第5章 磁与电磁感应5154Word文件下载.docx
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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】
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。
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。
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。
磁场的四个物理量以及磁场方向与电流方向的关系。
磁场强度的大小与媒介质性质无关。
(一)明确项目任务电流的磁场及磁场的主要物理量
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。
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。
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。
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。
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)
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:
µ
0=410-7H/m。
相对磁导率:
r=
2.µ
r<1 反磁性物质;
r>1 顺磁性物质;
r>
>
1 铁磁性物质。
前面两种为非铁磁性物质µ
r1,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=µ
H=µ
0µ
rH
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
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
任务三磁场对通电导线的作用力(2课时)
了解匀强磁场对通电线圈的作用力。
掌握磁场对通电导线的作用力的公式和左手定则。
磁场对通电导线的作用力。
匀强磁场对通电线圈的作用力。
(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。
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。
学生计算磁场对通电导线作用力大小和判断其方向
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
任务四铁磁性物质的磁化(2课时)
了解铁磁性物质的磁化。
掌握磁化曲线、磁滞回线对铁磁性物质性能的影响。
铁磁性物质被磁化的内因。
磁滞回线的形成。
(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。
让学生分组讨论常见生活中的磁化现象
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
理解磁动势和磁阻的概念。
掌握磁路的欧姆定律。
磁路的欧姆定律。
磁路的欧姆定律的应用。
(一)明确项目任务磁路的欧姆定律的应用。
1.什么叫铁磁性物质的磁化?
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
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)。
让学生对磁路欧姆定律的应用
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。