1、自感和互感教學設計孫策【教學目標】1知識與技能(1) 理解互感現象的電磁感應特點。(2) 會運用觀察、實驗、分析、綜合等方法，認識自感現象及其特點。(3 )理解自感電動勢的作用，明確自感系數的意義及決定條件。(4) 了解自感現象的利、弊以及對它的利用和防止。2. 過程與方法(1) 運用電磁感應原理和電路基本知識，設計實驗，探究自感現象特點。(2) 運用物理知識，解釋生產和生活中的某些自感現象。3. 情感態度和價值觀培養、提高學生尊重科學，利用實驗探索研究自然的科學素養【教學重點】 自感現象產生的原因及特點。【教學難點】 運用自感知識設計實驗、分析現象、解決問題?！窘虒W方法】 討論法、探究法、試

2、驗法【教學用具】可拆變壓器滑動變阻器、電源【教學過程】(用400匝線圈、普通導線一段)、線圈兩組、電源、3.8V 0.3A燈泡兩只、(3V)、導線若干、開關、多媒體課件、實驗演示、知識回顧、引入互感學生電源線圈Ll二手繞的幾匝線圈L21. 實驗探究(1)實驗儀器介紹：線圈Li套入普通的鐵 芯，線圈和鐵芯之間是絕緣的，并與交流電源相聯。線圈L2是一段普通的導線， 在手上繞幾 圈然后套到鐵芯上， 導線外層有塑料層， 它和鐵芯之間也是絕緣的，L2和一個小燈泡串聯起來構成一個閉合回路。(2 )思考討論把兩個沒有導線相連的線圈套在同一個閉合鐵芯上，線圈Li連到交流電源的兩端，線圈L2連到小燈泡上。小燈泡

3、可能發光嗎？為什么？請說出你的道理。(3) 先讓學生進行實驗的預測，說出可能的結果。然后，教師進行實驗演示。(4) 請學生根據實驗現象試著回答，教師根據學生的回答情況，共同進行實驗分析。2. 知識回顧設問：弓I起電磁感應現象的條件是什么？感應電動勢的大小跟哪些因素有關?現象回顧：前面學習了電磁感應現象， 了解了幾種不同形式的電磁感應現象。 如磁鐵向 線圈中插入或拔出時、閉合電路的一部分導體在磁場中做切割磁感線的運動時等，都會引起感應電動勢，發生電磁感應現象。規律提示：不論用什么方式，也不管是什么原因，只要穿過電路的磁通量發生了變化， 都能引起電磁感應現象。 如果電路是閉合的， 電路中就會有感應

4、電流。 感應電動勢的大小跟 穿過這一電路的磁通量的變化率成正比。3 實驗分析設問（1）: Li接的是交流電，電流大小在時刻變化。假 定某段時間里電流是沿這個方向流進線圈的，而且在增 大。那么大家來分析下看，穿過Li的磁場是哪個方向？過渡：鐵芯有聚磁的作用，所以鐵芯中的磁感線是沿 順時針方向，通過L2中的磁場方向向下。設問（2）:當電流增大時，穿過 L2的磁通量怎樣變化?過渡：根據楞次定律，感應電流產生的磁場總是要阻礙引起感應電流的磁通量的變化, 即線圈L2產生的感生磁場要阻礙線圈 L2的磁通量的增大。 所以，線圈L2的感生磁場方向是向 上的。設問（3）:如何進一步判斷感應電流的方向？線圈L2中

5、哪一端電勢較高？在以上幾個問題的討論中，師生邊結合課件，邊仔細體會其中的物理過程思路。4. 理解互感（1）概念引入：像這種兩個線圈之間并沒有導線相連，但當一個線 圈中的電流變化時，它所產生的變化的磁場會在另一個線圈中產生感 應電動勢，我們把這種現象取個名字叫互感。產生的感應電動勢叫做 互感電動勢。當年法拉弟的研究實驗，也如我們今日所研究的兩個線圈。（2）互感現象介紹：利用互感現象可以把能量由一個線圈傳遞到另一個線圈。在電工技 術和電子技術中有著廣泛的應用。變壓器、收音機里的磁性天線就是利用互感現象制成的， 如圖所示?；ジ鞋F象是一種常見的電磁感應現象，在電力工程中和電子電路中，互感現象有時會影響

6、電路的正常工作， 這時要設法減小電路間的互感現象。例如在電路板的刻制時就要設法減小電路間的互感現象。變壓器收音機里的磁性天線電路板刻制時設法減小電路間的互感、實驗探究、知識應用、分析自感1 .思考討論剛才我們分析的是當一個線圈中磁通量發生變化時，在另一個線圈中會產生感應電動勢 (自感電動勢)。如果現在拿去另外一個線圈，只考慮一個線圈，當通過的線圈本身的電流發 生變化時，是否也同樣會產生感應電動勢呢？這一問題先讓學生進行猜想，接著進一步追問猜想的依據。要點提示：若流過線圈本身的電流是變化的，那么線圈本身的磁場在變化，線圈本身的 磁通量也會發生變化。 根據法拉第電磁感應定律在線圈本身可能也會產生感

7、應電動勢。 如果 線圈本身電流變化真的在自身產生了感應電動勢， 我們就把這一現象稱之為自感現象， 產生 的感應電動勢叫自感電動勢。2過渡設問：如何檢測自感電動勢的存在？請同學設計一下實驗電路，來檢測這個自 感電動勢的存在，并能較明顯觀察到它對電流變化的影響？提供的實驗器材：線圈、滑動變阻器、3.8V 0.3A燈泡一只或兩只、電源(3V)、導線若干、開關，讓學生進行實驗的設計，教師巡視。3實驗設計：根據學生設計的情境方案，進行電路設計的啟發，逐漸歸納出以下三個步驟。E(1)S4S(1) 由線圈與電源直接相連，如圖(1)，分析實驗研究的可能性，然后過渡如圖(2)的設計;(2) 分析如圖(2)觀察效

8、果，提示：最好能有實驗現象的對比效果，增加可觀察性，然后 過渡到如圖(3)的電路設計；(3) 分析如圖 電路的缺陷，提示：為了進一步增加有較明顯的觀察效果，當開關閉合時，A2燈泡的亮暗最好能與 Ai的亮度相一致。最后，設計出如圖(4)電路圖。4實驗演示：(1)師生共同完成實驗操作：實驗準備：先開關閉合 s,調節R,使兩燈泡亮度接近；改變R,讓兩燈泡亮度合適；斷開電鍵S。實驗演示：閉合開關 s,學生仔細觀察，比較跟線圈串聯的燈泡A1與跟電阻相聯的燈泡A2亮起來的區別。觀察結果：燈泡 A2立即正常發光，而燈泡 A1是逐漸亮起來的。設問：為什么會出現這種現象呢？實驗分析借助多媒體課件(分析過程用動畫

9、模擬剛才的實驗)。先請學生思考，然后對學生回答的進行追問。提示1閉合開關時，流過 Ai、A的電流都在增大，而燈泡 Ai晚亮起來，說明流過燈 泡Ai的電流增大得慢了。提示2:為什么流過燈泡 Ai的電流增大會變慢呢，要考慮與燈泡Ai串聯的線圈L的影響。說明在閉合開關時，線圈 L阻礙了該支路的電流的增大。提示3:開關閉合時，流過線圈 L的電流從無到某一值，電流在增大，在線圈中確實激 發出感應電動勢(自感電動勢)，并且阻礙了電流的增大。組織學生分組討論：如何應用電磁感應規律分析阻礙電流增大的原因?5 實驗分析(i)分析邏輯應把握以下幾個環節，開關閉合時：流過線圈L的電流向右，且在增大 t產生的磁感應強

10、度 B方向向右，且在增大 t穿t阻礙流過線過線圈L的磁通量增大 t感應電流的磁場向左t自感電動勢方向向左圈的電流增大A d(2)質疑設問：那么流過線圈的電流究竟是怎樣變化的呢？展示作圖結果。先讓學生動手定性畫出這兩個燈泡Ai、A2的電流變化，教師巡視后,設問：如何驗證所作電流變化圖的正確性?引出：借助電流傳感器把電流變化的圖像在計算機中顯示出來。教師介紹電流傳感器的作用，傳感器與計算機相結合能夠即時反映電流隨時間變化的 圖象。實驗探究，顯示圖象。實驗結果對比分析：如圖所示，流 過線圈L的電流是從零開始逐漸增大， 到最后是穩定的電流圖線，且圖線的斜 率逐漸減小。而流過電阻 R的電流是瞬 時增大的

11、，直到某一電流穩定值。小結過渡：開關閉合，電流增大，產生了自感電動勢；那么，從開關閉合到斷開，流過 線圈的電流減小了，照理也會產生自感電動勢。 而且這個自感電動勢也會對斷開開關后的這 一回路產生影響，可是剛才的實驗現象是兩小燈泡同時熄滅，卻并沒有發現差別， 這是怎么回事呢？設問：是電磁感應規律出了問題呢？還是在實驗方法上還存在著缺陷？6研究斷電自感現象(i)思考討論設計怎樣的實驗，可以檢測斷電時自感電動勢的存在，觀察它對電流減小的影響?教師結合剛才的實驗電路，進行分析提示。組織學生分組討論，重新設計實驗電路。然 后根據學生設計的情境方案，進行電路設計的啟發，逐漸歸納出以下二個步驟。Ai與A2形

12、成串聯回路，電流是同時變化的。(2)。在圖(2)的基礎上，還可以進一步簡化電路過渡到 從剛剛分析過的實驗電路入手分析，假如在斷電時真有自感電動勢的存在，在圖 中也無法觀察到自感現象，原因在于斷電后 經啟發討論后，過渡到電路圖AiA2A2圖電路。LRE S R，E (i)(2)實驗演示結合實驗電路分析對應的實物裝置。RlE s-EIIESR，E (2)實驗：先閉合電鍵， 接著斷開電鍵。學生觀察實驗 現象：接通電路，燈泡正常發光后，迅速斷開開關，可以看到燈泡閃亮一下再逐漸熄滅。(3)實驗分析設問1:燈泡閃亮一下，說明了什么問題？引導學生分析得出：燈泡的亮度由其實際功率決定。燈泡閃亮一下，表明在開關

13、斷開這 一瞬間，燈泡兩端的電壓比原來大。設問2:在開關斷開這一瞬間，增大的電壓從哪里來的。學生疑惑，再用實驗啟發。演示實驗：將與燈泡并聯的線圈取掉。再演示上述實驗，這時燈泡不再閃亮。引導學生分析得出：在開關斷開這一瞬間，增大的電壓是線圈產生的。設問3:線圈本身并不是電源，它又是如何提供高電壓的呢？組織學生討論，引導學生運用已學過的電磁感應的知識來分析實驗現象。 分析把握的要點：開關接通后，線圈中存在穩定的電流，線圈內部鐵芯存在很強的磁場，穿過線圈的磁通量很大；在開關斷開瞬間，線圈中的電流迅速減小到零， 穿過線圈的磁通量也迅速減小到零，使線圈產生自感電動勢， 這時線圈就相當于一個電源。由于開關斷

14、開很快， 故穿過線圈的磁通量變化很快，就產生了較大的自感電動勢， 這個電動勢產生的電流使得小燈泡中出現了閃 亮的過程，延遲了小燈泡的熄滅。教師進一步提示得出：通過燈泡中的電流從原來的水平向右， 到后來水平向左變化的電流變化圖線。同學們能不能畫一下流過小燈泡的電流變化呢？組織學生討論并作圖。展示學生作圖，簡單分析。演示實驗：利用傳感器把電路斷開前后小燈泡的電流變化顯示 出來，如圖所示。斷電自感，線圈中的自感電動勢在電流減小時，會阻礙電流的減小， 使得減小過程得到延遲。7 分析實驗，深化理解實驗1稱為通電自感現象， 實驗2稱為斷電自感現象。 那么，在實驗1中電路斷開的瞬 間，線圈是否發生自感？在實

15、驗 2中，把開關閉合時，線圈是否發生自感現象呢？分析中把握：自感現象無論在電路通電或斷電時，只要電流有變化，就會有自感，只不過是限于實驗電路難以直接觀察到罷了。&綜合因素，講解規律教師說明：在自感現象中，自感電動勢的產生是由于導體本身的電流發生了變化而引起 的，而自感電動勢卻總是阻礙導體中原來電流的變化的。特點：自感電動勢總是阻礙導體中原來電流的變化的。具體而言： 如果導體中原來的電流是增大的，自感電動勢就要阻礙原來電流的增大。I原f,貝U E自（I自）與I原相反 如果導體中原來的電流是減小的，自感電動勢就要阻礙原來電流的減小。I原J,貝U E自（I自）與I原相同三、研究自感電動勢、自感系數1

16、 設問：自感電動勢的大小跟什么因素有關？提示：感應電動勢的大小跟磁通量的變化快慢有關。自感電動勢的大小跟其它感應電動勢的大小一樣，跟穿過線圈的磁通量的變化快慢有關。而在自感現象中， 穿過線圈的磁通量是由電流引起的，故自感電動勢的大小跟導體中電流變化的快慢有關。I 、I2.分析表明：EE寫成等式：E LtttL稱為線圈的自感系數， 簡稱自感或電感。自感表示線圈產生自感電動勢本領大小的物 理量。L的大小跟線圈的形狀、長短、匝數、有無鐵芯有關。單位：亨利（H）1H=103mH=106H四、研究磁場能量1 設問：在斷電自感實驗中，開關斷開后，燈泡的發光還能維持一小段時間，有時甚 至比開關斷開之前更亮。

17、這時燈泡的能量是從哪里來的？分析：當電源斷開后，線圈中的電流并未立即消失，這時電流仍然可以做功，說明 線圈儲存了能量。線圈中有電流，就有磁場，能量很可能儲存在磁場中。當開關閉合時， 線圈中的電流從無到有， 其中的磁場也是從無到有，這可以看做電源把能量輸送給磁場，儲存在磁場中。2延伸拓展：關于磁場能量的討論還只是一個合理的假設。有關電磁場能量的直接實 驗驗證，要在認識了電磁波之后才有可能。五、課堂小結本節課我們一起探究了電磁感應現象中的兩類問題：互感現象和自感現象。1 互感現象是是一種常見的電磁感應現象，利用互感現象可以把能量由一個線圈傳遞 到另一個線圈。生活、生產實際中變壓器、收音機里的磁性天線就是利用互感現象制成的。2自感現象它也是電磁感應現象的一種，只是導體本身的電流發生變化而在自己身上產生的電磁感應現象， 它同樣遵從法拉第電磁感應定律。由于線圈自身自感的作用， 使得電路中的電流變化的時間延長了，我們所看到的現象是燈逐漸地變亮或亮一會再熄滅，還有的燈要閃亮一下。自感的應用與我們生活很接近(如