第三章--磁场及电磁感应

电工电子技术与技能电工电子技术与技能 电子教案 1 课课 题题 第三章第三章 磁场及电磁感应磁场及电磁感应 第一节第一节 磁场磁场课课 型型 新课新课 授课班级授课班级授课时数授课时数 1 教学目标教学目标 1 了解磁场及电流的磁场 2 了解安培力的大小及方向 教学重点教学重点 1 磁场 2 安培力的大小及方向 教学难点教学难点 安培力的大小及方向 学情分析学情分析 教学效果教学效果 教后记教后记 电工电子技术与技能电工电子技术与技能 电子教案 1 新授新授课课 A 新授课新授课 第一节第一节 磁场磁场 一 磁场一 磁场 1 1 磁体 磁体 某些物体具有吸引铁 钴 镍等物质的性质叫磁性 具有磁性的物体叫磁体 磁 体分为天然磁体和人造磁体 常见的条形磁铁 马蹄形磁铁和针形磁铁等都是人造磁 体 如下图所示 3 2 常见人造磁铁 2 2 磁极 磁极 磁体两端磁性最强 磁性最强的地方叫磁 极 任何磁体都有一对磁极 一个叫南极 用 S 表示 另一个叫北极 用 N 表示 如右图所示 N 极和 S 极总是成对出现并且强度相等 不存在 独立的 N 极和 S 极 当用一个条形磁铁靠近一个悬挂的小磁针 或条形磁铁 时 如下图所示 我们发 现 当条形磁铁的 N 极靠近小磁针的 N 极 时 小磁针 N 极一端马上被排斥 当条形 磁铁的 N 极靠近小磁针的 S 极时 小磁针 S 极一端立刻被条形磁铁吸引 说明磁极 之间存在相互作用力 同名磁极互相排斥 异名磁极互相吸引 3 3 磁场 磁场 力是物质之间相互作用的结果 用手推门 门就会转动打开 这是因为力直接作 用于门 上述实验中 磁极之间存在的作用力并没有直接作用 到底是什么神密的物 质使得它们之间有力的作用呢 这种神密的物质就是磁场 磁极之间相互作用的磁力 就是通过磁场传递的 磁场是磁体周围存在的特殊物质 磁极在自己周围的空间里产 生磁场 磁场对它里面的磁极有磁场力的作用 4 4 磁场方向磁场方向 把小磁针放在磁场中的任一点 可以看到小磁针受磁场力的作用 静止时它的 两极不再指向南北方向 而指向一个别的方向 在磁场中的不同点 小磁针静止时 指的方向一般并不相同 这个现象说明 磁场是有方向性的 一般规定 在磁场中某点放一个能自由转动 展示磁 铁 对照实 物形进行 说明 演示 讲解 电工电子技术与技能电工电子技术与技能 电子教案 2 的小磁针 小磁针静止时 N 极所指的方向 就是该点磁场的方向 在磁场中可以利用磁感线 也称为磁力线 来形象地表示各点的磁场方向 所谓磁 感线 就是在磁场中画出的一些曲线 曲线的疏密程度表示磁场的强弱 曲线上每一 点的切线方向 都跟该点的磁场方向相同 如下图所示 若磁体周围磁场的强弱相等 方向相同 我们把它定义匀强磁场 如下图所示 二 电流的磁场二 电流的磁场 1 电流的磁效应 电流的磁效应 磁铁并不是磁场的唯一来源 1820 年 丹麦物理学家奥斯特做过下面的实验 放 在导线旁边的小磁针 当导线通过电流时会受到力的作用而偏转 这说明通电导体周 围存在磁场 即电流具有磁效应 磁场的强弱和通电导体的电流大小 距离远近有关 电流越大 磁场越强 离导体越近 磁场越强 磁场的方向可以用安培定则 也称为 右手螺旋法则 来判断 2 2 安培定则 安培定则 通电导体周围的磁场方向 即磁感线方向与电流的关系可以用安培定则来判断 1 1 直线电流的磁场直线电流的磁场 直线电流的磁场的磁感线是以导线上各点为圆心的同心圆 这些同心圆都在与导 线垂直的平面上 如下图 a 所示 磁感线方向与电流的关系用安培定则判断 用右手握住通电直导体 让伸直的大 拇指指向电流方向 那么 弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向 如下图 b 所示 讲解 演示 讲解 讲解 演示 电工电子技术与技能电工电子技术与技能 电子教案 3 a b 2 2 通电螺线管的磁场通电螺线管的磁场 通电螺线管表现出来的磁性类似条形磁铁 一端相当于 N 极 另一端相当于 S 极 通电螺线管的磁场方向判断方法是 用右手握住通电螺线管 让弯曲的四指指向电流 方向 那么 大拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向 即大拇指指向通电螺 线管的 N 极 如下图所示 3 3 环形电流的磁场 环形电流的磁场 如下图所示是环形电流的磁场 环形电流磁场的磁感线是一些围绕环形导线的闭 合曲线 在环形导线的中心轴线上 磁感线和环形导线的平面垂直 环形电流的方向 跟它的磁感线方向之间的关系也可以用安培定则来判定 让右手弯曲的四指和环形电 流的方向一致 那么伸直的大拇指所指的方向就是环形导线中心轴线上的磁感线的方 向 讲解 演示 讲解 演示 练习练习 电工电子技术与技能电工电子技术与技能 电子教案 4 小结小结 1 某些物体具有吸引铁 钴 镍等物质的性质叫磁性 具有磁性的物体叫磁 体 磁体两端磁性最强 磁性最强的地方叫磁极 任何磁体都有一对磁极 一个 叫南极 用 S 表示 另一个叫北极 用 N 表示 N 极和 S 极总是成对出现并且强 度相等 不存在独立的 N 极和 S 极 磁体间同名磁极互相排斥 异名磁极互相吸 引 2 磁场是有方向性的 人们规定 放在磁场中某一点的一个可以自由转动的 小磁针 当静止时 N 极所指的方向就是该点处的磁场方向 磁场可以用磁感线来 描述它的强弱和方向 3 电流周围存在着磁场的现象称为电流的磁效应 磁场具有力和能的特性 是 一种特殊物质 通电导线的磁场方向与电流方向之间的关系可用安培定则 也叫 右手螺旋法则 来判定 要特别注意大拇指与四指所指的方向的意义 布置作业布置作业 电工电子技术与技能电工电子技术与技能 电子教案 1 课课 题题 第三章第三章 磁场与电磁感应磁场与电磁感应 第二节第二节 磁路的物理量磁路的物理量 课课 型型 新课新课 授课班级授课班级授课时数授课时数 1 教学目标教学目标 了解磁路 主磁通和漏磁通的概念 教学重点教学重点 磁路 主磁通和漏磁通 教学难点教学难点 对磁路 主磁通和漏磁通的理解 学情分析学情分析 教学效果教学效果 教后记教后记 电工电子技术与技能电工电子技术与技能 电子教案 2 新授新授课课 A 新授课 新授课 第二节第二节 磁路的物理量磁路的物理量 一 磁通一 磁通 磁感线的疏密定性地描述了磁场在空间的分布情况 磁通是定量地描述磁场在一 定面积的分布情况的物理量 通过与磁场方向垂直的某一面积上的磁感线的总数 叫 做通过该面积的磁通量 简称磁通 用字母表示 磁通的国际单位制单位 Wb 韦伯 当面积一定时 通过该面积的磁通越大 磁场就越强 二 磁感应强度二 磁感应强度 磁感应强度是定量地描述磁场中各点的强弱和方向的物理量 与磁场方向垂直的 单位面积的磁通 叫做磁感应强度 也称磁通密度 用字母B表示 磁感应强度的国 际单位制单位 T 特斯拉 在匀强磁场中 磁感应强度与磁通的关系可以用公式表 示为 S B 式中 B 匀强磁场的磁感应强度 国际单位制单位 T 特斯拉 与B垂直的某一截面积上的磁通 国际单位制单位 Wb 韦伯 S 与B垂直的某一截面面积 国际单位制单位 平方米 三 磁导率三 磁导率 用一个插有铁棒的通电线圈去吸引铁屑 然后把通电线圈中的铁棒换成铜棒去吸 引铁屑 我们发现在两种情况下吸力大小不同 前者比后者大得多 这个现象说明不同的媒介质对磁场的影响不同 影响的程度与媒介质的导磁性能 有关 磁导率就是一个用来表示媒介质导磁性能的物理量 用字母表示 国际单位制 单位 H m 亨每米 不同的媒介质有不同的磁导率 实验测定 真空的磁导率是一 个常数 用表示 即 0 H m104 7 0 为了便于比较各种物质的导磁性能 我们把任一物质的磁导率与真空磁导率 比值称为相对磁导率 用表示 即 0 r 0 r 相对磁导率只是一个比值 它表明在其他条件相同的情况下 媒介质的磁感应强 度是真空中的多少倍 讲解 举例讲 解 讲解 电工电子技术与技能电工电子技术与技能 电子教案 3 四 磁场强度四 磁场强度 磁场中各点的磁感应强度B与磁导率有关 计算比较复杂 为方便计算 引入 磁场强度这个新的物理量来表示磁场的性质 用字母H表示 磁场中某点的磁场强度 等于该点的磁感应强度B与媒介质的磁导率的比值 用公式表示为 或 B H B H 磁场强度的国际单位制单位 A m 安每米 五 磁路五 磁路 磁通所经过的路径叫做磁路 为了使磁通集中在一定的路径上来获得较强的磁场 常常把铁磁材料制成一定形状的铁心 铁磁材料的磁导率高 构成各种电器设备所需 的磁路 如图所示 其中 a 图为无分支磁路 b 图为分支磁路 利用铁磁材料可以尽可能地将磁通集中在磁路中 但是与电路比较 漏磁现象比 漏电现象严重得多 全部在磁路内部闭合的磁通叫做主磁通 部分经过磁路周围物质 的闭合磁通叫做漏磁通 如选用电磁铁 变压器等铁芯材料时应尽可能让全部磁通通 过铁芯截面 如图所示 当线圈中通以电流后 大部分磁通沿铁心 衔铁和工作气隙构成回路 这部分磁通就是主磁通 还有一小部分磁通 它们没有经过工作气隙和衔铁 而经空 气自成回路 这部分磁通就是漏磁通 讲解 练习练习 电工电子技术与技能电工电子技术与技能 电子教案 4 小结小结 1 通过与磁场方向垂直的某一面积上的磁感线的总数 叫做通过该面积的磁 通量 简称磁通 用字母表示 磁通的国际单位制单位 Wb 韦 2 与磁场方向垂直的单位面积的磁通 叫做磁感应强度 也称磁通密度 用 字母B表示 磁感应强度的国际单位制单位 T 特 3 磁导率就是一个用来表示媒介质导磁性能的物理量 用字母 表示 国 际单位制单位 H m 亨每米 不同的媒介质有不同的磁导率 4 磁场中某点的磁场强度等于该点的磁感应强度B与媒介质的磁导率的比 值 国际单位制单位 A m 安每米 5 磁通所经过的路径叫做磁路 全部在磁路内部闭合的磁通叫做主磁通 部分 经过磁路周围物质的闭合磁通叫做漏磁通 布置作业布置作业 电工电子技术与技能电工电子技术与技能 电子教案 1 课课 题题 第三章第三章 磁场与电磁感应磁场与电磁感应 第三节第三节 磁场对通电导体作用力磁场对通电导体作用力 课课 型型 新课新课 授课班级授课班级授课时数授课时数 0 5 教学目标教学目标 1 计算电磁力的大小 2 判断电磁力的方向 教学重点教学重点 1 电磁力大小的计算 2 电磁力方向的判断 左手定则 教学难点教学难点 电磁力方向的判断 左手定则 学情分析学情分析 教学效果教学效果 教后记教后记 电工电子技术与技能电工电子技术与技能 电子教案 2 新授新授课课 A 新授课 新授课 第三节第三节 磁场对通电导体作用力磁场对通电导体作用力 我们知道电流可以产生磁场 当把通电导体置于磁场中时 会有什么情况发生呢 如图所示 把一根直导线 AB 垂直放入蹄形磁 铁的磁场中 当导体未通电流时 导体不会运动 如果接通电源 当电流从 B 流向 A 的时候 导线 立即向磁铁外侧运动 若改变导体电流方向 则 导体会向相反方向运动 我们把通电导体在磁场 中所受的作用力称为电磁力 也称安培力 从本 质上讲 电磁力是磁场和通电导线周围形成的磁 场相互作用的结果 实验证明 在匀强磁场中 当通电导体与磁 场方向垂直时 电磁力的大小与导体中电流大小 成正比 与导体在磁场中的有效长度及磁感应强 度成正比 即 F BIL 式中 F 导体受到的电磁力 国际单位制单位 N 牛顿 B 磁场中的磁感应强度 国际单位制单位 T 特斯拉 I 导体中的电流强度 国际单位制单位 A 安培 L 导体在磁场中的有效长度 国际单位制单位 m 米 实验还证明 当导线和磁感线方向成角时 如下图所示 电磁力的大小为 F BILsin 通电导线在磁场中受到的电磁力的方向 可以用左手定则来判 断 伸出左手 让大拇指与四指在同一平面内 大拇指与四指垂直 让磁感线垂直穿过手心 四指指向电流方向 那么 大拇指所指的 方向就是磁场对通电导线的作用力方向 如右图所示 讲解 演示 对照图 形进行说 明 演示 说明 练习练习 电工电子技术与技能电工电子技术与技能 电子教案 3 小结小结 1 在匀强磁场中 当通电导体与磁场方向垂直时 所受电磁力的大小与导体中 电流大小成正比 与导体在磁场中的有效长度及载流导体所在的磁感应强度成正 比 用公式表示为 F BIL 2 通电导线在磁场中受到的电磁力的方向 可以用左手定则来判断 伸出左手 让大拇指与四指在同一平面内 大拇指与四指垂直 让磁感线垂直穿过手心 四 指指向电流方向 那么 大拇指所指的方向 就是磁场对通电导线的作用力方向 布置作业布置作业 电工电子技术与技能电工电子技术与技能 电子教案 1 课课 题题 第三章第三章 磁场与电磁感应磁场与电磁感应 第四节第四节 铁磁性物质铁磁性物质 课课 型型 新课新课 授课班级授课班级授课时数授课时数 0 5 教学目标教学目标 1 了解铁磁性物质的磁化现象 2 了解常用磁性材料的种类及其用途 教学重点教学重点 1 铁磁性物质的磁化现象 2 常用磁性材料的种类及其用途 教学难点教学难点 铁磁性物质的磁化现象 学情分析学情分析 教学效果教学效果 教后记教后记 电工电子技术与技能电工电子技术与技能 电子教案 2 新授新授课课 A 新授课 新授课 第四节第四节 铁磁性物质铁磁性物质 生活中使用螺丝刀拧螺钉时 螺丝刀上的螺钉很容易掉下来 这时只需把螺丝刀 放在磁铁 如音箱扬声器 上摩擦几下就可以把螺丝吸起来 但是当拿磁铁去吸铜钥 匙时 无论如何铜钥匙根本就吸不起来 你知道产生这些现象的原因吗 一 铁磁物质的磁化一 铁磁物质的磁化 1 1 物质分类物质分类 根据磁导率的大小不同 可将物质分成三类 略大于 1 的物质称为顺磁物质 r 如空气 铝 锡等 略小于 l 的物质称为反磁物质 如氢 铜 石墨等 顺磁物质 r 和反磁物质统称为非铁磁物质 远大于 1 的物质称为铁磁性物质 如铁 钴 镍 r 硅钢 铁氧体等 2 2 铁磁物质的磁化铁磁物质的磁化 如果把一块磁铁从它的中央断开 会得到两块新的永久磁铁 如果再把这两块磁 铁锯开 就得到四块磁铁 如果继续这样做 最后会得到极大数量的小磁铁 原先的 那块磁铁就是由它们构成的 因此 可以认为永久磁铁是由极大数量的微小磁铁所组 成 一块磁铁是由极大数量的小磁铁组成的 把这些小磁铁称为基本磁铁 又称磁畴 在正常的铁中 那些磁畴杂乱无章地排列 磁畴间的磁性被抵消 对外部 整体 不呈 现磁性 如下图 a 所示 如果把一块铁放人磁场中 那些基本磁铁将被迫按相同方向 排列 如下图 b 所示 这时 它们组合起来的磁性在它们周围将很显著 即铁已经被磁化 二 铁磁材料分类二 铁磁材料分类 铁磁物质可分成三类 1 1 软磁物质软磁物质 软磁材料的特点是磁导率很大 易被磁化也易去磁 典型的软磁材料有硅钢片 r 讲解 演示 讲解 对照图 形进行说 明 讲解 电工电子技术与技能电工电子技术与技能 电子教案 3 铸铁 坡莫合金等 硅钢片主要用来制作电动机和变压器的铁心 坡莫合金用来制造 小型变压器 高精度交流仪表 灵敏继电器 磁放大器等 2 2 硬磁物质硬磁物质 硬磁材料的特点是需要较强的外磁场的作用 才能使其磁化 而且不易退磁 其 典型材料有钴钢 碳钢等 因其剩磁强 不易退磁 常用来制造各种形状的永久磁铁 3 3 矩磁物质矩磁物质 矩磁材料的特点是只需很小的磁场就能使它迅速磁化 并达到最大值 去掉外磁 场仍能保持原来的强度 矩磁材料主要用于制造计算机中存储元件的环形磁心 练习练习 小结小结 1 原来没有磁性 在外磁场作用下产生磁性的现象叫做磁化 2 铁磁物质可分成三类 软磁物质 硬磁物质 矩磁物质 布置作业布置作业 电工电子技术与技能电工电子技术与技能 电子教案 1 课课 题题 第三章第三章 磁场与电磁感应磁场与电磁感应 第五节第五节 电磁感应电磁感应 课课 型型 新课新课 授课班级授课班级授课时数授课时数 1 教学目标教学目标 1 了解电磁感应现象及定律 2 理解楞次定律和右手定则 教学重点教学重点 1 电磁感应 2 楞次定律和右手定则 教学难点教学难点 楞次定律和右手定则 学情分析学情分析 教学效果教学效果 教后记教后记 电工电子技术与技能电工电子技术与技能 电子教案 2 新授新授课课 A 新授课 新授课 第五节第五节 电磁感应电磁感应 1820 年奥斯特发现电流的磁效应以后 人们很自然地想到 既然电流能产生磁场 磁场能否产生电流呢 许多科学家开始不懈地探索 1831 年 法拉第终于发现了由磁 场产生电流的条件和规律 即电磁感应现象 一 电磁感应现象一 电磁感应现象 如下图所示 在匀强磁场中放置一根导体 AB 导体 AB 的两端分别与灵敏电流 计的接线柱连接形成闭合回路 当导线 AB 在磁场中做切割磁感线运动时 电流计指 针偏转 表明闭合回路有电流流过 当导线 AB 平行于磁感线方向运动时 电流计指 针不偏转 表明闭合回路没有电流流过 实验证明 闭合回路中的一部分导体相对于磁场做切割磁感线运动时 回路中有 电流流过 如下图所示 空心线圈的两端分别与灵敏电流计的接线柱连接形成闭合回路 当 用条形磁铁快速插入线圈时 电流计指针偏转 表明闭合回路有电流流过 当条形 磁铁静止不动时 电流计指针不偏转 表明闭合回路没有电流流过 当条形磁铁快 速拔出线圈时 电流计指针偏转 表明闭合回路有电流流过 实验证明 闭合回路中的磁通发生变化时 回路中有电流流过 因此 不论是闭合回路的一部分导体做切割磁感线运动 还是闭合回路中的磁场 发生变化 穿过线圈的磁通都发生变化 这样 我们可以得出结论 不论用什么方法 只要穿过闭合回路的磁通发生变化 闭合回路就有电流产生 这种利用磁场产生电流 的现象叫做电磁感应现象 用电磁感应的方法产生的电流叫做感应电流 二 电磁感应定律二 电磁感应定律 讲解 演示 讲解 演示 电工电子技术与技能电工电子技术与技能 电子教案 3 1 1 法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律 实验证明 对于导体切割磁感线 导体中产生的感应电动势与导体切割运动速度 磁感应强度 导体长度成正比 当导体运动方向与导体本身垂直 并且跟磁感线方向 也垂直时 导体切割磁感线产生的感应电动势大小为 BlvE 式中 B 磁场磁感应强度 国际单位制单位 T 特 导体长度 国际单位制单位 m 米 l 导体运动速度 国际单位制单位 m s 米每秒 E 导体切割磁感线产生的感应电动势 国际单位制单位 V 伏 在线圈中 感应电动势的大小与磁通变化的快慢有关 磁通变化的快慢叫做磁通 的变化率 即单位时间内磁通的变化量 法拉第电磁感应定律告诉我们 电路中感应电动势的大小 跟穿过这一电路的磁 通的变化率成正比 用公式表示为 t e 如果线圈的匝