电工基础第一章

第1章电与磁【情景导入】晚上做完作业，米其熄灯上床，脱下身上的毛衣时，忽然看到毛衣上有火花闪亮，米其感到很奇怪，反复试验，都是如此。之后几天，每逢天气干燥的时候，这种情况特别明显，为探个究竟，米其找来相关书籍，开始研究火花的产生原因。

1.1观察生活中的电

1.1.1观察静电，认识电荷

用一把塑料尺与一张毛皮摩擦数下，然后将塑料尺靠近一些小的纸屑（见图1.1），观察会发生什么现象。

摩擦后的塑料尺为什么能吸起小纸屑呢？

电荷

物质都会由于摩擦而带电，并且带电物体之间存在着相互排斥或相互吸引的作用。摩擦后的物体所带的电荷有两种：一种是用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷，另一种是用毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷。同种电荷相斥，异种电荷相吸。自然界的电荷只有两种：正电荷、负电荷。静电物质都是由分子组成，分子是由原子组成，原子由带负电的电子和带正电的原子核组成。在正常状况下，原子核所带的正电荷与电子所带的负电荷数量相同，正负平衡，所以对外表现出不带电的现象。但是电子环绕于原子核周围，一经外力即脱离轨道，离开原来的原子A而进入其他的原子B，原子A因电子数减少而呈带正电现象，原子B因电子数增加而呈带负电现象，这种物体表面所带过剩或不足的相对静止的不动电荷，称之为静电。金属中离原子核最远的电子往往会脱离原子核的束缚而在金属中自由活动，这种电子叫做自由电子，失去这种电子的原子便成为带正电的离子。电荷量电荷的多少叫电荷量（电量）。在国际单位制中，它的单位是库仑，简称库，用C表示。正电荷的电荷量为正值，负电荷的电荷量为负值。

1.1.2观察雷电，认识电场

在炎热的夏季，经常听到打雷声，看到天空闪电，这是如何形成的呢？一、雷电的形成闪电和雷鸣是大气层中强烈的放电现象。在云块的形成过程中，由于云层相互摩擦、碰撞而使不同的云层带不同的电荷，随着云层间正负电荷的积累，正负电荷之间的引力逐步加大，处于这两块云层之间的空气分子被撕裂（带负电的电子被吸引向带正电的云层运动，带正电的原子核被吸引向带负电的云层运动），使临近的两片云层发生放电现象，产生电火花和巨大的响声，从而形成雷电。二、电场电荷周围存在着由它产生的电场，处在电场中的其他电荷受到的作用力就是这个电场给予的。例如，电荷A对电荷B的作用力，就是电荷A的电场对电荷B的作用；电荷B对电荷A的作用力，就是电荷B的电场对电荷A的作用。三、电场强度定义：电荷在电场中某个位置所受的力与该电荷的电荷量比值。公式：E=F/q。单位：牛顿每库仑（N/C）。四、电场线（1）定义：形象地描述电场中各点电场强度大小和方向的物理量。（2）电场线上每点的切线方向表示该点的电场强度方向。（3）电场线的疏密表示电场强度的相对大小，电场线越密集表示该处电场越强。（4）匀强电场中各点电场强度大小相等、方向相同项目评价人任务完成情况评价等级评定签名自己评

同学评

老师评

综合评定

1.2观察生活中的磁

1.2.1观察指南针，认识磁场

用指南针确定自己教学楼的方位。

为什么指南针静止时北极指北，南极指南呢？

指向南方的磁极叫南极（S），指向北方的磁极叫北极（N）。物体具有吸引铁、钴、镍等物质的性质，称为磁性。具有磁性的物体叫做磁体。磁体周围存在一种物质，能使磁针偏转，叫做磁场。同名磁极互相排斥，异名磁极互相吸引。地球本身是一个巨大的磁体，其周围空间存在的磁场称为地磁场，地磁场的N极在地理南极附近，地磁场的S极在地理北极附近磁力线从铁屑在磁场中的排列情况可以看出，铁屑的分布好似许多条曲线。每一颗铁屑就是一个小的磁体，无数铁屑的排列方向形象地表示了磁场中各点的磁场方向。这些代表磁场方向的曲线称为磁力线，又称磁感线。在磁体外部，磁力线由N极指向S极；在磁体内部，磁力线由S极指向N极。垂直于纸面的磁场的方向用箭头来表示，若磁场方向垂直纸面向里，只能看到其箭尾，所以用箭尾符号“×”表示；若磁场方向垂直纸面向外，只能看到其箭尖，所以用符号“·”表示。按小磁针N极所指的方向，在该处给曲线标上箭头，就可以形象地描述磁场。磁力线上任意一点的切线方向表示该点的磁场方向。磁场越强的地方，磁力线分布越密，磁场越弱的地方，磁力线分布越疏

1.2.2观察电磁铁，认识电生磁

内部带有铁芯的，利用通有电流的线圈使其像磁铁一样具有磁性的装置，叫做电磁铁，通常制成条形或蹄形。

通电导线周围存在磁场，这称为电流的磁效应，电流磁场的方向与电流方向有关。直线电流的磁场——直线电流的方向跟它产生的磁场的磁力线方向之间的关系可以用安培定则（也叫右手螺旋法则）来判定。用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流方向一致，那么弯曲的四指所指的方向就是磁力线的环绕方向。

通电螺线管的磁场——通电螺线管的电流方向跟它的磁力线方向之间的关系，也可用安培定则来判定。用右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致，那么大拇指所指方向就是螺线管内部磁力线的方向，也就是说，大拇指指向通电螺线管的N极

磁体与磁体之间、磁体与通电导体之间的相互作用，都是通过磁场发生的。通电导线在磁场中会受到磁场的作用力

磁场的主要物理量。1、磁感应强度B（1）定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，受到的磁场的作用力F与电流I和导线长度L的乘积IL的比值，叫做通电导线所在处的磁感应强度，即

B=F/IL

（2）磁感应强度是一个矢量，它的方向（即磁场方向）为小磁针放在该点处于静止时N极所指的方向。（3）单位：国际单位制中是T（特斯拉）。2、磁通（1）定义：在匀强磁场中取一个与磁场方向垂直的平面，其磁感应强度与平面面积的乘积，叫做穿过这个面的磁通（见图1.31），即

=BS

（2）单位：国际单位制中是Wb（韦伯）。

通电导线在磁场中会受到力的作用，作用力的方向与电流方向有关，作用力的大小与电流大小有关。

磁场对电流作用力的方向判断——左手定则具体操作方法是：展开左手，四指并拢，大拇指与四指垂直，掌心对着磁力线（让磁力线垂直穿过掌心），四指指向导体中所通过的电流方向，则大拇指指向就是导体所受作用力的方向，

磁场对电流作用力的大小计算（1）磁场方向与电流方向垂直（B⊥I）时，公式为：

FBIL （2）磁场方向与电流方向平行（B∥I）时，公式为：

F0（3）磁场方向与电流方向夹角时，公式为：

F=BILsin

式中，F表示作用力的大小，单位为牛顿（N）；B是磁感应强度，单位为特斯拉（T）；L是导体在磁场中的长度，单位为米（m）；为电流方向和磁场方向之间的夹角。

1.2.3观察发电机，认识磁生电

发电机通常由定子、转子、端盖、机座及轴承等部件构成。定子由定子铁芯、线包绕组，以及固定这些部分的其他结构件组成。转子由转子铁芯、滑环（又称铜环、集电环）、风扇及转轴等部件组成。

只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有感应电流。这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应现象。

判断感应电流（感应电动势）方向的方法一、右手定则闭合电路中的一部分导线做切割磁力线运动时，感应电流的方向，可用右手定则来判定。右手定则——伸开右手，使大拇指与其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，让磁力线垂直进入手心，大拇指指向导体运动方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向二、楞次定律楞次定律是判定感应电流方向的一种普遍规律。1．定义——感应电流的方向，总是要使感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁通的变化，这就是楞次定律。2．步骤（1）明确原来磁场的方向。（2）判断穿过闭合电路的磁通是增加还是减少。（3）根据楞次定律确定感应电流的磁场方向。（4）利用安培定则来确定感应电流的方向。

计算感应电动势的大小（1）切割磁力线形式的表达式——计算感应电动势的即时值。

E=B