第六节：互感和自感教案

第六节互感和自感

【教学目标】

1、知识与技能

（1）、了解互感现象的电磁感应特点。

（2）、指导学生运用观察、实验、分析、综合的方法，认识自感现象及其特点。

（3）、明确自感系数的意义及决定条件。

（4）、了解日光灯的工作原理

2、过程与方法

（1）、能用电磁感应原理，解释生产和生活中的某些自感现象。

（2）、提高学生分析问题的能力和运用物理知识解决实际问题的能力。

3、情感态度和价值观

培养、提高学生尊重科学，利用实验探索研究自然的科学素养

【教学重点】自感现象产生的原因及特点。

【教学难点】运用自感知识解决实际问题。

【教学方法】讨论法、探究法、试验法、练习法

【教学用具】变压器原理说明器(用400匝线圈)、3.8V0.3A灯泡两只、滑动变阻器、电源(3V)、导线、开关，日光灯组件，多媒体课件

【教学过程】

一、复习旧课，引入新课

师：前面我们学习了电磁感应现象，了解了几种不同形式的电磁感应现象。如磁铁向线圈中插入或拔出时、闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时等，都会引起感应电动势，发生电磁感应现象。你们认为引起电磁感应现象最重要的条件是什么？

生：穿过电路的磁通量发生变化。

师：不论用什么方式，也不管是什么原因，只要穿过电路的磁通量发生了变化，都能引起电磁感应现象。如果电路是闭合的，电路中就会有感应电流。

二、新课教学

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

线圈中为什么会产生感应电动势呢？（请同学

们用学过的知识加以分析说明）

当一个线圈中的电流变化时，它产生的磁

场就发生变化，变化的磁场在周围空间产生感生电场，在感生电场的作用下，另一个线圈中的自由电荷定向运动，于是产生感应电动势。

（一）互感现象

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。这种现象叫做互感，这种感应电动势叫做互感电动势。

利用互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈。变压器就是利用互感现象制成的。如下图所示。

在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现象。例如在电路板的刻制时就要设法减小电路间的互感现象。

(二)、自感现象:

教师：我们现在来思考第二个问题：当电路自身的电流发生变化时，会不会产生感应电动势呢？下面我们首先来观察演示实验。

［实验1］演示通电自感现象：

画出电路图（如图所示），A1、A2是规格完全一样的灯泡。闭合电键S，

调节变阻器R，使A1、A2亮度相同，再调节R1，使两灯正常发光，然后断开

开关S。重新闭合S，观察到什么现象？（实验反复几次）

现象：跟变阻器串联的灯泡A2立刻正常发光，跟线圈L串联的灯泡A1

逐渐亮起来。

提问：为什么A1比A2亮得晚一些？试用所学知识（楞次定律）加以分析说明。

（电路接通时，电流由零开始增加，穿过线圈L的磁通量逐渐增加，L中产生的

感应电动势的方向与原来的电流方向相反，阻碍L中电流增加，即推迟了电流达到

正常值的时间。）

［实验2］演示断电自感:

画出电路图（如图所示）接通电路，待灯泡A正常发光。然后断开电路，观察到什么现象？

现象：S断开时，A灯突然闪亮一下才熄灭。

提问：为什么A灯不立刻熄灭？

（当S断开时，L中的电流突然减弱，穿过L的磁通量逐渐减少，L中产生感应电动势，方向与原电流方向相同，阻碍原电流减小。L相当于一个电源，此时L与A构成闭合回路，故A中还有一段持续电流。灯A闪亮一下，说明流过A的电流比原电流大）

用多媒体课件在屏幕上打出i—t变化图，如下图所示.

结论：

导体本身电流发生变化而产生的电磁感应现象叫自感现象。自感现象中产生的电动势叫自感电动势。

（教师说明：在自感现象中，自感电动势的产生是由于导体本身的电流发生了变化而引起的，而自感电动势却总是阻碍导体中原来电流的变化的。）

特点：自感电动势总是阻碍导体中原来电流的变化的。

具体而言：①如果导体中原来的电流是增大的，自感电动势就要阻碍原来电流的增大。

I原↑，则ε自(I自)与I原相反

②如果导体中原来的电流是减小的，自感电动势就要阻碍原来电流的减小。

I原↓，则ε自(I自)与I原相同

［分析实验，深化理解］：

①实验1称为通电自感现象，实验2称为断电自感现象。那么，在实验1中电路接通

的瞬间，线圈是否发生自感？在实验2中，把开关断开时，线圈是否发生自感现象呢？

(都发生自感。只不过是我们观察不到。)

②实验1中，如果以很快的频率反复打开、闭合开关，会出现什么现象呢？

(灯1 不亮，灯2闪亮。)

③实验2中开关断开了，电源已不再给灯泡提供电能了，灯还闪亮一下。这些能量是哪里来的呢？是凭空产生了能量吗？

(线圈提供的。线圈中有电流时，线圈产生磁场，磁场也具有能量。当开关断开后，磁场能

通过电磁感应转化为电能，由线圈提供给灯泡。这说明电磁感应中也遵循能量守恒。) 练习：实验中，当电键闭合后，通过灯泡1的电流随时间变化的图像为图；通过灯泡2的电流随时间变化的图像为图。

答案：C；A

课本23页：做一做 24页：防止

(三)、自感系数

请同学们阅读教材内容。然后用自己的语言加以概括，并回答有关问题。

问：自感电动势的大小决定于哪些因素呢？说出自感电动势的大小的计算公式。

自感电动势的大小跟其它感应电动势的大小一样，跟穿过线圈的磁通量的变化快慢有关。而在自感现象中，穿过线圈的磁通量是由电流引起的，故自感电动势的大小跟导体中电流变化的快慢有关。

理论分析表明：

E=L△I/△t。

L称为线圈的自感系数，简称自感或电感。自感表示线圈产生自感电动势本领大小的物理量。

L的大小跟线圈的形状、长短、匝数、有无铁芯有关。

单位：亨利(H) 1H=103mH=106μH

（四）磁场中的能量：

提问：在断电自感的实验中，为什么开关断开后，灯泡的发光会持续一段时间？甚至会比原来更亮？试从能量的角度加以讨论。

开关闭合时线圈中有电流，电流产生磁场，能量储存在磁场中，开关断开时，线圈作用相当于电源，把磁场中的能量转化成电能。

教材最后一段说，线圈能够体现电的“惯性”，应该怎样理解？电的“惯性”大小与什么有关？

当线圈通电瞬间和断电瞬间，自感电动势都要阻碍线圈中电流的变化，使线圈中的电流不能立即增大到最大值或不能立即减小为零，因此可以借用力学中的术语，说线圈能够体现电的“惯性”。线圈的自感系数越大，这个现象越明显，可见，电的“惯性”大小决定于线圈的自感系数。

(五)、自感现象的应用——日光灯的原理：

日光灯就是利用自感现象的例子。灯管的两端各有一个灯丝，灯管内充有微量的氩和稀薄的天然汞蒸汽，灯管内壁涂有荧光物质。当灯管内的气体被击穿而导电时，灯管两端的灯丝就会释放出大量的电子，这些电子与汞原子碰撞而放出紫外线，涂在灯管内的荧光物质在紫外线的照射下发出可见光，根据不同的需要充以不同的气体，并在管的内壁上涂上不同的荧光物质，就可制造出不同颜色的日光灯了。

日光灯的电路图如下图所示：

I

t

I

t

I

t

I

t