《自感和互感》教学设计

《自感和互感》教学设计

孙策

【教学目标】

1．知识与技能

（1）理解互感现象的电磁感应特点。

（2）会运用观察、实验、分析、综合等方法，认识自感现象及其特点。

（3）理解自感电动势的作用，明确自感系数的意义及决定条件。

（4）了解自感现象的利、弊以及对它的利用和防止。

2．过程与方法

（1）运用电磁感应原理和电路基本知识，设计实验，探究自感现象特点。

（2）运用物理知识，解释生产和生活中的某些自感现象。

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】运用自感知识设计实验、分析现象、解决问题。

【教学方法】讨论法、探究法、试验法

【教学用具】

可拆变压器 (用400匝线圈、普通导线一段)、线圈两组、电源、 0.3A 灯泡两只、滑动变阻器、电源(3V)、导线若干、开关、多媒体课件

【教学过程】

一、实验演示、知识回顾、引入互感

1．实验探究

(1)实验仪器介绍：线圈L 1套入普通的铁

芯，线圈和铁芯之间是绝缘的，并与交流电源

相联。线圈L 2是一段普通的导线，在手上绕几圈然后套到铁芯上，导线外层有塑料层，它和铁芯之间也是绝缘的，L 2和一个小灯泡串联起可拆铁芯 手绕的几匝线圈L 2 学生电源 线圈L 1

来构成一个闭合回路。

(2)思考讨论

把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，线圈L1连到交流电源的两端，线圈L2连到小灯泡上。小灯泡可能发光吗为什么请说出你的道理。

(3)先让学生进行实验的预测，说出可能的结果。然后，教师进行实验演示。

(4)请学生根据实验现象试着回答，教师根据学生的回答情况，共同进行实验分析。

2．知识回顾

设问：引起电磁感应现象的条件是什么感应电动势的大小跟哪些因素有关

现象回顾：前面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。

规律提示：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。感应电动势的大小跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。

3．实验分析

设问(1)：L1接的是交流电，电流大小在时刻变化。假

定某段时间里电流是沿这个方向流进线圈的，而且在增

大。那么大家来分析下看，穿过L1的磁场是哪个方向

过渡：铁芯有聚磁的作用，所以铁芯中的磁感线是沿顺时针方向，通过L2中的磁场方向向下。

设问(2)：当电流增大时，穿过L2的磁通量怎样变化

过渡：根据楞次定律，感应电流产生的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，即线圈L2产生的感生磁场要阻碍线圈L2的磁通量的增大。所以，线圈L2的感生磁场方向是向上的。

设问(3)：如何进一步判断感应电流的方向线圈L2中哪一端电势较高

在以上几个问题的讨论中，师生边结合课件，边仔细体会其中的物理过程思路。

4．理解互感

(1)概念引入：像这种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，我们把这种现象取个名字叫互感。产生的感应电动势叫做

互感电动势。

当年法拉弟的研究实验，也如我们今日所研究的两个线圈。

(2)互感现象介绍：利用互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈。在电工技术

和电子技术中有着广泛的应用。变压器、收音机里的磁性天线就是利用互感现象制成的，如

图所示。

互感现象是一种常见的电磁感应现象，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

变压器收音机里的磁性天线电路板刻制时设法减小电路间的互感小电路间的互感现象。

二、实验探究、知识应用、分析自感

1．思考讨论

刚才我们分析的是当一个线圈中磁通量发生变化时，在另一个线圈中会产生感应电动势

(自感电动势)。如果现在拿去另外一个线圈，只考虑一个线圈，当通过的线圈本身的电流发

生变化时，是否也同样会产生感应电动势呢

这一问题先让学生进行猜想，接着进一步追问猜想的依据。

要点提示：若流过线圈本身的电流是变化的，那么线圈本身的磁场在变化，线圈本身的

磁通量也会发生变化。根据法拉第电磁感应定律在线圈本身可能也会产生感应电动势。如果

线圈本身电流变化真的在自身产生了感应电动势，我们就把这一现象称之为自感现象，产生

E

E

E E (1) (2) (3) (4) 的感应电动势叫自感电动势。

2．过渡设问：如何检测自感电动势的存在请同学设计一下实验电路，来检测这个自感电动势的存在，并能较明显观察到它对电流变化的影响

提供的实验器材：线圈、滑动变阻器、 0.3A 灯泡一只或两只、电源(3V)、导线若干、开关，让学生进行实验的设计，教师巡视。

3．实验设计：根据学生设计的情境方案，进行电路设计的启发，逐渐归纳出以下三个步骤。

(1) 由线圈与电源直接相连，如图(1)，分析实验研究的可能性，然后过渡如图(2)的设计；

(2) 分析如图(2)观察效果，提示：最好能有实验现象的对比效果，增加可观察性，然后

过渡到如图(3)的电路设计；

(3) 分析如图(3)电路的缺陷，提示：为了进一步增加有较明显的观察效果，当开关闭合

时，A 2灯泡的亮暗最好能与A 1的亮度相一致。最后，设计出如图(4)电路图。

4．实验演示：

(1)师生共同完成实验操作：

实验准备：①先开关闭合s ，调节R ，使两灯泡亮度接近；②改变R′，让两灯泡亮度合适；③断开电键S 。

实验演示：闭合开关s ，学生仔细观察，比较跟线圈串联的灯泡A 1与跟电阻相联的灯泡A 2亮起来的区别。

观察结果：灯泡A 2立即正常发光，而灯泡A 1是逐渐亮起来的。

设问：为什么会出现这种现象呢实验分析借助多媒体课件(分析过程用动画模拟刚才的实验)。先请学生思考，然后对学生回答的进行追问。

提示1：闭合开关时，流过A 1、A 2的电流都在增大，而灯泡A 1晚亮起来，说明流过灯泡A 1的电流增大得慢了。