互感与自感教学设计(课用)

（选修3-2）第四章 第六节

《互感和自感》教学设计

教学目标

1. 知识与技能：

（1） 知道互感现象，了解互感的应用与防止；

（2） 知道自感现象，理解它产生的机理和起到的作用； （3） 能够判断自感电动势的方向，并会用它解释一些现象；

（4） 知道自感电动势大小的决定因素，知道自感系数的决定因素； （5） 了解自感现象的应用与防止。 2. 过程与方法：

（1） 通过三个自感实验的观察、设计与分析，培养学生的观察能力、实验能力和探究能力； （2） 通过自感体验，加深对知识的理解。 3. 情感态度价值观：

（1） 通过演示实验提升学生的学习兴趣，体会物理知识的奥秘。

（2） 通过师生之间，生生之间互动的过程，激发学生的探究热情，营造科研的氛围； （3） 通过了解互感和自感的应用和防止，体会物理知识与技术的融合之美。

学情分析

学生已经学习了电路的基本知识和电磁感应的相关规律，会判断回路是否会产生感应电动势以及感应电动势的方向，而且还掌握了感应电动势的大小和磁通量的变化率有关。但头脑中还没有互感这个概念，也没有意识到当变化电流通过线圈时，线圈本身也会产生感应现象。学习中对相关的自感现象的感知和解释也是学生遇到的最大挑战。

教学重点

自感现象产生的原因及特点

教学难点

运用自感知识分析实际问题。

教学流程

一、新课引入

【演示实验】一个线圈和一个灯泡，把它们连成一个闭合回路，小灯泡无法发光。把线圈放到一个盒子上，小灯泡发光。引发学生思考，盒子里放什么东西，小灯泡才会发光。

学生猜想后揭晓谜底，是一个接上交变电流的线圈。启发学生思考为什么这个线圈接上交变电流，另一个线圈里也会产生电流。

通过前面电磁感应现象的知识迁移，学生分析出电流变化引起磁场变化，使得穿过另一线圈的磁通量发生变化，另一线圈中会产生感应电流，引出互感现象。

二、互感现象 分析实验现象，产生感应电流的本质原因是磁通量变化的线圈中产生了感应电动势，此时这个线圈就充当这个回路中的电源。像这样两个线圈之间并没有导线相连，当一个线圈中的电流变化时，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。互感现象是发生在两个相互靠近的电路之间的电磁感应现象。由互感现象产生的感应电动势叫做互感电动势。

引导学生分析小灯泡发光时电能的来源，互感现象可以把能量从一个线圈传递到另一个

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线圈。介绍互感在生活中的应用——变压器。

让学生思考把交变电流换成直流电源，这个电路是否还能发生互感现象。 让学生分析并得出开关断开、闭合的瞬间，电流变化，会有互感现象。 三、自感现象 1．通电自感

学生思考、讨论：

①如果把一个线圈去掉，只研究另一个个线圈，开关闭合的瞬间，这个线圈会不会发生电磁感应现象？它的两端会不会产生感应电动势呢？

②如果线圈有发生电磁感应现象，有产生感应电动势，根据楞次定律，这个感应电动势对电路中的电流变化会产生怎么样的影响呢？

③有没有什么办法能把电流慢慢增大的这个现象呈现出来？ ④一个灯泡很难观察灯泡发光情况，应如何改进电路，能够更加直观得看出灯泡是否缓慢变亮？

⑤并联的另一支路上的可变电阻作用是什么？

【演示实验】根据讨论结果，搭建如右图的电路，演示实验，发现与线圈串联的灯泡亮的慢一些。

通过实验验证学生刚才的猜想，线圈的确发生了电磁感应现象，产生了感应电动势。正是这个感应电动势阻碍了电流的增大。

让学生观察实验现象并思考既然这个感应电动势，对电流增大起到了阻碍的作用。为什么最终两灯又一样亮呢？

引导学生认识到感应电动势只是延缓了电流增大的时间。最终电路中的电流稳定后，电流恒定，两灯一样亮。电流稳定后，周围磁场的磁感应强度也就不再变化，穿过线圈的磁通量也就不再变化了。

在刚才演示的实验中，线圈也产生了电磁感应现象，只不过这个线圈磁通量变化的原因，和我们提到的互感有所不同。互感是一个线圈电流变化，引起另一个线圈的磁通量变化，而这个线圈是由于自身的电流发生变化引起了磁通量的变化，从而发生电磁感应现象。我们就把这种由于自身的电流发生变化而产生的电磁感应现象叫做自感现象。刚才这个线圈由于自感现象，而产生的感应电动势也就称为自感电动势。

2．断电自感

学生思考、讨论：电流的变化可以增大，也可以减小。比如电键断开的瞬间。电键断开的瞬间，通过线圈的电流减弱，线圈发生自感现象，此时自感电动势又会对电路中的电流变化产生什么影响？

介绍实验验证的改进后电路，如右图所示。其中线圈就用实验室中的演示变压器改装后的带铁芯的线圈，其优点是可换线圈匝数。

【演示实验】按右图搭建实验电路，线圈选200匝。可观察到灯泡闪一下再熄灭的现象。 让学生分小组讨论分析，灯泡为何出现闪一下的现象。 小组汇报分析结果。引导学生分析电路中电流在断开电键前后电流的大小、方向变化情况。分析线圈电阻和灯泡发光时电阻的大小关系对实验现象的影响。

【演示实验】同样的实验电路，但是线圈选800匝。可观察到闭合电键时，灯泡比刚才实验时更亮，断开电键时，灯泡没有闪一下的现象，而是直接熄灭。

通过两次实验及理论分析，使学生认识到并不是接入任何线圈，断开电键时都会有闪一下的情形。接入800匝的线圈，它的电阻大于灯泡的电阻，此时线圈中的电流大小比灯泡中的电流要小，所以断开电键灯泡并没有闪一下的现象，但电流的变化还是会使得线圈发生自感现象。

理论分析后，用电流传感器演示实验，通过传感器记录的两个并联支路的I—t图象，让学生更加直观的看出断开电键时，电路中的电流变化情况。

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IL IA O iL iA t 学生思考：图像说明了什么问题。

分析图像：线圈的电流逐渐减小，灯泡的电流方向相反，再逐渐减小，后来两个图像对称，说明后来流过灯泡的电流正是线圈中逐渐减小的电流。

刚才闭合电键，线圈中的电流增大，自感电动势阻碍电流的增大，现在电键断开，线圈中的电流减小，自感电动势又阻碍电流的减小。总结自感电动势的作用就是：阻碍线圈中电流的变化。

引导学生分析自感现象中能量的转化情况：通电线圈周围的磁场储存了能量，在电流减弱时，这个储存的能量就会释放出来。

四、自感电动势、自感系数

自感电动势也是感应电动势，同样遵循法拉的电磁感应定律：E∝△Φ／△t，精确的实验表明线圈周围磁场的强弱又正比于线圈中电流的强弱，即磁通量的变化率正比于电流的变化率。所以也可以说，自感电动势正比于电流的变化率。即E∝△I／△t。引入一个比例系数L，写成等式即：E=L△I／△t。L这个比例系数称作自感系数，简称“自感”或“电感”。自感系数与线圈的形状、大小、匝数、有无铁芯等因素有关。

自感系数的单位是亨利。H，简称亨。亨利是美国的物理学家，在电磁学方面有很多突出贡献。常用的单位还有毫亨、微亨。

五、自感的利弊、应用

自感的防护：像大型的变压器、电动机，有很大的线圈，自感系数很大。在断电的瞬间，电流的变化率也很大，相应的要产生一个很大的自感电动势，使得开关中的金属片间会产生电火花，甚至引起人身伤害，这些大功率的用电器的开关通常要用油浸开关，避免产生电火花。

自感的利用：利用自感现象产生很大的自感电动势。比如日光灯的镇流器，燃气灶的打火装置等。让学生课后去了解一下它们是如何巧妙的利用自感现象。

【板书设计】 4.6互感和自感

1、互感 2、自感 3、自感系数

4、自感的利弊、应用