高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册4 互感和自感教学设计

2020-2021学年人教版（2019）选择性必修第二册

 2.4互感和自感 教案

教学目标

一、知识与技能

1、知道互感现象和自感现象的定义。

2、知道自感系数是表示线圈本身特征的物理量，知道它的单位及其大小的决定因素。

3、知道自感现象的利弊及其利用和防止。

4、能够通过电磁感应的相关知识分析通、断电自感现象的原因及磁场的能量转化问题。

二、过程与方法

1、通过对实验现象的观察和讨论，解释实验中发生物理过程，具备观察、分析和推理的能力。

2、通过分析电路结构和实验探究，体会比较研究这物理学常用的重要方法。

3、通过实例，激发求知欲，激励探索与创新的意识。

4、通过实验，培养学生的归纳总结能力。

三、情感态度与价值观

1、认识互感和自感是电磁感应中的两种现象，使学生初步形成特殊现象中也有普遍规律的观念。

2、通过自感现象的分析，解决一些简单的问题，并了解自感现象的利弊及对其防止和利用。

重点难点

1、自感现象及自感系数。（重点）

2、分析自感电动势对原电流变化产生的阻碍作用。（难点）

3、通、断电自感演示实验中的现象解释。（难点）

教学准备

课件

教学过程

一、导入新课：

【演示实验】将线圈A与交流电源相连，线圈A绕在铁芯上，小电珠与线圈B相连。闭合开关，观察小电珠的发光情况。

现象：电珠发光。

解释：当一个线圈中的电流变化时，它产生的磁场就会发生变化，灯泡回路中的磁通量发生变化，产生感应电动势和感应电流，所以小电珠发光。

本节课我们将学习电磁感应的两种现象——互感和自感。

二、讲授新课： 

1、互感现象

【教师提问】法拉第在研究电磁感应现象时，将两个线圈绕在同一个铁环上，简化电路如图所示。法拉第研究时观察到，在开关闭合和断开的瞬间，电流表的指针发生了偏转。你知道这是为什么吗？

【学生回答】两个线圈之间并没有导线相连，但当M线圈中的电流变化时，它所产生的磁场发生变化，在另一个线圈N中的磁通量发生变化，产生感应电流，故指针发生偏转。

【教师引导】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。这种现象叫作互感，这种感应电动势叫作互感电动势。

【小组讨论】（1）在法拉第研究电磁感应现象的实验中，小电珠发光说明了电能转化为热能，这些能量来源于哪里呢？

能量由一个线圈传递到另一个线圈。

（2）互感在电工技术和电子技术中有哪些应用？

变压器、电磁炉、探雷器等。

【教师总结】（1）互感现象是一种常见的电磁感应现象，它不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间，而且可以发生于任何相互靠近的电路之间。

（2）互感现象可以把能量由一个电路传到另一个电路。变压器就是利用互感现象制成的。

2、自感现象

【教师提问】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。那么，它所产生的变化的磁场会不会在线圈本身也产生感应电动势呢？

【演示实验】在图甲所示的电路中，两个灯泡和的规格相同，与线圈L串联后接到电源上，与可调电阻R串联后接到电源上。

先闭合开关S，调节电阻R，使两个灯泡的亮度相同，再调节可调电阻，使它们都正常发光，然后断开开关S。

重新接通电路。注意观察，在开关闭合的时候两个灯泡的发光情况。

【实验现象】灯泡较慢地亮起来，灯泡瞬间亮起来。

【小组讨论】为什么灯泡较慢地亮起来？

闭合开关的瞬间，电流从无到有，穿过线圈L的磁通量逐渐增加，线圈L中产生感应电动势。根据楞次定律，产生的感应电动势的方向与原来的电流方向相反，阻碍L中电流的增加，即推迟了电流达到正常值（如图乙所示），所以灯泡较慢地亮起来。

【教师小结】（1）当一个线圈中的电流变化时，它所发生的变化的磁场在线圈本身激发出感应电动势。这种现象称为自感。

（2）由于自感而产生的感应电动势叫作自感电动势。

【提问】通电的瞬间会发生自感现象，那么，断开开关的瞬间是否也会发生自感现象呢？

【演示实验】在如图所示的电路中，先闭合开关使灯泡正常发光，然后断开开关。注意观察开关断开时灯泡的亮度变化。

【小组讨论】（1）电源断开时，通过线圈L的电流减小，这时会出现感应电动势。感应电动势的作用是使线圈L中的电流减小得更快些还是更慢些？

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路径流动？

电流在线圈L和灯泡A组成的闭合回路中流动。

（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？

不一致，与原来方向相反。

（4）开关断开后，通过灯泡的感应电流是否有可能比原来的电流更大？为了使实验的效果更明显，对线圈L应该有什么要求？

可能更大。线圈L的直流电阻比灯泡的电阻小且线圈的自感系数较大。

3、自感系数

【提出问题】自感电动势的大小与哪些因素有关？

【教师总结】（1）自感电动势的大小为，其中L是线圈的自感系数，简称自感或电感，单位是亨利，符号为H。

（2）决定线圈自感系数大小的因素有线圈的大小、形状、匝数以及是否有铁芯等。

4、磁场的能量

【提出问题】在断电自感实验中，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？

开关断开以后，线圈中的电流并未立即消失，线圈中有电流，有电流就有磁场，能量储存在磁场中。当开关闭合时，线圈中的电流从无到有，其中的磁场也是从无到有，这可以看作电源把能量输送给磁场，储存在磁场中。

【教师总结】（1）线圈中的电流从无到有时，磁场从无到有，电源把能量输送给磁场，储存在磁场中。

（2）线圈中的电流减小时，磁场中的能量释放出来，转化为电能。

课堂练习

1、如图所示的电路中，电容C和电感L的值都很大，L的电阻不计，A、B是完全相同的两个灯泡.当开关S闭合时，下列说法中正确的是(   )

A.A灯比B灯先亮，然后A灯熄灭 B.B灯比A灯先亮，然后B灯熄灭

C.A灯、B灯一起亮，然后A灯熄灭 D.A灯、B灯一起亮，然后B灯熄灭

答案：B

2、在生产实际中，有些高压直流电路含有自感系数很大的线圈，当电路中的开关S由闭合到断开时，线圈会产生很大的自感电动势，使开关S处产生电弧，危及操作人员的人身安全.为了避免电弧的产生，可在线圈处并联一个元件，下列方案可行的是(   )

A. B. C. D.

答案：D

3、如图所示是日光灯的电路图，日光灯主要由灯管、镇流器、启动器组成.关于日光灯的原理，下列说法不正确的是(   )

A.日光灯启动，利用了镇流器中线圈的自感现象

B.日光灯正常发光时，镇流器起着降压限流的作用

C.日光灯正常发光后取下启动器，日光灯仍能正常工作

D.日光灯正常发光后取下启动器，日光灯不能正常工作

答案：D

4、如图所示，灯泡与定值电阻的阻值均为，是自感系数较大的线圈，当闭合、断开且电路稳定时，两灯亮度相同，再闭合，待电路稳定后将断开，下列说法中正确的是（   ）

A.灯将比原来更亮一下后熄灭 B.灯将比原来更亮一下后熄灭

C.有电流通过灯，方向为 D.有电流通过灯，方向为

答案：D

5、如图所示的电路中，L为电感线圈(直流电阻不计)，A、B为两灯泡，以下结论正确的是(   )

A.闭合开关S时，A先亮，B后亮

B.闭合开关S时，A、B同时亮，之后B变暗直至熄灭，A变亮

C.先闭合开关S，电路稳定后再断开开关S时，A熄灭，B先变亮再逐渐熄灭

D.先闭合开关S，电路稳定后再断开开关S时，A、B两灯都亮一下再逐渐熄灭

答案：BC

6、“千人震”实验可以用如图所示的电路完成.电路主要由几位同学手拉手与一节电动势为1.5 V的干电池、几根导线、开关和一个有铁芯的多匝线圈构成.以下说法正确的是(   )

A.在闭合开关瞬间会使连成一串的同学有触电感觉

B.在断开开关瞬间会使连成一串的同学有触电感觉

C.人有触电感觉时流过人体的电流大于流过线圈的电流

D.人有触电感觉时有很高电压加在两手间且左边电势高

答案： BD

板书设计

2.4互感和自感

一、互感现象

1、互感和互感电动势：两个相互靠近的线圈，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，这种现象叫互感，这种感应电动势叫做互感电动势。

2、应用：利用互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈，如变压器就是利用互感现象制成的。

3、危害：互感现象能发生在任何两个相互靠近的电路之间。在电力工程和电子电路中，互感现象有时会影响电路的正常工作。

二、自感现象

当一个线圈中的电流变化时，它产生的变化的磁场不仅在邻近的电路中激发出感应电动势，同样也在它本身激发出感应电动势，这种现象称为自感。由于自感而产生的感应电动势叫做自感电动势。

三、自感系数

1、自感电动势：E＝L，其中是电流的变化率；L是自感系数，简称自感或电感单位：亨利，符号：H。

2、自感系数与线圈的大小、形状、圈数，以及是否有铁芯等因素有关。

四、磁场的能量

1、线圈中电流从无到有时，磁场从无到有，电源把能量输送给磁场，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。

教学后记

引导学生对本节多学知识进行自主交流探究，根据学生表述，查漏补缺，并有针对性地进行讲解补充。