第3节 自感现象与涡流（表格式教学设计） 物理鲁科版选择性必修第二册

该高中物理教学设计聚焦自感现象与涡流核心知识点，通过“隔空传音”互感实验、“千人振实验”引出自感概念，结合断电自感闪亮、通电自感延迟等分组实验及电流传感器数据可视化，探究规律后过渡到“跳舞的锡箔纸”“火柴自燃”实验分析涡流原理，构建“现象-原理-应用”学习支架。 特色在于情境化探究与核心素养深度融合，通过分组实验与传感器数据采集培养科学探究能力，结合电磁炉、变压器等实例，以问题引导链条深化科学思维，帮助学生建立物理观念，为教师提供可操作实验方案与生活联系素材，提升教学实效。

第3节 自感现象与涡流（教学设计） 年级 高二 学科 物理 教师 课题 第3节 自感现象与涡流 教学 目标 物理观念 能理解自感现象、涡流的定义及产生原因，掌握自感系数的物理意义，建立“电流变化→自感电动势→阻碍电流变化”的相互作用认知。 科学思维 能通过分析通电、断电自感实验现象，推导自感电动势与电流变化率的关系，解释涡流在电磁炉、电磁阻尼等设备中的工作原理，提升逻辑推理与现象解释能力。 科学探究 能参与“探究自感现象特点”实验（如观察通电自感灯泡亮暗变化、断电自感火花），记录现象、分析成因，归纳自感现象的规律，培养实验观察与分析归纳能力。 科学态度 与责任 通过了解自感、涡流在电工技术、电子设备中的应用与危害防护，认识其对科技发展的双重影响，树立合理运用物理规律服务社会的责任意识。 教学 重难点 重点：理解自感现象产生原因、涡流形成原理及两者的应用场景。 难点：用楞次定律解释自感现象中电流变化的滞后规律。 教学过程 教师活动 学生活动 教学引入 为什么12V的线圈能够在短时间内将铁棒加热到通红状态，关键是没有看到加热的火焰，铁棒被加热的原理是什么？为什么同样的线圈对人体没有加热作用？ 积极思考教师提出的问题 新课讲授 一、自感现象 环节1：情境导入 隔空传音 导线与手机相连，线圈 B与音箱相连，导线缠绕易拉罐过程中能听见音箱中播放出来的音乐，且缠绕圈数越多音乐声音越大越清晰。两线圈远离 时声音减弱甚至消失。 两个线圈之间根本没有用导线相连，为什么会出现这样的情况？学生分组交流，运用电磁感应知识解释。 （一）互感现象 学生分析概括：与手机相连的A 线圈中的电流是变化 的，那么它产生的磁场就是变化的，与它靠近的 B 线圈中的 磁通量就是变化的，因而 B 线圈中就会产生感应电动势，因 而就会产生感应电流，于是音箱中便有了音乐的声音。由此 引出互感现象的定义。 定义：由于一个线圈中的电流变化，使得另一个线圈 中产生感应电动势的现象称为互感现象。 应用：变压器、收音机中的磁性线圈、手机无线充电 等。 （二） 自感现象 发问设疑：一个线圈中的电流发生变化时，会在另一个 线圈中产生感应电电动势，那么这个电流变化的线圈本身会 不会产生感应电动势？ 千人振实验：线圈、两节干电池、开关串联，在线圈两 端引出两根导线，三名同学手拉手站好，两端同学握住导线 两端金属，闭合开关时并无明显感觉，在开关断开的瞬间有 触电的感觉。由此引出自感现象的概念。 自感现象：由于线圈中本身的电流发生变化，使得线圈 自身产生感应电动势的现象，我们就把它们称为自感现象。 环节2：深入探究 1.学生分组实验： 自感现象演示器 （1）断电自感现象中小灯泡闪亮现象。 线圈电源和开关串联，小灯泡与线圈并联，开关闭合时 小灯泡发光，在开关断开的瞬间，可以观察到小灯泡“闪亮 ” 了一下。 （2）通电自感现象中小灯泡延迟发光现象。 电路如下图所示，两灯泡并联，并分别与滑动变阻器和 线圈串联，将滑动变阻器阻值与线圈阻值提前调至相同，闭 合开关时，能够观察到小灯泡 A 立即发光，小灯泡 B 慢慢变 亮。断开开关时两灯泡均缓慢熄灭。 2. 教师演示实验： 用电流传感器代替灯泡接入两支路中，连接数据采集 器，在传送到电脑中投屏展示，这样电脑屏幕中能够及时反 应电流随时间变化的图像，以时间为横轴，电流为纵轴建立 直角坐标系，把两支路的图像显示在同一个图中，闭合开关、 断开开关，观察图像。 i t 图像特点：闭合开关瞬间 A 支路电流立即达到稳定值， B 支路缓慢达到稳定值，断开开关瞬间，B 支路电流缓慢减 小，A 支路电流突然反向，且此时二者关于 t 轴对称。 3. 分析概括 学生分析两实验的现象，总结并小组讨论，得出结论。 （1）学生分组实验 断电自感：由于灯丝电阻比线圈电阻大，所以闭合开关 时线圈通过线圈的电流大，在断开开关时，线圈中电流突然 减小，穿过线圈的磁通量减小，根据楞次定律，线圈中就会 产生一个与原方向相同的感应电流，此时线圈相当于一个电 源，与灯泡构成一个闭合回路，这个瞬间为了保护线圈中的 电流大小和方向保持不变，由于是线圈中的这一个电流就会 以与刚才相反方向流过灯泡，这时电流比刚才电流大，所以 灯泡会突然闪亮一下。 通电自感：开关闭合瞬间，线圈中电流是变大的，穿过 线圈的磁通量也会增大，此时线圈中就会产生一个感应电动 势，阻碍电流的增加，于是就延迟了灯泡电流达到稳定值的 时间，所以与线圈串联的灯泡逐渐变亮。 （3）教师演示实验结论： 两灯泡大小规格完全相同，开关闭合瞬间，B 支路的线 圈中电流变大，穿过线圈的磁通量也会增大，此时线圈中就 会产生一个感应电动势，阻碍电流的增加，于是就延迟了 B 支路电流达到稳定值的时间，所以，A 支路电流瞬间达到稳 定值，B 支路电流逐渐增加，缓慢达到稳定值。开关断开瞬 间，电源提供灯泡 A 的电流瞬间消失，线圈中电流减小，这 时线圈中产生一个自感电动势，阻碍电流的减小，这时线圈 相当于一个电源，两灯泡、滑动变阻器构成一个闭合回路， 线圈中的电流就会流经串联的两灯泡，电流大小相等,但流 过灯泡 B 的电流方向与原电流方向相反。所以会有上图的两 电流对称情况。 分析思考，利用电磁感应原理解释原因。 归纳什么是自感现象 观察实验过程，分析实验结果，从定性的分析角度分析线圈的感应现象。 新课讲授 二、涡流 环节1：情境导入 跳舞的锡箔纸 将一张锡箔纸摊开放在工作的电磁炉上。学生会观察到锡箔纸会上下跳动。让学生上台亲自操作实验仪器，近距离观察锡箔纸的运动，将锡箔纸换成餐巾纸，发现不会“跳舞”。 环节2：深入探究 （1）火柴自燃实验：将两组火柴（三根）分别放到完全相同的两个接通电源正常工作状态的电磁炉上，一台电磁炉上放置一块金属板，火柴放在金属板上，另一组火柴直接放在电磁炉上。由于涡流的作用，放置在金属板上的火柴自动点燃了，事后再往金属板上滴几滴水，发现有水蒸气出现，由此可判定金属板温度很高。 （2）分析涡流的产生原理： 当线圈的电流变化时，导体中会形成涡流。 [问题引导链条] 线圈中电流变化时，线圈周围什么物理量发生变化？ 变化的磁场会对线圈附近的导体有什么影响？ 导体怎样产生磁场？ 导体内的一圈圈的感应电流像什么？ [学生思考回答] 线圈周围的磁场强度发生变化，由于电磁感应，附近的导体内部产生感应电流，感应电流周围会产生磁场。 看起来像水中的漩涡。 （3） 介绍涡流在生产生活中的利用以及防止： 介绍真空冶炼炉和变压器铁芯的例子，并让学生体会涡流在不同情境下有不同的作用。 [提问] 真空冶炼炉的原理是什么？ 和普通冶炼炉相比，真空冶炼炉有什么优势？ [回答] 变化的磁场在冶炼炉中产生涡流，利用涡流的热效应对炉内金属加热。 真空冶炼炉在真空中运行，可以避免金属与空气中的杂质接触，能提升金属的品质。 [提问] 为什么铁芯材料要采用电阻率较大的硅钢片，并且用若干硅钢片堆叠而成？ [回答] 铁芯绕在线圈上，涡流的热效应不仅会浪费能量，还可能因高温而损坏仪器。这样设计可以减小涡流的大小。 环节3：拓展应用 1.电磁阻尼 （1）观察实验“时空隧道”。磁铁在铜管中下落过程，非常缓慢，就像掉入了时空隧道一样。翻转铜管，磁铁可以跟随不落到桌面上。 （2）分组实验，探究原理，合作学习。磁铁与铁块同时沿相同铝质轨道由静止释放，下滑过程对比非常明显，磁铁下滑比铁块慢很多。磁铁的底部与铁块的底部都贴有相同的纸，保证了下滑过程动摩擦因数相同。所以磁铁下滑慢就是由于电磁阻尼的影响。 （3）理论分析，追根究底。分析磁铁穿入穿出线圈的受力情况，并引导学生完成以下表格，让学生从本质上认识电磁阻尼。 （4）创新设计，电磁制动。两个相同小车在相同铝制轨道下滑，一个小车带着磁铁，另一个小车不带磁铁。不带磁铁的小车下滑快一点，带磁铁小车下滑明显慢一点，基本达到匀速下滑。上实验证明电磁制动完全可行。而且，铝制轨道中产生的涡流还可以回收再利用，减少能量损耗。 2.电磁驱动。 将中间有轴的易拉罐竖直放置，手持铁块靠近易拉罐并转动，铝盘不动。换用磁铁重复，铝盘跟随磁铁转动起来。这就是电磁驱动。 创新设计，可以应用到生活中，制作速度计。 3.磁悬浮列车 磁悬浮的基本原理很简单，就是利用“同性相斥、异性相吸”的电磁原理，让磁铁对抗地心引力，让车辆悬浮起来（一般情况下不超过1厘米），然后利用电磁驱动力引导，推动列车前行。 4.交流感应电动机 【例题1】如图1所示，大功率家用电器的插头常配备漏电保护装置，工作原理如图2所示，其中“零序电流互感器”可视为闭合铁芯。正常用电时，火线和零线的电流等大反向；出现漏电时，快速响应电路能够在毫秒级的时间内检测到漏电并触发断路器，使触头弹起从而自动切断电源。下列说法正确的是（　　） A．漏电保护装置应用了电磁感应的原理 B．图2中零线应该置于互感器的外面，否则无法正常使用 C．正常用电时，M和N两点之间没有电压 D．出现漏电时，M和N两点之间没有电压 【答案】AC 【详解】ACD．若火线和零线电流始终等大反向，则穿过零序电流互感器的磁通量不发生变化，零序电流互感器无感应电动势，则与之构成闭合回路的断路器两端MN间无电压，但若发生漏电，则由火线、用电器、零线构成的闭合回路中，流经火线与零线的电流大小将不再相等，从而使穿过零序电流互感器的磁通量发生变化，产生感应电动势，触发断路器，使触头弹起从而自动切断电源，保护电路，即此时断路器两端MN间有电压，由此可知漏电保护装置应用了电磁感应的原理，故AC正确，D错误； B．图2中若零线置于互感器的外面，则发生漏电时，零序电流互感器不能感应到通过火线的电流变化，因此互感器不能正常使用，只有零线与火线同在互感器里面，互感器通过感应相反电流产生的磁场是否变化从而做出反馈，因此图2中零线应该置于互感器的里面，故B错误。 故选AC。 针对训练1如图所示为电磁炉的线圈及其工作示意图，下列说法正确的是（　　） A．电磁炉工作时，线圈内与锅体中的磁场方向时刻相反 B．可通过改变线圈内交变电流的频率来改变电磁炉的功率 C．电磁炉工作时，每匝线圈在锅体中产生的感应电动势均相同 D．电磁炉工作时，若线圈中电流的频率为f，则锅体中涡流的频率为 【答案】B 【详解】A．由楞次定律可知，电磁炉工作时，当线圈内的磁场增加时，锅体中的磁场方向与之相反，当线圈内的磁场减小时，锅体中的磁场方向与之相同，故A错误； B．锅体中感应电动势与线圈中电流的变化率成正比，可通过改变线圈内交变电流的频率来改变锅体中感应电动势的大小，进而改变电磁炉的功率，故B正确； C．由图可知，电磁炉的每匝线圈的面积不同，根据法拉第电磁感应定律可知，电磁炉工作时，每匝线圈在锅体中产生的感应电动势均不相同，故C错误； D．根据法拉第电磁感应定律可知，电磁炉工作时，若线圈中电流的频率为f，则锅体中涡流的频率为f，故D错误。 故选B。 亲眼观察，亲自操作，激发学生的好奇心。 参与知识梳理，完善笔记结构。 阅读课文，总结涡流的应用。 回答电磁阻尼与电磁驱动的区别和联系 将所学涡流、楞次定律和左手定则等知识迁移到具体情境中。 课 堂 练 习 1.如图所示，两个灯泡A1和A2的规格相同，闭合开关，稳定后两个灯泡正常发光且亮度相同。下列说法正确的是（　　） A．闭合开关瞬间，A1、A2亮度相同 B．闭合开关瞬间，M点电势低于N点电势 C．电路稳定后断开S，A2闪亮一下再熄灭 D．电路稳定后断开S瞬间，M点电势低于N点电势 【答案】D 【详解】AB．闭合开关瞬间，由于自感线圈有自感电动势产生，阻碍电流增大，所以A1逐渐变亮，而A2立即变亮，A1所在电路的电流方向为从M到N，所以M点电势高于N点电势，故AB错误； C．电路稳定后断开S， A1、A2与L、R构成回路，L相当于电源，因原来两支路电流相等，所以不会出现A2闪亮一下再熄灭的现象，A1、A2都会逐渐熄灭，故C错误； D．电路稳定后断开S瞬间，A1所在电路的电流方向为从N→A1→A2→R→M，所以M点电势低于N点电势，故D正确。 故选D。 2.如图所示，S闭合后，流过线圈L的电流恒为，流过灯泡A的电流恒为，且。在时刻将S迅速断开，在较短一段时间内流过灯泡的电流随时间变化的图像是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】S闭合后，流过线圈L的电流恒为，流过灯泡A的电流恒为，且。在时刻将S迅速断开，由于线圈产生自感电动势阻碍的减小，且线圈与灯泡A构成回路，所以通过灯泡A的电流从逐渐减小，且通过灯泡A的电流方向与原来的方向相反。 故选D。 3.如图所示为某种售货机硬币识别系统简图。虚线框内存在磁场，从入口A进入的硬币沿斜面滚落，通过磁场区域后，由测速器测出速度大小，若速度在某一合适范围，挡板B自动开启，硬币就会沿斜面进入接收装置；否则挡板C开启，硬币进入另一个通道拒绝接收。下列说法不正确的是（　　） A．磁场能使硬币的速度增大得更慢 B．如果没有磁场，则测速器示数会更小一些 C．硬币进入磁场的过程会受到来自磁场的阻力 D．由于磁场的作用，硬币的机械能减小 【答案】B 【详解】ABC．根据题意可知，硬币进入磁场和离开磁场时，穿过硬币的磁通量发生变化，硬币中产生感应电流，感应电流会阻碍硬币的相对运动，即硬币进入磁场的过程会受到来自磁场的阻力，若磁场阻力大于硬币重力沿斜面的分力，硬币将做减速运动，若磁场阻力等于硬币重力沿斜面的分力，硬币将匀速进入磁场，若磁场阻力小于硬币重力沿斜面的分力，硬币继续加速运动，但速度增加变慢，综上所述，磁场能使硬币的速度增大得更慢，如果没有磁场，则测速器示数会更大一些，故AC正确，不满足题意要求，B错误，满足题意要求； D．根据题意可知，硬币进入磁场和离开磁场时，穿过硬币的磁通量发生变化，硬币中产生感应电流，感应电流会阻碍硬币的相对运动，对硬币做负功，使硬币的机械能减小，故D正确，不满足题意要求。 故选B。 4.为了研究电磁炉的工作原理，某个同学制作了一个简易装置，如图所示，将一根电线缠绕在铁芯外部，接通交流电源，放置在铁芯上方的不锈钢锅具开始发热，下述可以增大锅具的发热功率的办法，可行的是（　　） A．增大交流电源的频率 B．把不锈钢锅换成陶瓷锅 C．将电源换成电动势更大的直流电源 D．把线圈内部铁芯去掉 【答案】A 【详解】A．当下方线圈通入交流电时，在不锈钢锅具中会产生感应电动势，形成涡流而产生热量，因感应电动势与电流的变化率成正比，增大交流电源的频率，感应电动势增大，电流增大，热功率增大，故A正确； B．陶瓷不是磁性材料，把不锈钢锅换成陶瓷锅，则不会产生涡流，故B错误； C．换成直流电源，恒定电流产生恒定的磁场，穿过线圈的磁通量不变，锅具中不会有感应电流，热功率为0，故C错误； D．把线圈内部铁芯去掉，则磁场减弱，感应电动势减小，感应电流减小，热功率变小，故D错误。 故选A。 5.（2025·浙江·高考真题）新能源汽车日趋普及，其能量回收系统可将制动时的动能回收再利用，当制动过程中回收系统的输出电压（U）比动力电池所需充电电压（）低时，不能直接充入其中。在下列电路中，通过不断打开和闭合开关S，实现由低压向高压充电，其中正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】A．该电路中当开关S断开时，整个电路均断开，则不能给电池充电，选项A错误； B．该电路中当S闭合时稳定时，线圈L中有电流通过，当S断开时L产生自感电动势阻碍电流减小，L相当电源，电源U与L中的自感电动势共同加在电池两端，且此时二极管导通，从而实现给高压充电，选项B正确； C．该电路中当S闭合时稳定时，线圈L中有电流通过，但当S断开时L也与电路断开，还是只有回收系统的电压U加在充电电池两端，则不能实现给高压充电，选项C错误； D．该电路中当S闭合时稳定时，线圈L中有电流通过，但当S断开时电源U也断开，只有L产生的自感电动势相当电源加在充电电池两端，则不能实现给高压充电，选项D错误。 故选B。 6.为了有效隔离外界振动对STM的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图所示。无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】该装置的原理是利用电磁阻尼。薄板出现扰动时，穿过薄板表面的磁通量如果发生变化，就会产生感应电流，薄板就会受到安培力作用，安培力总是阻碍导体相对磁场的运动，从而使薄板尽快停下来。 A．薄板上、下、左、右运动时，磁通量都会发生变化，所以都会产生感应电流，所以都会受到安培力作用而很快停下来，故A正确； B．薄板只有向左运动时，磁通量才会发生变化，才会产生感应电流，进而受到安培力作用而很快停下来，而向上、向下和向右运动时，则不会产生感应电流，故B错误； C．板只有向左运动较大距离时，磁通量才会发生变化，才会产生感应电流，进而受到安培力作用而很快停下来，而向上向下和向右运动时，则不会产生感应电流，故C错误； D．薄板只有向左、向右运动时，磁通量才会发生变化，才会产生感应电流，进而受到安培力作用而很快停下来，而向上、向下运动时，则不会产生感应电流，故D错误。 故选A。 课 堂 小 结 磁场里的“拖延症”和“隐身加热器” 自感这货，就是电路里的“拖延症患者”—— 通电时不想让电流痛快涨，断电时又舍不得电流马上走，全靠自感电动势在那 “拦着”“拽着”，本质是磁场在 “恋旧”，不想轻易改变自己的磁通量～ 涡流嘛，就是导体在变化磁场里 “内心骚动”的结果——电子们被磁场搅得晕头转向，在导体内部瞎转圈，转着转着就摩擦生热，成了“隐身加热器”，电磁炉就是靠这招让锅子发热的～ 记住喽：自感是“阻碍变化”不“阻止变化”，涡流是“圈内转圈” 能“变磁为热”，生活里的镇流器、电磁炉，全是它们俩的“杰作”！ 板 书 设 计 第3节 自感现象与涡流 一、自感现象：电路中的“拖延大王” 1.定义：导体自身电流变化时，产生感应电动势阻碍电流变化的现象 2.自感电动势（“拖延工具”）： ：自感系数（“拖延能力”，线圈匝数越多、铁芯越粗，能力越强） 3.生活实例： 通电时：日光灯镇流器“拦着”电流猛涨，保护灯丝 断电时：线圈“拽着”电流不放，小灯泡可能闪亮一下 二、涡流：导体里的“转圈电子派对” 1.定义：变化磁场穿过导体时，内部产生的闭合感应电流（电子们瞎转圈） 2.特点：转圈生热（“派对摩擦生热”），电流大、热量足 3.应用与防止： 利用：电磁炉（锅具里涡流发热做饭）、金属探测器（涡流产生磁场报警） 防止：变压器铁芯用薄片叠成（减少涡流，省电不烧芯） 三、一句话总结 自感“阻碍电流变”，涡流“变磁为热转”，生活里全是它们的“小操作”！ 作业 布置 1.完成教材课后习题，重点练习自感电动势的计算及涡流的产生条件，结合实例分析自感现象的应用场景。 2.设计一个小实验（如观察线圈断电时灯泡的延迟熄灭现象），记录现象并简要解释自感原理。 3.查阅资料，列举生活中利用涡流或自感现象的实例（如电磁炉、镇流器），说明其工作过程及能量转化。 教学反思 1.自感实验现象直观，但学生对“阻碍电流变化”的理解仍显模糊，需结合电流变化的动态过程动画辅助讲解。 2.涡流的产生原理与应用联系不足，可增加电磁炉拆解、电磁阻尼演示等实例，强化理论与生活的衔接。 3.课堂互动偏于问答，可设计小组合作分析自感现象电路图，提升学生动手分析和逻辑表达能力。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $