2.4互感和自感
一、新课导入
演示实验1：没有和电源直接相连的灯泡能发光吗？
教师：老师手上有一个连有闭合线圈的灯泡，在不接电源的情况下，能让灯泡发光吗？
学生：能。
教师：启动电磁炉，将连有闭合线圈的灯泡靠近电磁炉。
现象：灯泡一闪一闪。
学生：哇。。。
教师：效果不理想啊，因为电磁炉有保护机制，没有正常工作。拿出锅放上电磁炉。
现象：灯泡持续发光。
教师：电磁炉内部是通有交流电的线圈，它使得接有灯泡的闭合线圈产生了电流，此时好像电路和电路之间互相有了某种感觉。
二、新课教学
（一）互感现象
1.互感的定义
教师：如图是法拉第发现电磁感应现象的实验装置。在这个实验中两个线圈之间并没有导线相连，就好比刚才电磁炉中的线圈和连有灯泡的线圈，当一个线圈中的电流变化时（比如断开或者闭合开关时），它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势。这种现象叫作互感现象，这种感应电动势叫作互感电动势。
2.互感的应用
演示实验2：
教师：老师手上有一个手机，平时我们听音乐时，可能会用到耳机，当手机播放音频时，音频信号是以电流信号，通过音频线接到耳机播放出来的，现在老师把音频线接到一个线圈A上，打开音乐，那线圈A里就会有变化的电流。这里还有另一个线圈B，线圈B通过音频线与扩音器连接。当线圈B靠近线圈A时，理论上也会发生刚才我们认识的互感现象，让我们一起见证“奇迹”，这就是互感现象。
互感现象在生活生产中有着广泛的应用:
① 变压器。他的结构中有两个线圈套在同一个铁芯上，其中一个线圈通入变化的电流时，在另一个线圈中就会产生感应电动势，从而形成感应电流。
②无线充电。无需电路直接相连，就能达到充电的效果。
3.互感的危害与防止
互感现象有时会影响电路的正常工作，这时要设法减小电路间的互感。在数据线上我们经常看到一个圆柱形的结构，这叫磁环，在电子电路中起到抗干扰的作用。
（二）自感现象
教师：如果线圈M中的电流发生变化，除了会与线圈N里发生互感现象，那在他自身的回路中磁通量也发生了变化，是不是也产生感应电动势呢？
学生：能
教师：接下来我们来体验一下。
演示实验3：学生“千人震”实验
教师：请问四节干电池会让你有触电的感觉吗？
学生：不会。
教师：请几名学生上台体验一下（4人）。
按电路图连接，这是线圈，（介绍实物电路结构），闭合开关，有没有电击感觉？
学生：没有。
教师：断开开关呢？
学生：有。
现象：在断开开关时，学生体会到了明显电击的感觉。
教师：开关已经断开，是谁提供了电流？
学生：线圈。
教师引导：当我们闭合开关后，线圈和人体中都会有向左的电流。由于人体电阻相对较大，电流相对较小。当开关断开的瞬间，通过线圈的电流减小，使得穿过线圈的磁通量迅速减小。根据楞次定律，“增反减同”，线圈中产生的感应电动势以及感应电流的方向应该与原电流方向相同，从而就阻碍线圈中的电流减小。而此时开关已经断开，这个电流只能通过人体形成回路，并且此时的电流比之前通过人体的还大，所以会有电击的感觉。
1.自感现象的定义
教师：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。这种现象称为自感现象，由于自感而产生的感应电动势叫作自感电动势。
以上自感现象是在断开开关时发生，我们把这种自感现象称为断电自感。
教师：根据刚才的分析，我们发现开关闭合时和开关断开瞬间，流过人体的电流方向是相反的，但是刚才被电击的同学显然感受不到电流方向的变化，那么我们能用什么方法来进一步验证呢？
学生实验4：验证断电自感时电流的方向
教师：大家桌上有如图所示的一些电学器材，其中包括两个发光二极管，我们知道二极管在电流导通方面有什么特性？
学生：具有单向导通性。
教师：老师在给大家准备时，故意让两个并联的二极管导通方向相反。（理论分析亮灯情况）
学生描述现象：闭合开关，红灯亮，断开开关瞬间，绿灯闪了一下。
教师：刚才大家做的实验只能看出电流的方向，接下来我们进一步来观察一下电流大小的变化。我们用电流传感器替换二极管的位置。同时将磁传感器放在线圈附近。
现象：得到I-t图像和B-t图像。
学生阐述I-t图像现象（引导）：流过电流传感器的电流先是正向的，断开开关时电流瞬间消失了吗？
学生：没有。
教师：是的，只不过这时的感应电流对于传感器来讲变成反向电流，然后逐渐较小。
教师：反向的电流以及电动势是谁产生的？
学生：线圈产生的。
教师：逐渐减小而不是瞬间消失，说明自感电动势只是阻碍了线圈原来电流减小，而不是阻止。
学生阐述B-t图像现象（引导）：线圈周围的磁场逐渐减弱。
教师：现在大家应该知道，当开关断开时，已经没有和干电池相连，使绿灯闪了一下得感应电流的能量是哪里来的？
学生：断开开关后，是因为线圈中储存的磁场能被释放出来，使得绿灯闪了一下。
教师：断开开关时电流会变化，从而会有自感现象，那么闭合开关也是一个电流变化的过程，是否也有自感现象呢？
演示实验5：演示通电自感现象
教师：如图所示小灯泡A1与电感线圈串联，当闭合开关时，小灯泡会立刻发光吗？
学生：能？不能？
教师：（介绍实物电路结构）
现象：灯泡A1发光，有点延时。
教师：是否有自感现象？
学生：有。
教师：你们这样很容易被带节奏哦，“没有对比就不知道差距”，我们可以设置对照组。
设置对照组：图中A1和A2是两个完全相同的小灯泡。闭合开关之后，先调节R使两个小灯泡一样亮。然后断开开关S，当再闭合S时可以看到两个灯泡点亮的情况是不一样的？
现象：A2立刻就正常发光了，但A1却是逐渐变亮，延迟了一会儿才正常发光的。这是为什么呢？
教师（引导）：在闭合开关的瞬间通过线圈的电流增大，使得穿过线圈的磁通量增大。由楞次定律此时在线圈中会产生的自感电动势与原来电流方向相反，也就是阻碍线圈中的电流的增大。所以与线圈串联的小灯泡不会立刻亮起来，而是随着电流的增大逐渐亮起来。我们把这种自感现象称为通电自感。
教师：为了避免是灯泡本身原因导致发光有先后，我们进一步将两个电流传感器分别与两个小灯泡替换，通过数字实验室来得到闭合开关前后流过传感器的电流变化情况。通过将磁传感器放在线圈附近。
现象：得到I-t图像和B-t图像。
阐述I-t图像现象（引导）：没有线圈的支路，电流瞬间增大；有线圈的支路，由于有自感现象，电流逐渐增大。所以我们刚才观察到小灯泡逐渐发光。
教师：当闭合开关后，这个小灯泡并不会马上发光，那这部分电能哪里去了呢？
阐述B-t图像现象（引导）：
我们观察到线圈周围的磁场逐渐增强，说明电能中的一部分以磁场能的形式储存在了线圈中。
实验归纳：这两个实验可以说明，当线圈回路本身的电流发生变化时，回路中会产生感应电流，总是阻碍原电流的变化，即仍然遵循增反减同的规律。
2.自感的应用与防止
①应用
日光灯的镇流器，就是利用这个原理来产生启动时所需要的高电压的。
② 危害
生活生产中很多电路中都有大型线圈，在切断电路的瞬间会产生很高的自感电动势，使开关附近的空气被电离击穿形成电弧。电弧会把开关烧坏，甚至引起火灾。
③防止
油浸开关：把开关放在绝缘性良好的油中防止空气被击穿。
（三）自感系数
自感电动势也是感应电动势，我们知道感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比，而线圈的磁通量变化是由于电流变化引起的，所以磁通量的变化率正比于电流的变化率，即
因此自感电动势正比于电流的变化率，即
写成等式，就是
式子中比例系数L，称为自感系数，单位是亨利用H表示。自感系数的大小取决于线圈的大小，形状，匝数，是否带有铁芯等因素。 自感系数体现了线圈对电流变化的阻碍作用。
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