2.4 互感和自感 教学设计-2026-2027学年高二下学期物理粤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，以法拉第双线圈实验导入，衔接已学的法拉第电磁感应定律，构建从一般电磁感应到特殊互感、自感现象的学习支架，梳理知识脉络。 此资料亮点在于以实验探究为主线，通过双线圈互感实验、通电断电自感对照实验培养科学探究能力，结合亨利科研史实渗透科学态度与责任，采用电路图像建模和公式推导提升科学思维，助力学生区分两类现象，为教师提供清晰教学流程与分层指导方案。

教学设计 课程名称 互感和自感 选用教材 高中物理粤教版选修二 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 本节是电磁感应拓展延伸课时，在法拉第电磁感应定律基础上区分两类特殊感应现象：互感、自感。首先依托法拉第双线圈实验引入互感，介绍两个独立线圈磁场相互耦合产生感应电动势，结合无线通信演示实验说明互感信号传递应用；再通过通电、断电两组对照电路实验探究自感现象，线圈自身电流变化引发自身磁通量改变从而产生自感电动势；从定量角度联立法拉第定律推导自感电动势公式，引入自感系数电感，介绍单位亨利与物理学家亨利的科研史实；最后结合汽车点火线圈、日光灯讲解自感在生活生产中的利用，同时说明大型电机断电自感高压带来的电路危害。整体遵循 “互感现象→自感实验探究→自感定量规律→生活利弊应用” 逻辑，完善电磁感应完整体系，为交变电流、变压器学习铺垫核心基础。 二、学情分析 1. 知识储备 学生已掌握法拉第电磁感应定律、磁通量变化产生感应电动势、楞次定律阻碍磁通量变化；能够看懂互感实验原理图、通电自感电路图、亨利人物肖像图、汽车点火器实物图；清楚磁场变化会在线圈产生感应电流，但无法区分 “外来线圈磁场变化（互感）” 与 “自身线圈电流变化（自感）” 两类场景，不理解自感电动势阻碍自身电流变化的效果，缺少从双线圈、单线圈两类电路模型辨析两类感应现象的思维。 2. 能力现状 学生可以独立完成单组线圈切割、磁铁插拔基础电磁实验；能简单写出法拉第电磁感应通用公式；小组观察灯泡明暗延时、闪亮等自感实验现象；但双线圈互感耦合电路分析能力薄弱；通电、断电自感两类电路对比归纳能力不足；联立磁通量、电流变化推导自感电动势数理推导薄弱；无法结合生活电器分析自感的利用与危害。 3. 思维认知痛点 学生存在多处直观思维误区：认为感应电动势只能由外部磁铁运动产生，线圈电流自身变化不会产生感应电动势；分不清互感、自感对应的线圈磁场来源；通电自感误认为灯泡同步亮起，忽略自感电动势阻碍电流增大；断电自感认为灯泡一定熄灭，忽略线圈储存磁场能量释放；认为电感大小只和线圈匝数有关，忽略铁芯、线圈粗细长短影响。 三、教学目标 1. 物理观念 学生能够建立两类特殊电磁感应分层观念：互感是两个独立线圈磁场相互影响，一线圈变化电流在另一线圈产生互感电动势，可传递电信号；自感是同一线圈自身电流变化，引起自身磁通量改变，产生阻碍电流变化的自感电动势；自感电动势定量公式(E=LΔI/Δt)，自感系数 L 由线圈结构、铁芯决定，单位亨利；自感现象有利有弊，汽车点火、日光灯利用断电自感高压，大型电机开关需防范自感击穿电路。可选取五张以内教材示意图完整区分互感实验原理图、通电自感电路图、亨利肖像、汽车点火器实物图，厘清互感、自感两类现象实验、定量规律、生活应用完整电磁逻辑。 2. 科学思维 借助双线圈互感模型、通电断电自感电路构建两类特殊电磁感应模型，锻炼多线圈耦合、单线圈自耦合建模思维；对比通电、断电两类自感实验灯泡现象，训练电流增大、减小两类场景下自感阻碍效果辨析思维；联立法拉第定律、电流与磁场正比关系完整推导自感电动势公式，分析线圈结构对电感的影响，提升电磁定量规律逻辑推导能力；单一外部磁场感应认知升级，建立 “外部线圈耦合 = 互感、自身电流变化 = 自感、两类现象均遵循楞次定律阻碍变化” 闭环拓展电磁思维。 3. 科学探究 分组完成法拉第双线圈互感实验，观察开关通断时副线圈电流计偏转；组装通电自感对照电路，观察两只灯泡亮起先后差异；搭建断电自感电路，观察开关断开瞬间灯泡闪亮；小组结合实验现象归纳互感、自感定义；完整走完 “双线圈实验认识互感→通电断电两组电路探究自感现象→联立推导自感电动势定量公式→生活电器分析自感利弊” 探究流程，同步完成双线圈耦合电磁实验观测、自感对照现象归纳、电磁定量公式联立推导三重探究能力训练。 4. 科学态度与责任 法拉第通过双线圈实验首次发现互感，亨利独立系统研究自感并发表多篇论文，因早期国际科学交流不畅，亨利远赴欧洲向法拉第演示自感实验，体现物理科学需要全球学者互通交流、持之以恒开展对照实验探索未知电磁现象的求真钻研精神；互感、自感实验需要精准控制开关通断时机，观察灯泡微小明暗延时、闪亮现象，自感公式推导需要分步联立多层物理关系，培养电磁拓展实验精细操作、细致捕捉微弱实验现象、严谨数理推导的科学素养；依托互感制造无线信号传输设备，依托自感制造汽车点火器、日光灯，国内大型电机配套防自感击穿保护电路全部量产，广泛服务汽车工业、民用照明、电力传输领域，直观展现互感自感拓展电磁规律助力国内民用电气、工业电力设备自主创新，激发学生学好互感自感规律投身国产电气、电力防护设备研发的家国情怀；能区分互感、自感两类感应现象，熟练运用自感电动势公式简单计算，结合生活电器说明自感的利用与防护，树立互感自感电磁规律服务民用照明、汽车工业、电力传输设备制造的实践责任意识。 四、教学重难点 重点 1. 互感现象定义、双线圈实验；通电、断电自感两组实验现象与规律； 2. 自感电动势公式(E=LΔI/Δt)，自感系数影响因素； 3. 生活中自感的利用（点火器）与危害（高压击穿电路）。 难点 1. 区分互感、自感磁场来源，理解自感电动势阻碍自身电流变化； 2. 通电自感延时亮、断电自感闪亮的完整电路逻辑分析； 3. 结合楞次定律解释自感 “阻碍电流变化” 而非 “阻止电流变化”。 五、教学方法 双线圈、单线圈对照实验探究法：互感实验、通电断电自感两组对照电路； 多层公式联立推导讲授法：法拉第定律结合电流磁场关系推导自感电动势； 电路图像建模教学法：依托互感原理图、自感电路图对比两类现象； 分组现象辨析讨论法：小组辨析通电、断电自感灯泡现象成因； 科学史料拓展讲授法：法拉第互感、亨利自感科研交流史实拓展。 六、教学资源 互感现象实验原理图、通电自感实验电路图、亨利人物肖像图、汽车发动机点火器实物图；双线圈互感实验套装、电源、开关、电阻箱、相同规格灯泡、大电感线圈、灵敏电流计；分层课堂原理简答、简单定量计算题。 七、教学设计 教学环节 教师活动 学生活动 环节一 导入：法拉第双线圈实验，认识互感现象（10 分钟）  复习导入：前几节我们研究磁铁运动切割线圈产生感应电动势，今天研究两个线圈互相靠近，一线圈电流变化如何在另一线圈产生感应，这类特殊电磁感应称为互感。展示互感现象实验原理图 完整介绍装置：环形铁芯、线圈 A（电源开关回路）、线圈 B（灵敏电流计回路），讲解实验变量：仅操作线圈 A 的开关通断，线圈 B 无独立电源。  分步操作实验：闭合线圈 A 开关瞬间，电流计短暂偏转；开关保持闭合电流稳定，电流计归零；断开开关瞬间，电流计反向短暂偏转。抛出思考问题：线圈 B 无电源，为何仅在 A 开关通断瞬间才有感应电流，电流稳定时无？  汇总学生回答统一梳理：线圈 A 变化电流产生变化磁场，穿过线圈 B 磁通量改变，产生互感电动势与感应电流；电流稳定磁场不变，磁通量恒定无感应；线圈 B 电流变化同样会在线圈 A 产生互感，现象具有对称性；补充无线通信演示实验，说明互感可以远距离传递电信号。布置同桌交流任务：两个独立线圈完全远离，互感现象是否明显，请结合磁场分布说明理由。 全程观看互感实验原理图，跟随教师观察开关通断时电流计偏转现象，记住互感核心条件：两个耦合线圈、一线圈电流发生变化，完整记录三组操作对应的电流计现象。 和同桌充分交流线圈距离对互感强弱的影响，得出线圈靠近磁场耦合更强、互感更明显的结论，完整记录互感现象定义与产生条件。 环节二 通电、断电对照电路，探究自感现象（16 分钟）  过渡衔接：如果只有单独一个线圈，自身电流变化会不会产生感应电动势？我们通过两组对照电路探究自感，展示通电自感实验电路图 介绍器材：相同灯泡 L₁（串联大电感线圈）、L₂（串联等值电阻）、滑动变阻器、电源开关。  操作通电自感实验：闭合开关，灯泡 L₂立刻亮起，L₁缓慢逐渐变亮；引导学生对比两灯明暗先后，抛出思考问题：线圈阻碍自身电流增大，产生自感电动势抵消电源电压，所以 L₁电流缓慢上升。  切换断电自感电路开展实验：电路稳定后断开开关，与线圈并联的灯泡瞬间闪亮一下再熄灭；组织四人小组讨论核心问题：断电瞬间电源已经断开，灯泡短暂发光的电能来自哪里。各组汇报后统一梳理：线圈通电时储存磁场能，断电时线圈产生自感电动势，充当临时电源释放能量。  统一归纳自感定义：线圈自身电流发生变化，穿过自身磁通量改变，产生阻碍电流变化的自感电动势；自感阻碍电流变化，通电阻碍增大、断电阻碍减小，不会完全阻断电流。 承接教师过渡引导，观看通电自感电路图，先后观察通电延时亮、断电闪亮两类实验现象，区分通电、断电场景下自感的阻碍效果；四人小组围绕断电灯泡电能来源充分讨论，推选代表汇报结论。 完整区分互感（两个线圈）、自感（单个线圈）磁场来源，牢固记住自感电动势总是阻碍线圈自身电流变化，完整记录两组自感实验现象与成因。 环节三 自感电动势定量公式、自感系数与亨利史实（14 分钟）  过渡衔接：定性实验看到自感阻碍效果，下面定量推导自感电动势大小，仅在此处完整联立一次推导，后续仅文字叙述公式含义。 联立推导： 法拉第电磁感应定律E=ΔΦ/Δt；线圈磁场与电流成正比Φ∝I，代入得到E∝ΔI/Δt；引入比例系数自感系数 L，得到自感电动势(E=LΔI/Δt)。 完整解读物理量：L 为自感系数（电感），单位亨利 H；线圈匝数越多、有铁芯、线圈越粗越长，L 数值越大；常用单位毫亨、微亨。展示亨利人物肖像图 补充科研史实：亨利率先系统发现自感，因早期学术交流不足远赴欧洲向法拉第演示实验，体现科学交流的重要性。出示两道基础计算题，题目具体如下： ① 线圈电感 0.2H，0.1 秒内电流变化 0.5A，求自感电动势大小； ② 相同电流变化速率，给线圈加装铁芯，自感电动势如何变化。  过渡至生活应用：自感有利有弊，展示汽车发动机点火器实物图 讲解断电自感产生高压，击穿空气点燃油气；大型电机线圈电感极大，断开开关产生高压击穿闸刀、损坏设备，生产中需要配套防护装置。布置同桌交流任务：日光灯启动器利用哪种自感现象，请简要说明原理。  完整复盘本节课三层核心主线：第一条双线圈对照实验、互感现象定义；第二条通电断电两组电路、自感现象定性规律；第三条自感电动势定量公式、亨利科研史实、生活自感利弊应用，全程不再重复公式联立推导、电路分步现象分析，只用文字叙述互感自感两类拓展电磁规律。  逐条梳理本节课典型认知误区并集体纠正：感应电动势只能由外部磁铁产生；通电自感两只灯泡同步亮起；断电后线圈无电能，灯泡立即熄灭；电感大小仅由线圈匝数决定；互感在线圈远离时依然明显。  布置分层课后作业：基础作业完整抄写互感、自感定义、自感电动势公式，独立完成两道课堂计算题；提升作业手绘通电自感电路图，标注线圈、两只灯泡；拓展实践任务：查阅汽车点火器利用断电自感产生高压的完整工作流程。 观看亨利肖像、汽车点火器实物图，分步参与自感电动势公式推导，记住电感影响因素、亨利科研故事；独立代入两道计算题完成数值求解，区分自感的利用与危害两类生活场景。 跟随教师复盘本节课全部知识点，标记通电断电自感现象、自感公式等模糊知识点；独立动笔完成两道计算题，规范书写计算步骤，标记存疑题目等待统一讲解。 认真倾听同学作答、教师订正点拨，修正互感自感概念混淆、公式代入错误类答题错误，规范物理术语；在课本空白记录全部认知误区，配套写出正确规律，规避情景简答、计算题失误。 根据自身基础分层规划作业：基础层识记两类现象定义与公式，提升层手绘通电自感电路，拓展层查阅汽车点火器科普资料。 环节四 课堂小结、器材整理（2 分钟） 指导小组有序收纳双线圈、电感线圈、灯泡、灵敏电流计、电源，线圈轻拿避免铁芯磕碰，电表轻放。 简短整体小结：本节课通过双线圈实验认识互感，两组单线圈对照实验探究通电、断电自感，推导自感电动势定量公式，结合亨利科研史实与汽车点火器分析自感利弊，完善电磁感应完整体系，为变压器、交变电流学习铺垫。 小组分工收纳全套电磁拓展实验器材，保护精密灵敏电流计，养成规范实验收纳习惯。 跟随教师梳理核心知识点，自主整理互感自感区分要点、自感公式、生活应用，记录课本空白，课后结合作业巩固。 八、板书设计 c 九、课程思政 本节课依托互感现象实验原理图、通电自感实验电路图、亨利人物肖像图、汽车发动机点火器实物图四张教材素材，沿着双线圈互感对照实验、通电断电自感现象探究、自感电动势定量公式推导、亨利科研史实、生活自感利弊应用完整脉络落实育人目标；物理学家法拉第依托双铁芯线圈实验率先观测互感现象，亨利独立设计多组断电线圈实验系统发现自感，受限于当年跨洋学术传播不畅，亨利专程前往欧洲向法拉第演示自感完整实验，两代物理学家互通实验成果、接力完善电磁感应拓展体系，让学生体会重大拓展电磁现象的发现离不开持之以恒设计多组对照实验、全球科研工作者开放交流互通成果的求真创新科学精神；互感双线圈实验需要精准控制开关通断时机，捕捉电流计微小偏转，通电断电自感实验需要对比两只灯泡明暗时序差异，自感公式推导要求分步联立磁场、磁通量、电流多层物理关系，全程培养学生电磁拓展实验精细调控操作、细致观测微弱明暗变化、严谨多层数理联立推导、客观记录原始实验现象的科学探究素养；依托互感、自感规律制造的国产汽车点火系统、民用日光灯、电力设备高压防护装置全部实现自主量产，广泛服务国内汽车制造、民用照明、工业电力传输产业，直观展现互感自感拓展电磁基础规律助力国内汽车电气、民用照明、工业电力防护设备科技自主创新，激发学生学好互感自感电磁规律投身国产汽车电气、电力防护精密设备研发的家国情怀；学生可清晰区分互感、自感两类特殊电磁感应现象，熟练运用自感电动势公式完成简单定量计算，结合汽车点火器解释断电自感高压的实际利用，树立互感自感电磁规律服务汽车制造、民用照明、工业电力传输设备制造产业的实践责任意识。 十、教学反思和修改 1. 教学反思 本节课依托四张教材配套配图，完整开展互感双线圈实验、通电断电自感对照实验、推导自感电动势公式、讲解生活自感应用，学生能够记住基础实验现象、简单公式计算；课堂存在多处明显短板：大部分学生无法清晰区分互感、自感对应的磁场来源，做题时常混淆两类现象适用场景；很难准确解释通电灯泡延时、断电灯泡闪亮的完整电路能量逻辑；容易忽略铁芯、线圈长度、匝数对电感 L 的影响，只记住匝数单一因素；综合情景题同时涉及互感、自感两类场景时思路混乱，无法准确判断感应类型；小组讨论断电灯泡电能来源耗时较长，留给学生独立完成多情景区分简答、手绘自感电路的课堂时间不足；学生固有直观思维根深蒂固，始终认为感应电动势只能依靠外部磁铁运动产生，不理解线圈自身电流变化也能产生感应电动势。 2. 修改措施 课前印发简易预习单，提前回顾磁通量、法拉第电磁感应定律基础知识点，标注 “互感双线圈、自感单线圈、自感阻碍电流变化” 预习提示，压缩课堂概念铺垫时长；课堂分步动画演示互感双线圈磁场耦合、通电断电自感电流变化全过程，直观展示磁场来源差异与线圈磁场能释放效果；新增两组随堂对比情景题，专门区分互感、自感场景；分步动画拆解自感电动势整套联立推导流程，单独标注每一步中间物理关系；压缩小组断电灯泡能量讨论时长，提前给出自感两类现象对比表格基础框架，预留充足课堂时间让学生独立完成多情景区分简答、通电自感电路手绘；课后配套分层巩固习题，分基础两类现象区分简答、自感公式计算、生活应用分析三类题型训练，下一节课前预留五分钟互感自感区分、自感电动势公式复习，巩固两类拓展电磁现象整套核心规律。 学科网（北京）股份有限公司 $