自感现象(self-inductance)

自感现象(self-inductance)
A07秦皇岛市第一中学张慧敏
【教学分析】
本章内容是<电磁感应>一章的重要组成部分,他是在学生掌握电磁感应现象规律的基础上,使学生进一步认识一种普遍的电磁感应现象-----自感现象,这种现象在非稳恒电路中有着重要的意义,它上承电磁感应现象,下启进一步学习交流电、电磁振荡等相关知识。

也是进入高一级学校或步入社会后，学习和了解电磁学和电工技术的基础，所以本节在整个电磁学体系中有着非常重要的作用。

【学情分析】
学生已经学习过法拉第电磁感应定律、楞次定律，对电磁感应现象发生的条件也相当熟悉，加上高二的学生已经具备抽象思维能力，为学习这一章具备了必要的知识和心理准备，完成教学和学习任务能够实现。

【教学目的】
1、知识与技能：使学生理解自感现象的产生及规律．
使学生能说明决定自感系数大小的因素，掌握自感系数的单位．
2、过程与方法：通过电路设计，使学生体会探索发现科学规律的思维过程，培养学生的创新和创造
意识及能力．
3. 情感态度价值观：通过观察实验现象和问题讨论，培养学生的观察能力和分析推理能力．
通过协作，培养学生的团队意识
【教学重点】
自感现象及其产生、自感系数．
【教学难点】
自感现象的解释．
【教学媒体】
1.通、断电（改进）自感现象演示仪器各一套．
2.多媒体电脑．（参看清华同方课件：“通电自感现象”、“断电自感现象”）。

【教学方法】
探索、启发式．
【教学过程】
一、引入新课
师：今天我给大家带来一个小实验，器材是两节干电池，和一个带铁芯的线圈（变压器），我还需要5位同学作为助手，有谁愿意协助老师完成这个实验？
师：请5位同学手拉手站成一排，我要把你们接入两节干电池，请问，你们有感觉吗?
生：没有。

师：人的安全电压是36伏，所以3伏的电压对他们5个人
没有感觉。

现在我再向电路中加入一个元件，一个线圈，
注意线圈本身是不带电的，电路如图所示。

有什么感觉吗?
生：没有。

断开电键，学生同时有了触电的感觉，学生的情绪被调动起来，好奇心剧增。

师：为什么会发生这样的现象呢？今天我们就带着这个问题学习第五节自感
二、讲授新课
板书第五节自感
演示实验1
师：为了更好的观察线圈对电路的影响，在线圈上串联一个灯泡A1，（在图上填画A1）为了起到的效果我们还需要接一个支路，这个支路接一个滑动变阻器和一个灯泡A2．（教师补画A2支路）为了便于比较，使A2与A1规格相同．(如图所示)．
教师介绍实验装置（教师连接好电路）请同学们对照电路图看一看，这个电路与电路图是完全一样的．师：好！下面请同学注意观察在开关S闭合瞬间，会有什么现象？
生：A2立刻亮，A1逐渐变亮．
师：最后呢？生：两灯一样亮．
师：为什么会出现这样的现象？
师：猜测问题可能出现的原因？
生：线圈L
师：好！那么我们就单独把线圈提出来进行分析。

副板书：（画出电流和磁场方向）
I↑→φ↑→ε自——I感（与I反向）
线圈中电流增大时，穿过线圈的磁通量增加，线圈中产生了感应电动势，它又阻碍线圈中电流的增大，即推迟了电流达到正常值的时间．
师：为什么最终两灯一样亮？
生：这种阻碍不是阻止，最终电流还是达到了正常值，两灯最终一样亮，这是符合楞次定律的．
师：过去我们利用磁铁的插拔使线圈产生感应电动势和我们现在得到的电动势有什么不同呢？
生：一个是外加的，一个是自身的．
师：我们把由于自身电流变化所产生的电磁感应现象叫做自感现象．这是一种特殊的电磁感应现象．特殊之处就在于自己感应自己，在自感现象中产生的感应电动势叫自感电动势．
板书课题：
1.自感现象及自感电动势的定义：由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象叫自感现象。

（自己感应自己）
师：如果我继续实验，不断地用手闭合、断开S，将发生什么现象？
生：灯A1比A2暗．
师：对，A1始终达不到正常亮度．如果加快按动频率，又有什么现象？
生：A1更暗了．师：为什么？
生：L上电流不断变化，其上始终有感应电动势，阻碍电流的增大．（找学生演示，学生情绪高涨）（评述：
在原有实验的基础上，顺势增加了一个实验，使学生对“延时效应
．．．．”印象更加深刻，理解更加明确。

）
电流的变化是自感电动势产生的根本的原因，电流的变化包括增加和减小。

引出第二个实验。

演示实验2：出示示教板，介绍实验装置，并将电路图画在黑板上。

观察现象：K断开时；灯A突然更亮地一闪。

组织学生讨论：一般学生能分析出灯迟一会再灭的原因。

I↓→φ↓→ε自
阻碍
师：对，断电过程中的自感现象可表述为：断开S时，线圈中电流减小，穿过线圈的磁通量减小，线圈上产生自感电动势，它阻碍电流的减小，即推迟电流的减小，同样符合楞次定律．
师：在电路断开时我们观察到灯A闪亮一下，说明通过灯泡有一个强电流。

要实现通过灯泡A的电流突然增大，在实验器材上有什么要求？
生：S断开时L与灯A组成闭合电路，由于电磁感应现象，L就是电源，给A供电，此时I A′＝I L＞I A，，说明最初I L＞I A，所以R L< R A。

的产生是由于线圈L中电流减少而引起的，电流只能在原有的基础上减少，不可能大于师：自感电动势
自
原来电流。

因此，要想使闪亮现象明显，即使i L>i R，必须使R L<R A，比R L比R A小得越多，现象越明显。

不同的电路电灯A的闪亮现象不一定发生。

教师总结并板书：2.自感电动势的方向总是阻碍原来电流的变化的，遵从楞次定律。

根据我们学到的知识同学们能不能解释课前5位同学触电的原因
生：是自感电动势就加在了同学身上
师：能让同学们有那样的触电感觉，每个人身上的电压大约100多伏，可见自感电动势可以产生比原电压大得多的电压，那么自感电动势的大小到底与什么有关呢？ 请同学们讨论
生：自感现象也属于电磁感应现象的一种，所以电磁感应的规律对自感依然适用，自感电动势大小依然遵从法拉第电磁感应定律。

所以我认为和磁通量的变化率有关，而磁通量的变化率又与电流的变化快慢有关 师：非常好，据 t n
∆∆=φε，而t ∆∆φ∝t I ∆∆所以有t I L ∆∆=ε，式中t I ∆∆叫电流强度变化率，L 在数值上相当于t
I ∆∆为一个单位（1安/秒）时产生的自感电动势的大小。

L 的大小表明了线圈对电流变化的阻碍作用的大小，反映了线圈对电流变化的延时作用的强弱。

称为自感系数 板书：3.自感电动势的大小． t I L
∆∆=ε 板书：4线圈的自感系数L ．（自感或电感）
（1）L 只与线圈自身因素有关，线圈越粗、越长，匝数越密，L 越大，有铁心时，L 更大．
（2）单位：亨（H ）．.
介绍亨利：1832年第一个发现自感现象的人，所以用他的名字作为自感系数的单位，他是第一个发明能吸引一吨重物的电磁铁的人，值得一提的是1830年他就发现了电磁感应现象，比法拉第还早一年，但没有发表，他一生中有许多创造发明，但从不申请专利，而是无偿的奉献给社会，他这种对科学的执著和对功名的淡薄值得我们所有人学习，所一我们更应该牢牢的记住这个单位。

毫亨（mH ）、微亨（μH ） 1H=1vs/A 1H=103mH=106μH ．
师：人们探索自然规律的目的是为了利用它来为人类服务，同时减小它对人类带来的危害．
刚才同学被电的事情我们就该防治，在生活当中真的有这样的例子（幻灯片，拉闸）在大型的电动机所在的电路中（电动机是一个大的电感线圈）切断电源时，由于产生很大的自感电动势，会使空气电离，发出点火花，严重的会危及工作人员的安全，如何防止？
电脑演示把开关放在绝缘性能好的油中。

线圈在我们生活中也不全时有害得，比如日光灯就利用了自感关于日光灯请同学们预习下一节日光灯原理．自感现象在各种电器设备和无线电技术中有着广泛的应用，在后面我们还将学到由电感L 与电容C 组成的LC 振荡电路，用以发射和接收电磁波，用在无线电通信技术中．
三、小结
1.当导体中电流发生变化时会产生自感现象，电路中产生自感电动势，自感电动势的作用是阻碍电流的变化．起着推迟电流变化的作用．
2.自感电动势的大小跟电流变化的快慢和线圈的自感系数有关．
3.自感系数由线圈本身决定．
四、反馈练习
如图17－40所示的电路中，A 1和A 2是完全相同的灯泡，线圈L 的电阻可以忽略．下列说法中正确的
A ．合上开关K 接通电路时，A 2先亮，A 1后亮，最后一样亮
B ．合上开关K 接通电路时，A 1和A 2始终一样亮
C ．断开开关K 切断电路时，A 2立刻熄灭，A 1过一会儿才熄灭
D ．断开开关K 切断电路时，A 1和A 2都要过一会儿才熄灭
五、布置作业
（1）在制造精密电阻时如何消除自感现象
（2）阅读日光灯原理，回答日光灯镇流器有哪两个作用？
六、板书：
第五节自感
1. 自感现象及自感电动势的定义：由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象叫自感现象。

I ↓→φ↓→ε自 I ↑→φ↑→ε自——I 感（与I 反向）
阻碍
2.自感电动势的方向总是阻碍原来电流的变化的，遵从楞次定律。

3.自感电动势的大小． t
I L ∆∆=ε 4线圈的自感系数L ．（自感或电感）
（1）L 只与线圈自身因素有关，线圈越粗、越长，匝数越密，L 越大，有铁心时，L 更大．
（2）单位：亨（H ）．.
1H=1vs/A 1H=103mH=106μH ．
七、教学反思
本节课利用实验引入，极大地激发了学生学习的热情，物理规律和实验紧密结合，使得整节课学生的情绪饱满，绝大多数学生对自感现象有了一定的理解，会推断自感现象的成因，但对自感电动势和自感电流仍存在一定的误解，需要在后续课程中增加针对性的练习，使学生加深理解。