中职《电工技术基础与技能》项目五电磁应用技术 课件

1、(中职）电工技术基础与技能项目五电磁应用技术 课件电磁应用技术项目五目录任务一 认知磁现象 任务二 认知电流的磁场 任务三 感知电磁力 任务四 认知铁磁材料任务五 认知磁路与磁路欧姆定律 任务六 感知电磁感应现象 任务七 认识自感、互感和涡流现象任务一认知磁现象掌握磁的基本知识，理解磁的基本概念。学习目标传说秦始皇统一六国后，建造了一座富丽堂皇的阿房宫。秦始皇曾经历过几次遇刺，这使他整日提心吊胆，生怕再遇刺，因此在建造阿房宫时，他命令工匠在大门上安装“机关”，使得身披铁甲、怀揣利刀的刺客休想进入。你知道工匠们是怎样解决这一难题的吗？电和磁是两种联系非常紧密的基本物质。很多电气设备中都有磁的元件

2、，如各种低压电器中的电磁机构、发电机、电动机等。任务引入一、磁的基本概念1. 磁性物质具有吸引铁、镍、钴等物质的性质称为磁性。2. 磁体具有磁性的物体称为磁体。磁体根据来源不同可分为天然磁体和人造磁体，人造磁体根据形状不同可分为条形磁铁、针形磁铁、U 形磁铁等，如图 5-1 和图 5-2 所示。3. 磁极磁体上磁性最强的区域称为磁极。任何物体都有两个磁极，分别为南极（S）北极（N）。两磁体的磁极间具有相互作用，即同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。知识点 变无磁性物体为有磁性物体叫磁化，变有磁性物体为无磁性物体叫退磁知识链接磁的发现中国是世界上最早发现磁现象的国家，早在战国末年就有磁铁的记载，

3、中国古代的四大发明之一的司南（指南针）就是其中之一，指南针的发明为世界的航海业做出了巨大的贡献。北宋的沈括在他的笔记体巨著梦溪笔谈中写道：“方家以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也”证明了磁偏角的存在。磁现象与日常生活、科技密切相关。早在1820年，丹麦科学家奥斯特就发现了电流的磁效应，第一次揭示了磁与电存在着联系，从而把电学和磁学联系起来。为了解释永磁和磁化现象，安培提出了分子电流假说。安培认为，任何物质的分子中都存在着环形电流，称为分子电流，而分子电流相当一个基元磁体。当物质在宏观上不存在磁性时，这些分子电流做的取向是无规则的，它们对外界所产生的磁效应互相抵消，故使整个物体不显磁性

4、。在外磁场作用下，等效于基元磁体的各个分子电流将倾向于沿外磁场方向取向，而使物体显示磁性。磁现象的应用1. 指南针地球本身是一个大磁体。它的磁极在地理的南北极附近。但地磁的南北极与地理的南北极（图 5-3）相反。根据同极相互排斥、异极相互吸引的原理制成了指南针。指南针（图 5-4）是我国古代四大发明之一。读一读2. 磁悬浮列车磁悬浮列车（图 5-5）具有快速、低耗、环保、安全等优点，因此前景十分广阔。常导磁悬浮列车速度可达 400 500 km/h，超导磁悬浮列车可达 500 600 km/h。在 1 000 1 500 km 的旅行距离中，乘坐磁悬浮列车比乘坐飞机更优越。磁悬浮列车根据磁极间

5、的相互作用力原理制成。上海磁悬浮列车专线西起上海轨道交通 2 号线的龙阳路站，东至上海浦东国际机场，专线全长 29.863 km，是中德合作开发的世界第一条磁悬浮商运线。2001 年 3 月 1 日在浦东挖下第一铲，2002 年 12 月 31 日全线试运行，2003 年 1 月 4 日正式开始商业运营，全程只需8 min。上海磁悬浮列车是世界上第一条商业运营的高架磁悬浮专线。2015 年 10 月，中国首条国产磁悬浮线路长沙磁悬浮线成功试跑。2016 年 5 月 6 日，中国首条具有完全自主知识产权的中低速磁悬浮商业运营示范线长沙磁悬浮快线开通试运营。该线路也是世界上最长的中低速磁悬浮运营线

6、。2018 年 6 月，我国首列商用磁悬浮 20 版列车在中车株洲电力机车有限公司下线。二、磁场与磁力线磁体周围存在的磁力作用空间称为磁场。互不接触的磁体之间具有的相互作用力，就是通过磁场这一特殊物质传递的。磁场不是由原子和分子组成的，看不见、摸不着，但却是真实存在的，如图 5-6 和图 5-7 所示。规定在磁场中某一点自由旋转的小磁针静止时北极所指的方向为该点的磁场方向。描述磁场的几个物理量如下：1. 磁力线为了形象地描述磁场这一概念，引入磁力线（磁感线）的概念。磁力线是一组假想的闭合曲线，我们规定：在磁体外部，磁力线由 N 极指向 S 极；在磁体内部，由 S 极指向 N 极。在曲线上任意一

7、点切线方向就是小磁针在磁力作用下静止时 N 极所指方向。通常以磁力线方向来表示磁场方向。用磁力线的疏密来描述磁场的强弱，磁力线越密集，磁场越强，反之越弱。图 5-8 所示为磁铁力线。2. 磁感应强度垂直通过单位面积的磁力线的数目称为该点的磁感应强度，用字母 B 表示，单位为特斯拉，简称特（T）。磁感应强度是矢量，磁力线上该点的切线方向就是该点磁感应强度的方向。磁感应强度能定量描述磁场中各点的强弱和方向。3. 磁通量垂直通过某一面积上的磁力线的总数称为通过该面积的磁通量，简称磁通，用字母 表示，单位为韦伯，简称韦（Wb）。磁通量只能定性分析磁场的空间分布情况。当面积一定时，通过该面积的磁通越多，

8、磁场越强。匀强磁场磁通量为=BS （1）基本概念。磁性磁体磁极磁场磁力线磁感应强度磁通量（2）任何磁体都有两个磁极：南极（S）北极（N）。两磁体的磁极间有相互作用力，即同性磁极相互排斥，异性磁极相互吸引。要点回顾1. 填空题（1）指南针是我国古代 _ 发明之一。早在公元前 3 世纪，我国就制成了世界上最早的指南工具 _。（2） 现 代 磁 悬 浮 列 车 就 是 利 用 磁 极 间 的 相 互 _， 将 车 身 托 起， 这 就 大 大 减 少 了_，使列车能高速运行。（3）磁体有 _ 和 _ 两个磁极。（4）磁力线是假象闭合曲线，在磁体外部由 _ 指向 _，内部由 _ 指向_。磁力线越密集磁

9、场越 _，越稀疏，磁场越 _。知识巩固2. 判断题（1）物体能够吸引轻小物体的性质称为磁性。 （）（2）磁铁的两端部分就是磁铁的磁极。 （）（3）将一根条形磁铁截成两段，一段是 S 极，另一段一定只有 N 极。 （）（4）一根铁棒在磁铁附近被磁化，当铁棒离开磁铁后仍能保持磁性。 （）（5）普通机械手表不应放在收音机和电视机旁，以免被磁化。 （）任务二认知电流的磁场（1）理解磁现象的电本质电流的磁效应。（2）掌握右手螺旋定制，学会判断电流产生磁场的方向。学习目标1820 年，丹麦物理学家奥斯特通过实验（图 5-9）发现：电流的周围存在磁场。这之后，法国科学家安培提出著名的分子电流假说，把磁体与磁

10、体、电流与磁体、电流与电流、磁体与电流这种种磁相互作用归结为电流与电流的作用，建立了安培定律，开创了把电和磁联系起来的磁作用理论。任务引入电流的周围存在磁场，即电流的磁效应。分子电流假说说明，磁场是由分子电流产生的。知识点知识链接奥斯特实验1)、实验现象当给导线通电时，与导线平行放置的小磁针发生转动。2)、注意事项:导线应沿南北方向水平放置3)、实验结论:通电导线周围存在磁场，即电流可以产生磁场。知识链接安倍定则又称右手螺线管定则奥斯特的发现轰动了整个欧洲，对法国学术界的震动尤大，法国物理学家阿拉果在瑞士听到了奥斯特发现电流磁效应的消息，十分敏锐地感到这一成果的重要性，随即于1820年9月初从

11、瑞士赶回法国。9月11日即向法国科学院报告了奥斯特的这一最新发现，他详细地向科学院的同事们描述了电流磁效应的实验。阿拉果的报告，在法国科学家中引起了很大反响。当时，以科学上极为敏感、最能接受他人成果而著称的安培(AMAmpere，17751836)对此作出了异乎寻常的反应，他于第二天就重复了奥斯特的实验，并加以发展，在一周内于9月18日向法国科学院报告了第一篇论文，阐述了他重复做的电流对磁针的实验，并提出了圆形电流产生磁性的可能性。安培在这个实验中发现磁针转动的方向与电流方向的关系服从右手定则，即是后人称它为“安培右手定则”。分子电流假说在原子、分子等物质微粒内部存在着一种环形电流称为分子环流

12、。分子环流使每一个物质微粒都成为一个微小的磁体。通常物体内部分子环流的杂乱无章导致磁场相互抵消，物体对外不呈现磁性。当分子环流的方向趋于一致，物质就呈现磁性，如图 5-10 所示。分子电流假说揭示了磁现象的本质。知识拓展通电导体产生的磁场方向可以用右手螺旋法则（安培定则）来判断。右手螺旋法则（安培定则）内容如下：1. 直导体电流的磁场用右手握住通电导体，让拇指指向电流方向，则弯曲的四指的指向就是磁场方向，如图 5-11所示。2. 螺线管电流的磁场用右手握住螺旋管，弯曲的四指指向线圈的电流方向，则拇指方向就是螺旋管内部磁场的方向，如图 5-12 所示。利用电流的磁效应可以制成磁悬浮列车、电动机定

13、子、低压电器的电磁系统、电磁铁、电磁起重机、磁性工作台等，其特点是操作安全方便。因此，电磁铁在生产中使用极为广泛，如图 5-13所示。（1）电流的磁效应：电流的周围存在磁场。（2）通电导体产生的磁场方向可以用右手螺旋法则（安培定则）来判断。 直导体电流的磁场。用右手握住通电导体，让拇指指向电流方向，则弯曲的四指的指向就是磁场方向。 螺线管电流的磁场。用右手握住螺旋管，弯曲的四指指向线圈的电流方向，则拇指方向就是螺旋管内部磁场的方向。要点回顾1. 通电导体的周围存在 _，即电流的磁效应。2. 用电磁继电器来操纵高电压、强电流的开关，其主要作用是（）。A. 节约用电 B. 操作简单C. 保护用电器

14、D. 避免危险3. 简述右手螺旋法则的内容。知识巩固4. 用右手螺旋法则判断图 5-14 中通电线圈的 N 极和 S 极或根据已标明的磁极极性判断线圈中的电流方向。任务三感知电磁力（1）理解电磁力的概念。（2）学会计算电磁力的大小，学会判断电磁力的方向。（3）掌握电磁力的应用。学习目标电流的周围存在磁场。若把一段载流导体放入磁场中，会出现什么现象呢？任务引入一、磁场对载流导体的作用如图 5-15 所示，在 U 形磁铁磁极中间悬挂一根直导体，并使直导体垂直于磁力线。当导体中未通过电流时，导体静止不动。若接通电源，导体会向磁铁外部运动。如果将电源正负极对调或将磁铁磁极对调，则导体会向相反方向运动。

15、知识点我们把载流导体在磁场中所受的作用力称为电磁力，用 F 表示。根据这一原理制成了电动机。实验证明：电磁力 F 的大小与导体电流大小、导体在磁场中的有效长度及载流导体所在位置的磁感应强度成正比。即 F=BILsin （5-2）式中，F 为导体受到的电磁力，N ；B 为磁感应强度，T ；I 为导体中的电流强度，A ；L 为导体有效长度，m ； 为直导体与磁感应方向夹角。当导体垂直于磁感应强度的方向时，导体受到的电磁力最大；与导体平行时不受力。载流导体在磁场中受到的电磁力的方向可以用左手定则判断。左手定则内容是：伸平左手，拇指与四指垂直并在一个平面上，让磁力线穿过手心，四指指向电流方向，则拇指所

16、指方向是导体受力方向，如图 5-16 所示。电磁力的方向与磁感应强度方向、电流方向有关。当改变其中之一时，电磁力的方向就会发生改变。根据这一原理，可以改变电动机的旋转方向。例 5-1如图 5-17 所示，试判断图中载流导体所受电磁力的方向。根据左手定则，载流导体受到的电磁力方向向左。想一想：如图 5-18 所示，在均匀磁场中放置一通电矩形线圈 abcd，试分析各边所受到的电磁力。知识链接左手定则和右手定则的区别左手定则:把左手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，四指指向电流所指方向，则大拇指的方向就是导体受力的方向。右手定则:右手平展，使大拇指与其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内。把右手放入

17、磁场中，若磁感线垂直进入手心(当磁感线为直线时，相当于手心面向N极)，大拇指指向导线运动方向，则四指所指方向为导线中感应电流(感生电动势)的方向。可以得知，左手定则是知道磁场和电流的情况下，判断力的方向。而右手定则是在知道磁场和运动方向的情况下，判断电流的方向。二、磁场对通电矩形线圈的作用研究磁场对通电线圈的作用具有重要的实际意义。根据磁场对通电矩形线圈的作用制成了很多电气设备和仪表，如直流电动机、直流电压表、直流电流表、万用表等。如图 5-18 所示，在均匀磁场中放置一通电矩形线圈 abcd。当线圈中通入电流时，分析其各边的受力情况。ad 边、bc 边与磁力线平行不受力；ab 边、cd 边因

18、与磁力线方向垂直，受到电磁力的作用。受到磁场作用力的两条边称为有效边。ab 边、cd 边所受的电磁力大小相等、方向相反，使线圈顺时针旋转。当 ab 边、cd 边通过平衡位置时，二力平衡。但由于惯性作用，其仍会继续转动一个角度。ab 边、cd 边通过平衡边后使用左手定则判断，其受力方向与开始时相反。因此，ab 边、cd 边不能继续顺时针旋转，将做反方向运动。通过分析可知，线圈 abcd 无法连续旋转。想一想：怎么才能使线圈连续旋转？在直流电动机中加入换向器，使得 ab 边、cd 边的电流方向过平衡位置后自动发生变化，从而保证在平衡位置左侧的线圈（无论是 ab 边还是 cd 边）受力始终向左，平衡

19、位置右侧的线圈（无论是 ab 边还是 cd 边）受力始终向向右，使得电动机始终瞬时针旋转，如图 5-19 所示。换向器换向器（图 5-20）俗称整流子，是保证直流电动机能够连续转动的一个部件。通过碳刷与换向器的接触，不断地切换该通电绕组，电枢绕组内导体处于对应磁极下时，电流方向总是保持不变，以保持转子的连续转动。换向过程中，由于电流变化，换向元件中会产生自感电动势，俗称电抗电动势。当同槽中有多个元件同时换向时，电抗电动势还包括它们之间的互感电动势，这种电动势起阻止换向的作用。电抗电动势越大，换向越困难，甚至在电刷边上会产生火花。严重的火花有时发展成换向器环火而损坏换向器。知识拓展（1）载流导体

20、在磁场中所受的作用力称作电磁力，用 F 表示。（2）大小 F=BILsin ，方向可以用左手定则判断。左手定则的内容是：伸平左手，拇指与四指垂直并在一个平面上，让磁力线穿过手心，四指指向电流方向，则拇指所指方向就是导体受力方向。（3）电磁力的应用：直流电动机。要点回顾1. 填空题（1）电磁力的大小 F=_，方向用 _ 判断。（2）左手定则的内容是：伸平 _，磁力线垂直穿入 _，四指指向 _ 方向，则拇指指向 _。（3）当只改变 _ 或 _ 时，电磁力方向发生变化。知识巩固2. 如图 5-21 所示，已分别标出了电流 I、磁感应强度 B 和电磁力 F 三个物理量中的两个物理量，试标出第三个物理量

21、的方向。任务四认知铁磁材料（1）了解不同的铁磁材料的特性，掌握其用途。（2）理解磁化、磁滞现象。学习目标如图 5-22 所示，接触过磁铁的软铁棒可以吸引铁砂。原来没有磁性的铁棒获得了磁性。现实生活中你见到过这种现象吗？任务引入一、铁磁物质的磁化原来不具有磁性的物质，在外磁场作用下产生磁性的现象，称为磁化。凡是铁磁物质都能被磁化。铁磁物质内部有许多磁性小区域，称为磁畴。每一个磁畴相当于一个小磁铁。在无外磁场作用下，磁畴排列杂乱无章，如图 5-23（a）所示。这些磁畴之间磁性相互抵消，对外不呈磁性。只有在外磁场作用下，磁畴都趋向外磁场，形成附加磁场，从而使原磁场显著增强，如图 5-23（b）所示。

22、铁磁物质可以被磁化的性能应用非常广泛，很多电气设备的铁心都使用铁磁物质制成，如变压器铁心、电动机铁心等。铁磁材料制作铁心可以增强磁场强度，减少磁滞损耗。知识点二、磁化曲线铁磁物质从完全无磁状态进行磁化的过程中，磁感应强度 B 将按照一定规律随外磁场强度 H 的变化而变化，这种 B-H 关系曲线称为磁化曲线。电路如图 5-24（a）所示。实验开始时，电流由零逐渐增加，即 H 由 0 逐渐增加，B 随之变化。以 H 为横坐标，B 为纵坐标，逐点画出磁化曲线，如图 5-24（b）所示。由 B-H 曲线可见，B 与 H存在着非线性关系。0 1 段曲线上升缓慢，为起始磁化段；1 2 段随着 H 增加，B

23、 几乎是直线上升的，称为线性段；2 3 段 B 的上升缓慢，称为膝部段；在 3 以后，随着 H 的增加，B 几乎不再上升，称为饱和段。磁化曲线反映了磁感应强度 B 随外磁场强度 H 变化的关系，若已知 H 值，可以通过磁化曲线查出对应的 B 值，如图 5-25 所示。三、磁滞回线如图 5-24（a）所示（上面那个实验图标号），当铁磁材料在交变磁场中进行反复磁化时，可以得到图 5-26 所示的磁滞回线。当开关 SA 置于不同位置时，通过环形线圈的电流方向也不同，从而获得方向相反的外磁场。调整 R 值，通过环形线圈的电流大小也不同，从而获得大小不同的磁场强度 H。 当 H 达到最大值 Hs 时，线

24、圈中间未经磁化的环形铁磁材料被磁化，得到一条起始磁化曲线OS。这时外磁场 H 减小，B 也减小，但 B 不沿起始磁化曲线减小，而是沿 SR 段下降。当 H 减小到0 时，B 仍保持一定数值 Br，这个数值称为剩磁。改变线圈中电流方向重复上述实验，使 H 反向增加。当 H 增至 H=-HD 时，剩磁下降为 0，这时 HD 的值称为矫顽力。当反向磁场继续增加至反向最大后，B 也反向增至 S，得到 DS 段。当反向磁场减小为 0 时，又有一定的反向剩磁 BR。再逐渐增大正向 H，曲线沿 RDS 变化而完成一个循环。经过多次循环，铁磁材料被反复磁化。通过反复磁化得到的 B-H 曲线 SRDSRDS 称

25、为磁滞回线。铁磁材料在反复磁化过程中，B 的变化总是滞后于 H 的变化，这一现象称为磁滞。磁滞和磁滞损耗铁磁材料中磁分子的惯性和摩擦造成了磁滞现象。在反复磁化的过程中，外部能量有一部分用于克服磁滞作用。这一部分能量消耗于铁心中而转化为热能损耗，称为磁滞损耗。磁滞回线包围的面积越大，磁滞损耗越多。改变线圈中电流的大小，交变磁场的磁场强度 H 的大小也将随之改变。在反复磁化的过程中，可得到一系列不同的磁滞回线。连接各条对称的磁滞回线的顶点得到的一条曲线称为基本磁化曲线。一般资料中的磁化曲线都是指基本磁化曲线，如图 5-27 所示。读一读四、铁磁材料的分类不同铁磁材料具有不同的磁滞回线，其剩磁和矫顽

26、力也不同。根据矫顽力的大小把铁磁材料分为软磁材料、硬磁材料和矩磁材料。1. 软磁材料软磁材料指剩磁和矫顽力都很小的铁磁材料。其特点是磁导率高，易磁化，易去磁，磁滞回线较窄，磁滞损耗小，其磁滞回线如图 5-28（a）所示。软磁材料常用于需要反复磁化的场合，可用来制造电动机、变压器、继电器的铁心等。软磁材料主要有坡莫合金、铸钢、硅钢等。2. 硬磁材料硬磁材料指指剩磁和矫顽力都很大的铁磁材料。其特点磁滞回线很宽，不易磁化也不易去磁，其磁滞回线如图 5-28（b）所示。硬磁材料适用于制作永磁铁，主要有钨钢、钴钢、铬钢、铝镍钴合金等。3. 矩磁材料矩磁材料的磁滞回线形状如矩形。这种材料在很小的外磁场作用

27、下就能磁化，一经磁化便达到饱和值，去掉外磁场仍能保持在饱和值，其磁滞回线如图 5-28（c）所示。矩磁材料主要用来制作记忆元件，如存储器的磁芯等。矩磁材料主要有锰镁铁氧体、锂锰铁氧体等。知识链接小结1.使原来没有磁性的物质具有磁性的过程称为磁化。只有铁磁物质才能被磁化。2. B随H变化的关系曲线称为磁化曲线。3.铁磁材料被反复磁化所形成的闭合曲线，称家为磁滞回线。由于铁磁材料在反复磁化过程中，B的变化总是滞后于H的变化，所以称这一现象为磁滞。磁滞损耗的大小与磁滞回线所包围的面积成正比。（1）原来不具有磁性的物质，在外磁场作用下产生磁性的现象称为磁化。凡是铁磁物质都能被磁化。（2）磁化曲线反映了

28、磁感应强度 B 随外磁场强度 H 变化的关系，若已知 H 值，可以通过磁化曲线查出对应的 B 值。一般资料中的磁化曲线都是指基本磁化曲线。（3）根据矫顽力的大小状可以将铁磁材料分为软磁材料、硬磁材料和矩磁材料。要点回顾1. 填空题（1）根据矫顽力的大小状可以将铁磁物质分为 _、_、_。（2）软磁材料适用于制作 _，硬磁材料适用于制作 _，矩磁材料适用于制作 _。2. 软磁材料和硬磁材料有什么不同？它们各有什么特点？知识巩固任务五 认知磁路与磁路欧姆定律（1）掌握磁路的基本概念。（2）掌握磁路欧姆定律。学习目标观察变压器的铁心。变压器在工作过程中磁通主要集中通过铁心部分。任务引入一、磁路的基本概

29、念1. 磁路磁通经过的闭合路径称为磁路。在电气设备中，为了获得较强的磁场，常常把铁磁材料按照电器的结构要求制成各种形状的铁心，使磁通集中在某一路径中。图 5-29 所示为电流电机的磁路。图 5-30 所示为交流接触器的磁路。知识点图 5-31 所示为电器中的磁路。磁路按其结构不同，可分为无分支磁路和分支磁路。分支磁路又分对称分支磁路和不对称分支磁路。当线圈通电后，大部分磁通沿铁心形成回路，这部分磁通称为主磁通；还有一小部分刺痛没有通过铁心形成闭合回路，这部分磁通称为漏磁通。2. 磁动势电流是产生磁场的原因。通电线圈要产生磁场，电流越大，磁场越强，磁通越多。通电线圈的每一匝都要产生磁通，这些磁通

30、彼此叠加，线圈匝数越多，产生的磁通越大。通电线圈产生的磁通与线圈匝数和所通过的电流的乘积成正比。通电线圈的电流和线圈匝数的乘积，称为磁动势（磁通势），用符号 Fm 表示，单位为安培（A）。 Fm=NI （5-3）式中，N 为线圈匝数；I 为通过线圈的电流，A。知识链接磁导率磁导率：表征各种材料导磁能力的物理量真空中的磁导率(0)为常数0=4x10-7 (亨/米)一般材料的磁导率和真空中的磁导率之比，称为这种材料的相对磁导率ur磁路与电路在形式上有很多相似，见表 5-1。知识拓展表 5-1电路与磁路的对应物理量和关系要点回顾1. 磁通经过的闭合路径称为 _。2. 磁动势 Fm=_，磁阻 Rm=_

31、。3. 磁动势大小与 _ 成正比。4. 磁阻大小与 _、_、_ 有关。5. 磁路欧姆定律内容是 _，写成公式即 _。知识巩固任务六 感知电磁感应现象（1）了解电磁感应现象，掌握产生感应电流的条件。（2）掌握楞次定律，学会用楞次定律判断感应电流的方法。（3）掌握右手定则，学会用右手定则判断感应电流的方法。学习目标1820 年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，揭开了物理学的新篇章电磁学的研究。科学家们开始逆向思考，电能生磁，那么磁能否生电呢？任务引入一、电磁感应现象如图 5-32 所示，将磁铁插入线圈，或把磁铁从线圈中拔出，观察电流表指针的偏转情况。知识点如图 5-33 所示，当磁铁在线圈中

32、运动时（插入或拔出），电流表的指针发生偏转；若磁铁静止不动，不论其是在线圈的上方、内部还是下部，电流表的指针都不偏转。如果导体 AB 在磁场中切割磁力线运动（向前或者向后），电流表的指针就会发生偏转。若 AB不动，则电流表的指针不偏转。若 AB 运动方向与磁力线方向平行，则电流表的指针不偏转。大量实验证明：当闭合线圈中的磁通发生变化或导体相对于磁场运动而切割磁力线时，在导体或线圈中都会产生电动势。若线圈或导体构成闭合回路，则导体或线圈中将产生电流。这种由于磁通变化而在导体或线圈中产生感应电动势的现象称为电磁感应。由电磁感应产生的电动势称为感应电动势（感生电动势），由感应电动势引起的电流称为感应

33、电流（感生电流）。导体切割磁力线发生电磁感应时，将导体看成一个单匝线圈，则导体切割磁力线运动也就相当于一个线圈在磁场中运动，穿过线圈的磁通量发生变化而引起电磁感应现象。总之，只要穿过闭合电路的磁通发生变化，闭合电路中就有电流产生。这就是发生电磁感应现象的条件。电磁感应现象的发现电磁感应现象是 19 世纪的重大发现之一，它引起了工业上的重大变革，使人们从蒸汽时代进入电气时代。1820 年，丹麦物理学家奥斯特发现电流的磁效应后，很多科学家根据事物联系的普遍规律提出了它的逆效应是否存在的问题，即磁能否生电。很多科学家，如安培、菲涅耳、科拉顿等都做了不少探索，但都没有收获。其中最为遗憾的是科拉顿的实验

34、。1825 年，科拉顿选用一只灵敏检流计，用导线把它和线圈连起来。为了防止磁铁移动时对检流计产生影响，他专门把检流计放在另一间房子内。当磁铁插入线圈时，立即去看检流计，但始终看不到指针变化。1831 年，英国科学家法拉第（图 5-34）经过 10 年的研究，终于发现磁生电是一种瞬间效应，从而发现了电磁感应现象，建立了电磁感应定律，并创造了第一台感应发电机。读一读电磁学之父-法拉第知识链接太空悬绳发电大家知道地球是一个大磁场。当航天飞机携带着绳系卫星在空中飞行时，由导电材料制成的绳系卫星的系绳，在绕地球运动时切割地球磁力线，运动过程中，悬绳、航天飞机、卫星和大气层中的电离层形成回路。它就成为一台

35、发电机，可以向绳系卫星和牵引它的航天器供电。1992年和1996年，意大利研制的绳系卫星，两次由美国航天飞机携带，在太空进行试验。第一次由于绳索缠绕，只释放到250米，仅仅为原计划20公里的1/78，不过倒是产生了40伏特的电压及1.5毫安的电流;第二次释放到19.3千米，还产生了3000伏特电压，但是飞行不久以后就出现绳索断裂，绳系卫星也丢失在茫茫太空之中。2. 楞次定律应用楞次定律可以判断线圈中感应电动势或感应电流的方向。楞次定律的内容是：当穿过线圈的磁通变化时，感应电流的磁通总是阻碍原磁通的变化。当线圈中的磁通增加时，感应电流就要产生与原磁通方向相反的感应磁通去阻碍它的增加。当线圈中的磁

36、通减小时，感应电流就要产生与原磁通方向相同的感应磁通去阻碍它的减小。使用楞次定律判断感应电流的方向。如图 5-35（a）所示，磁铁插入线圈。（1）判断原磁通的方向及变化趋势。如图 5-35（a）所示，原磁通方向由 N S，方向向下。磁体向下运动，原磁通变化趋势为增大。（2）使用楞次定律判断感应磁通的方向。根据楞次定律，感应磁通阻碍原磁通的增大，与原磁通方向相反。故感应磁通方向向上。（3）根据右手螺旋定则判断感应电流方向。用右手握住线圈，拇指指向感应磁通方向，弯曲的四指指向感应电流的方向。感应电动势方向线圈上端为正极，下端为负极，感应电流方向如图所示。当把磁铁拔出线圈时，如图 5-35（b）所示

37、，穿过线圈的原磁通方向向下，变化趋势是减小的，根据楞次定律，感应磁通总是阻碍原磁通的变化，原磁通方向与感应磁通方向相同。再根据右手螺旋定则，判断感应电动势方向线圈下端为正极，上端为负极，感应电流电流方向如图所示。3. 直导体的感应电动势当直导体切割磁力线运动时，会发生电磁感应现象。对于磁感应强度为 B 的匀强磁场，长度为 L 的直导体以速度 v 切割磁感线运动，运动方向与磁感线方向成 角，则直导体中产生的感应电动势的大小为 e=BLvsin 直导体切割磁感线产生感应电动势的方向用右手定则判段。右手定则内容：如图 5-36 所示，伸平右手，拇指与其余四指垂直，让磁感线垂直穿过掌心。拇指指向导体运

38、动方向，则四指的方向便是感应电动势方向或感应电流方向。例 5-2如图 5-37 所示，在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，有一长度为 l 的直导体，通过平行导电导轨与检流计组成闭合回路。当导体以速度 v 垂直于 B 匀速向右运动时，应用右手定则判断导体中感应电动势的方向。使用右手定则，手型如图 5-38 所示，感应电动势方向（感应电流方向）为 A B。（1）由于磁通变化而在导体或线圈中产生感应电动势的现象称为电磁感应。由电磁感应产生的感应电动势称为感应电动势（感生电动势），由感应电动势引起的电流称为感应电流（感生电流）。（2）感应电动势的方向可以用右手定则或楞次定律进行判断。（3）感应电动势的大

39、小可用法拉第电磁感应定律来计算。要点回顾1. 判断题（1）导体在磁场中运动时，总是能够产生感应电动势。 （）（2）线圈中只要有磁场，就一定会出现电磁感应现象。 （）（3）导体切割磁力线运动速度越快，产生的感应电动势越大。 （）（4）感应磁通的方向总是与原磁通方向相反。 （）知识巩固2. 如图 5-39 所示，根据楞次定律判断感应电流的方向。（1）原磁通的方向是 _，变化趋势是 _。（2）根据楞次定律，“增 _ 减 _”，感应磁通方向是 _。（3）根据右手螺旋定则，在图中画出感应电流的方向。任务七认识自感、互感和涡流现象（1）了解自感、互感和涡流现象。（2）能够根据电磁感应定律分析通电、断电时发

40、生自感、互感现象的原因。（3）了解自感、互感、涡流现象的应用和防止。学习目标当穿过线圈的磁通量发生变化时，会产生感应电动势。请思考一下，如何引起线圈中磁通量的变化呢？任务引入一、自感1. 自感现象如图 5-40 所示的自感现象实验，A1、A2 是两只完全相同的灯泡，R 是滑线变阻器，L 是一个电感较大的铁心线圈。知识点调节滑线变阻器，使两个支路的电阻值相等。观察实验现象：（1）当开关 S 闭合时，A2 灯泡立即亮，而 A1 灯泡则是逐渐亮。（2）当开关 S 闭合一段时间，两只灯泡一样亮以后，断开开关 S，A2 灯泡立即熄灭，而 A1 灯泡则是闪一下再熄灭。这是什么原因呢？当开关 S 闭合时，线

41、圈中的电流发生了由无到有的变化，电流产生的磁场的磁通由零变大，线圈中的磁通呈增加的趋势。根据楞次定律可知，线圈中的感应电动势要阻碍线圈中电流的变化，因此灯泡 A1 逐渐变亮。但与灯泡 A2 串联的是线性电阻，不会发生电磁感应现象，因而灯泡 A2 在接通电源后立即就亮。当开关 S 闭合一段时间后再断开，线圈中的电流发生了从有到无的变化，电流产生的磁场的磁通减小，线圈中的磁通呈减小的趋势。根据楞次定律可知，线圈中的感应电动势要阻碍线圈中电流的变化，因此 A2 灯泡闪一下再熄灭，A2 灯泡立即熄灭。由上述实验可以看出，当线圈中的电流发生变化时，线圈本身就产生感应电动势，这个电动势总是阻碍线圈中电流的

42、变化。这种由于线圈自身电流发生变化而产生感应电动势的现象称为自感现象。在自感现象中产生的感应电动势称为自感电动势。知识链接自感电动势电感是衡量线圈电流产生自感磁链的能力的物理量。在实际使用中，电感的常用单位还有毫亨（mH）、微亨（H），它们之间的换算关系是1 H=103 mH=106 H电感 L 是由线圈本身的特性决定的，只与其大小、线圈的匝数、几何形状及线圈中媒介质的磁导率有关。一般情况下，匝数越多，L 越大。而线圈中是否有电流或电流的大小都不会影响线圈电感。对于铁心线圈，L 不是电感常数。对空心线圈，当其结构一定时，L 为常数。我们把线圈统称为电感线圈或电感器，简称电感。L 为常数的线圈称

43、为线性电感，不是常数的线圈称为非线性电感。3. 自感现象的应用自感现象在各种电气设备和无线电技术中有广泛的应用。自感线圈是交流电流的重要元件，构成 RL 电路、RLC 电路。在无线电设备中，用它和电容组成振荡电路，来发生电磁波。日光灯就是利用自感电动势产生瞬时高压来点亮灯管工作的。日光灯正常工作电压低于 220 V，启动电压高于 220 V，而电源电压却为 220 V。如图 5-41 所示，将镇流器（一个带铁心的线圈）与日光灯串联，在启辉器断电的瞬间，镇流器产生一个很高的自感电动势，与电源电压一起加在日光灯两端，使灯管内气体导通发光。日光灯正常工作时，镇流器又相当于一个电阻，起分压作用，使灯管

44、的工作电压低于电源电压。自感现象也有不利的一面。在一些电工设备中，自感现象的存在造成过电压、过电流，从而使电气设备受到危害。如大型电动机的定子绕组中，在切断电路的瞬间，由于电流急剧变化，会产生很高的自感电动势，形成电弧放电。这不仅会烧坏开关等电器，更甚者会危及人的生命安全。因此，切断这一类自感系数很大而电流又很强的电路时，必须采用特制的安全开关。制造精密电阻时，为了消除使用过程中因电流变化引起的自感现象，往往采用双线缠绕，如图 5-42 所示。由于两根平行导线中的电流方向相反，它们的合磁通变化为零，从而可以忽略自感现象的影响。想一想：电感 L 和电容 C 有哪些相似之处？知识链接自感现象是电磁

45、感应的特例.一般的电磁感应现象中变化的原磁场是外界提供的，而自感现象中是靠流过线圈自身变化的电流提供一个变化的磁场，它们同属电磁感应，所以自感现象遵循所有的电磁感应规律。自感电动势仅仅是减缓了原电流的变化，不会阻止原电流的变化或逆转原电流的变化.原电流最终还是要增加到稳定值或减小到零。自感问题的分析方法:1、抓住电路的初末状态。(电路稳定时，线圈相当于电阻，“纯电感线圈”则相当于导线)2、抓住线圈的“阻碍电流变化”作用。(没有线圈时是瞬间变大或变小，有线圈只能缓慢变大或变小。但不能阻止变化。)3、若电流由0变大，开始瞬间可把线圈当断路4、若电流由大变小，可将线圈当电源二、互感1. 互感现象图

46、5-43 所示为互感现象实验。线圈 1 和线圈 2 彼此靠得很近，在线圈 2 两端接一灵敏检流计。当开关闭合瞬间，我们会观察到检流计指针发生偏转后又回到原位。这是因为开关闭合的瞬间，线圈 1 中电流 i1 变化，产生了变化的磁通 11 ，其中一部分穿过线圈 2，这一部分磁通称为互感磁通 21（它在线圈 2 上产生互感磁链 21。同样，当第二个线圈通有电流 i2 时，它所产生的自感磁通 22 也会有一部分穿过线圈 1，产生互感磁链 12），使其发生电磁感应，产生了感应电动势，由此产生感应电流，使检流计指针发生偏转。S 闭合后，线圈 1 中的电流恒定不变，磁通 11 不变化，因此检流计指针回到零位

47、。这种由于一个线圈中电流的变化，而在另一个线圈中产生感应电动势的现象，称为互感现象。由互感现象产生的电动势称为互感电动势，由互感电动势产生的电流称为互感电流。2. 互感系数在图 5-43 中，当线圈 1 中电流变化时，在线圈 2 中产生了变化的磁通。线圈 1 和线圈 2 之间就有了磁的联系，这种联系称为磁耦合或互感耦合。为了定量表征这种互感耦合而引入互感系数的概念。当线圈 1 和线圈 2 之间有互感耦合后，这时互感磁链为 12 =N1 12 （5-10） 21 =N2 21 （5-11）在两个有磁耦合的线圈中，互感磁链与产生此磁链的电流的比值，称为这两个线圈的互感系数，也称互感量，简称互感，用

48、 M 表示，单位和自感系数一样，也是亨利（H）。即通常互感系数只与两个线圈匝数、几何形状、尺寸、相对位置及媒介质磁导等率有关，与回路电流无关。其大小反映了一个线圈电流变化时，对另一个线圈产生互感电动势的能力。3. 互感电动势对于两个靠得很近的线圈，设两个线圈的互感系数为 M（常数），当第一线圈的电流 i1 变化将在第二个线圈中产生的互感电动势为上式表明，线圈中的互感电动势是与互感系数和另一线圈电流的变化率的乘积成正比。互感电动势的方向可以用楞次定律判断。4. 互感的同名端互感电动势的方向不仅取决于互感磁通的变化趋势，而且与线圈的绕向有关。对于已经绕制好的成品线圈，如变压器绕组，一般无法从外部辨

49、认其绕制方向。而且在电路原理图中若要把每个线圈的绕向和线圈间的相对位置都画出来，也是很困难的。在电工技术中，人们采用同名端来反映磁耦合线圈的绕向。在同一变化磁通下，感应电动势极性相同的端点称为同名端。一般用符号“”表示。在标出同名端后，每个线圈的具体绕法和它们之间的相对位置就不需要在图上画出来了，如图 5-44 所示。图中，产生的感应电动势方向相同，即两个端的极性相同，为同名端，两端极性 相同，也为同名端。两端极性相反，称为异名端。 同名端的概念为实际使用互感器带来了很大方便。但一定要认清极性，不能接错，一旦接错， 可能会造成事故。 5. 互感现象的应用 互感在电力工程和无线电技术中有着广泛的应用。我们使用的各种变压器、电动机、电焊机等 都是利用互感原理制成的。在电子线路中，若线圈位置装配不当，各个线圈之间会因互感耦合而产 生不必要的干扰，严重时会造成整个电路无法工作。为了避免这种磁耦合，可以加大线圈距离或者 将两个线圈垂直安放。变压器变压器是根据互感原理制成的，它把某一数值的交变电压变换为频率相同而大小不同的交变电压。变压器是供、用电系统中很重要的电气设备。它可以改变交流电的电压、电流，还可以改变相位和阻抗等。变压