高中人教物理选择性必修二2.4 互感和自感（教学设计）-同步备课

1、第二章 电磁感应第4节 互感和自感互感和自感是电磁感应第4节的内容，是在学生学习了产生感应 电流的条件、楞次定律、和法拉第电磁感应定律后才学习的，是电磁感应现象具体应用的两个实例。因此，对互感、自感现象的研究，既是对电磁感应定律的巩固和深化，也是对以后学习交流电、电磁波奠定了知识基础。互感和自感的知识与人们日常生活、生产技术有着密切的关系。因此，本节学习的重要性在于具有实际的应用价值，学习该部分知识有着重要的现实意义。物理观念：知道互感现象和自感现象都属于电磁感应现象.科学思维：了解自感现象在生产生活中的应用和怎样预防其带来的不利影响科学探究：知道自感电动势大小受到哪些因素影响科学态度与责任：

2、认识互感和自感是电磁感应现象的两种现象，感悟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。1、教学重点：（1）通过实验，观察并理解“通电自感”和“断电自感”。（2）通过实验观察和理论分析，体会物理规律的探究过程2、教学难点：“断电自感”灯泡闪亮的原因无线充电器、手机、扩音器、多媒体课件同学们，通过前3节的学习，我们已经初步掌握了“磁生电”的基本概念和基本原理，我们能用法拉第电磁感应定律计算感应电动势的大小，也能用楞次定律判断感应电流的方向，同时也了解了一些生活中的电磁感应现象。今天这节课，我们继续深入研究生活中两个常见的电磁感应现象：互感和自感。我们先一起来看一个实验

3、：一、互感现象【演示实验1】这是两个大小不同的线圈A和B，两个线圈A、B之间并没有导线相连，小线圈可以套入大线圈。现在让小线圈A与手机的音频输出端连接，大线圈B与扩音器的输入端连接，如图所示。实验时，先打开手机的音乐，再把A线圈插入B线圈，请同学们观察实验现象。【学生】能听到音乐。【教师】同学们都听到了音乐，声音来自于扩音器。两组线圈之间没有导线直接连接，却能在扩音器上听到手机播放的音乐。请同学们思考以下两个问题：什么是音频信号？为什么能在扩音器上听见由手机输出的音乐？【学生】手机输出的音频信号，是一种电流信号，它的强度和频率都在变化。可以认为是一种变化的电流。【学生】所以当音频信号流经A线圈

4、时，A线圈中就产生了变化的磁场，变化的磁场使B线圈的磁通量发生变化，从而在B线圈中产生感应电流，这个电流让扩音器发出音乐。【教师】最后再补充一个问题：感应电流的频率，与原电流的频率有什么关系呢？【学生】二者频率相同，才能输出不变的音乐。【教师】通过这个实验，我们发现：A线圈中变化的电流，会使得B线圈产生感应电流。那么反过来， B线圈中变化的电流，是否也会使A线圈中再次产生感应电流呢？同学们先猜想，再说明理由。【学生】根据感应电流产生的条件，应该会产生。【教师】答案是肯定的，实际上，在这个过程中，A、B两组线圈将会发生互相感应的现象。在物理学中，把这个现象叫作互感，即：当一个线圈中的电流变化时，

5、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。这种感应电动势叫作互感电动势。上面这个实验，我们发现互感现象会在两个线圈之间传递电流信号，那么在实际生活中还有哪些类似的现象呢？【学生】可能会想到上节课学习的内容：电磁炉、探雷器、变压器。【教师】确实如此，这些都用到了互感现象。【教师】互感现象不仅可以发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间，像变压器一样；还可以发生于任何两个相互靠近的电路之间。这个现象广泛应用于生活当中。但在有的电力工程中和电子电路中，互感现象有时会影响电路的正常工作，这时要设法减小电路间的互感。【教师】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

6、线圈中为什么会产生感应电动势呢？【学生】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，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势例. 如图甲所示，A、B 两绝缘金属环套在同一铁芯上，A 环中电流 iA 随时间 t 的变化规律如图乙所示，下列说法中正确的是(B ) At1 时刻，两环作用力最大Bt2 和 t3 时刻，两环相互吸引Ct2 时刻两环相互吸引，t3 时刻两环相互排斥Dt3 和 t4 时刻，两环相互吸引二、自感现象合作探究1：【教师】接下来，我们继续思考下一个问题：当一个线圈中的电流变化时，它产生的变化的磁场能在邻近的电路中激发出感应电动势，是否也能在它本身激发出感应电

7、动势呢？【学生】基于已有知识，进行思考、讨论、猜想。【教师】在回答这个问题之前，我们先来观察一个实验。【演示实验2】实验电路图如图所示，电路由两个支路组成，上面支路：是灯泡A1串联一个带铁芯的线圈，下面支路：是一个相同的灯泡A2串联一个可变电阻（预先调节阻值，使其等于线圈电阻）。这是实验的器材，电源、导线、电阻箱、带铁芯的线圈，实验电路面板，上面已安装好了灯泡和开关。为了便于观察实验现象，我们只把灯泡、开关放置于面板前，其余元件都放置于面板后，并按电路图连接好电路。请同学们仔细观察：闭合开关S的一瞬间，电路中两个灯泡的亮度变化情况。为了便于观察，我们分别在亮光和暗光条件下进行实验。【学生】灯A

8、2先变亮，灯A1后变亮。【教师】开关闭合瞬间，灯A1后变亮，我们通过慢放，还会发现，灯A1是逐渐变亮的，说明通过A1支路的电流是逐渐增大的。请同学们结合实验前的猜想，从电流变化的角度，尝试分析A1逐渐变亮的原因。【学生】实验说明了实验前提出的问题：线圈电流变化也能在它本身激发出感应电动势。当开关闭合时，通过A1支路的电流I增大，则其磁通量增大，根据楞次定律：线圈自己要产生感应电流，再根据“增反减同”，感应电流I感与原电流I反向阻碍磁通量增大，而阻碍不是阻止，所以A1中的电流只能缓慢增大，所以A1灯泡在缓慢变亮。【教师】以上实验说明：当一个线圈中的电流变化时，它产生的变化的磁场不仅能在邻近的电路

9、中激发出感应电动势，也能在它本身激发出感应电动势。这种现象叫“自感”。上面这个实验，起个名字，叫“通电自感”现象。下面我们再来看一个实验，叫“断电自感”现象。合作探究2：【演示实验3】实验电路图如图所示，将一个灯泡和电感线圈并联后，接入电路。这是实验的实物，电源、导线、带铁芯的线圈，实验电路面板，也已安装好灯泡和开关，为了便于观察实验现象，我们将灯泡、开关放置于面板前，其余元件放置于面板后，并按电路图连接好电路。实验前先闭合开关，点亮灯泡。大家仔细观察：断开开关S的一瞬间，灯泡A的亮度变化情况，并分析原因。【学生】A灯泡先闪亮一下，再熄灭。【教师】为什么会闪亮后熄灭？同学们能否用“自感”的原理

10、来解释？【学生】开关断开瞬间，线圈支路中的电流I减小，磁通量减小，根据楞次定律，“增反减同”，感应电流I感与原电流I同向，则线圈L与灯泡A能组成一个闭合电路，使得感应电流从A中流过，所以A要缓慢熄灭。【教师】按照刚才的分析，开关断开前后，通过灯A中的电流方向有什么变化？【学生】电流反向了。线圈中的感应电流与原电流同向，但流经灯A时，与原电流反向。【教师】那怎么解释灯泡要突然闪亮一下呢？【学生】说明感应电流要大于灯泡原来的电流。【教师】根据电磁感应的规律，线圈中的感应电流要从原值开始减小。当线圈的电阻RL灯泡的IA。断开开关后，虽然灯泡电流直接减到0，但线圈的电流从一个较大值逐渐减小，大电流流过

11、灯泡时，灯泡就要闪亮一下再熄灭。【教师】通电自感的进一步实验和解释（多媒体逐步分析）如图用电流传感器收集开关断开前后通过灯泡A、线圈L的电流IA、IL随时间变化的数据：（1）若 RL=RA相等，请定性作出电脑上显示的IA、IL时间变化图像？（2）若 RL 远小于RA ，请定性作出电脑上显示的IA、IL时间变化图像？三、自感系数【教师】实验表明，磁场的强弱正比于电流的强弱，也就是说，磁通量的变化正比于电流的变化。因此，自感电动势正比于电流的变化率L 自感系数简称自感或电感单位：亨利 H L：与线圈的大小、形状、圈数及有无铁芯有关美国著名物理学家1867年起，任美国科学院第一任院长1829年制成了

12、能提起一吨重铁块的电磁铁；1830年发现电磁感应现象，1832年发现了电流的自感现象；四、磁场的能量在图2.4-3的实验中，开关断开后，灯泡的发光还能维持一小段时间，有时甚至会比开关断开之前更亮。这时灯泡的能量是从哪里来的？1. 自感现象中的磁场能量（1）线圈中电流从无到有时：磁场从无到有，电源的能量输送给磁场，储存在磁场中。（2）线圈中电流减小时：磁场中的能量释放出来转化为电能。 2. 电的“惯性”自感电动势有阻碍线圈中电流变化的性质。理解 当线圈刚刚接通电源的时候。自感电动势阻碍线圈中电流的增加; 当电源断开的时候。自感电动势又阻碍线圈中电流的减小。线圈的自感系数越大，这个现象越明显，线圈

13、能够体现电的惯性。课堂练习1.有关自感现象,下列叙述中正确的是：（ B ）A、有铁芯的多匝金属线圈中,通过的电流强度 不变时,无自感现象发生,线圈的自感系数为零B、导体中所通电流发生变化时,产生的自感电 动势总是阻碍导体中原来电流的变化C、线圈中所通电流越大,产生的自感电动势也越大D、线圈中所通电流变化越大,产生的自感电动势也越大 2.如图所示的电路中，A1和A2是两个相同的小灯泡，线圈L的电阻可以忽略，下列说法正确的是( AD )A.合上开关S接通电路时,A2先亮,A1后亮,最后一样亮B.合上开关S接通电路时,A2和A1始终一样亮C.断开开关S切断电路时,A2立刻熄灭,A1过一会儿才熄灭D.

14、断开开关S切断电路时,A2和A1都要过一会儿才熄灭3. 如图所示甲、乙中，自感线圈L的电阻很小，接通S，使电路达到稳定，灯泡A发光，下列说法正确的是( D )A在电路甲中，断开S，A将立即熄灭B在电路甲中，断开S，A将先变得更亮，然后逐渐变暗C在电路乙中，断开S，A将逐渐变暗D在电路乙中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗4.如图所示电路中，A、B是两个完全相同的灯泡，L是个理想电感线圈，下列说法正确的是(AC)AS闭合时，A立即亮，然后逐渐熄灭BS闭合时，B立即亮，然后逐渐熄灭CS闭合足够长时间后，B发光，而A不发光DS闭合足够长时间后，B熄灭，而A发光5、某同学利用如图所示电路研究自感现象。电源的电动势为E，内阻不计，电感线圈L的电阻不计。在t=0时刻闭合开关S，电路稳定后，在t=t1时刻