2.4 互感与自感（教学设计）物理人教版选择性必修第二册

第4节 互感与自感（教学设计） 年级 高二年级 学科 物理 教师 课题 第3节 互感与自感 教学 目标 物理观念 建立互感、自感的物理观念，知道互感是两个相互靠近的线圈，一个线圈电流变化引起另一线圈磁通量变化从而产生感应电动势的现象；自感是线圈自身电流变化，引起线圈自身磁通量变化而产生感应电动势的现象，都属于电磁感应现象，都遵循法拉第电磁感应定律与楞次定律。理解自感电动势的作用：阻碍线圈自身电流的变化，区分通电自感、断电自感；知道自感系数由线圈自身结构决定。能从能量角度认识互感、自感过程中的磁场能量转化，深化电磁感应、磁场、能量转化的认知，为变压器、电感元件的学习打下基础。 科学思维 能从法拉第电磁感应定律、楞次定律出发推理互感、自感的产生条件；抓住 “阻碍电流变化” 这一自感核心规律，辨析 “阻碍不等于阻止”；能对通电自感、断电自感现象建构模型，对比两类自感现象的异同；能辩证分析互感、自感的利用与防护（互感用于变压器、无线充电；自感应用于镇流器，同时也要避免电路中自感电动势带来的高压危害），提升模型建构、对比辨析、逻辑论证能力，能用电磁感应规律解释生活里的互感、自感相关现象。 科学探究 通过演示实验（通电自感实验、断电自感实验、互感线圈点亮小灯泡实验）开展探究；观察有无铁芯、线圈匝数不同、通断瞬间、电流变化快慢不同条件下的现象差异；借助控制变量，对比电流变化快慢、线圈匝数、铁芯对互感电动势、自感电动势大小的影响；经历猜想、观察现象、归纳共性、辨析差异的过程，能根据实验现象提炼互感、自感的规律，学会用实验证据支撑电磁感应相关推论。 科学态度 与责任 体会互感、自感在变压器、无线充电、日光灯镇流器等工程技术上的价值；认识电磁感应带来的互感、自感效应，既可以服务生产生活，断电自感产生的高压也会带来安全隐患，树立辩证看待技术利弊的意识；在观察、分析自感、互感现象的过程中养成严谨求实、尊重实验事实的习惯；感受电磁感应理论转化为电子元件、电力设备的过程，激发探究电磁技术的兴趣，建立利用物理规律优化技术、服务社会的意识。 教学重难点 教学重点： 理解互感、自感的产生机理，知道二者都属于电磁感应现象，能用法拉第电磁感应定律解释。解自感电动势 “阻碍电流变化” 的核心特点，会利用楞次定律分析通电自感、断电自感现象。 教学难点： 辨析通电自感与断电自感的异同，能结合能量转化，区分互感、自感的利用与防护场景。 教学过程 教师活动 学生活动 教学引入 在电磁炉的炉盘下有一个线圈。电磁炉工作时，它的盘面并不发热，在炉盘上面放置铁锅，铁锅会发热。你知道这是为什么吗? 结合所学知识回答问题。 新课讲授 一、电磁感应现象中的感生电场 （1） 互感现象 把两个没有导线相连的线圈套在一起，当一个线圈中电流变化时，另一个线圈中就产生感应电动势，这种现象叫做互感，产生的感应电动势叫做互感电动势。 （2） 互感现象的应用 利用互感现象可以把能量从一个线圈传递到另一个线圈，因此在电工技术和电子技术中有广泛应用。如变压器就是利用互感现象制成的。 互感现象不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间,而且可以发生于任何两个相互靠近的电路之间。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，要设法减小互感。 例1　(多选)(2024·广东省大湾区高二期末)一款无线充电的送餐机器人的充电原理简化示意图如图所示，地面供电装置将电能传输至安装于机器人底部的感应装置中，从而给机器人充电。下列说法中正确的是(　　) A.该无线充电过程利用了电磁感应的原理 B.地面供电装置接入的是恒定电流 C.地面供电装置会产生随时间变化的磁场 D.充电时，穿过感应装置中线圈的磁通量是恒定不变的 【答案】　AC 【解析】　该无线充电过程利用了电磁感应的原理，A正确；地面供电装置要产生随时间变化的磁场，所以接入的是变化的电流，B错误，C正确；充电时，穿过感应装置中线圈的磁通量是变化的，这样才能产生感应电动势，D错误。 阅读课文归纳什么是互感现象。 归纳互感现象的应用 回答电子加速原理。 新课讲授 二、自感现象 （一）思考与讨论 线圈中电流发生变化，是否也会在自己的回路里产生电动势？ 当一个线圈中的电流变化时，它产生的变化的磁场激发出本身感应电动势。这种现象称为自感，由于自感而产生的感应电动势叫做自感电动势。 （二）实验探究 观察两个灯泡的发光情况 ①A1、A2 使用规格完全一样的灯泡。 ②闭合电键S，调节变阻器 R 和 R1 ，使A1、A2亮度相同且正常发光. 然后断开开关S。 ③ 重新闭合S，观察到什么现象？ 现象：在闭合开关Ｓ瞬间，灯A2立刻正常发光，A1却缓慢发光，比A2迟一会儿才正常发光。 你能解释以下这是为什么吗？ 分析： 观察开关断开时灯泡的亮度 按图连接电路。先闭合开关使灯泡发光，然后断开开关。注意观察开关断开时灯泡的亮度。演示前思考下列问题： 1. 电源断开时，通过线圈 L 的电流减小，这时会出现感应电动势。感应电动势的作用是使线圈 L 中的电流减小得更快些还是更慢些？ 2.产生感应电动势的线圈可以看作一个电源，它能向外供电。由于开关已经断开，线圈提供的感应电流将沿什么路径流动？ 分析： 线圈L中的感应电流要从稳定时的值开始逐渐减小，所以线圈的直流电阻要小于灯泡的电阻。 这个电流只能通过A灯形成回路，所以A灯上的电流不是立刻变为零。 （三）自感现象 1、自感 当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场在线圈本身激发出感应电动势的现象。 2、 自感电动势： 自感现象中产生的感应电动势。 （四）自感系数 1.自感电动势的大小 L　越大，E　越大，对电流阻碍越大 （1）物理意义:描述线圈产生自感电动势本领大小的物理量 （2）决定因素 线圈的圈数、是否有铁芯、线圈的大小 、线圈的形状 （3） 单位： 亨利（H） 例2　(来自教材)如图所示，L是自感系数很大的线圈，但其自身的电阻几乎为0。A和B是两个相同的小灯泡。 (1)当开关S由断开变为闭合时，A、B两个灯泡的亮度将如何变化？ 请作出解释。 (2)当开关S由闭合变为断开时，A、B两个灯泡的亮度又将如何变化？ 请作出解释。 【答案】　(1)当开关由断开变为闭合时，两灯两端立即有电压，同时发光；由于线圈的电阻很小，当电路稳定时，B灯被线圈短路，故B灯由亮变暗，直到不亮，A灯由亮变为更亮。 (2)当开关由闭合变为断开时，A灯两端电压变为0，立即熄灭。由于L是自感系数很大的线圈，自身电阻几乎为零，当电流减小时，线圈产生的自感电动势很大，相当于电源，给B灯提供短暂的电流，此时电流很大，B灯由熄灭变亮然后又逐渐变暗，过一会儿熄灭。 自感中“闪亮”与“不闪亮”问题 与线圈串联的灯泡 与线圈并联的灯泡 电 路 图 通 电 时 电流逐渐增大，灯泡逐渐变亮 电流I1突然增大，灯泡立刻变亮，然后电流I2逐渐增大，I1逐渐减小达到稳定 断 电 时 电流逐渐减小，灯泡逐渐变暗，灯泡中电流方向不变 ①若I2≤I1，灯泡逐渐变暗； ②若I2>I1，灯泡闪亮后逐渐变暗。 两种情况灯泡中电流方向均改变 例3　(2024·天津市南开区高二期末)如图所示的电路中，L是自感线圈，其直流电阻值小于灯泡D的阻值，电流传感器(相当于电流表)的电阻忽略不计，电源内阻不可忽略。在t=0时刻闭合开关S，经过一段时间在t=t1时刻断开开关S。则下列关于电流传感器记录的电流随时间变化情况的图像中，可能正确的是(　　) 【答案】　A 【解析】　闭合S瞬间，线圈中产生自感电动势阻碍电流增加，则线圈相当于断路，此时通过电流传感器的电流最大；随线圈阻碍作用的减小，通过线圈的电流逐渐变大，通过电流传感器的电流逐渐减小，电路稳定后，外电路电阻不变，外电压不变，通过电流传感器的电流不变；因为线圈的直流电阻值小于灯泡D的阻值，稳定后，通过线圈的电流大于通过电流传感器的电流。t=t1时刻断开开关S，由于自感现象，线圈阻碍电流减小，原来通过线圈L的电流此时从左向右流过电流传感器，与原来电流方向相反，且逐渐减小，直至为零，故A正确，B、C、D错误。 自感现象中I-t图像的处理技巧 回答线圈中电流发生变化，也会在自己的回路里产生电动势。 按步骤进行实验并记录实验现象。 分析实验现象 按步骤进行实验并记录实验现象。 分析实验现象 归纳什么是自感现象 回答自感系数内容。 新课讲授 三、磁场的能量 （1） 磁场的能量 断电自感：开关断开后，灯泡的发光还能维持一小段时间，能量是从哪里来的？ 开关闭合时线圈中有电流，电流产生磁场，能量储存在磁场中，开关断开时，线圈作用相当于电源，把磁场中的能量转化成电能。 例4　关于自感现象、自感系数、自感电动势，下列说法正确的是(　　) A.当线圈中通恒定电流时，线圈中没有自感现象，线圈自感系数为零 B.线圈中电流变化越快，线圈的自感系数越大 C.自感电动势与原电流方向相反 D.对于确定的线圈，其产生的自感电动势与其电流变化率成正比 【答案】　D 【解析】　当线圈中通恒定电流时，线圈中没有自感现象，不产生自感电动势，但是线圈自感系数不为零，选项A错误；线圈中电流变化越快，产生的自感电动势越大，线圈的自感系数与电流变化快慢无关，选项B错误；根据楞次定律，当线圈中电流增大时，自感电动势阻碍电流增大，自感电动势方向与原电流方向相反；当线圈中电流减小时，自感电动势阻碍电流减小，自感电动势方向与原电流方向相同，选项C错误；对于确定的线圈，自感系数一定，其产生的自感电动势与其电流变化率成正比，选项D正确。 课 堂 练 习 1.（2025-2026·云南楚雄高二下期中）晓强在研究通电自感和断电自感时，设计了如图所示的电路，其中、为两个完全相同的灯泡，L为电感线圈且直流电阻不能忽略，R为定值电阻，两灯泡的电阻不受温度影响。下列说法正确的是（  ） A.开关闭合瞬间，两灯泡均立即变亮 B.开关闭合后，灯泡逐渐变亮，灯泡立即变亮 C.开关断开后，灯泡逐渐变暗，灯泡闪亮一下再逐渐熄灭 D.开关闭合与断开瞬间，流过灯泡的电流均向右 【答案】B 【解析】闭合开关瞬间，自感线圈L阻碍通过灯泡L1的电流，灯泡L1逐渐变亮，灯泡L2立刻变亮，A错误，B正确；开关断开的瞬间，自感线圈L、L1、L2组成闭合回路，由于自感线圈阻碍原电流的变化，所以灯泡L1和L2都逐渐熄灭，C错误；闭合开关瞬间，通过灯泡L2的电流向右，断开开关瞬间，由于自感线圈产生感应电流，通过灯泡L2的电流向左，D错误。故选B。 2.如图所示，在同一铁芯上绕着两个线圈A、B，单刀双掷开关原来接“1”，现在把它从“1”扳向“2”．则在此过程中，电阻R中的电流方向是(　　) A.先由P→Q，再由Q→P B.先由Q→P，再由P→Q C.始终由Q→P D.始终由P→Q 【答案】A 【解析】由于A线圈产生的磁场发生变化，B线圈中会产生感应电流，这就是互感．将开关由“1”扳到“2”的过程中，分两个阶段来分析电阻R上的电流方向． (1)在线圈A中电流沿原方向减小的过程中，线圈A的磁场自右向左也跟着减弱，导致穿过线圈B的磁通量减少．由楞次定律知，线圈B中会产生由P→Q的感应电流；(2)在线圈A中电流沿原方向增大的过程中，线圈A的磁场自右向左也跟着增强，导致穿过线圈B的磁通量增加．由楞次定律知，线圈B中会产生由Q→P的感应电流． 综上分析可知，全过程中流过电阻R的电流方向先是由P→Q，然后是由Q→P，所以A正确． 3.目前无线电力传输已经比较成熟，如图所示为一种非接触式电源供应系统．这种系统基于电磁感应原理可无线传输电力，两个感应线圈可以放置在左右相邻或上下相对的位置，原理示意图如图所示．利用这一原理，可以实现对手机进行无线充电．下列说法正确的是(　　) A.只要A线圈中输入电流，B线圈中就会产生感应电动势 B.只有A线圈中输入变化的电流，B线圈中才会产生感应电动势 C.A中电流越大，B中感应电动势越大 D.A中电流变化越快，B中感应电动势越大 【答案】BD 【解析】根据感应电流产生的条件，若A线圈中输入恒定的电流，则A会产生恒定的磁场，B中的磁通量不发生变化，B线圈中不会产生感应电动势，故A错误；若A线圈中输入变化的电流，根据法拉第电磁感应定律E＝n可知，B线圈中会产生感应电动势，A线圈中电流变化越快，A线圈中电流产生的磁场变化越快，B线圈中产生的感应电动势越大，故B、D正确，C错误． 4.如图所示，L是自感系数很大的线圈，但其自身的直流电阻为零。A和B是两个相同的小灯泡，下列说法不正确的是（　　） A.闭合开关S后，灯泡A亮度一直保持不变 B.闭合开关S后，灯泡A、B同时变亮，最后亮度相同 C.闭合开关，电路稳定后，再断开S，灯泡A逐渐变暗，直到不亮 D.闭合开关，电路稳定后，再断开S，灯泡B由暗变亮，再逐渐熄灭 【答案】ABC 【解析】闭合开关S后，灯泡A、B同时变亮，之后由于线圈的通电自感，且其电阻几乎为零，则灯泡B缓慢熄灭，灯泡A逐渐变亮，故AB错误；闭合开关，电路稳定后，再断开S，灯泡A立即熄灭，但由于线圈的断电自感，则灯泡B由暗变亮，再逐渐熄灭，故C错误，D正确。由于本题是选不正确的，故选ABC。 5.如图所示，倾角θ＝37°、间距l＝0.1 m的足够长金属导轨底端接有阻值R＝0.1Ω的电阻，质量m＝0.1 kg的金属棒ab垂直导轨放置，与导轨间的动摩擦因数μ＝0.45.建立原点位于底端、方向沿导轨向上的坐标轴x，在0.2 m≤x≤0. 8 m区间有垂直导轨平面向上的匀强磁场．从t＝0时刻起，棒ab在沿x轴正方向的外力F作用下从x＝0处由静止开始沿斜面向上运动，其速度与位移x满足v＝kx(可导出a＝kv) ，k＝5s－1.当棒ab运动至x1＝0.2 m处时，电阻R消耗的电功率P＝0.12 W，运动至x2＝0.8 m处时撤去外力F，此后棒ab将继续运动，最终返回至x＝0处．棒始终保持与导轨垂直，不计其他电阻，求：(提示：可以用F－x图像下的“面积”代表力F做的功) (1)磁感应强度B的大小； (2)外力F随位移x变化的关系式； (3)在棒ab整个运动过程中，电阻R产生的焦耳热Q. 【答案】见解析 【解析】(1)由P＝，E＝Blv，解得B＝＝ T. (2)无磁场区间：0≤x≤0.2 m，a＝5v＝25x. F＝25xm＋μmgcos θ＋mgsin θ＝0.96＋2.5x(N) 有磁场区间：0.2 m≤x≤0.8 m，FA＝＝0.6 x(N)． F＝0.96＋2.5x＋0.6x(N)＝0.96＋3.1x(N)． (3)由(2)可作出F－x图像，则上升过程中克服安培力做功(梯形面积) WA1＝(x1＋x2)(x2－x1)＝0.18 J．撤去外力后，棒ab上升的最大距离为s，再次进入磁场时的速度为v′， 则(mgsin θ＋μmgcos θ)s＝mv2.(mgsin θ－μmgcos θ)s＝mv′2.解得v′＝2 m/s.由于mgsin θ－μmgcos θ－＝0.故棒ab再次进入磁场后做匀速运动．下滑过程中克服安培力做功WA2＝(x2－x1)＝0.144 J．Q＝WA1＋WA2＝0.324 J. 板 书设 计 课 堂小 结 作 业布 置 1. 完成课后作业：“练习与应用” 2. 配套同步作业 教 学反 思 本节课以电磁炉的工作现象作为课堂导入，从学生熟悉的生活电器入手，将抽象的电磁感应衍生现象和现实生活建立联系，能够较好地调动起学生的探究兴趣，课堂教学过程中结合变压器、无线充电、收音机磁性天线等生活实例讲解互感现象，再借助通电自感、断电自感两组演示实验开展自感内容的教学，真正践行从生活走向物理、从物理走向社会的教学理念。课堂上依托演示实验呈现灯泡延迟发光、断电闪亮等直观现象，引导学生从感性的实验现象出发，逐步推理背后的物理原理，避免概念的直接灌输，顺应高二学生的认知发展规律，帮助学生体会自感电动势阻碍电流变化而非阻止电流变化这一核心内容。整节课围绕物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任的物理核心素养展开教学，以法拉第电磁感应定律和楞次定律为基础推导互感、自感的产生条件，对比区分通电自感与断电自感，梳理自感系数的相关决定因素，搭配典型的课堂例题落实知识点训练，讲解自感现象 I‑t 图像的解题思路，同时兼顾互感、自感在生产生活当中的应用与潜在危害，引导学生辩证看待物理技术带来的影响，讲练结合的设计也能够及时巩固课堂新知，训练学生模型建构与逻辑推理的能力。 在实际课堂实施当中也暴露出不少问题，部分学生对于核心概念的理解依旧存在障碍，容易把 “阻碍电流变化” 简单理解成 “阻碍电流”，不能准确区分通电自感是阻碍电流增大、断电自感是阻碍电流减小，甚至还有不少学生误认为自感电动势能够完全阻止电流发生改变，对于互感和自感的内在本质，有些学生只记住外在实验现象，没有真正理解二者同属于电磁感应现象，都遵循法拉第电磁感应定律。课堂的演示实验受条件限制，只能作为教师演示展示，大部分学生只能远距离观察现象，不能亲手操作，后排学生对灯泡明暗变化的细微现象观察不够清晰，实验现象向物理原理的过渡环节留给学生自主思考讨论的时间比较有限，更多还是教师主导推进分析，学生自主推导的机会不足。课堂例题讲解时更多聚焦题目答案和解题技巧，对部分基础薄弱的学生缺少分层引导，这部分学生面对断电自感灯泡是否闪亮、感应电流方向反转这类易错问题时，独立分析的能力仍然欠缺。同时课堂对于磁场能量转化这一部分处理比较仓促，只是简单提及互感、自感过程当中存在磁场能的参与，没有留出充足时间引导学生深度体会通电时线圈储存磁场能、断电时磁场能释放的能量转化过程，造成部分学生对能量角度的认知比较浅薄。 针对以上教学当中暴露出来的问题，后续再进行这一课的教学可以做出相应调整优化，课前可以利用多媒体放大实验现象，或者录制实验高清视频进行投屏展示，弥补演示实验可视性不足的短板，条件允许可以增设小组微型实验，让更多学生近距离感知实验现象。在讲到自感电动势的核心概念时，适当放慢教学节奏，预留充足的时间组织学生开展小组交流辨析，多举实例对比 “阻碍变化” 和 “阻止变化” 的不同，强化概念认知，引导学生主动梳理互感、自感的异同，由学生自主总结二者的本质。习题教学过程当中增加分层设问，照顾基础薄弱学生的接受节奏，引导学生一步步完成电路分析，而不是直接灌输解题套路。对于磁场能量转化这一教学难点，可以结合实验过程同步讲解能量的储存与释放，把能量观念融入现象分析当中，进一步完善学生的知识建构，课后也可以布置简单生活化拓展任务，鼓励学生尝试解释生活当中遇到的互感、自感相关现象，进一步深化课堂学习效果。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第4节 互感与自感（教学设计） 年级 高二年级 学科 物理 教师 课题 第3节 互感与自感 教学 目标 物理观念 建立互感、自感的物理观念，知道互感是两个相互靠近的线圈，一个线圈电流变化引起另一线圈磁通量变化从而产生感应电动势的现象；自感是线圈自身电流变化，引起线圈自身磁通量变化而产生感应电动势的现象，都属于电磁感应现象，都遵循法拉第电磁感应定律与楞次定律。理解自感电动势的作用：阻碍线圈自身电流的变化，区分通电自感、断电自感；知道自感系数由线圈自身结构决定。能从能量角度认识互感、自感过程中的磁场能量转化，深化电磁感应、磁场、能量转化的认知，为变压器、电感元件的学习打下基础。 科学思维 能从法拉第电磁感应定律、楞次定律出发推理互感、自感的产生条件；抓住 “阻碍电流变化” 这一自感核心规律，辨析 “阻碍不等于阻止”；能对通电自感、断电自感现象建构模型，对比两类自感现象的异同；能辩证分析互感、自感的利用与防护（互感用于变压器、无线充电；自感应用于镇流器，同时也要避免电路中自感电动势带来的高压危害），提升模型建构、对比辨析、逻辑论证能力，能用电磁感应规律解释生活里的互感、自感相关现象。 科学探究 通过演示实验（通电自感实验、断电自感实验、互感线圈点亮小灯泡实验）开展探究；观察有无铁芯、线圈匝数不同、通断瞬间、电流变化快慢不同条件下的现象差异；借助控制变量，对比电流变化快慢、线圈匝数、铁芯对互感电动势、自感电动势大小的影响；经历猜想、观察现象、归纳共性、辨析差异的过程，能根据实验现象提炼互感、自感的规律，学会用实验证据支撑电磁感应相关推论。 科学态度 与责任 体会互感、自感在变压器、无线充电、日光灯镇流器等工程技术上的价值；认识电磁感应带来的互感、自感效应，既可以服务生产生活，断电自感产生的高压也会带来安全隐患，树立辩证看待技术利弊的意识；在观察、分析自感、互感现象的过程中养成严谨求实、尊重实验事实的习惯；感受电磁感应理论转化为电子元件、电力设备的过程，激发探究电磁技术的兴趣，建立利用物理规律优化技术、服务社会的意识。 教学重难点 教学重点： 理解互感、自感的产生机理，知道二者都属于电磁感应现象，能用法拉第电磁感应定律解释。解自感电动势 “阻碍电流变化” 的核心特点，会利用楞次定律分析通电自感、断电自感现象。 教学难点： 辨析通电自感与断电自感的异同，能结合能量转化，区分互感、自感的利用与防护场景。 教学过程 教师活动 学生活动 教学引入 在电磁炉的炉盘下有一个线圈。电磁炉工作时，它的盘面并不发热，在炉盘上面放置铁锅，铁锅会发热。你知道这是为什么吗? 结合所学知识回答问题。 新课讲授 一、电磁感应现象中的感生电场 （1） 互感现象 把两个没有导线相连的线圈套在一起，当一个线圈中电流变化时，另一个线圈中就产生感应电动势，这种现象叫做互感，产生的感应电动势叫做互感电动势。 （2） 互感现象的应用 利用互感现象可以把能量从一个线圈传递到另一个线圈，因此在电工技术和电子技术中有广泛应用。如变压器就是利用互感现象制成的。 互感现象不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间,而且可以发生于任何两个相互靠近的电路之间。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，要设法减小互感。 例1　(多选)(2024·广东省大湾区高二期末)一款无线充电的送餐机器人的充电原理简化示意图如图所示，地面供电装置将电能传输至安装于机器人底部的感应装置中，从而给机器人充电。下列说法中正确的是(　　) A.该无线充电过程利用了电磁感应的原理 B.地面供电装置接入的是恒定电流 C.地面供电装置会产生随时间变化的磁场 D.充电时，穿过感应装置中线圈的磁通量是恒定不变的 阅读课文归纳什么是互感现象。 归纳互感现象的应用 回答电子加速原理。 新课讲授 二、自感现象 （一）思考与讨论 线圈中电流发生变化，是否也会在自己的回路里产生电动势？ 当一个线圈中的电流变化时，它产生的变化的磁场激发出本身感应电动势。这种现象称为自感，由于自感而产生的感应电动势叫做自感电动势。 （二）实验探究 观察两个灯泡的发光情况 ①A1、A2 使用规格完全一样的灯泡。 ②闭合电键S，调节变阻器 R 和 R1 ，使A1、A2亮度相同且正常发光. 然后断开开关S。 ③ 重新闭合S，观察到什么现象？ 现象：在闭合开关Ｓ瞬间，灯A2立刻正常发光，A1却缓慢发光，比A2迟一会儿才正常发光。 你能解释以下这是为什么吗？ 分析： 观察开关断开时灯泡的亮度 按图连接电路。先闭合开关使灯泡发光，然后断开开关。注意观察开关断开时灯泡的亮度。演示前思考下列问题： 1. 电源断开时，通过线圈 L 的电流减小，这时会出现感应电动势。感应电动势的作用是使线圈 L 中的电流减小得更快些还是更慢些？ 2.产生感应电动势的线圈可以看作一个电源，它能向外供电。由于开关已经断开，线圈提供的感应电流将沿什么路径流动？ 分析： 线圈L中的感应电流要从稳定时的值开始逐渐减小，所以线圈的直流电阻要小于灯泡的电阻。 这个电流只能通过A灯形成回路，所以A灯上的电流不是立刻变为零。 （三）自感现象 1、自感 当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场在线圈本身激发出感应电动势的现象。 2、 自感电动势： 自感现象中产生的感应电动势。 （四）自感系数 1.自感电动势的大小 L　越大，E　越大，对电流阻碍越大 （1）物理意义:描述线圈产生自感电动势本领大小的物理量 （2）决定因素 线圈的圈数、是否有铁芯、线圈的大小 、线圈的形状 （3） 单位： 亨利（H） 例2　(来自教材)如图所示，L是自感系数很大的线圈，但其自身的电阻几乎为0。A和B是两个相同的小灯泡。 (1)当开关S由断开变为闭合时，A、B两个灯泡的亮度将如何变化？ 请作出解释。 (2)当开关S由闭合变为断开时，A、B两个灯泡的亮度又将如何变化？ 请作出解释。 自感中“闪亮”与“不闪亮”问题 与线圈串联的灯泡 与线圈并联的灯泡 电 路 图 通 电 时 电流逐渐增大，灯泡逐渐变亮 电流I1突然增大，灯泡立刻变亮，然后电流I2逐渐增大，I1逐渐减小达到稳定 断 电 时 电流逐渐减小，灯泡逐渐变暗，灯泡中电流方向不变 ①若I2≤I1，灯泡逐渐变暗； ②若I2>I1，灯泡闪亮后逐渐变暗。 两种情况灯泡中电流方向均改变 例3　(2024·天津市南开区高二期末)如图所示的电路中，L是自感线圈，其直流电阻值小于灯泡D的阻值，电流传感器(相当于电流表)的电阻忽略不计，电源内阻不可忽略。在t=0时刻闭合开关S，经过一段时间在t=t1时刻断开开关S。则下列关于电流传感器记录的电流随时间变化情况的图像中，可能正确的是(　　) 自感现象中I-t图像的处理技巧 回答线圈中电流发生变化，也会在自己的回路里产生电动势。 按步骤进行实验并记录实验现象。 分析实验现象 按步骤进行实验并记录实验现象。 分析实验现象 归纳什么是自感现象 回答自感系数内容。 新课讲授 三、磁场的能量 （1） 磁场的能量 断电自感：开关断开后，灯泡的发光还能维持一小段时间，能量是从哪里来的？ 开关闭合时线圈中有电流，电流产生磁场，能量储存在磁场中，开关断开时，线圈作用相当于电源，把磁场中的能量转化成电能。 例4　关于自感现象、自感系数、自感电动势，下列说法正确的是(　　) A.当线圈中通恒定电流时，线圈中没有自感现象，线圈自感系数为零 B.线圈中电流变化越快，线圈的自感系数越大 C.自感电动势与原电流方向相反 D.对于确定的线圈，其产生的自感电动势与其电流变化率成正比 课 堂 练 习 1.（2025-2026·云南楚雄高二下期中）晓强在研究通电自感和断电自感时，设计了如图所示的电路，其中、为两个完全相同的灯泡，L为电感线圈且直流电阻不能忽略，R为定值电阻，两灯泡的电阻不受温度影响。下列说法正确的是（  ） A.开关闭合瞬间，两灯泡均立即变亮 B.开关闭合后，灯泡逐渐变亮，灯泡立即变亮 C.开关断开后，灯泡逐渐变暗，灯泡闪亮一下再逐渐熄灭 D.开关闭合与断开瞬间，流过灯泡的电流均向右 2.如图所示，在同一铁芯上绕着两个线圈A、B，单刀双掷开关原来接“1”，现在把它从“1”扳向“2”．则在此过程中，电阻R中的电流方向是(　　) A.先由P→Q，再由Q→P B.先由Q→P，再由P→Q C.始终由Q→P D.始终由P→Q 3.目前无线电力传输已经比较成熟，如图所示为一种非接触式电源供应系统．这种系统基于电磁感应原理可无线传输电力，两个感应线圈可以放置在左右相邻或上下相对的位置，原理示意图如图所示．利用这一原理，可以实现对手机进行无线充电．下列说法正确的是(　　) A.只要A线圈中输入电流，B线圈中就会产生感应电动势 B.只有A线圈中输入变化的电流，B线圈中才会产生感应电动势 C.A中电流越大，B中感应电动势越大 D.A中电流变化越快，B中感应电动势越大 4.如图所示，L是自感系数很大的线圈，但其自身的直流电阻为零。A和B是两个相同的小灯泡，下列说法不正确的是（　　） A.闭合开关S后，灯泡A亮度一直保持不变 B.闭合开关S后，灯泡A、B同时变亮，最后亮度相同 C.闭合开关，电路稳定后，再断开S，灯泡A逐渐变暗，直到不亮 D.闭合开关，电路稳定后，再断开S，灯泡B由暗变亮，再逐渐熄灭 5.如图所示，倾角θ＝37°、间距l＝0.1 m的足够长金属导轨底端接有阻值R＝0.1Ω的电阻，质量m＝0.1 kg的金属棒ab垂直导轨放置，与导轨间的动摩擦因数μ＝0.45.建立原点位于底端、方向沿导轨向上的坐标轴x，在0.2 m≤x≤0. 8 m区间有垂直导轨平面向上的匀强磁场．从t＝0时刻起，棒ab在沿x轴正方向的外力F作用下从x＝0处由静止开始沿斜面向上运动，其速度与位移x满足v＝kx(可导出a＝kv) ，k＝5s－1.当棒ab运动至x1＝0.2 m处时，电阻R消耗的电功率P＝0.12 W，运动至x2＝0.8 m处时撤去外力F，此后棒ab将继续运动，最终返回至x＝0处．棒始终保持与导轨垂直，不计其他电阻，求：(提示：可以用F－x图像下的“面积”代表力F做的功) (1)磁感应强度B的大小； (2)外力F随位移x变化的关系式； (3)在棒ab整个运动过程中，电阻R产生的焦耳热Q. 板 书设 计 课 堂小 结 作 业布 置 1. 完成课后作业：“练习与应用” 2. 配套同步作业 教 学反 思 本节课以电磁炉的工作现象作为课堂导入，从学生熟悉的生活电器入手，将抽象的电磁感应衍生现象和现实生活建立联系，能够较好地调动起学生的探究兴趣，课堂教学过程中结合变压器、无线充电、收音机磁性天线等生活实例讲解互感现象，再借助通电自感、断电自感两组演示实验开展自感内容的教学，真正践行从生活走向物理、从物理走向社会的教学理念。课堂上依托演示实验呈现灯泡延迟发光、断电闪亮等直观现象，引导学生从感性的实验现象出发，逐步推理背后的物理原理，避免概念的直接灌输，顺应高二学生的认知发展规律，帮助学生体会自感电动势阻碍电流变化而非阻止电流变化这一核心内容。整节课围绕物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任的物理核心素养展开教学，以法拉第电磁感应定律和楞次定律为基础推导互感、自感的产生条件，对比区分通电自感与断电自感，梳理自感系数的相关决定因素，搭配典型的课堂例题落实知识点训练，讲解自感现象 I‑t 图像的解题思路，同时兼顾互感、自感在生产生活当中的应用与潜在危害，引导学生辩证看待物理技术带来的影响，讲练结合的设计也能够及时巩固课堂新知，训练学生模型建构与逻辑推理的能力。 在实际课堂实施当中也暴露出不少问题，部分学生对于核心概念的理解依旧存在障碍，容易把 “阻碍电流变化” 简单理解成 “阻碍电流”，不能准确区分通电自感是阻碍电流增大、断电自感是阻碍电流减小，甚至还有不少学生误认为自感电动势能够完全阻止电流发生改变，对于互感和自感的内在本质，有些学生只记住外在实验现象，没有真正理解二者同属于电磁感应现象，都遵循法拉第电磁感应定律。课堂的演示实验受条件限制，只能作为教师演示展示，大部分学生只能远距离观察现象，不能亲手操作，后排学生对灯泡明暗变化的细微现象观察不够清晰，实验现象向物理原理的过渡环节留给学生自主思考讨论的时间比较有限，更多还是教师主导推进分析，学生自主推导的机会不足。课堂例题讲解时更多聚焦题目答案和解题技巧，对部分基础薄弱的学生缺少分层引导，这部分学生面对断电自感灯泡是否闪亮、感应电流方向反转这类易错问题时，独立分析的能力仍然欠缺。同时课堂对于磁场能量转化这一部分处理比较仓促，只是简单提及互感、自感过程当中存在磁场能的参与，没有留出充足时间引导学生深度体会通电时线圈储存磁场能、断电时磁场能释放的能量转化过程，造成部分学生对能量角度的认知比较浅薄。 针对以上教学当中暴露出来的问题，后续再进行这一课的教学可以做出相应调整优化，课前可以利用多媒体放大实验现象，或者录制实验高清视频进行投屏展示，弥补演示实验可视性不足的短板，条件允许可以增设小组微型实验，让更多学生近距离感知实验现象。在讲到自感电动势的核心概念时，适当放慢教学节奏，预留充足的时间组织学生开展小组交流辨析，多举实例对比 “阻碍变化” 和 “阻止变化” 的不同，强化概念认知，引导学生主动梳理互感、自感的异同，由学生自主总结二者的本质。习题教学过程当中增加分层设问，照顾基础薄弱学生的接受节奏，引导学生一步步完成电路分析，而不是直接灌输解题套路。对于磁场能量转化这一教学难点，可以结合实验过程同步讲解能量的储存与释放，把能量观念融入现象分析当中，进一步完善学生的知识建构，课后也可以布置简单生活化拓展任务，鼓励学生尝试解释生活当中遇到的互感、自感相关现象，进一步深化课堂学习效果。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $