磁场及电磁感应.docx

磁场及电磁感应.docx

《磁场及电磁感应.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《磁场及电磁感应.docx（14页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

磁场及电磁感应

2 磁场及电磁感应

【课题】

2.1 磁场

【教学目标】

了解磁场的基本知识，掌握磁感应强度的计算方法，学习使用安培定则，掌握左手定则及应用。

【教学重点】

1．磁感应强度的计算。

2．安培定则的使用。

3．左手定则。

【教学难点】

1．安培定律。

2．左手定则及应用。

【教学过程】

【一、复习】

1．初中物理课中学习过的磁场的有关知识。

【二、引入新课】

在物理中学过有关磁的内容，在这里重点是从电流产生磁场以及磁场对通电导线的作用入手展开新课的学习。

【三、讲授新课】

2.1.1 磁场

1．磁场是看不见的，但可以观察到磁场的效应。

2．在磁铁或电流（运动电荷）周围的空间里存在着磁场，磁场的性质之一是它对任何置于其中的其它磁体或电流施加作用力。

图2.1 电流产生磁场图2.2 磁场对通电导线的作用

3．磁场是电机工作原理的基础。

作用在载流导线上的力是电动机工作的基本原理；而当磁场变化时，线圈中感应的电动势是发电机工作的基本原理。

2.1.2 磁场的方向和磁感线

1．磁场是有方向的，规定：

在磁场中的任一点，小磁针静止时N极所指的方向，就是该点的磁场方向。

2．磁感线：

为了形象地描绘磁场在空间的分布，在磁场中画出一些有方向的、假想的系列曲线，曲线上任一点的切线方向与该点的磁场方向一致，这些曲线称为磁感线。

图2.3 磁感线

3．磁感线不但可以描述磁场的方向，还可以描述磁场强弱的分布情况：

磁场越强的地方，磁感线越密；反之越稀。

2.1.3 磁感应强度

1．磁感应强度定义：

在磁场中，设垂直于磁场方向的通电直导线受到的磁场力为F，通过导线的电流为I，导线的长度为l，则F和

的比值称为通电导线所在处的磁感应强度，用B表示。

2．B的单位：

特[斯拉]，用T表示，或Wb/m2。

3．B是矢量，磁场中某处磁感应强度的方向就是该处磁场的方向。

4．均匀磁场：

若磁场中各点的磁感应强度大小相等，方向相同，称为均匀磁场。

2.1.4 安培定则

1．安培定则（右手螺旋定则）：

通电长直导体在其周围产生磁场，它的磁感线方向与电流方向之间的关系，可以用安培定则判断。

2．安培定则的内容：

右手握住导体，伸直拇指，拇指所指的方向表示电流的方向，弯曲的四指的方向表示磁感线方向。

图2.4 直流电流的磁场图2.5 螺线管电流的磁场

2.1.5 磁通量

1．磁通量：

穿过磁场中的]某一截面的磁感线的数量，称为穿过这个截面的磁通量，简称磁通，用Φ表示，单位是Wb（韦[伯）。

2、磁通量的表达式：

图2.6 磁通量

2.1.6 磁场对通电导线的作用

1．安培定律

✓安培力：

通电直导线在磁场中受力，如图2.7所示。

图2.7 通电直导线在磁场中的受力

✓安培定律的表达式：

2．左手定则

✓用左手定则判断安培力的方向。

✓如图2.8所示为用左手定则判断安培力的示意图。

图2.8 左手定则

左手定则使用说明：

伸开左手，使拇指与其余四指垂直，并且和手掌在一个平面上，把手放入磁场里，让磁感线垂直穿入手心，并使四指指向电流方向，则拇指所指的方向就是安培力的方向。

【四、小结】

1．了解磁场、磁场的方向及磁感线。

2．掌握磁感应强度的计算。

3．学习使用安培定则（右手定则）判断直流电流的磁场和螺线管电流的磁场。

4．掌握磁通量的计算方法。

5．学习使用左手定则判断磁场对通电直导线的作用

【五、习题】

四、计算题：

1、2。

【课题】

2.2 电磁感应

【教学目标】

1．掌握电磁感应及电磁感应定律。

2．掌握楞次定律及右手定则

【教学重点】

感应电动势和磁通变化率之间的关系，即

。

【教学难点】

楞次定律。

【教学过程】

【一、复习】

磁通量的概念。

【二、引入新课】

观察图2.10，想一想磁场产生电流需要什么条件，电流的大小和方向又是如何确定的呢？

图2.10 利用磁场产生电流

【三、讲授新课】

2.2.1 电磁感应及电磁感应定律

1．电磁感应

当穿过某一闭合导体回路所围面积的磁通量发生变化时，该回路中就会产生电流，这种现象称为电磁感应现象。

在电磁感应现象中产生的电流称为感应电流，产生的电动势称为感应电动势。

2．电磁感应定律

电磁感应定律的内容：

导线中的感应电动势E的大小和导线交链的磁通的变化率

成正比

，式中，N为线圈的匝数

上式中，只有当与导线交链的磁通变化时，E才有意义。

2.2.2 楞次定律和右手定则

1．楞次定律

内容：

闭合电路中产生的感应电流，它所产生的磁场总是阻碍原电路中磁通的变化。

应用楞次定律可以确定感应电动势的方向。

图2.11 楞次定律

2．右手定则

右手定则是确定导线切割磁感线所产生的感应电动势方向的简便方法，其实质是楞次定律的特殊情况。

判断方法：

伸出右手，使拇指跟其余四指垂直，并且和手掌在一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，拇指指向导体运动方向，四指所指方向就是感应电流的方向。

如图2.12所示。

图2.12 右手定则

切割磁感线产生感应电流，如图2.13所示。

图2.13 切割磁感线产生感应电流

【四、小结】

1．了解电磁感应现象，会应用电磁感应定律计算感应电动势。

2．掌握楞次定律的应用。

【五、习题】

一、是非题：

1、2；三、填空题：

1；四、计算题：

3。

【课题】

2.3 磁路的基本概念

【教学目标】

了解磁路的基本知识和磁路的种类。

【教学重点】

1．磁路的基本知识。

2．磁路的种类。

【教学难点】

磁通，包括：

主磁通和漏磁通

【教学过程】

【一、复习】

复习磁通的概念。

【二、引入新课】

拆开变压器或电动机，可以看到它们的内部都有铁心，想一想铁心的作用？

【三、讲授新课】

1．磁路：

通常由铁心制成，而使磁通集中通过的回路，如图2.17所示。

图2.17 主磁通和漏磁通

2．主磁通：

铁心中的磁通。

3．漏磁通：

少量磁通通过周围空气构成的回路（可忽略不计）。

4．磁通：

线圈中电流有效值I与线圈匝数N的乘积称为磁通势，RM称为磁阻。

磁路欧姆定律=IN/RM。

注意：

（1）磁阻RM表示物质对磁通具有的阻碍作用。

不同物质的磁阻不同。

若铁心中存在空气隙，磁阻RM会增大许多。

（2）磁路的欧姆定律只适用于铁心非饱和状态。

5．磁路举例：

图2.18 几种磁路实例

【四、小结】

了解磁路的基本知识和磁路的种类

【课题】

2.4 铁磁性物质

【教学目标】

了解铁磁性物质的磁化现象，了解磁滞现象，了解铁磁材料的分类及应用。

【教学重点】

1．铁磁材料的磁化现象及磁滞现象。

2．铁磁材料的分类及应用。

【教学难点】

磁化及磁滞现象

【教学过程】

【一、复习】

复习磁路的概念。

【二、引入新课】

日常生活中磁铁是怎样带有磁性的，所有类型的磁性材料都可以做成铁心吗？

电机或变压器中的铁心为什么都不是整块材料呢？

【三、讲授新课】

2.4.1 铁磁性物质磁化现象

1．磁畴：

铁心自身有的自然磁性小区域。

2．磁化：

铁心中的磁畴沿外磁场作定向排列，产生附加磁场的现象，如图2.19（b）所示。

3．铁磁材料：

能被磁化的材料（例如：

铁、钴、镍以及它们的合金和氧化物）。

4．铁心的磁化过程可以用图2.20描述。

（a）（b）

图2.19 磁畴和铁心的磁化图2.20 磁化曲线

OA段：

大部分磁畴的磁场沿外磁场方向排列，与I成正比且增加率较大。

AB段：

所有磁畴的磁场最终都沿外磁场方向排列，铁心磁场从未饱和状态过渡到饱和状态。

B点以后：

称为饱和状态，铁心的增磁作用已达到极限，同直线1。

2.4.2 磁滞现象

1．磁滞：

当铁心线圈通入交流电时，铁心会随交流电的变化而被反复磁化。

在磁化过程中，由于磁畴本身存在“惯性”，使得磁通的变化滞后于电流的变化。

2．磁滞回线：

反复磁化形成的封闭曲线，如图2.21所示。

图2.21 磁滞回线

3．磁滞损耗：

铁磁材料在磁化时，外磁场克服磁畴的“惯性”消耗的能量。

4．磁滞损耗是引起铁心发热的原因之一。

2.4.3 铁磁材料的分类及应用

铁磁材料根据磁滞回线的形状及其在工程上的应用，可分为软磁材料、硬磁材料和矩磁材料三类。

1．不同材料的磁滞回线：

如图2.22所示。

图2.22 不同材料的磁滞回线

2．软磁材料：

磁滞损耗小的铁磁材料，特点是磁滞回线狭长，面积小。

3．硬磁材料：

磁滞损耗大的铁磁材料，特点是磁滞回线宽大，面积大。

4．矩磁材料：

磁滞回线接近矩形的铁磁材料，特点是受较小的磁场的磁化就可以达到饱和，而去掉磁场后仍能保持饱和状态。

2.4.4 涡流

1．涡流：

交变的磁通穿过铁心产生感应电动势，因而会产生感应电流，它围绕磁感场线成旋涡状流动，如图2.23（a）所示。

（a）（b）

图2.23 涡流

2．涡流损耗：

涡流在铁心的电阻上引起的功率损耗。

3．减少涡流损耗：

常将铁心分成许多彼此绝缘的薄片（硅钢片），使铁心中的电阻增大而涡流减少，这样可以有效的减少涡流损耗，如图2.23（b）所示。

4．涡流的应用：

电磁炉

【四、小结】

1．铁磁材料的磁化过程可以用-I曲线描述。

2．磁路具有良好的导磁性能。

就像电路具有良好的导电性能一样。

为了深入理解磁路的功能，表4.1将磁路和电路对比。

3．磁滞现象：

在对铁磁材料反复磁化过程中，由于磁畴的“惯性”使得磁通（磁感应强度）的变化滞后于磁化电流（磁场强度）的变化。

4．根据磁滞回路面积的大小，可将铁磁材料分成两大类：

磁滞回路面积狭小的称为软磁性材料；磁滞回路面积宽大的称为硬磁性材料。

5．涡流：

在交流励磁的情况下，会在铁心中感应出涡流，从而导致铁心发热，产生损耗。

减小涡流的方法首先是采用片状材料代替整块铁心。

另外铁中加入适量的硅，使导磁性能提高的同时，铁心本身电阻也增加，使涡流减小，达到降低损耗的目的。

【五、习题】

一、是非题：

3、4、5、6、7；二、选择题：

1、2、3；三、填空题：

2、3、4。