《互感和自感》教学设计
【教学目标】
1.物理观念
（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.科学思维、实验探究
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；
3.科学态度与责任
（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。

【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。

【教学过程】
一、创设情境，引入课题
教师演示实验：我们先做一个类似于法拉第想当年的线圈实验。

这是两个线圈，数字之比表示匝数之比。

这是闭合铁芯，由绝缘的硅钢片叠加而成。

现在我把线圈套在闭合铁芯上，连成如图所示的电路，蓝色线圈与灯泡组成闭合回路，红色线圈与开关、电源接在一起。

闭合铁芯使绝大部分磁感线集中在铁芯内部,贯穿两个线圈。

注意啊，小灯泡并没有用导线与电源直接相连，而是用线圈套在闭合铁芯上。

下面请一个同学上台配合一下，帮助老师检查一下电路连接是否正确，并闭合开关。

学生活动：一学生上台检查一下电路连接并闭合开关；其他学生观察实验现象
教师提出问题：为什么没有与电源直接相连的小灯泡亮了呢？能量从何而来呢？这是我们这节课学习的内容--互感和自感。

二、新课教学
㈠探究互感现象
教师启发：其实这也是一种电磁感应现象，你能解释吗？为什么小灯泡亮了？
学生回答：红色的线圈与电源相连，电流激发的磁感线通过闭合铁芯穿过蓝色的线圈，因为连接的是交流电源，电流大小和方向时刻变化，所以磁场、磁通量变化，在蓝色线圈中产生感应电动势，小灯泡就亮了。

教师引出概念：当一个线圈中电流变化，在另一个线圈中产生感应电动势的现象，称为互感。

互感现象中产生的感应电动势，称为互感电动势。

正是互感现象，将电源的电能从一个线圈传递到另一个线圈，小灯泡亮了。

互感现象在生产生活有广泛的应用，例如咱这套装置就是变压器，什么作用呢，比如吧220V 电压变成5V，给手机充电。

具体内容呢，咱下一章再深入研究。

教师提问：同学们还知道互感现象有什么应用吗？
学生讨论回答：手机无线充电，正是互感现象把电能从充电器的线圈传递到手机的线圈，给手机充电。

互感现象不仅仅传递能量，也能传送广播信号，例如收音机的“磁性天线”。

凡事有利必有弊，因为互感现象可以在任何两个靠的近电路间产生，所以在电子电路容易因此而受到干扰，那就得想办法屏蔽或减少干扰。

㈡探究通电自感现象
教师引导：2 个线圈能够产生电磁感应现象——互感，那么一个线圈呢？能够产生电磁感应现象吗？怎样操作呢？
学生回答：可以闭合或断开开关，线圈中的电流变化、磁通量变化，就会产生电磁感应现象。

教师追问：如果给这个线圈串联灯泡，那你猜猜，闭合开关，应该发生什么现象？
学生回答：据楞次定律，感应电流的效果阻碍产生感应电流的原因，电流应该慢慢变大，灯泡慢慢变亮。

教师实验：现在我改造电路，然后闭合开关，大家看看灯泡有没有慢慢变亮？没有什么感觉啊，是不是我们刚才的理论推导错了？没有产生电磁感应现象？哪位同学有想法？
教师引导学生设计电路：说的也是，有比较才有发现，那同学们一起讨论设计一个对比电路吧，大家讨论一下。

哪位同学上台画一下自己的电路图？其他同学，有什么补充吗？
学生活动：上台展示设计的对比电路，并操作。

学生观察并描述：灯泡A1 立刻正常发光，A2 亮的慢一点。

教师引导：太神奇了，为什么呢？能用电磁感应知识解释吗？
学生讨论总结：闭合开关，电流增大，磁通量增大，线圈产生感应电动势，阻碍线圈中电流的增大，所以通过A2 的电流只能逐渐增大，灯泡A2 只能逐渐亮起来。

而灯泡A1 仅仅和滑动变阻器相连，立即熄灭了。

教师引入概念：由于线圈本身的电流发生变化而产生感应电动势的现象，叫做自感现象。

产生的电动势叫做自感电动势。

㈢探究断电自感现象
教师引导：如果断开开关，有自感现象吗？真的吗？咱一起来看看，老师操作，断开开关，大家注意，有什么不同吗？没有什么不同呀？怎么改进一下？因为线圈这个支路的电阻一定，没法改变，所以我先让A1 很暗，我断开开关，大家看看有什么不同？没有什么特别。

我再让A1 很亮，也没有什么不同。

干脆，我直接用这个电路吧，线圈没有串联灯泡，阻值更小，咱试试怎样？
学生观察并描述现象：A 灯闪亮一下才熄灭。

教师引导：太奇妙了，太有趣了，能解释吗?我准备了几个小问题，请
大家讨论，
1、电源断开时，通过线圈的电流减小，这时会出现感应电动势。

感应电
动势的作用
使线圈中的电流减小的更快些还是更慢些？
2、产生感应电动势的线圈可以看作一个电源，它能向外供电。

由于开关
已经断开，线圈提供的感应电流将沿什么途径流动
3、开关断开后，通过灯泡的感应电流与原来通过它的电流方向是否一
致？
学生讨论总结;
教师活动：通过灯泡的感应电流与原来通过它的电流方向真的不同吗？
确定吗？实践出真知，我将灯泡拿掉，与线圈并联安装了2 个发光二极管。

闭合开关，绿色二极管亮了，说明正向导通，下面这个二极管不亮，说
明反接了，电流向右过不去。

现在我断开开关，大家注意看。

能描述一下现象吗？这说明什么呢？
学生观察、思考、解释;上面的绿色二极管立即熄灭了，下面的二极管仅
仅亮了一下就熄灭了。

断开开关后，线圈中的电流在新的闭合回路中继
续向前流动，所以向左流过下面的二极管，二极管亮一下就熄灭了。

师生活动：太好了，下面咱一起画一画通过灯泡中电流变化。

教师活动：通过以上分析，你能总结一下，自感电动势与原电流方向什
么关系吗？对原电流的变化有什么影响？
学生总结：导体电流增加时，阻碍电流增加，此时自感电动势方向与原
电流方向相反；导体电流减小时，阻碍电流减小，此时自感电动势方向
与原电流方向相同。

对电流的影响，就是阻碍电流的增加或减小。

教师活动:实验表明，磁感应强度正比于电流，所以磁通量变化正比于
电流变化，所以可以说自感电动势正比于电流的变化率. 实验表明，线圈越大，越粗，匝数越多，自感系数越大。

另外，带有铁芯的线圈的自感系数比没有铁芯时大得多。

感系数的单位：亨利，简称亨，符号是H。

常用单位：毫亨（m H）微亨（μH）
自感电动势正比于电流变化率，断开开关时，电流变化非常快，所以自感电动势很大很大。

我们日光灯，就是利用了断电自感电动势很大的特点，将灯管中的惰性气体电离，发光的。

当然，也有不利一面，在有较大线圈的电路中，断开开关，会产生很大的自感电动势，在金属片间产生电火花，甚至会造成人身伤害，怎么办呢？可以把大型用电器的开关装在金属壳中，或者浸入绝缘油中。

㈢探讨磁场的能量
教师提出问题：既然断电自感电动势很大，由I=U/R 可知，电流就应该很大。

断电自感中灯泡闪亮一下就是这个原因，对吗？
学生活动：I=U/R 仅适用于纯电阻电路，而通电线圈不是纯电阻，因为
它储存了磁场能，电能一部分转化为线圈的磁场能，一部分转化为灯泡的光能和内能。

断电自感中，断开开关，灯泡还能闪一下再熄灭，因为已经与电源断开了，所以这个能量只能来自于线圈中的磁场。

自感电动势的效果是阻碍原电流变化，怎么能增大电流呢。

图中灯泡之所以闪亮一下，是因为，稳定时线圈电阻小，电流大比灯泡中的电流大。

断开开关，线圈中的本来很大的电流流过灯泡，灯泡就闪亮一下。

三、课堂总结
教师活动：这节课，同学们积极动脑，收获满满，能总结一下我们这节
课吗？
学生活动:用做实验对比的方法，学习了互感和自感，通电自感和断电自感中的线圈电流只能逐渐变化，不能突变，还学习了互感和自感的应用与防止，还有自感电动势的大小和方向。

四、课后拓展
利用电磁炉工作时可以让灯泡发光。

课后查阅电磁炉的说明书了解其工作原理，并以“无火也能做饭”为主题写篇小文章，并从中体会物理学的成就对社会变革所带来的重要影响。