6　互感和自感

教学设计(一)

整

体

设

计

教学分析　　　　　

互感与自感现象都是电磁感应现象在技术中的应用。本节对互感现象要求不高，只要求知道互感现象的产生，以及互感现象在电工技术和电子技术中的广泛应用。互感现象是变压器的工作基础，有些内容可以在变压器一节中提及。本节的重点和难点应放在自感的学习上，通过对自感现象的分析，引导学生理解自感的原理和规律，教学内容涉及自感对电路电流的影响、自感系数、自感电动势等。

教学目标　　　　　

1．知道什么是互感现象以及互感现象在实际生活中的应用。

2．知道什么是自感现象以及自感电动势。

3．知道自感系数是表示线圈本身特征的物理量，以及自感系数的单位。

4．通过演示通断电自感实验，结合实际生活体验，特别是通过传感器对通电自感和断电自感的准确演示，体会并分析自感现象的本质及自感电动势对电路的影响。

5．在实验探究的过程中，对磁场中能量的传递和转化作出合理猜测，加深对能量守恒定律的理解。

教学重点难点　　　

本节重点是引导学生正确理解自感现象的产生原因和结果，探究自感现象的规律。本节课的难点是分析自感电动势对原电流变化产生的阻碍作用。在教学过程中，可以采用演示实验、学生分组讨论等方式分析实验现象；进一步采用电流传感器精确地显示电流随时间的变化情况，帮助学生验证结论，同时更直观地体验自感的实质。

教学方法与手段　　

以演示实验为先导，引导学生在实验现象的基础上，运用电磁感应的相关知识分析互感和自感的实质；以分组讨论的方法，调动学生积极思考；以电脑和传感器为手段，得到准确的It图象，得到更有说服力的结论。

课

前

准

备

教学媒体　　　　　

两个多匝线圈(匝数可调)，开关，导线若干，干电池两节，自感现象演示仪(通电/断电自感)，电流传感器，多媒体设备，PPT课件，视频片段

知识准备　　　　　

温故知新

1．感应电流产生的条件：闭合电路中______________________________。

2．楞次定律：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍___________

________________________________________________________________________。

3．法拉第电磁感应定律：电路中的感应电动势的大小，跟穿过这一电路的________成正比，表达式为________。

4．能量守恒定律：能量既不会________，也不会________，它只会从一种形式________为其他形式，或者从一个物体________到另一个物体，而在________和________的过程中，能量的总和________。

预习自学

1．互感：两个线圈之间并没有导线相连，当一个线圈中的________发生变化时，它所产生的________会在另一个线圈中产生________，这种现象叫做互感。

2．互感电动势：在________过程中产生的感应电动势。

3．自感：当一个线圈中________发生变化时，它产生的________不仅在邻近的电路中激发出感应电动势，同样也在________激发出感应电动势，这种现象称为自感。

4．自感电动势：由于________而产生的感应电动势叫做自感电动势，表达式________。

5．自感系数L：与线圈的________、________、________、________有关，单位是________(符号________)，常用单位有________、________。

教

学

过

程

导入新课　　　　　

[事件1]

教学任务：学习互感的概念，为后面变压器的学习奠定基础。

师生活动：

实验导入：演示两个相互靠近的线圈之间的电磁感应现象，重走法拉第的发现之路。

引入新课：经历前辈科学家发现电磁感应现象的过程，运用已经学过的知识来解释看到的现象。

【演示】两个线圈共用同一个铁芯(选用可拆分变压器做演示实验)，一个线圈与直流电源、开关串联，另一个线圈与电流表串联(如图)。当闭合或断开开关时，电流表中都有电流通过，请学生运用学过的知识解释这种现象产生的原因。

现象：当开关闭合或断开的瞬间，电流表有示数。

结论：两个线圈之间并没有导线相连，当一个线圈中的电流发生变化时，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势，这种现象叫做互感。

在互感过程中产生的感应电动势叫互感电动势。

互感现象可以使能量从一个线圈传递到另一个线圈，尽管两个线圈之间没有导线相连。

交流与讨论：互感现象在电工技术和电子技术中有着广泛的应用，但也有危害，请学生课后搜集相关的资料，为后面变压器的学习作好铺垫。

推进新课　　　　　

[事件2]

教学任务：自感现象的引入。

师生活动：

【演示】将线圈、两节干电池和开关用导线串联(如下图)，请同学用双手接触线圈两端裸露的接线柱，提问学生当电路稳定时有什么现象(感觉)？断开开关的瞬间又有什么现象(感觉)?

现象：当电路稳定时，人接触线圈两端没有什么感觉；而当开关断开的瞬间，人会有触电的感觉。

【演示】找三位同学手拉手参与上述实验，观察当电路稳定时，有什么现象(感觉)？而当开关断开瞬间，又有什么现象(感觉)发生？

现象：当电路稳定时，参与实验的同学接触线圈两端没有什么感觉；而当开关断开的瞬间，三位同学会同时跳起来，同时有触电的感觉。

观察并讨论：你能否画出人接入电路后的电路图？请猜测上述现象是由什么原因引起的？(人体接入电路的电路如下图)。

[事件3]

教学任务：学习自感的概念和种类。

师生活动：

问题引导：当线圈自身电流发生变化的时候，能否使其自身产生电磁感应现象呢？

结论：

由于导体本身的电流变化，而在导体自身产生的电磁感应现象，叫做自感。

自感现象中产生的感应电动势，叫做自感电动势。

由电磁感应现象产生的条件可以断定，在通电和断电瞬间，线圈中都会发生自感现象。而刚才在引入实验中人体触电的感觉，应该也是一种自感现象的表现。

交流与讨论：

自感中的这个“自”是什么意思？(自身)

过渡：当电路中电流增大，自感电动势的作用是什么？当电路中电流减小，自感电动势的作用又是什么？下面我们来研究这些问题。

[事件4]

教学任务：实验探究断电自感的现象和规律。

师生活动：

【演示】电源、开关、小灯泡和线圈用导线连成如图所示电路，即用灯泡代替刚才人的位置，提示学生由刚才的感受猜测开关断开瞬间灯泡会发生什么现象，然后再进行实验，观察现象。

观察与描述：学生观察实验，描述实验现象，由其他学生补充和修正。

参考描述：开关断开瞬间，灯泡不是立即熄灭，而是闪亮一下才灭。

讨论与交流：如何解释上述实验现象？

学生分组讨论上述问题，总结结论并分组汇报。

提示问题：

●开关断开，电源不给灯泡供电，但灯泡没有立即熄灭，这时谁在给灯泡供电？

●由于自感，断电后线圈中的电流怎样？

●断电后通过灯泡的电流方向是否与原来一致？说明你的理由。

●线圈能阻碍电流立即消失，能否阻止电流最终消失？

●断电后至灯泡熄灭，电源不再给灯泡供电，灯泡中的能量从何而来？

断电时，由于线圈的自感电动势阻碍原电流变化，所以线圈中的电流并没有立即变为零，而是要继续流过与线圈组成的这个闭合回路，因此，电灯没有立即熄灭。断电后通过灯泡的电流方向与原来通过灯泡的电流方向相反。此时线圈相当于电源，将以磁场形式储存的能量转化为电能后提供给小灯泡。

思维拓展：为什么会闪亮？什么情况下灯泡会闪亮？

若原来流过线圈的电流比流过灯泡的电流大，也就是稳定时线圈电阻(线圈的直流电阻)比灯泡小，自感现象发生时，原来线圈中的电流流入灯泡，此时流过灯泡的电流比原来大，所以灯泡比原来亮，出现的现象就是闪亮。

[事件5]

教学任务：用电流传感器探究断电自感。

师生活动：

【演示】用电流传感器代替小灯泡的位置，通过电脑作图，观察电流变化情况。

现象：

断开开关瞬间，通过传感器的电流反向且突然变大，可以解释灯泡为什么会继续发光，为什么会闪亮；也可以使学生联想到前面实验中开关断开瞬间，人为什么会有触电的感觉。

[事件6]

教学任务：实验探究自感系数与哪些物理量有关。

师生活动：

交流与讨论：自感电动势的大小与哪些因素有关？

由法拉第电磁感应定律：E∝

∵ΔΦ∝ΔB，ΔB∝ΔI

∴ΔΦ∝ΔI

∴E∝——自感电动势正比于电流的变化率

写成等式：E＝L　其中L——自感系数(单位：亨利)

【演示】以控制变量的方式，保持其他量不变，分别将触电实验的线圈匝数减少，抽出铁芯，用滑动变阻器将电流缓慢变为零，用传感器观察感应电动势的变化情况。

结论：L——自感系数(也称自感或电感)，取决于线圈的大小、形状、匝数，有无铁芯。单位：H、mH、μH。

匝数越少，E越小，即L越小；没铁芯的时候比有铁芯的时候L小很多。

断开开关，有强烈的触电感觉，正是因为电流变化快，自感系数大，从而自感电动势较大造成的。电动机，变压器都有较大线圈，断电时会产生很大的自感电动势，有让人触电的危险(刚才实验用的线圈都会产生电火花)，所以在生产和生活中，我们常常把开关浸在绝缘油中，做成油浸开关，从而避免断电时巨大的自感电动势引发事故。

交流与讨论：

请同学们课后查阅资料，看一看在生产和生活中还有哪些地方可以应用自感现象，在哪些方面必须防止自感现象发生？

[事件7]

教学任务：实验探究通电自感的现象和规律。

师生活动：

【演示】连接电路如图，调节滑动变阻器电阻与线圈的直流电阻相等，保证开关闭合后两个灯泡亮度相同。先引导学生分析推测将会看到什么现象，然后进行实验。

观察与描述：A1立即亮，A2慢慢变亮。

交流与讨论：学生分析产生这种现象的原因是什么？该过程能量是如何转化的？

结论：

通电时，电路中的电流要从无到有，线圈的自感电动势阻碍原电流增加，所以有线圈的这一支路的灯泡亮得稍慢一些；当电流稳定后，线圈相当于直流电阻，两灯泡的亮度就相同了。

电能转化为磁场能

[事件8]

教学任务：用电流传感器探究通电自感。

师生活动：

【演示】用电流传感器代替线圈，通过电脑作图精确分析通电自感过程中的电流变化，验证上述分析是否正确。

现象：

开关接通瞬间，通过A2的电流明显比通过A1的电流在时间上滞后，但最终两支路的电流强度相等并不再变化。

[事件9]

教学任务：采用慢放的手段帮助学生将瞬间现象观察得更清楚。

师生活动：

【演示】将[事件4]和[事件7]中的实验现象拍成视频资料，通过慢放片段，将[事件4]和[事件7]的实验现象重复播放在大屏幕上，慢放后的视频资料学生更容易观察到实验现象。

课堂训练　　　　　

1．下列关于自感现象的说法，正确的是(　　)

A．自感现象是由电流的变化产生的，与磁通量变化无关

B．感应电流一定和原电流方向相反

C．产生自感电动势较大的线圈其自感系数一定较大

D．对于同一线圈，当电流变化较快时，线圈中的自感电动势较大

结论：自感现象是________的一种特殊情况，其产生条件仍然是线圈中的________发生变化，感应电流方向遵循________定律，自感电动势大小与________和________有关。

2．如下图所示，L是自感系数很大的线圈，但其自身的电阻几乎为零。A、B是两个相同的小灯泡。

(1)当开关S由断开变为闭合时，A、B两个灯泡亮度如何变化？

(2)当开关S由闭合变为断开时，A、B两个灯泡亮度又将如何变化？

3．如图是测定自感系数很大的线圈L的直流电阻的电路，L两端并联一只电压表，用来测量自感线圈的直流电压，在测量完毕后，为了器材的安全，将电路拆解时应怎样做？

答案： 1．D　电磁感应　磁通量　楞次　自感系数　电流变化的快慢

2．通电瞬间，由于L自感作用——相当于暂未闭合的开关，通过线圈的电流为零，通过B的电流必通过A，因此，A、B同时亮且亮度相同；稳定后由于L电阻为零——相当于一根导线，因此将B短路，B不亮，A更亮。

断电瞬间，A立即熄灭，B与L构成闭合回路，由于L的自感作用——相当于电源给B供电，所以，原先熄灭的B会亮起来；随着线圈中储存的磁场能消耗殆尽，B逐渐熄灭。

3．先断开S2，再断开S1，再拆解各部件。

课堂巩固与反馈　　　　　

[事件10]

教学任务：形成性测试：学生独立完成。时间：3分钟

1．下列关于自感现象的说法，正确的是(　　)

A．自感现象是由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为一个自感系数较大的自感线圈，开关闭合后，小灯泡能正常发光，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．小灯立即变亮，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

答案：1.ACD　2.D

3．韦伯　特斯拉　亨利

4．A

课堂小结　　　　　

[事件11]

教学任务：引导学生小结本节课的学习活动及结论。(见课件)

小结：自感是一种特殊的电磁感应现象。自感电动势总是阻碍________。通电时，自感电动势______原电流增大；断电时，自感电动势又要______原电流减小。这个结论被认

为是楞次定律的另一种表述。正是通过自感电动势的阻碍作用，实现了____能和______能之间的相互转化。而自感系数越大，自感电动势就______，线圈的这种阻碍作用就越明显，借助力学术语，我们说线圈能够体现电的“惯性”。

答案：原电流变化　阻碍　阻碍　电　磁场　越大

布置作业　　　　　

1．复习本节内容。

2．完成课本课后问题与练习。

思考与练习　　　　

1．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。

2．如图所示的电路中，灯泡A1、A2的规格完全相同，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

3．如图所示电路中，A1、A2是两只相同的电流表，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的读数等于A2的读数

以下题目仅供物理爱好者选做

4．如图，在断电自感实验中，若线圈L的电阻RL与灯泡A的电阻RA相等，则电键断开前后通过线圈的电流随时间的变化图象为图，通过灯泡的电流随时间的变化图象为________图；若RL远小于RA，则电键断开前后通过线圈的电流随时间的变化图象为________图，通过灯泡的电流图象为图。

5．如图所示实验中，当电键闭合后，通过灯泡1的电流随时间变化的图象为________图。

6．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会更亮一下后才熄灭

答案：1.b　a　断电自感　2.C　3.BD　4.A　C　B　D　5.C　6.D

板

书

设

计

6　互感和自感

(见PPT)

活

动

与

探

究

课题：举例说明互感和自感现象在生产生活中的应用与防止。

过程：上网查找资料，收集有关信息，结合教材本节的介绍，了解互感和自感的基本原理及在实践中的应用。可以在自主研究的基础上分小组进行交流，形成统一意见后，各