§ 4.6互感和自感
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§ 4.6互感和自感
【教学目标】
1、知识与技能
①知道什么是互感现象和自感现象。
②知道自感系数是表示线圈本身特征的物理量，知道它的单位及其大小的决定因素。
③知道自感现象的利与弊及对它们的利用和防止。
④能够通过电磁感应部分知识分析通电、断电自感现象的原因及磁场的能量转化问题。
2、过程与方法
①通过对自感实验的观察、讨论，培养学生的观察能力和分析推理能力。通过自感现象的利弊学习，培养学生客观全面认识问题的能力。
3、情感、态度与价值观
自感是电磁感应现象的特例，使学生初步形成特殊现象中有它的普遍规律，而普遍规律中包含了特殊现象的辩证唯物主义观点
【重点难点】
重点：自感现象、自感系数。
难点：分析自感现象
【学习方法】通过演示实验，引导学生观察现象、分析实验
自主探究、启发导学、双案合一
【教学活动】
（一）引入新课
提问：在电磁感应现象中，产生感应电流的条件是什么？
引起回路磁通量变化的原因有哪些？
（1）在法拉第的实验中两个线圈并没有用导线连接，当一个线圈中的电流变化时，在另一个线圈中为什么会产生感应电动势呢？
（2）当电路自身的电流发生变化时，会不会产生感应电动势呢？
本节课我们学习这方面的知识。
（二）进行新课
1、互感现象
在法拉第的实验中两个线圈并没有用导线连接，当一个线圈中的电
流变化时，在另一个线圈中为什么会产生感应电动势呢？
[当一个线圈中的电流变化时，它产生的磁场就发生变化，变化的磁场在周围空间产生感生电场，在感生电场的作用下，另一个线圈中的自由电荷定向运动，于是产生感应电动势。]
当一个线圈中电流变化，在另一个线圈中产生感应电动势的现象，称为互感。互感现象产生的感应电动势，称为互感电动势。
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，互感现象在电工技术和电子技术中有广泛的应用。
2、自感现象
教师：我们现在来思考第二个问题：当电路自身的电流发生变化时，会不会产生感应电动势呢？下面我们首先来观察演示实验。
［实验1］演示通电自感现象。
画出电路图（如图所示），A1、A2是规格完全一样的灯泡。闭合电键S，调节变阻器R，使A1、A2亮度相同，再调节R1，使两灯正常发光，然后断开开关S。重新闭合S，观察到什么现象？（实验反复几次）
现象：
提问：为什么A1比A2亮得晚一些？
(电路接通时，电流由零开始增加，穿过线圈L的磁通量逐渐增加，L中产生的感应电动势的方向与原来的电流方向相反，阻碍L中电流增加，即推迟了电流达到正常值的时间。)
［实验2］演示断电自感。
画出电路图（如图所示）接通电路，待灯泡A正常发光。然后断开电路，观察到什么现象？
现象：S断开时，A灯突然闪亮一下才熄灭。
提问：为什么A灯不立刻熄灭？
(当S断开时，L中的电流突然减弱，穿过L的磁通量逐渐减少，L中产生感应电动势，方向与原电流方向相同，阻碍原电流减小。L相当于一个电源，此时L与A构成闭合回路，故A中还有一段持续电流。灯A闪亮一下，说明流过A的电流比原电流大。) i—t变化图，如右图所示.
结论：导体本身电流发生变化而产生的电磁感应现象叫自感现象。自感现象中产生的电动势叫自感电动势。
自感电动势的大小决定于哪些因素呢？请同学们阅读教材内容。然后用自己的语言加以概括，并回答有关问题。
自感电动势的大小与线圈中电流的变化率成正比，与线圈的自感系数L成正比。写成公式为：E =L
L叫自感系数，自感系数是用来表示线圈的自感特性的物理量。
实验表明：线圈越大，越粗，匝数越多，自感系数越大。另外，带有铁芯的线圈的自感系数比没有铁芯时大得多。
自感系数的单位：亨利，符号H，更小的单位：毫亨（mH）、微亨（μH） 1H=103 mH 1H=106μH
4．磁场的能量
提问：在断电自感的实验中，为什么开关断开后，灯泡的发光会持续一段时间？甚至会比原来更亮？试从能量的角度加以讨论。
学生分组讨论。
师生共同活动：推断出能量可能存储在磁场中。
以上只能是一种推断，电磁场具有能量还需要进一步的实验验证。
教材最后一段说，线圈能够体现电的“惯性”，应该怎样理解？电的“惯性”大小与什么有关？
（当线圈通电瞬间和断电瞬间，自感电动势都要阻碍线圈中电流的变化，使线圈中的电流不能立即增大到最大值或不能立即减小为零，因此可以借用力学中的术语，说线圈能够体现电的“惯性”。线圈的自感系数越大，这个现象越明显，可见，电的“惯性”大小决定于线圈的自感系数。）
（三）实例探究
【例1】如图所示，电路甲、乙中，电阻R和自感线圈L电阻值都很小，接通S，使电路达到稳定，灯泡D发光。则（ ）
A．在电路甲中，断开S，D将逐渐变暗
B．在电路甲中，断开S，D将先变得更亮，然后渐渐变暗
C．在电路乙中，断开S，D将渐渐变暗
D．在电路乙中，断开S，D将变得更亮，然后渐渐变暗
【例2】如图所示，自感线圈的自感系数很大，电阻为零。电键K原来是合上的，在K断开后，分析：
（1）若R1＞R2，灯泡的亮度怎样变化？
（2）若R1＜R2，灯泡的亮度怎样变化？
【课后整合】通过这节课你学到了什么？还存在哪些不足？
巩固练习
1．下列关于自感现象的说法中，正确的是 （ ）
A．自感现象是由于导体本身电流发生变化而产生的电磁感应现象
B．线圈中自感电动势的方向总与引起自感的原电流的方向相反
C．线圈中自感电动势的大小与穿过线圈的磁通量变化的快慢有关
D．加铁芯后线圈的自感系数比没有铁芯时要大
2．关于线圈的自感系数，下面说法正确的是 （ ）
A．线圈的自感系数越大，自感电动势一定越大
B．线圈中电流等于零时，自感系数也等于零
C．线圈中电流变化越快，自感系数越大
D．线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定
3．如图，L为一个自感系数大的自感线圈，开关闭合后，小灯正常发光，那么闭合开关和断开开关的瞬间，观察到的现象分别是 （ ）
A．小灯逐渐变亮，小灯立即熄灭 B．小灯立即亮，小灯立即熄灭
C．小灯逐渐变亮，小灯比原来更亮一下再慢慢熄灭
D．小灯立即亮，小灯比原来更亮一下再慢慢熄灭
4．如图，L是电感足够大的线圈，其直流电阻可忽略不计，D1和D2是两个相同的灯泡，若将电键S闭合，等灯泡亮度稳定后，再断开电键S，则（ ）
A．电键S闭合时，灯泡D1Ｄ2同时亮，后D1变暗直到不亮，D2更亮
B．电键S闭合时，灯泡D1很亮，D2逐渐变亮，最后一样亮
C．电键S断开时，灯泡D2随之熄灭，而D1会亮一下后才熄灭
D．电键S断开时，灯泡D1随之熄灭，而D2会更亮后一下才熄灭
【教后感】
参考答案：例1：AD 例2：（1）因R1＞R2，即I1＜I2，所以小灯泡在K断开后先突然变到某一较暗状态，再逐渐变暗到最后熄灭。
（2）因R1＜R2，即I1＞I2，小灯泡在K断开后电流从原来的I2突变到I1（方向相反），然后再渐渐变小，最后为零，所以灯泡在K断开后先变得比原来更亮，再逐渐变暗到熄灭。
巩固练习
1．ACD 2．D 3．Wb T H 4．A 5．b、a、自感（或断电自感）6．C 7．BD 8．AC
【教学目标】
1、知识与技能
①知道什么是互感现象和自感现象。
②知道自感系数是表示线圈本身特征的物理量，知道它的单位及其大小的决定因素。
③知道自感现象的利与弊及对它们的利用和防止。
④能够通过电磁感应部分知识分析通电、断电自感现象的原因及磁场的能量转化问题。
2、过程与方法
①通过对自感实验的观察、讨论，培养学生的观察能力和分析推理能力。通过自感现象的利弊学习，培养学生客观全面认识问题的能力。
3、情感、态度与价值观
自感是电磁感应现象的特例，使学生初步形成特殊现象中有它的普遍规律，而普遍规律中包含了特殊现象的辩证唯物主义观点
【重点难点】
重点：自感现象、自感系数。
难点：分析自感现象
【学习方法】通过演示实验，引导学生观察现象、分析实验
自主探究、启发导学、双案合一
【教学活动】
（一）引入新课
提问：在电磁感应现象中，产生感应电流的条件是什么？
引起回路磁通量变化的原因有哪些？
（1）在法拉第的实验中两个线圈并没有用导线连接，当一个线圈中的电流变化时，在另一个线圈中为什么会产生感应电动势呢？
（2）当电路自身的电流发生变化时，会不会产生感应电动势呢？
本节课我们学习这方面的知识。
（二）进行新课
1、互感现象
在法拉第的实验中两个线圈并没有用导线连接，当一个线圈中的电
流变化时，在另一个线圈中为什么会产生感应电动势呢？
[当一个线圈中的电流变化时，它产生的磁场就发生变化，变化的磁场在周围空间产生感生电场，在感生电场的作用下，另一个线圈中的自由电荷定向运动，于是产生感应电动势。]
当一个线圈中电流变化，在另一个线圈中产生感应电动势的现象，称为互感。互感现象产生的感应电动势，称为互感电动势。
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，互感现象在电工技术和电子技术中有广泛的应用。
2、自感现象
教师：我们现在来思考第二个问题：当电路自身的电流发生变化时，会不会产生感应电动势呢？下面我们首先来观察演示实验。
［实验1］演示通电自感现象。
画出电路图（如图所示），A1、A2是规格完全一样的灯泡。闭合电键S，调节变阻器R，使A1、A2亮度相同，再调节R1，使两灯正常发光，然后断开开关S。重新闭合S，观察到什么现象？（实验反复几次）
现象：
提问：为什么A1比A2亮得晚一些？
(电路接通时，电流由零开始增加，穿过线圈L的磁通量逐渐增加，L中产生的感应电动势的方向与原来的电流方向相反，阻碍L中电流增加，即推迟了电流达到正常值的时间。)
［实验2］演示断电自感。
画出电路图（如图所示）接通电路，待灯泡A正常发光。然后断开电路，观察到什么现象？
现象：S断开时，A灯突然闪亮一下才熄灭。
提问：为什么A灯不立刻熄灭？
(当S断开时，L中的电流突然减弱，穿过L的磁通量逐渐减少，L中产生感应电动势，方向与原电流方向相同，阻碍原电流减小。L相当于一个电源，此时L与A构成闭合回路，故A中还有一段持续电流。灯A闪亮一下，说明流过A的电流比原电流大。) i—t变化图，如右图所示.
结论：导体本身电流发生变化而产生的电磁感应现象叫自感现象。自感现象中产生的电动势叫自感电动势。
自感电动势的大小决定于哪些因素呢？请同学们阅读教材内容。然后用自己的语言加以概括，并回答有关问题。
自感电动势的大小与线圈中电流的变化率成正比，与线圈的自感系数L成正比。写成公式为：E =L
L叫自感系数，自感系数是用来表示线圈的自感特性的物理量。
实验表明：线圈越大，越粗，匝数越多，自感系数越大。另外，带有铁芯的线圈的自感系数比没有铁芯时大得多。
自感系数的单位：亨利，符号H，更小的单位：毫亨（mH）、微亨（μH） 1H=103 mH 1H=106μH
4．磁场的能量
提问：在断电自感的实验中，为什么开关断开后，灯泡的发光会持续一段时间？甚至会比原来更亮？试从能量的角度加以讨论。
学生分组讨论。
师生共同活动：推断出能量可能存储在磁场中。
以上只能是一种推断，电磁场具有能量还需要进一步的实验验证。
教材最后一段说，线圈能够体现电的“惯性”，应该怎样理解？电的“惯性”大小与什么有关？
（当线圈通电瞬间和断电瞬间，自感电动势都要阻碍线圈中电流的变化，使线圈中的电流不能立即增大到最大值或不能立即减小为零，因此可以借用力学中的术语，说线圈能够体现电的“惯性”。线圈的自感系数越大，这个现象越明显，可见，电的“惯性”大小决定于线圈的自感系数。）
（三）实例探究
【例1】如图所示，电路甲、乙中，电阻R和自感线圈L电阻值都很小，接通S，使电路达到稳定，灯泡D发光。则（ ）
A．在电路甲中，断开S，D将逐渐变暗
B．在电路甲中，断开S，D将先变得更亮，然后渐渐变暗
C．在电路乙中，断开S，D将渐渐变暗
D．在电路乙中，断开S，D将变得更亮，然后渐渐变暗
【例2】如图所示，自感线圈的自感系数很大，电阻为零。电键K原来是合上的，在K断开后，分析：
（1）若R1＞R2，灯泡的亮度怎样变化？
（2）若R1＜R2，灯泡的亮度怎样变化？
【课后整合】通过这节课你学到了什么？还存在哪些不足？
巩固练习
1．下列关于自感现象的说法中，正确的是 （ ）
A．自感现象是由于导体本身电流发生变化而产生的电磁感应现象
B．线圈中自感电动势的方向总与引起自感的原电流的方向相反
C．线圈中自感电动势的大小与穿过线圈的磁通量变化的快慢有关
D．加铁芯后线圈的自感系数比没有铁芯时要大
2．关于线圈的自感系数，下面说法正确的是 （ ）
A．线圈的自感系数越大，自感电动势一定越大
B．线圈中电流等于零时，自感系数也等于零
C．线圈中电流变化越快，自感系数越大
D．线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定
3．如图，L为一个自感系数大的自感线圈，开关闭合后，小灯正常发光，那么闭合开关和断开开关的瞬间，观察到的现象分别是 （ ）
A．小灯逐渐变亮，小灯立即熄灭 B．小灯立即亮，小灯立即熄灭
C．小灯逐渐变亮，小灯比原来更亮一下再慢慢熄灭
D．小灯立即亮，小灯比原来更亮一下再慢慢熄灭
4．如图，L是电感足够大的线圈，其直流电阻可忽略不计，D1和D2是两个相同的灯泡，若将电键S闭合，等灯泡亮度稳定后，再断开电键S，则（ ）
A．电键S闭合时，灯泡D1Ｄ2同时亮，后D1变暗直到不亮，D2更亮
B．电键S闭合时，灯泡D1很亮，D2逐渐变亮，最后一样亮
C．电键S断开时，灯泡D2随之熄灭，而D1会亮一下后才熄灭
D．电键S断开时，灯泡D1随之熄灭，而D2会更亮后一下才熄灭
【教后感】
参考答案：例1：AD 例2：（1）因R1＞R2，即I1＜I2，所以小灯泡在K断开后先突然变到某一较暗状态，再逐渐变暗到最后熄灭。
（2）因R1＜R2，即I1＞I2，小灯泡在K断开后电流从原来的I2突变到I1（方向相反），然后再渐渐变小，最后为零，所以灯泡在K断开后先变得比原来更亮，再逐渐变暗到熄灭。
巩固练习
1．ACD 2．D 3．Wb T H 4．A 5．b、a、自感（或断电自感）6．C 7．BD 8．AC