时点亮两个灯的时候为什么灯光会变暗。

答：能量守恒，线圈的功率有限。

4．小组探究，隔空亮灯原理

教师：指导学生了解什么是导体，学生举例生活中常见的导体。

学生活动：讨论以下两个问题

a、

问：空气是导体还是绝缘体？

答：干躁的空气不会导电,是绝缘体,因为空气中没有可以自由移动的电荷。

教师：指导学生了解分子、原子（正）、质子、电子（负）、离子（得到电子为负离子，失去电子为正离子）、等离子。

答：

分子由原子组成、原子由质子中子电子构成，原子通过得失电子变成离子，离子通过得失电子形成原子。

等离子：

温度不断升高时，构成分子的原子发生分离，形成为独立的原子，如氮分子会分裂成两个氮原子，我们称这种过程为气体中分子的离解。如果再进一步升高温度，原子中的电子就会从原子中剥离出来，成为带正电荷的原子核和带负电荷的电子，这个过程称为原子的电离。

人们常年看到的闪电、流星以及荧光灯点亮时、火焰燃烧（只有部分高温火焰才是真正的等离子体,其他大部分日常生活中见到的火焰,都是激发态的气体分子）时，它们都是处于等离子态。它的性质也变得与气体完全不同。为区别于固体、液体和气体这三种状态，我们称物质的这种状态为物质的第四态。

等离子态下的物质具有类似于气态的性质，比如良好的流动性和扩散性。但是，由于等离子

体的基本组成粒子是离子和电子，因此它也具有许多区别于气态的性质，比如良好的导电性、导热性。

b、

问：什么情况下空气会成为导体？线圈周围的空气为什么会导电？

答：一般有三种情况使空气成为导体。

1.闪电和宇宙射线等的作用下，空气中有少量的电子和带正电的离子，当气体相当稀薄时，如电压足够高，则电子在向阳极运动的过程中可以得到很大的动能，它们和中性气体相碰撞时，可以使中性分子电离，即所谓碰撞电离。同时，在正离子向阴极运动时，由于以很大的速度撞到阴极上，还可能从阴极表面上打出电子来，这种现象称为二次电子发射。碰撞电离和二次电子发射使气体中在很短的时间内出现了大量的电子和正离子。在外电压作用下这些电子和正离子向相反的方向运动，气体中就有了电流通过，形成导体。（日光灯管）

2.非常湿润或者有非常多杂质的空气。

3.等离子状态下的空气。（线圈周围空气的导电原理）

5.演示特斯拉线圈播放音乐实验。（手机配合）

观察音乐高低变化时电火花的变化，回答问题。

问：音乐变化时，电火花的长度、形状有没有产生？

答：有。

观察用绝缘体干扰电火花时，音乐的变化。

问：电火花受干扰时，音乐有没有受到影响？

答：有。

6.小组探究，播放音乐原理

教师：指导学生日常生活中什么物体可以发出声音，为什么可以发声？

鼓、吉他、人，等。发声的原因是产生了震动。

学生活动：讨论以下问题

问：为什么特斯拉线圈可以播放音乐？

答：当空气电火花产生高热后，空气处于等离子态，其中的各种带电粒子在线圈电场的作用下震动发声，振动频率跟线圈电波的频率一样的，于是就可以播放音乐了。

7.课后作业：观察生活中的物理现象，试一试，能否用你掌握的物理知识来解释？

【教学反思】