2.4 互感和自感 教学设计-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

该高中物理教学设计聚焦“互感和自感”核心知识点，通过无线传声双线圈实验导入互感现象，再以开关通断灯泡对比实验引出通电、断电自感，结合电流传感器图像与公式推导，构建“互感→自感→定量规律→工程应用”的知识脉络，形成实验观察、图像分析、理论推导的学习支架。 该资料以实验驱动教学，通过无线传声演示、开关通断灯泡对照实验等培养科学探究能力，小组讨论断电自感电流回路与公式推导发展科学思维，结合变压器、延时继电器应用渗透科学态度与责任。多样教学方法帮助学生提升动态分析与实验能力，为教师提供清晰教学逻辑和丰富实操资源。

教学设计 课程名称 互感和自感 选用教材 高中物理人教版选修二 教学章节 第二章第四节 授课对象 高二学生 授课类型 新授课 授课学时 1课时（45分钟） 一、教学内容分析 本节课是电磁感应两类特殊场景综合课，开篇利用无线传声双线圈实验引入互感现象，解释无导线也能传递电信号的原理；再通过开关闭合、断开两组灯泡演示实验，引出线圈自身电流变化产生感应电动势的自感现象；借助电流传感器图像直观展示通电、断电自感电流变化规律；推导自感电动势公式，定义自感系数，说明影响线圈 L 大小的结构因素；最后讲解线圈储存磁场能量，结合延时继电器实例介绍自感现象的实际应用。整体遵循 “互感（线圈间）→自感（单线圈自身）→通电自感→断电自感→自感定量公式→磁场储能与工程应用” 逻辑链条，完善电磁感应知识体系，为变压器、交变电流电路铺垫核心理论。 二、学情分析 1. 知识基础 学生熟练掌握法拉第电磁感应定律、楞次定律，能判断磁通量变化产生感应电动势；清楚变化电流产生变化磁场；但学生只能理解单一线圈切割、磁铁插拔产生感应电流，不知道两个独立线圈可通过磁场互感，无法理解线圈自身电流变化也会激发自感电动势，容易混淆互感、自感两类现象，不明白线圈内部储存磁场能。 2. 能力基础 学生具备基础电磁实验观察、楞次定律定性推导能力，但区分互感、自感两类磁通量变化场景的对比归纳能力薄弱；结合电路灯泡亮度变化逆向分析线圈感应电动势的逻辑推导能力不足；从实验图像提取电流变化规律、建立自感定量表达式的数理结合能力零散。 3. 思维基础 学生思维局限于外部磁场带来磁通量变化，缺少线圈自身磁场变化产生感应电动势的内部视角；静态思维突出，难以动态分析开关通断瞬间电流渐变过程；电路现象与磁场能量割裂，无法解释断电灯泡短暂发光的能量来源。 三、教学目标 1. 物理观念 理解互感是两个线圈通过彼此变化磁场互相激发感应电动势，自感是线圈自身电流变化产生感应电动势；分清通电自感阻碍电流增大、断电自感阻碍电流减小；知晓线圈储存磁场能量，建立线圈间、线圈自身两类电磁感应统一观念。 2. 科学思维 依托无线传声双线圈实物图形成互感无线传声探究具象思维；借助开关闭合灯泡对比电路图形成通电自感归纳思维；利用开关断开灯泡电路图形成断电自感逆向推导思维；结合大小线圈实物图形成自感系数影响因素建模思维，培养对比分类、动态过程分析、图像提取规律、结构变量归纳的综合科学思维。 3. 科学探究 观察无线音频双线圈互感演示；完成开关闭合、断开两组灯泡亮度对照实验；借助电流传感器图像分析自感电流变化；推导自感电动势表达式，分析延时继电器工作原理，完整经历 “无线现象猜想 — 双线圈互感演示 — 单线圈通断自感实验 — 定量规律推导 — 工程实例应用” 探究流程。 4. 科学态度与责任 通过无线传声、灯泡自感、延时继电器多组实验与实例分析，养成依托演示实验猜想、分层逻辑推导、理论对接电子设备的求真科研品格；互感是变压器、无线通信核心原理，自感应用于延时继电器、电感元器件，支撑电力传输、通信电子产业，认识互感自感的电子工程价值，树立学好电磁感应知识助力国产通信、电力元器件自主研发的责任意识。 四、教学重难点 重点 互感、自感现象的产生条件与定义，二者区分 通电自感、断电自感的现象、本质，楞次定律解释过程 自感电动势表达式，自感系数的影响因素 难点 区分互感（两线圈磁场耦合）、自感（单线圈自身磁场变化） 断电自感中线圈充当临时电源，电流回路、灯泡亮度变化分析 理解线圈储存磁场能，断电时磁场能释放为电能 五、教学方法 情境演示导入法：无线双线圈手机音频传扩音器实验引入互感； 对比演示实验法：开关闭合、断开两组灯泡对照演示通电、断电自感； 图像分析法：电流传感器 I-t 图像直观展示自感电流渐变； 归纳推理法：汇总实验现象总结互感、自感定义； 公式推导法：结合法拉第电磁感应定律推导自感电动势； 小组合作讨论法：合作区分互感自感、分析断电灯泡电流路径； 实例分析法：拆解延时继电器自感延时工作原理。 六、教学资源 人教版选择性必修二课本；无线音频双线圈实物图、开关闭合灯泡对比电路图、开关断开灯泡电路图、大小不同线圈实物图；双线圈、手机、扩音器、电源、灯泡、滑动变阻器、电流传感器、计算机；多媒体课件、黑板、直尺、课堂讨论思考题。 七、教学设计 教学环节 教师活动 学生活动 无线演示情境导入，抛出互感探究核心问题 · 展示无线音频双线圈实物图 · 完成教材开篇演示：线圈 A 接手机音频，线圈 B 接扩音器，两线圈无导线相连，A 插入 B 后扩音器播放手机声音；默读教材文字，同桌用两分钟交流思考：无导线连接，声音信号依靠什么从 A 传递到 B？ · 告知学生本节课先学习两线圈耦合的互感现象，再研究单线圈自身电流变化的自感，分通电、断电两类演示实验，推导自感定量公式，最后介绍线圈磁场储能与延时继电器应用。 · 递进抛出导学思考题 1：若将两个线圈远离，扩音器声音会变小还是消失？预留互感内容学习后验证猜想。 观察无线双线圈传声演示现象，结合电磁感应知识交流猜想；回顾变化磁场产生感应电动势相关内容；抄写课题《互感和自感》，带着 “无导线如何传递电信号” 的疑问进入新课学习。 互感概念讲解，通电自感演示实验 · 总结演示现象给出互感定义：两个线圈靠近，一个线圈变化电流产生变化磁场，穿过另一线圈激发感应电动势，这种现象叫互感，变压器、无线信号传输依靠互感工作。 · 展示开关闭合灯泡对比电路 · 开展通电自感演示：两支相同灯泡，一支串线圈，一支串电阻，闭合开关，串电阻灯泡立刻亮，串线圈灯泡缓慢变亮；引导学生归纳：开关闭合电流增大，线圈产生自感电动势阻碍电流变大，称为通电自感。 · 出示配套定性小题 1：通电瞬间线圈自感电动势方向与电源电动势同向还是反向，带领学生结合楞次定律 “阻碍增大” 作答。 · 组织三分钟四人小组讨论：为什么线圈匝数越多，通电时灯泡亮起越缓慢？每组推选代表发言，从匝数多、自感系数大、阻碍效果更强角度完整说明。 观看开关闭合灯泡对比电路图，记录两支灯泡发光快慢差异；完整记录互感、通电自感定义与本质；独立完成电动势方向判断题，小组讨论线圈匝数对自感效果的影响，听完讲评建立互感、通电自感完整定性认知。 断电自感演示、自感定量公式、磁场储能、课堂总结、分层课后任务 · 展示开关断开灯泡电路图 · 开展断电自感演示：开关稳定闭合灯泡正常发光，断开开关瞬间灯泡突然闪亮再熄灭；分步讲解：断电线圈电流减小，自感电动势阻碍电流减小，线圈充当临时电源，与灯泡形成闭合回路，称为断电自感。 · 结合法拉第电磁感应定律推导自感电动势公式，展示大小不同线圈实物图 · 说明自感系数 L 由线圈匝数、粗细、有无铁芯决定，匝数越多、带铁芯，L 越大。 · 讲解磁场能量：通电时电源向线圈输送能量储存为磁场能，断电时磁场能释放转化为灯泡电能，结合延时继电器实例说明自感延时应用。 · 整合四张配图梳理课堂主线：无线音频双线圈实物图抛出无线传声互感问题→开关闭合灯泡对比电路图演示通电自感现象→开关断开灯泡电路图分析断电自感电流回路→大小不同线圈实物图讲解自感系数影响因素，完整覆盖互感猜想、通电自感、断电自感、定量自感系数四层核心内容。 · 按照课本行文梳理全课脉络：无线双线圈演示导入，建立互感概念→开关闭合灯泡实验讲解通电自感，阻碍电流增大→开关断开灯泡演示断电自感，线圈释放磁场能→推导自感电动势公式，介绍自感系数影响因素，拓展磁场储能与延时继电器应用，黑板同步简易思维导图，标记互感、通电自感、断电自感、自感系数四大核心知识点。 · 分层布置贴合课本的课后任务：基础任务整理互感、自感定义，完成 2 道开关通断自感现象判断题；拓展任务查阅变压器依靠互感工作的内部结构，下节课课堂分享。 观看开关断开灯泡电路图，完整复述断电瞬间电流路径、灯泡闪亮原因；观看大小不同线圈实物图，记录影响自感系数的结构条件；两人一组对比区分互感、自感两类现象；小组合作梳理通电、断电自感的楞次定律解释逻辑；整合本节课四张图文对应知识点，容易混淆互感与自感、断电电流方向、自感系数影响因素三类高频易错点；记录分层课后作业要求，规划习题书写、变压器拓展调研任务。 课堂收尾 · 回扣开篇无线双线圈实验完整总结：两线圈依靠互感实现无导线电信号传递；单一线圈电流变化产生自感，通电阻碍电流增大、断电阻碍电流减小，断电时线圈储存的磁场能释放；自感电动势大小由电流变化率、线圈自感系数共同决定，互感、自感广泛用于变压器、延时继电器、无线通信设备，完成线圈耦合与线圈自身电磁感应完整知识闭环。 回顾互感、通电 / 断电自感定义、自感系数影响因素全部知识点，整理两组灯泡演示实验与公式推导笔记，规划课后任务完成顺序。 八、板书设计 九、课程思政 本节课依托无线音频双线圈实物图、开关闭合灯泡对比电路图、开关断开灯泡电路图、大小不同线圈实物图四组素材开展无线通信情境导入、两组灯泡对照电磁实验、自感定量公式推导、电子元器件实例拓展教学，培养学生借助生活演示提出物理猜想、控制变量对比实验归纳规律、数理结合推导定量表达式、理论对接通信电力设备的求真科研品格；互感是电力变压器、无线通信设备的核心原理，自感元器件、延时继电器广泛应用于电路控制、电子通信领域，支撑我国远距离电力传输、无线电子设备产业发展，让学生认识互感自感电磁规律兼具电力输送、电子通信重大工程价值，引导学生扎实掌握互感与自感知识，树立依托电磁感应理论助力国产变压器、无线通信元器件自主研发的责任意识。 十、教学反思和修改 教学反思：本节课使用四张教材配图完成无线互感导入、通电自感灯泡实验、断电自感回路分析、自感系数规律讲解全流程教学，但学生普遍存在三类典型认知误区：一是混淆互感、自感，分不清是两线圈耦合还是单线圈自身；二是断电自感分析时无法理清线圈与灯泡的闭合电流回路，搞反感应电流方向；三是误认为线圈粗细、长短不影响自感系数，忽略铁芯对 L 的大幅提升作用。小组讨论时部分学生不能结合楞次定律完整解释通电灯泡缓慢发亮的过程。 修改措施：课前印制互感、自感区分填空预习学案；播放无线双线圈传声、开关通断灯泡亮度变化动态演示短视频；延长四人一组实验现象讨论、断电电流回路推导时长，强化两类现象区分、断电电流路径分析、自感系数影响因素三类专项训练；增加开关通断现象判断随堂小题，课堂即时纠错。 学科网（北京）股份有限公司 $