電工電子技術(shù)與技能教案：第二章 磁場與電磁感應(yīng)

1、第二章磁場及電磁感應(yīng)第一節(jié) 磁場【教學目標】1了解磁場及電流的磁場。 2了解安培力的大小及方向。【教學重點】1磁場。 2安培力的大小及方向?！窘虒W難點】 安培力的大小及方向?！窘虒W過程】【一、復(fù)習】1初中物理課中學習過的磁場的有關(guān)知識。【二、引入新課】在物理中學過有關(guān)磁的內(nèi)容，在這里重點是從電流產(chǎn)生磁場以及磁場對通電導(dǎo)線的作用入手展開新課的學習。【三、講授新課】2.1.1磁場1磁場是看不見的，但可以觀察到磁場的效應(yīng)。2在磁鐵或電流（運動電荷）周圍的空間里存在著磁場，磁場的性質(zhì)之一是它對任何置于其中的其它磁體或電流施加作用力。圖2.1電流產(chǎn)生磁場 圖2.2磁場對通電導(dǎo)線的作用3磁場是電機工作原理

2、的基礎(chǔ)。作用在載流導(dǎo)線上的力是電動機工作的基本原理；而當磁場變化時，線圈中感應(yīng)的電動勢是發(fā)電機工作的基本原理。2.1.2磁場的方向和磁感線1磁場是有方向的，規(guī)定：在磁場中的任一點，小磁針靜止時N極所指的方向，就是該點的磁場方向。2磁感線：為了形象地描繪磁場在空間的分布，在磁場中畫出一些有方向的、假想的系列曲線，曲線上任一點的切線方向與該點的磁場方向一致，這些曲線稱為磁感線。圖2.3磁感線3磁感線不但可以描述磁場的方向，還可以描述磁場強弱的分布情況：磁場越強的地方，磁感線越密；反之越稀。2.1.3磁感應(yīng)強度1磁感應(yīng)強度定義：在磁場中，設(shè)垂直于磁場方向的通電直導(dǎo)線受到的磁場力為F，通過導(dǎo)線的電流為

3、I，導(dǎo)線的長度為l，則F和的比值稱為通電導(dǎo)線所在處的磁感應(yīng)強度，用B表示。2B的單位：特斯拉，用T表示，或Wb/m2。3B是矢量，磁場中某處磁感應(yīng)強度的方向就是該處磁場的方向。4均勻磁場：若磁場中各點的磁感應(yīng)強度大小相等，方向相同，稱為均勻磁場。2.1.4安培定則1安培定則（右手螺旋定則）：通電長直導(dǎo)體在其周圍產(chǎn)生磁場，它的磁感線方向與電流方向之間的關(guān)系，可以用安培定則判斷。2安培定則的內(nèi)容：右手握住導(dǎo)體，伸直拇指，拇指所指的方向表示電流的方向，彎曲的四指的方向表示磁感線方向。圖2.4直流電流的磁場 圖2.5螺線管電流的磁場2.1.5磁通量1磁通量：穿過磁場中的某一截面的磁感線的數(shù)量，稱為穿過

4、這個截面的磁通量，簡稱磁通，用表示，單位是Wb（韋伯）。2、磁通量的表達式：圖2.6磁通量2.1.6磁場對通電導(dǎo)線的作用1安培定律 安培力：通電直導(dǎo)線在磁場中受力，如圖2.7所示。圖2.7通電直導(dǎo)線在磁場中的受力 安培定律的表達式：2左手定則 用左手定則判斷安培力的方向。 如圖2.8所示為用左手定則判斷安培力的示意圖。圖2.8左手定則左手定則使用說明：伸開左手，使拇指與其余四指垂直，并且和手掌在一個平面上，把手放入磁場里，讓磁感線垂直穿入手心，并使四指指向電流方向，則拇指所指的方向就是安培力的方向?！舅摹⑿〗Y(jié)】1了解磁場、磁場的方向及磁感線。2掌握磁感應(yīng)強度的計算。3學習使用安培定則（右手定則

5、）判斷直流電流的磁場和螺線管電流的磁場。4掌握磁通量的計算方法。5學習使用左手定則判斷磁場對通電直導(dǎo)線的作用【五、習題】四、計算題：1、2。第二節(jié) 電磁感應(yīng)【教學目標】1 掌握電磁感應(yīng)及電磁感應(yīng)定律。2掌握楞次定律及右手定則【教學重點】感應(yīng)電動勢和磁通變化率之間的關(guān)系，即?！窘虒W難點】楞次定律?！窘虒W過程】【一、復(fù)習】磁通量的概念。【二、引入新課】 觀察圖2.10，想一想磁場產(chǎn)生電流需要什么條件，電流的大小和方向又是如何確定的呢？圖2.10利用磁場產(chǎn)生電流【三、講授新課】2.2.1電磁感應(yīng)及電磁感應(yīng)定律1電磁感應(yīng)當穿過某一閉合導(dǎo)體回路所圍面積的磁通量發(fā)生變化時，該回路中就會產(chǎn)生電流，這種現(xiàn)象稱

6、為電磁感應(yīng)現(xiàn)象。在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電流稱為感應(yīng)電流，產(chǎn)生的電動勢稱為感應(yīng)電動勢。2電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容：導(dǎo)線中的感應(yīng)電動勢E的大小和導(dǎo)線交鏈的磁通的變化率成正比，式中，N為線圈的匝數(shù) 上式中，只有當與導(dǎo)線交鏈的磁通變化時，E才有意義。 2.2.2楞次定律和右手定則1楞次定律內(nèi)容：閉合電路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流，它所產(chǎn)生的磁場總是阻礙原電路中磁通的變化。應(yīng)用楞次定律可以確定感應(yīng)電動勢的方向。圖2.11楞次定律2右手定則右手定則是確定導(dǎo)線切割磁感線所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢方向的簡便方法，其實質(zhì)是楞次定律的特殊情況。判斷方法：伸出右手，使拇指跟其余四指垂直，并且和手掌在一個平面內(nèi)，把手放入磁場中，

7、讓磁感線垂直穿入手心，拇指指向?qū)w運動方向，四指所指方向就是感應(yīng)電流的方向。如圖2.12所示。圖2.12右手定則切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，如圖2.13所示。圖2.13切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流【四、小結(jié)】1 了解電磁感應(yīng)現(xiàn)象，會應(yīng)用電磁感應(yīng)定律計算感應(yīng)電動勢。2 掌握楞次定律的應(yīng)用。【五、習題】一、是非題：1、2；三、填空題：1；四、計算題：3。第三節(jié)磁路的基本概念【教學目標】了解磁路的基本知識和磁路的種類。【教學重點】1磁路的基本知識。2磁路的種類?！窘虒W難點】磁通，包括：主磁通和漏磁通【教學過程】【一、復(fù)習】復(fù)習磁通的概念。【二、引入新課】拆開變壓器或電動機，可以看到它們的內(nèi)部都有鐵心，想一想鐵

8、心的作用？【三、講授新課】1磁路：通常由鐵心制成，而使磁通集中通過的回路，如圖2.17所示。圖2.17主磁通和漏磁通2主磁通：鐵心中的磁通F。3漏磁通：少量磁通通過周圍空氣構(gòu)成的回路（可忽略不計）。4磁通F ：線圈中電流有效值I與線圈匝數(shù)N的乘積稱為磁通勢，RM稱為磁阻。磁路歐姆定律F = I N / RM。注意：（1）磁阻 RM表示物質(zhì)對磁通具有的阻礙作用。不同物質(zhì)的磁阻不同。若鐵心中存在空氣隙，磁阻RM會增大許多。（2）磁路的歐姆定律只適用于鐵心非飽和狀態(tài)。5磁路舉例：【四、小結(jié)】了解磁路的基本知識和磁路的種類第四節(jié) 鐵磁性物質(zhì)【教學目標】了解鐵磁性物質(zhì)的磁化現(xiàn)象，了解磁滯現(xiàn)象，了解鐵磁材

9、料的分類及應(yīng)用?！窘虒W重點】1鐵磁材料的磁化現(xiàn)象及磁滯現(xiàn)象。2鐵磁材料的分類及應(yīng)用?！窘虒W難點】磁化及磁滯現(xiàn)象【教學過程】【一、復(fù)習】復(fù)習磁路的概念。【二、引入新課】日常生活中磁鐵是怎樣帶有磁性的，所有類型的磁性材料都可以做成鐵心嗎？電機或變壓器中的鐵心為什么都不是整塊材料呢？【三、講授新課】2.4.1鐵磁性物質(zhì)磁化現(xiàn)象1磁疇：鐵心自身有的自然磁性小區(qū)域。2磁化：鐵心中的磁疇沿外磁場作定向排列，產(chǎn)生附加磁場的現(xiàn)象，如圖2.19（b）所示。3鐵磁材料：能被磁化的材料（例如：鐵、鈷、鎳以及它們的合金和氧化物）。4鐵心的磁化過程可以用圖2.20描述。 （a） （b）圖2.19磁疇和鐵心的磁化 圖2.

10、20磁化曲線OA段：大部分磁疇的磁場沿外磁場方向排列，F(xiàn) 與I成正比且增加率較大。AB段：所有磁疇的磁場最終都沿外磁場方向排列，鐵心磁場從未飽和狀態(tài)過渡到飽和狀態(tài)。B點以后：稱為飽和狀態(tài)，鐵心的增磁作用已達到極限，同直線1。2.4.2磁滯現(xiàn)象1磁滯：當鐵心線圈通入交流電時，鐵心會隨交流電的變化而被反復(fù)磁化。在磁化過程中，由于磁疇本身存在“慣性”，使得磁通的變化滯后于電流的變化。2磁滯回線：反復(fù)磁化形成的封閉曲線，如圖2.21所示。圖2.21磁滯回線3磁滯損耗：鐵磁材料在磁化時，外磁場克服磁疇的“慣性”消耗的能量。4磁滯損耗是引起鐵心發(fā)熱的原因之一。2.4.3鐵磁材料的分類及應(yīng)用鐵磁材料根據(jù)磁滯

11、回線的形狀及其在工程上的應(yīng)用，可分為軟磁材料、硬磁材料和矩磁材料三類。1不同材料的磁滯回線：如圖2.22所示。圖2.22不同材料的磁滯回線2軟磁材料：磁滯損耗小的鐵磁材料，特點是磁滯回線狹長，面積小。3硬磁材料：磁滯損耗大的鐵磁材料，特點是磁滯回線寬大，面積大。4矩磁材料：磁滯回線接近矩形的鐵磁材料，特點是受較小的磁場的磁化就可以達到飽和，而去掉磁場后仍能保持飽和狀態(tài)。2.4.4渦流1渦流：交變的磁通穿過鐵心產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，因而會產(chǎn)生感應(yīng)電流，它圍繞磁感場線成旋渦狀流動，如圖2.23（a）所示。（a） （b）圖2.23渦流2渦流損耗：渦流在鐵心的電阻上引起的功率損耗。3減少渦流損耗：常將鐵心分成許多彼此絕緣的薄片（硅鋼片），使鐵心中的電阻增大而渦流減少，這樣可以有效的減少渦流損耗，如圖2.23（b）所示。4渦流的應(yīng)用：電磁爐【四、小結(jié)】1鐵磁材料的磁化過程可以用 F - I曲線描述。2磁路具有良好的導(dǎo)磁性能。就像電路具有良好的導(dǎo)電性能一樣。為了深入理解磁路的功能，表4.1將磁路和電路對比。3磁滯現(xiàn)象：在對鐵磁材料反復(fù)磁化過程中，由于磁疇的“慣性”使得磁通（磁感應(yīng)強度）的變化滯后于磁化電流（磁場強度）的變化。4根據(jù)磁滯回路面積的大小，可將鐵磁材料分成兩大類：磁滯回路面