第5章 磁与电磁感应5154.docx

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第5章磁与电磁感应5154

磁与电磁感应

项目描述

电磁学知识与日常生活有着密切的关系，如身边的电风扇、洗衣机和手机等；磁还可用于远程控制、红外遥感等。

本章从认识磁现象等一些磁的基本知识入手来逐步介绍磁场、电流与磁场、磁化、磁路和电磁感应等知识。

其中通电导体在磁场中受力、电磁感应这两方面的知识与工程实用联系最为紧密，是本章的重点。

应知

1．了解磁和磁场的一些基本现象，理解磁极和磁场方向的规定。

2．理解电流的磁场和描述磁场的基本物理量；掌握通电直导体在匀强磁场中受力方向的规定方向和受力大小的计算。

3．了解磁化现象和磁路的概念。

4．理解电磁感应现象，并掌握判定感应电流方向的方法和感应电动势大小的计算方法。

5．了解线圈的电感和线圈的自感、互感现象，掌握互感线圈同名端的概念、性质与判定互感线圈同名端的方法。

应会

1.掌握安培定则（右手螺旋定则），并能判定通电直导体、环形导体和螺线管导体周围磁场的方向。

掌握左手定则，能判定通电导体在磁场中的受力方向，能用左手定则来判定电动机的转动情况。

2.掌握右手定则，能判定直导体切割磁感线产生感应电流的方向；掌握楞次定律，能用楞次定律判定磁通变化时产生感应电流的方向。

3.能读识电感器，了解其外形和参数，掌握判断其好坏的方法。

项目分配

任务一磁的基本知识（1课时）

任务二电流与磁场（2课时）

任务三磁场对通电导线的作用力（2课时）

任务四铁磁性物质的磁化（2课时）

任务五磁路的基本知识（2课时）

任务一磁的基本知识（1课时）

一、【教学目标】

知识目标：

知道磁场的概念

技能目标：

掌握磁场的方向

情感目标：

通过了解磁场现象，增长学生的见识，激发学生对磁场学习的兴趣。

二、【教学重点】

磁场的方向

三、【教学难点】

磁场的方向

四、【教学过程】

（一）明确项目任务通过实验演示让学生掌握磁场方向的判定

（二）制定项目实施计划

一、磁场

1.磁极间相互作用的磁力是通过磁场传递的。

磁极在它周围的空间产生磁场，磁场对处在它里面的磁极有磁场力的作用。

2.磁场是一种物质，它具有力和能量的性质

二、磁场的方向和磁感线

1．磁场的方向：

在磁场中任一点，小磁针静止，N极所指的方向为该点的磁场方向。

2．磁感线：

在磁场中画出一些曲线，在曲线上每一点的切线方向都与该点的磁场方向相同。

（磁感线是假想的曲线）

3.磁感线的方向定义为：

在磁体外部由N极指向S极，在磁体内部由S极指向N极。

磁感线是闭合的曲线。

3、地磁场

1.地球本身就是一个巨大的磁体，地理南极和地磁北极并不重合，而是存在着一个磁偏角。

2.地磁场能阻挡宇宙射线和来自太阳的高能带电粒子，是地球生物免遭危害的天然保护伞。

（三）项目实施

分组讨论：

在现实生活中，谈谈你所见到的电磁现象

（4）作业布置

P93思考与练习5-1

（五）版书设计

磁的基本知识

一磁场

二磁场的方向和磁感线

三地磁场

四学生讨论

五小结

【课后反思】

任务二电流与磁场（2课时）

一、【教学目标】

知识目标：

理解磁感应强度、磁通、磁导率和磁场强度的概念及匀强磁场的性质。

技能目标：

掌握直线电流、环形电流和通电螺线管的磁场，以及磁场方向与电流方向的关系。

情感目标：

通过了解电流与磁场现象，增长学生的见识，激发学生对磁场学习的兴趣。

二、【教学重点】

磁场的四个物理量以及磁场方向与电流方向的关系。

三、【教学难点】

磁场强度的大小与媒介质性质无关。

四、【教学过程】

（一）明确项目任务电流的磁场及磁场的主要物理量

（二）制定项目实施计划

电流的磁场

磁铁并不是磁场的唯一来源，在通电导体的周围也存在着磁场。

磁场是存在于磁体或电流周围空间的一种特殊物质。

磁体和电流的周围存在着磁场，磁体与磁体间、电流和磁体间、电流和电流间的相互作用，都是通过磁场来实现的。

1．直线电流的磁场

电流的方向与它的磁感线方向之间的关系用安培定则（也称右手螺旋定则）判定。

方法：

用右手握住通电直导线，让大拇指指向电流的方向，则弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。

例：

2．环形电流的磁场

电流方向与磁感线方向之间的关系，用安培定则判定。

方法：

让右手弯曲的四指和环形电流的方向一致，则伸直的大拇指所指的方向就是圆环导线中心轴线上磁感线的方向。

例：

3．通电螺线管的磁场

电流方向与磁感线方向之间的关系用安培定则判定。

方法：

用右手握住通电螺线管，使弯曲的四指和电流方向一致，则大拇指所指的方向就是通电螺线管的N极。

例：

磁场的主要物理量

一、磁感应强度B

1．它是表示磁场强弱的物理量

B=

（条件：

导线垂直于磁场方向）

B可用高斯计测量，用磁感线的疏密可形象表示磁感应强度的大小。

2．单位：

F——N（牛顿），I——A（安培），L——m（米），B——T（特斯拉）

3．B是矢量，方向：

该点的磁场方向。

4．匀强磁场：

在磁场的某一区域，若磁感应强度的大小和方向都相同，这个区域叫匀强磁场。

二、磁通Φ

1．Φ=BS（条件：

BS；

匀强磁场）

2．单位：

韦伯（Wb）

3．B=

；B可看作单位面积的磁通，叫磁通密度。

三、磁导率µ

1．表示媒介质导磁性能的物理量。

真空中磁导率：

µ0=410-7H/m。

相对磁导率：

µr=

2．µr＜1 反磁性物质；µr＞1 顺磁性物质；µr>>1 铁磁性物质。

前面两种为非铁磁性物质µr1，铁磁性物质µ不是常数。

四、磁场强度H

1．表示磁场的性质，与磁场内介质无关。

2．H=

或B=µH=µ0µrH

3．

（1）磁场强度是矢量，方向和磁感应强度的方向一致。

（2）单位：

安/米（A/m）

（三）项目实施

通过安培定则让学生判断磁场的磁极

（四）作业布置

P99思考与练习5-2

（五）版书设计

电流与磁场

一电流的磁场

1.直线电流的磁场

2.环形电流的磁场

3.通电螺线管的磁场

二磁场的主要物理量

1.磁感应强度

2.磁通

3.磁介质

4.磁场强度

三学生讨论

四小结

【课后反思】

任务三磁场对通电导线的作用力（2课时）

一、【教学目标】

知识目标：

了解匀强磁场对通电线圈的作用力。

技能目标：

掌握磁场对通电导线的作用力的公式和左手定则。

情感目标：

通过了解电流与磁场现象，增长学生的见识，激发学生对磁场学习的兴趣。

二、【教学重点】

磁场对通电导线的作用力。

三、【教学难点】

匀强磁场对通电线圈的作用力。

四、【教学过程】

（一）明确项目任务磁场对通电导线的作用力

（2）制定项目实施计划

课前复习

1．磁场中某一点的磁场方向的规定。

2．安培定则的内容。

3．磁感应强度的定义式、磁感应强度方向的规定。

4．磁通、磁导率、相对磁导率的概念。

5．磁场强度的定义式，磁场强度方向的规定。

一、磁场对通电导线的作用力

1．力的大小

（1）当电流方向与磁场方向垂直时

F=BIl（适用于：

一小段通电导线；匀强磁场）

（2）若电流方向与磁场方向平行，则F=0。

（3）若电流方向与磁场方向间有一夹角（0≤≤180），则

B1=Bcos；B2=Bsin

F=B2Il=BIlsin

讨论：

=

，F=BIl最大；=0，F=0最小。

单位：

F－牛顿（N）；l－米（m）；B－特斯拉（T）。

2．力的方向——用左手定则判定

（1）方法：

伸开左手，使大拇指与其余四指垂直，并且都跟手掌在同一个平面内，把左手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心（手心对准北极，手背对准南极），四指指向电流方向，则大拇指所指的方向就是通电导体受力方向。

（2）常用“×”表示（导体中流过的电流方向或磁场方向）垂直纸面向内，则判断受力方向时，对于电流方向用“×”表示时应该将四指的指向从纸面向内，对于磁场方向用“×”表示时应该将手掌心面向纸外；常用“•”表示（导体中流过的电流方向或磁场方向）垂直纸面向外，则判断受力方向时，对于电流方向用“•”表示时应该将四指的指向从纸面向外，对于磁场方向用“•”表示时应该将手掌心面向纸内；

例1：

一根通电直导线放在磁场中，图中已分别表明电流，磁感应强度和磁场对电流的作用力这三个物理量中两个量的方向，试标出第三个物理量的方向。

例2：

一匀强磁场B=0.4T；L=20cm；=30；I=10A，求：

直导线所受磁场力的大小和方向。

例3：

p97例5-2-1

二、典型应用

（一）电流表的工作原理（磁电式）（胶片）

1．匀强磁场对通电线圈的作用力

2．磁场使线圈偏转的力矩M1=K1I；弹簧产生的力矩M2=K2，两力矩平衡（M1=M2）时，线圈就停在某一偏转角上，指针指到刻度盘的某一刻度，刻度是均匀的。

这样，电流与偏转角度存在对应关系，只要将由指针显示出来，就可以在表盘上指示其电流值了。

3．优点：

刻度均匀，准确度高，灵敏度高。

缺点：

价格贵，对过载很敏感。

（二）电磁继电器

1.它是由电磁铁、衔铁、弹簧片、触点等组成的。

2.工作原理：

通过线圈的得、失电，产生和消失磁场，使动触点与静触点吸合、释放，从而达到控制电路导通、切断的目的。

3.电磁继电器组成的控制电路，可用较小的电流、较低的电压去控制较大的电流、较高的电压。

4.电磁继电器在电路中可起自动调节、安全保护、切换电路的作用。

（三）扬声器

1.扬声器是一种把电信号转变为声音信号的换能器件，由一个永久磁铁、一个音圈（电磁铁）、纸盆或膜片构成。

2.工作原理：

扬声器工作时音频信号电流流过音圈，产生磁场，于是电磁场和永久磁体会因为磁极间相互作用产生吸引力或推斥力，带动纸盆或膜片振动并与周围的空气产生共振而发出声音。

（四）电动机

1.电动机就是利用通电线圈在磁场中转动的原理制成的。

2.电动机按工作电压可分为交流电动机和直流电动机两大类。

3.直流电动机主要由磁极（定子）、转子和换向器（整流子）构成。

4.工作原理：

见教材p99

5.电动机具有结构简单、控制方便、体积小、效率高、功率可大可小等诸多优点，因此被广泛地用于工农业生产中。

（三）项目实施

学生计算磁场对通电导线作用力大小和判断其方向

（四）作业布置

P99思考与练习5-2

（五）版书设计

磁场对通电导线的作用力

一磁场对通电导线的作用力

1.作用力大小的计算

2.左手定则对作用力方向的判断

二典型应用

1.电流表

2.电磁继电器

3.扬声器

4.电动机

三学生讨论

四小结

【课后反思】

任务四铁磁性物质的磁化（2课时）

一、【教学目标】

知识目标：

了解铁磁性物质的磁化。

技能目标：

掌握磁化曲线、磁滞回线对铁磁性物质性能的影响。

情感目标：

通过了解电流与磁场现象，增长学生的见识，激发学生对磁场学习的兴趣。

二、【教学重点】

铁磁性物质被磁化的内因。

三、【教学难点】

磁滞回线的形成。

四、【教学过程】

（一）明确项目任务铁磁性物质的磁化

（二）制定项目实施计划

课前复习：

磁场力大小的公式、磁场力方向的规定。

一、铁磁性物质的磁化

1．磁化：

本来不具磁性的物质，由于受磁场的作用而具有了磁性的现象。

非铁磁性物质是不能被磁化的。

2．磁化内因：

在外磁场的作用下，磁畴（磁性小区域）沿磁场方向作取向排列，形成附加磁场，从而使磁场显著增强。

去掉外磁场后，有些铁磁性物质中磁畴的一部分或大部分仍保持取向一致，对外仍显磁性，这就成了人造永久磁铁；

去掉外磁场后，有的铁磁性物质铁畴的取向又会变得杂乱无章，于是磁性消失，这样的物质被称为软磁性物质。

3．应用：

用于电子和电气设备中。

二、磁化曲线

1．磁化曲线（B－H曲线）：

铁磁性物质的B随H而变化的曲线。

B=μH

即

μ=B/H

2．测试原理图

3．磁化曲线图：

其具体的磁化过程分为4个阶段：

起始段、线性段、饱和段、高度饱和段。

O－1段：

起始磁化段。

B增加得较慢（由于磁畴惯性）。

1－2段：

线性段。

B随H增加很快（由于磁畴在外磁场的作用下大部分趋向H的方向）。

2－3段：

饱和段。

B增加变慢（由于随着H的增加只有少数磁畴继续转向）。

3以后：

高度饱和段，B基本不随H变化（已几乎没有磁畴可转向了，为饱和磁感应强度）。

4．说明：

（1）对于变压器和电机，通常工作于2－3段。

（2）每一种材料B的饱和值一定，不同铁磁性物质，B的饱和值不同。

（3）B愈大导磁性能愈好。

3、磁滞回线（退磁、剩磁、和磁滞损耗）

1.磁化的逆过程就是退磁或消磁

2．曲线

磁滞回线的解释见教材p104

3．剩磁：

当H减至零时，B值不等于零，而是保留一定的值，称为剩磁。

用Br表示。

剩磁的多少由铁磁性物质本身决定。

矫顽磁力：

为克服剩磁所加的磁场强度。

用Hc表示。

它的大小反映铁磁性物质保留剩磁的能力。

4．磁滞现象：

B的变化总是落后于H的变化。

磁滞现象是铁磁性物质的一个极其重要的特性。

磁滞回线：

abcdefa为一封闭对称于原点的闭合曲线，称为磁滞回线

5．

（1）基本磁化曲线：

连接各条对称的磁滞回线的顶点，得到的一条曲线叫基本磁化曲线。

（2）磁滞损耗：

反复交变磁化过程中有能量损耗，称为磁滞损耗。

（3）剩磁和矫顽力愈大的铁磁性物质，磁滞损耗就愈大。

（4）不同的铁磁性物质有不同的磁滞回线，它所包围面积的大小是判断铁磁性物质性质和作为选择的依据。

包围面积小的，可作为变压器的软磁性物质；包围面积大的，可用作为永久磁铁；包围形状接近矩形的称为矩磁物质。

（三）项目实施

让学生分组讨论常见生活中的磁化现象

（四）作业布置

P104思考与练习5-3

（5）版书设计

1．铁磁性物质的磁化；它能够被磁化的原因。

2．铁磁性物质的磁化曲线和磁滞回线。

3．铁磁性物质的概念以及它的分类。

4.学生讨论

5.小结

【课后反思】

任务四铁磁性物质的磁化（2课时）

一、【教学目标】

知识目标：

理解磁动势和磁阻的概念。

技能目标：

掌握磁路的欧姆定律。

情感目标：

通过了解电流与磁场现象，增长学生的见识，激发学生对磁场学习的兴趣。

二、【教学重点】

磁路的欧姆定律。

三、【教学难点】

磁路的欧姆定律的应用。

四、【教学过程】

（一）明确项目任务磁路的欧姆定律的应用。

（二）制定项目实施计划

课前复习

1．什么叫铁磁性物质的磁化？

它能够被磁化的原因。

2．铁磁性物质的磁化曲线和磁滞回线的概念。

一、磁路

1．磁路：

磁通经过的闭合路径。

2．说明主、漏磁通。

P105

3．磁路：

无分支和有分支。

无分支有分支

二、磁路的欧姆定律

1．通电线圈产生磁场，磁通随线圈匝数和所通过的电流的增大而增加。

把通过线圈的电流和线圈匝数的乘积称为磁动势。

Em=IN

单位：

安培（A）

2．磁阻：

磁通通过磁路时所受到的阻碍作用。

Rm=

式中：

l－磁路长度（m）；

S－磁路横截面积（m2）；

μ－磁导率（H／m）；

Rm－磁阻（1／H）。

3．磁路的欧姆定律

（1）内容：

通过磁路的磁通与磁动势成正比，与磁阻成反比。

（2）=

（3）磁路与电路对应的物理量及其关系式。

电    路

磁    路

电流I

磁通

电阻R=l/S

磁通Rm＝l/S

电阻率

磁导率

电动势E

磁动势Em＝IN

电路欧姆定律I=E/R

磁路欧姆定律=Em/Rm

三、全电流定律

由于=BA，Em=IN，Rm=

，H=

，将其代入磁路的欧姆定律=

后，可得到全电流定律

全电流定律的意义是：

磁路的磁场强度H与磁路平均长度L的乘积，在数值上等于激发磁场的磁通势。

其中HL又称为磁位差，用Um表示，即Um=HL，单位是A（安）。

（三）项目实施

让学生对磁路欧姆定律的应用

（四）作业布置

P106思考与练习5-4

（6）版书设计

1．磁动势和磁阻的概念。

2．磁路的欧姆定律。

3．全电流定律。

4.学生讨论

5.小结

【课后反思】