汽車電工電子基礎 第2版 教案 項目2 電磁器件

電子講義第15頁共15頁項目二電磁器件任務一連接汽車閃光繼電器控制電路【任務目標】知識目標：認識閃光繼電器的類型及其作用；了解電容式閃光繼電器的工作過程。核心素養(yǎng)：養(yǎng)成規(guī)范操作的習慣，深刻理解規(guī)范不僅意味著把任務做完，更意味著將任務完成得更好。技能目標：具有檢測雙向開關和閃光繼電器的能力；具有連接轉向燈控制電路的能力。建議課時：4課時。【任務描述】汽車左右轉向燈或危險警報燈是在閃光繼電器控制下按規(guī)律的節(jié)奏閃爍。如當汽車要向右轉時，操作轉向控制開關見圖2-1b，汽車的前中后三盞右轉向燈在閃光繼電器的控制下，便會閃爍，提示汽車要向右轉；當汽車處在緊急狀態(tài)下可打開危險警報燈見圖2-1c，此時左右6盞轉向燈同時閃爍，以警示過往車輛和行人。【任務實施】連接汽車轉向燈控制電路實物圖。一、器材連接汽車轉向燈控制電路所需器材見表2-1。表2-1連接汽車轉向燈控制電路所需器材序號名稱實物圖序號名稱實物圖1導線2開關3斜口鉗4熔絲5剝線鉗6燈泡7蓄電池8數(shù)字萬用表9電容式閃光繼電器10雙向開關二、用數(shù)字萬用表檢查雙向開關用數(shù)字萬用表檢查雙向開關的方法見表2-2。表2-2數(shù)字萬用檢查雙向開關的方法檢測元件檢 測檢測示意圖讀數(shù)元件好壞雙向開關將開關置于中間位置，萬用表檢測開關兩端電阻為無窮大將開關置于左邊位置，萬用表檢測左邊電阻很小，右邊電阻無窮大將開關置于右邊位置，萬用表檢測右邊電阻很小，左邊電阻無窮大三、汽車轉向燈控制電路連接步驟汽車轉向燈控制電路連接步驟見表2-3。表2-3汽車轉向燈控制電路連接步驟步 驟 實施項目 實施示意圖123456步 驟 實施項目 實施示意圖78將雙向開關打到左邊，接通左轉向燈，觀察左邊燈泡閃爍情況9將雙向開關打到右邊，接通右轉向燈，觀察右邊燈泡閃爍情況10實訓完畢，關斷電源，按要求斷開連接導線，收好器件和儀表【檢測評價】檢測評價如表2-4所示表2-4檢測評價序號 實操活動 步 驟 評分細則 分值 得分1準備工作準備汽車轉向燈控制電路所需器材正確、充分準備電路，連接相關器材15檢測雙向開關正確檢測雙向開關，動作規(guī)范合理2熔絲連接正確連接熔絲動作規(guī)范合理，無操作失誤103雙向開關連接正確連接雙向開關動作規(guī)范合理，開關接腳連接正確154閃光繼電器連接線路正確連接閃光繼電器線路動作規(guī)范合理，正確連接閃光繼電器三個接腳，無操作失誤15序號實操活動步驟評分細則分值得分5左右燈泡并聯(lián)連接連接左燈泡連接右燈泡動作規(guī)范合理，正確連接左右燈泡，無操作失誤206營養(yǎng)提升小組團隊協(xié)作具有規(guī)范意識，團隊共同規(guī)范完成閃光繼電器控制電路的連接安全文明生產(chǎn)5安全文明生產(chǎn)按指導教師要求操作，操作完畢，把器材斷開并歸位，并進行工位清潔和整理，節(jié)約材料107時間操作時間為40min每超過1min扣1分10合計100【知識鏈接】汽車上所用的閃光繼電器又稱為閃光器，按其結構不同，可分為阻絲式、電容式和電子式三種。其中阻絲式又可分為熱絲式（電熱式）和翼片式（彈跳式），而電子式又可分為混合式（帶觸點的繼電器與電子元件）和全電子式（無繼電器）。一、電容式閃光器本任務以電容式閃光器為例作介紹，其結構和控制圖如圖2-2所示。圖2-1a中的轉向燈之所以能夠在電路接通后，發(fā)出有規(guī)律地閃爍現(xiàn)象，原因在于電路中設置了閃光器。這種器件工作的機理是：通過控制流入閃光器內(nèi)部線圈的電流，來改變閃光器鐵心產(chǎn)生的電磁力，進而控制閃光器內(nèi)部開關的閉合與斷開，達到控制閃光燈的亮滅狀態(tài)。圖2-2電容式閃光器結構和控制圖電子式閃光器電容式閃光器有個缺點就是燈光變化的頻率有所遲緩,所以不如電子式閃光繼電器用得多，電子式的繼電器工作更加可靠,使用時間長久。該類型的繼電器結構如圖2-3所示，該閃光器的三個管腳:B、L和E,其中B是12V的電源，L是閃光器的控制端，E是搭鐵端。閃光繼電器的內(nèi)部是集成電路和晶體管，通過輸出高電平的控制方式來實現(xiàn)轉向燈控制。圖2-3 電子式閃光器實物圖與結構示意圖如圖2-4所示是轉向燈電路圖，如果要實現(xiàn)向左的轉向，先是電流從蓄電池的正極出發(fā),通過保險絲和點火開關，這個保險絲我們一般稱為主保險絲。然后在通過一個保險絲到閃光繼電器的B端，閃光繼電器是電子式的,其實就是三極管的控制原理，在繼電器內(nèi)，先是B和E端形成回路，當我們把開關打到向左的位置，那么內(nèi)部的L電路就會打開,電流就從L端流出然后通過左邊的每一個轉向燈內(nèi)，再通過車身上的金屬外殼搭鐵回到蓄電池的負極,那么就形成了整個左轉向燈的控制了。圖圖2-4轉向燈電路圖項目二電磁器件任務二認識與測量電感線圈【任務目標】知識目標：辨析電感線圈的形狀與符號；了解電感線圈的電特性、主要性能指標及其分類。核心素養(yǎng)：掌握耗材的選擇技巧，養(yǎng)成勤儉節(jié)約的傳統(tǒng)美德。技能目標：具有檢測電感線圈的能力。建議課時：4課時?！救蝿彰枋觥咳蝿找恢校瑘D2-2所示的電容式閃光器內(nèi)部的磁器件是由線圈繞在鐵心上制作而成的。在日常實際生產(chǎn)生活中，電感線圈的用途很廣，如發(fā)電機、電動機、變壓器、電抗器和繼電器的繞組就是由各種各樣的線圈來制作的?！救蝿諏嵤恐谱鞑z測線圈。一、器材制作并檢測線圈所需器材如表2-5所示。表2-5制作并檢測線圈所需器材序號名稱實物圖序號名稱實物圖1漆包線2鉛筆2斜口鉗4數(shù)字萬用表二、制作及檢測線圈步驟制作及檢測線圈步驟見表2-6。表2-6制作及檢測線圈步驟步 驟實施項目實施示意圖1從漆包線上取出一段漆包線步驟實施項目實施示意圖2邊取邊將漆包線均勻地纏繞到鉛筆上，漆包線起點、終點頭都要露在外頭3將萬用表紅、黑表筆連接至線圈兩端，測量電阻值，并記錄【檢測評價】檢測評價見表2-7。表2-7檢測評價序號實操活動步驟評分細則分值得分1準備工作準備制作線圈所需器材正確充分準備相關器材152漆包線纏繞正確纏繞漆包線動作規(guī)范合理，纏繞均勻漆包線起點頭不能包在線圈里面，在鉛筆兩端有預留203線圈制作正確制作線圈動作規(guī)范合理，線圈厚度均勻線圈整體美觀204線圈測量正確測量線圈動作規(guī)范合理，測量步驟正確205素養(yǎng)提升勤儉節(jié)約意識包線選擇不宜過長，耗材選擇不宜過量，具有勤儉節(jié)約的工作意識和行為習慣5安全文明生產(chǎn)按指導教師要求操作，操作完畢，把器材斷開并歸位，進行工位清潔和整理，節(jié)約材料106時間操作時間為20min每超過1min扣1分10合計100說明：每項分都是扣完為止【知識鏈接】一、電感線圈形狀與符號由表2-6給出的線圈制作過程可知，電感線圈就是由外帶絕緣的導線（俗稱漆包線）一圈靠一圈地繞在絕緣管上。絕緣管可以是空心的，也可以包含鐵心或磁粉芯，其常見形狀如圖2-5所示。電感線圈的符號如圖2-6所示。圖2-5缺心形狀一般電感帶磁心電感帶鐵心電感空心變壓器鐵心變壓器圖2-6電感線圈符號二、電感線圈的電特性電感線圈的電特性：通低頻，阻高頻。高頻信號通過線圈時會遇到很大的阻力，很難通過；而對低頻信號通過它時所呈現(xiàn)的阻力則比較小，即低頻信號可以較容易的通過它。線圈對直流電的電阻幾乎為零。根據(jù)這一特性，電感線圈被廣泛用到濾波、振蕩和陷波等電路上。三、電感線圈主要性能指標1.電感量電感量表示線圈本身固有特性，與電流大小無關。線圈的電感用L表示，常用的單位有亨利(H)、毫亨利(mH)、微亨利(μH)，1H=103mH=106μH。電感線圈的電感量常見的有四種標示法：（1）直標法它是在電感線圈的外殼上直接用數(shù)字和文字標出電感線圈的電感量，后綴字母代表誤差等級：J（5%）、K（10%）、M（20%），例如：470mHK表示標稱電感量為470mH，允許偏差為±10%。（2）文字符號法它是將電感器的標稱值和允許偏差值用數(shù)字和文字符號按一定規(guī)律組合標示在電感體上。采用這種標示方法的通常是小功率電感器，其單位通常是nH或pH，用N或R代表小數(shù)點。例如2N9表示電感量為2.9nH，4R7則代表電感量為4.7mH。47N表示電感量為47nH。（3）數(shù)碼表示法它是用三位數(shù)字來表示電感量。從左至右的第一、二位為有效數(shù)字，第三位表示有效數(shù)字后0的個數(shù)（單位為mH）。如圖2-7所示的，151表示15*101mH，470表示47mH。（4）色標法即用色環(huán)表示電感量，單位為μH，第一二位表示有效數(shù)字，第三位表示倍率，第四位為誤差。這種標示法與色環(huán)電阻類似。如圖2-8所示。圖2-7數(shù)碼標示電感器圖2-8色環(huán)電感器2.感抗電感線圈對交流電流阻礙作用的大小稱感抗XL，單位是歐姆,符號Ω。它與電感量L和交流電頻率f的關系為XL=2πfL3.品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)Q是表示線圈質(zhì)量的一個物理量，Q為感抗XL與其等效的電阻的比值，即：Q=XL/R。線圈的Q值越高，回路的損耗越小。線圈的Q值與導線的直流電阻，骨架的介質(zhì)損耗，屏蔽罩或鐵心引起的損耗，高頻趨膚效應的影響等因素有關。線圈的Q值通常為幾十到幾百。4.分布電容任何電感線圈，其匝與匝之間、層與層之間，線圈與參考地之間，線圈與磁屏蔽罩間等都存在一定的電容，這些電容稱為電感線圈的分布電容。若將這些分布電容綜合在一起，就成為一個與電感線圈并聯(lián)的等效電容C。分布電容的存在使線圈的Q值減小，穩(wěn)定性變差，因而線圈的分布電容越小越好。四、電感線圈的分類常用的電感線圈的分類大致有以下幾種：（1）按電感形式分類可分為固定電感、可變電感。（2）按導磁體性質(zhì)分類可分為空心線圈、鐵氧體線圈、鐵心線圈、銅心線圈。（3）按工作性質(zhì)分類可分為天線線圈、振蕩線圈、扼流線圈、陷波線圈、偏轉線圈。（4）按繞線結構分類可分為單層線圈、多層線圈、蜂房式線圈、密繞式線圈、間繞式線圈、脫胎式線圈、亂繞式線圈。（5）按工作頻率分類可分為高頻線圈、低頻線圈常見類型如圖2-9所示。圖2-9電感線圈類型五、電感線圈的檢測在日常的使用中，電感線圈的檢測一般是利用萬用表電阻檔來測量線圈的直流電阻，再與原確定的阻值或標稱阻值相比較，如果所測阻值比原確定阻值或標稱阻值增大許多，甚至萬用表上顯示的數(shù)值為1（即阻值趨向無窮大）可判斷線圈斷線；若所測阻值比原確定阻值或標稱阻值小很多，則判定線圈間存在短路，不能用。如果檢測電阻與原確定的或標稱阻值相差不大，可判定此線圈是好的。項目二電磁器件任務三認識與檢測電容器【任務目標】知識目標：理解電容器的定義；辨析電容器的特性、型號命名及其分類；/并聯(lián)的特點。核心素養(yǎng)：小組分工明確，合作有序，養(yǎng)成團隊合作精神、節(jié)約意識和整齊有序的審美觀。技能目標：探究電容器的串/聯(lián)連接和檢測方法；掌握固定電容器的檢測方法。建議課時：4課時?！救蝿彰枋觥侩娙萜魅菁{電荷的本領稱為電容，用字母C表示。電容器是電子設備中大量使用的電子元件之一，廣泛應用于電路中的隔直通交、耦合、旁路、濾波、調(diào)諧回路、能量轉換、控制等方面。任何兩個彼此絕緣且相隔很近的導體（包括導線）間都構成一個電容器?！救蝿諏嵤侩娙萜鞔?并聯(lián)連接。一、器材電容器串/并聯(lián)連接線路所需器材如表2-8所示。表2-8電容器串/并聯(lián)連接線路所需器材序號 名 稱 實物圖序號 名 稱 實物圖1導線2100pF電容器2斜口鉗和剝線鉗547F電容器3數(shù)字萬用表6330F電容器二、用數(shù)字萬用表檢查電容器用數(shù)字萬用表檢查電容器方法見表2-9。表2-9數(shù)字萬用表檢查電容器的方法序號檢測元件檢測示意圖讀數(shù)元件好壞1測量1000pF以下的固定電容器：用萬用表R×200M檔位，用兩表筆分別任意接電容器的兩個引腳21000pF~200F的固定電容器：把數(shù)字萬用表檔位置于電容檔的相應量程，把待測電容器的兩個引腳插入CX端子，觀察萬用表顯示屏顯示的數(shù)值3檢測200F以上的電解電容器：用數(shù)字萬用表的R×200k檔以上檔位直接測試電容器有無充電過程以及有無內(nèi)部短路或漏電三、電容器串/并聯(lián)連接步驟電容器串/并聯(lián)連接步驟如表2-10所示。表2-10電容器串/并聯(lián)連接步驟步 驟 實施項目 實施示意圖123步 驟 實施項目 實施示意圖456【檢測評價】檢測評價見表2-11。表2-11檢測評價序號實操活動 步 驟評分細則分值得分1準備工作準備電容器串/接電路所需器材并聯(lián)連正確、充分準備相關器材152檢查元件用數(shù)字萬用表檢查元件動作規(guī)范合理正確選擇不同電容容量的檢測檔位正確使用數(shù)字萬用表檢查元件203電容器C1、C2、C3串聯(lián)連接及測量串聯(lián)電容器測量電容器動作規(guī)范合理204電容器C1、C2、C3并聯(lián)連接及測量并聯(lián)電容器測量電容器動作規(guī)范合理205素養(yǎng)提升工整美觀/并聯(lián)連接工整規(guī)范，線路有序美觀5安全文明生產(chǎn)按指導教師要求操作，操作完畢，把器材斷開并歸位，并進行工位清潔和整理，節(jié)約材料106時間操作時間為30min每超過1min扣1分10合計100說明：每項分都是扣完為止【知識鏈接】一、電容器結構與符號任何兩個彼此絕緣又相距很近的導體，就可以組成一個電容器。這兩個導體稱為電容器的兩個極板，中間的絕緣材料稱為電容器的介質(zhì)。結構和符號如圖2-10所示。在實際制作中，為了增大極板間的正對面積，通常采用圓柱形狀制作電容器，其結構和實物圖如圖2-11所示。常見電容器的符號如圖2-12所示（有極性電容器有4種）。圖2-10電容器結構a）b）圖2-11圓柱形電容器a）圓柱形電容器結構b）實物圖電容器（無極性）有極性電容器可變電容器圖2-12常見電容器符號電容是用來反映電容器儲存電荷的能力，它等于電容器儲存電荷量Q與電容器兩端所加電壓U的比值。即C=Q/U電容的單位是法拉，簡稱法，用F表示，常用的還有微法（uF）和皮法（pF）。1F=106uF=1012pF對同一個電容器來說，Q/U的比值是個常數(shù)。即電容器兩端所加的電壓越大，電容器儲存的電荷量就越多，但所加電壓不能超過電容器上所標的額定電壓。不同的電容器，Q/U的數(shù)值不同。想一想：有人根據(jù)C=Q/U，認為電容器兩端所加的電壓U越大，電容C就越小，對嗎？為什么？想一想：有人根據(jù)C=Q/U，認為電容器兩端所加的電壓U越大，電容C就越小，對嗎？為什么？平行板電容器電容。平行板電容器電容只與電容器的極板正對面積S、極板間距離d以及極板間電介質(zhì)的介電常數(shù)ε有關，而與外加電壓的大小等外部條件無關。即C=εS/d式中S、d、ε的單位分別是m2、m、F/m真空中的介電常數(shù)ε0約等于8.86*10-12F/m，某種介質(zhì)的介電常數(shù)ε與ε0之比，稱為介質(zhì)的相對介電常數(shù)，用εr表示，氣體的相對介電常數(shù)約為1。二、電容器的特性1.隔直流電通交流電利用EWB仿真軟件測試電容的隔直流通交流特性如圖2-13所示，圖a為電路施加12V直流電時，模擬萬用表上的測量電壓為0V，圖b為電路施加12V/50Hz交流電時，模擬萬用表上的測量電壓為10.16V，測試結果表明電容具有阻止直流電流通過，允許交流電流通過的能力。利用這個特性，可以把電容用在濾波、信號耦合等場合。a）b）圖2-13利用EWB仿真軟件對電容隔直流通交流電的測試a）電路施加直流電b）電路施加交流電2.充放電在在充電和放電過程中，兩極板上的電荷有積累過程，即電壓有建立過程。因此，在充放電過程中電容器上的電壓不能突變。（1）電容器的充電：兩極板分別帶等量異種電荷，每個極板帶電量的絕對值叫做電容器的帶電量（2）電容器的放電：電容器兩極正負電荷通過連接兩極之間的導線或導線與器件中和。在放電過程中導線上有短暫的電流產(chǎn)生。3.容抗電容器對交流電流阻礙作用的大小稱容抗Xc，單位是歐姆,符號Ω。它與電容C和交流電頻率f的關系為Xc=1/2πfC三、電容器型號命名國產(chǎn)電容器的型號一般由四部分組成（不適用于壓敏、可變、真空電容器）。依次分別代表名稱、材料、分類和序號。第一部分：名稱，用字母表示，電容器用C。第二部分：材料，用字母表示。如：A-鉭電解、B-聚苯乙烯等非極性薄膜、C-高頻陶瓷、D-鋁電解、E-其他材料電解、G-合金電解、H-復合介質(zhì)、I-玻璃釉、J-金屬化紙、L-滌綸等極性有機薄膜、N-鈮電解、O-玻璃膜、Q-漆膜、T-低頻陶瓷、V-云母紙、Y-云母、Z-紙介第三部分：分類，一般用數(shù)字表示，個別用字母表示。第四部分：序號，用數(shù)字表示。四、電容器分類（1）按結構分類可分為固定電容器、可變電容器和微調(diào)電容器。（2）按電解質(zhì)分類可分為有機介質(zhì)電容器、無機介質(zhì)電容器、電解電容器、電熱電容器和空氣介質(zhì)電容器等。（3）按用途分有可分為高頻旁路、低頻旁路、濾波、調(diào)諧、高頻耦合、低頻耦合、小型電容器。（4）按制造材料的不同可以分為可分為瓷介電容、滌綸電容、電解電容、鉭電容，還有先進的聚丙烯電容等等。五、固定電容器的檢測方法1）檢測1000pF以下的小電容器。測量示意圖見表2-9序號1，選用萬用表R×200k及以上檔位，用兩表筆分別任意接電容器的兩個引腳，所測的阻值應為無窮大。若測出固定阻值或阻值為零，則說明電容器漏電損壞或內(nèi)部擊穿。2）檢測1000pF～200μF固定電容器，其測量示意圖見表2-9序號2所示。把數(shù)字萬用表檔位至于測電容檔，把待測電容器的兩個引腳插入CX端子，觀察萬用表顯示屏顯示的數(shù)值。如果顯示的測量值與電容器的標稱值相近，表示電容器完好；反之，表示電容器損壞。3）對于200μF以上的電解電容器，測量示意圖見表2-9步序號3，可用數(shù)字萬用表的R×200k或以上檔位直接測試電容器有無充電過程以及有無內(nèi)部短路或漏電。如果電容器完好，則萬用表上的數(shù)字會不斷變化，直至萬用表顯示1；如果電容器有漏電，則萬用表上的顯示數(shù)字不會是1，而是某一個數(shù)字；如果電容器擊穿短路，則萬用表顯示的數(shù)字約為0；如果萬用表的數(shù)字不會變化，一直為1，則表示電容器內(nèi)部開路。六、電容器的串、并聯(lián)在日常使用中，有時為了滿足電路對電容器容量或耐壓的需求，需要對手頭擁有的電容器做適當?shù)倪B接變化，電容器的連接分為串聯(lián)和并聯(lián)兩種。1.電容器的串聯(lián)電容器的串聯(lián)電路如圖2-14所示。它是兩個以上的電容按照兩兩之間的引腳相互串接起來的一種連接方式，類似于電阻的串聯(lián)。CC1C2C3圖2-14電容器串聯(lián)電容器串聯(lián)后具備以下特點：1）電容器串聯(lián)后，每個電容器上所充的電荷量Q相同，即Q1=Q2=…Qn=Q2）電容器串聯(lián)后，加在電路兩端的電壓U等于各電容器上的電壓之和。即U=U1+U2+…+Un3）串聯(lián)后的電容器總電容C的倒數(shù)等于各電容器的電容倒數(shù)之和。即1/C=1/C1+1/C2+1/C3+…+1/Cn，即電容器串聯(lián)后，總電容減少。對于圖2-13，如果C1=C2=C3=1500uF，則串聯(lián)后總電容C=500uF。其等效變換如圖2-14所示。CC1C2C3CC圖2-15串聯(lián)電路等效變換圖4）電容器串聯(lián)后，電容大的電容器上所分配的電壓小，電容小的電容器分配的電壓大。即各電容器上分配的電壓和它的容量成反比。例2-1：C1、C2兩個電容器串聯(lián)后，接上60V的電壓，其中C1=3uF，C2=6uF，計算兩個電容器所承受的電壓各是多少？解：依據(jù)總電容C的倒數(shù)等于C1的倒數(shù)與C2的倒數(shù)之和，即1/C=1/C1+1/C2得C=C1C2/（C1+C2）=3*6/（3+6）=2(uF).各電容器上所充的電荷量Q相等，即Q=CU=2*60=120（uFV）U1=Q/C1=120/3=40（V）U2=Q/C2=120/6=20（V）注意：當n個電容器串聯(lián)后，串聯(lián)電容器組的總耐壓值為單個電容器耐壓值的n倍。故當容量和耐壓值都不同的電容器串聯(lián)時，必須使任何一個電容器上所分的電壓不超過其規(guī)定耐壓，否則，會造成電容器因耐壓不足而被擊穿爆炸現(xiàn)象。注意：當n個電容器串聯(lián)后，串聯(lián)電容器組的總耐壓值為單個電容器耐壓值的n倍。故當容量和耐壓值都不同的電容器串聯(lián)時，必須使任何一個電容器上所分的電壓不超過其規(guī)定耐壓，否則，會造成電容器因耐壓不足而被擊穿爆炸現(xiàn)象。2.電容器的并聯(lián)電容器的并聯(lián)電路如圖2-16所示。它是兩個以上的電容按照兩兩之間的引腳相互并接起來的一種連接方式，類似于電阻的并聯(lián)。CC1C2C31000p2200p4700p圖2-16電容器并聯(lián)電容器并聯(lián)后具備以下特點：1）電容器并聯(lián)后，加在每個電容器上的電壓U相同，即U1=U2=…Un=U2）電容器并聯(lián)后，電容器儲存的總電荷量Q等于每個電容器上所儲存的電荷量之和。即Q=Q1+Q2+…+Qn3）并聯(lián)后的電容器總電容C等于各電容器的電容之和。即C=C1+C2+…+Cn，即電容器并聯(lián)后，總電容增大。對于圖2-16，如果C1=1000p，C2=2200p，C3=4700p，則并聯(lián)后總電容C=7900p。其等效變換如圖2-17所示。圖2-17并聯(lián)電路等效變換圖注意：電容器并聯(lián)使用時，必須使所加的電壓不能大于任何一個電容器上的規(guī)定耐壓，否則，會造成電容器因耐壓不足而被擊穿爆炸現(xiàn)象。注意：電容器并聯(lián)使用時，必須使所加的電壓不能大于任何一個電容器上的規(guī)定耐壓，否則，會造成電容器因耐壓不足而被擊穿爆炸現(xiàn)象。項目二電磁器件任務四認識與運用磁場【任務目標】知識目標：及相關物理量；作用；掌握通電線圈在繼電器中的應用。核心素養(yǎng)：逐漸養(yǎng)成探索工程領域復雜實驗和工程問題的精神，善于觀察和總結分析問題。技能目標：探究用鐵屑及條形磁鐵模擬磁場分布實驗；探究通電直導線產(chǎn)生的磁場及磁感線；探究通電線圈產(chǎn)生的磁場及磁感線；探究通電線圈磁場強弱與流過電流大小和線圈匝數(shù)的關系。建議課時：6課時?！救蝿彰枋觥科嚿系碾妱訖C、發(fā)電機的工作都與磁場密切相關。磁場是一種看不見、摸不著的特殊物質(zhì)，雖然它不是由原子或分子組成的，但卻是客觀存在的。本任務借助相關實驗來介紹磁場產(chǎn)生過程和相關概念?！救蝿諏嵤看艌稣J知。一、器材磁場認知實驗所需器材見表2-12。表2-12磁場認知實驗所需器材序號 名 稱 實物圖序號 名 稱 實物圖1磁鐵6直導線2蓄電池7通孔平板及線圈3開關8滑動變阻器4限流電阻9自攻長鐵螺釘和大頭針5小磁針10漆包線二、用鐵屑及條形磁鐵模擬磁場分布實驗用鐵屑及條形磁鐵模擬磁場分布實驗的步驟見表2-13。表2-13用鐵屑及條形磁鐵模擬磁場分布實驗步驟步 驟 實施項目 實施示意圖1將條形磁鐵放置在一塊平板玻璃上2往放置條形磁鐵的玻璃上撒鐵屑粉，觀察鐵屑粉的分布情況3在條形磁鐵的周邊放置小磁針，觀察小磁針偏轉現(xiàn)象三、通電直導線產(chǎn)生的磁場及磁感線通電直導線產(chǎn)生的磁場及磁感線實驗步驟見表2-14。表2-14通電直導線產(chǎn)生的磁場及磁感線實驗步驟步 驟實施項目實施示意圖1仿照項目一串并聯(lián)電路的連接方法，用導線串聯(lián)連接蓄電池、開關、電阻。小磁針放在直導線旁邊該實驗在無風無干擾環(huán)境中進行，右圖為直導線未通電時的情況2直導線通電時，觀察小磁針的偏擺步 驟實施項目實施示意圖3改變直導線通電電流方向，觀察小磁針的偏擺四、通電線圈產(chǎn)生的磁場及磁感線通電線圈產(chǎn)生的磁場及磁感線實驗如表2-15所示。表2-15通電線圈產(chǎn)生的磁場及磁感線實驗步驟步 驟實施項目實施示意圖1右圖是在通孔平板上用導線連接蓄電池與線圈，線圈周圍放置鐵屑和小磁針，線圈未通電2線圈通電時，觀察鐵屑和小磁針的分布情況3線圈電流方向改變時，觀察鐵屑和小磁針的分布情況4根據(jù)右手螺旋定則判別磁感線方向五、通電線圈磁場強弱與流過電流大小和線圈匝數(shù)關系通電線圈磁場強弱與流過電流大小和線圈匝數(shù)實驗步驟見表2-16。表2-16通電線圈磁場強弱與流過電流大小和線圈匝數(shù)實驗步驟步 驟實施項目實施示意圖1在自攻長鐵螺釘上纏繞導線，形成通電線圈，連接蓄電池、開關、滑動變阻器和線圈，開關閉合后用自攻長鐵螺釘去吸附大頭針，右圖為滑動變阻器位于中間位置時，觀察吸附大頭針的數(shù)量2改變流入線圈的電流大小，觀察到的現(xiàn)象3改變線圈匝數(shù)觀察到的現(xiàn)象【檢測評價】檢測評價見表2-17。表2-17檢測評價序號實操活動步驟評分細則分值得分序號實操活動步驟評分細則分值得分1準備工作準備實驗所需器材正確、充分準備相關器材102用鐵屑及條形磁鐵模擬磁場分布觀察鐵屑及條形磁鐵模擬磁場分布的情況動作規(guī)范合理鐵屑分布均勻103通電直導線產(chǎn)生的磁場及磁感線觀察通電直導線產(chǎn)生的磁場及磁感線動作規(guī)范合理導線連接正確154通電線圈產(chǎn)生的磁場及磁感線觀察通電線圈產(chǎn)生的磁場及磁感線動作規(guī)范合理正確改變正負極小磁針不受干擾205通電線圈磁場強弱與流過電流大小和線圈匝數(shù)的關系驗證通電線圈磁場強弱與流過電流大小和線圈匝數(shù)的關系動作規(guī)范合理電路連接正確正確改變正負極大頭針能被吸附206素養(yǎng)提升探索精神具有探索工程領域復雜實驗和工程問題的精神，善于觀察和總結分析問題10安全文明生產(chǎn)按指導教師要求操作，操作完畢，把器材斷開并歸位，并進行工位清潔和整理，節(jié)約材料107時間操作時間為40min每超過1min扣1分10合計100【知識鏈接】一、磁體及性質(zhì)觀察表2-13步驟2的現(xiàn)象，我們把金屬條吸引鐵、鎳、鈷等金屬的性質(zhì)就稱為磁性。具有磁性的物體叫磁體。常見的磁體有條形、馬蹄形、圓形等，其實物如圖2-18所示。磁體上磁性最強的部位叫磁極。任何磁體都有兩個磁極，而且無論怎樣把磁體分割，磁體總保持兩個磁極，通常以S表示磁體的南極，以N表示磁體的北極。磁極間的相互作用力叫磁力，磁極間相互作用的規(guī)律是：同性相斥，異性相吸，如圖2-19所示。原來沒有磁性的鐵磁物質(zhì)，放在磁鐵旁邊會獲得磁性，這一現(xiàn)象叫磁化。被磁化的鐵磁物質(zhì)遠離磁鐵后仍保留一定的磁性，叫剩磁。圖2-18常見磁體形狀圖2-19磁體間相互作用示意圖只有鐵磁性物質(zhì)才能被磁化，而非鐵磁性物質(zhì)是不能被磁化的。這是因為鐵磁物質(zhì)可以看作是由許多被稱為磁疇的小磁體所組成。在無外磁場作用時，磁疇排列雜亂無章，磁性互相抵消，對外不顯磁性；但在外磁場作用下，磁疇就會沿著外磁場方向變成整齊有序的排列，所以整體也就具有了磁性。對鐵磁材料，可以分為以下幾類：（1）硬磁材料特點：不易磁化，不易退磁；典型材料及用途：碳鋼、鈷鋼等，適合制作永久磁鐵，揚聲器的磁鋼。（2）軟磁材料特點：容易磁化，容易退磁；典型材料及用途：硅鋼、鑄鋼、鐵鎳合金等，適合制作電機、變壓器、繼電器等設備中的鐵心。（3）矩磁材料特點：很易磁化，很難退磁；典型材料及用途：錳鎂鐵氧體、鋰錳鐵氧體等，適合制作磁帶、計算機的磁盤。二、磁場及磁感線通過表2-13實驗可知，條形磁鐵周圍存在磁力作用的空間，當鐵屑置入該空間時，就要受到磁力的作用，鐵屑在這個磁力的作用下，產(chǎn)生有規(guī)則的排列，人們通常把這個磁體（條形磁鐵）產(chǎn)生的磁力空間稱為磁場。為了形象地表示磁場在空間各點的強弱和方向，人們是根據(jù)圖2-19所示的小磁針在磁體周圍磁場的作用下有規(guī)則地排列的實驗想象出磁感線，沿著磁體的N極出發(fā)，依次順著小磁針S、N極，再到磁體S極，最后再回到磁體N極所組成的閉合曲線就是磁感線。即磁感線是一條條從磁體北極沿磁體周圍空間到磁體南極，然后再通過磁體內(nèi)部回到北極的閉合曲線。曲線上每一點的切線方向（即小磁針N極在該點的指向）就表示該點的磁場方向，曲線在某處的疏密程度（單位面積內(nèi)的磁感線條數(shù)）就表示該處的磁場強弱。由圖2-20所示的還可以發(fā)現(xiàn)，在靠近N、S極附近，鐵屑比較密集，磁場強，遠離N、S極，鐵屑分布比較稀疏，磁場弱。圖2-20條形磁鐵周圍小磁針分布圖2-21條形磁鐵周圍鐵屑分布在磁場分布的某一區(qū)域，如果磁感線是一些方向相同分布均勻的平行直線，那么稱這一區(qū)域為均勻磁場。三、通電導線或線圈產(chǎn)生的磁場及磁感線1．通電導線產(chǎn)生的磁場及磁感線表2-14實驗是奧斯特電流磁場實驗。奧斯特電流磁場實驗過程表明，通電的直導線周圍會產(chǎn)生磁場，并且流過直導線的電流的大小和方向不同，會引起直導線各點周圍磁場的強度和方向都隨之改變。通電直導線產(chǎn)生磁場的方向可以用右手螺旋定則（也稱安培定則）來判定，如圖2-22所示。用右手握住圖2-22a的導線，伸直的大拇指的方向與流經(jīng)導線的電流方向一樣，則彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向。通電直導線周圍磁場的磁感線是一些以導線上各點為圓心的同心圓，這些同心圓都在與導線垂直的平面上，如圖2-22所示。a）b）圖2-22通電直導線磁感線方向判別和分布a）磁感線方向判別b）通電直導線的磁感線分布2．通電線圈產(chǎn)生的磁場及磁感線

由表2-15實驗可知，當線圈通電后會產(chǎn)生磁場。通電線圈產(chǎn)生磁場的方向也可以用右手螺旋定則來判定，如表2-15中步驟4圖所示。用右手握住線圈，四個手指的指向與流經(jīng)線圈的電流方向一樣，則大拇指所指的方向就是磁感線的方向。在線圈外部，磁感線從N極出來進入S極，線圈內(nèi)部的磁感線方向由S極指向N極，并和外部的磁感線形成閉合曲線。我們還可以通過表2-16自制實驗來進一步證明：通電線圈產(chǎn)生磁場的強弱，不僅與線圈通過的電流大小有關，而且還與線圈的匝數(shù)有關，即與線的電流和匝數(shù)的乘積成正比。四、磁場基本物理量1．磁感應強度

做一下圖2-23所示的實驗，實驗器材有，電池、導線、直導線、電流表、滑動變阻器、開關、固定架、U形磁鐵。b）c）圖2-23通電直導線在電磁場受力實驗a）通電前b）通電后，直導線運動c）更換磁級，直導線向相反方向運動實驗時，先保持直導線通電部分的長度不變，改變滑動變阻器，來改變通過直導線電流大小；然后在改變直導線通電長度。比較兩次實驗觀察的結果，發(fā)現(xiàn)，通電導線長度一定時，流過的電流越大，導線受到電磁力越大，運動越快；電流一定時，通電直導線越長，收到的電磁力越大，運動越快。習慣上，把在磁場中，垂直于磁場方向的通電導線，所受的電磁力F與導線通過的電流I和導線通電的長度L的乘積IL的比值稱為該處的磁感應強度，用B表示，即B=F/IL，單位是特斯拉（T），也就是韋伯/平方米（Wb/m2）。磁感應強度是一個矢量，它的方向就是該點的磁場方向，可用右手螺旋定則來確定。在同一個磁場的磁感線分布圖上，磁感線越密的地方磁感應強度越大、磁場越強。如果磁場內(nèi)各點的磁感應強度的大小相等、方向相同，這樣的磁場則稱為均勻磁場。

2．磁通

觀察圖2-24所示，在條形磁鐵分布的磁場周圍，放置一個面積為S的平面。假設在平面放置處的磁感應強度為B，且平面與磁感線垂直。則，定義磁感應強度B與平面面積S的乘積，稱為穿個這個平面的磁通量，簡稱磁通，用Ф表示，單位是韋伯（Wb），也就是伏秒（V·S）。圖2-24磁通計算示意圖如果磁場不與所討論的平面垂直，則計算時，應以平面在垂直于磁感線方向的投影面積S’與B的乘積來計算磁通。當面積一定時，通過該面積的磁感線越多，則磁通越大，磁場越強。從Ф=BS，可得B=Ф/S，這表示磁感應強度等于穿過單位面積的磁通，所以磁感應強度又稱磁通密度，用Wb/m2作單位。3．磁導率

如果把表1-16實驗所用的鐵螺絲釘改為銅制的銅棒，然后再通電線圈去吸附大頭針，發(fā)現(xiàn)吸的大頭針數(shù)目大大減少。這表明不同的媒介質(zhì)對磁場的影響不同，影響程度與媒介質(zhì)的導磁性能有關。磁導率是表征媒介質(zhì)磁化性質(zhì)的物理量，用符號μ表示，單位是亨利/米（H/m）。4．磁場強度

由表1-16的實驗證明，通電線圈磁感應強度的大小與線圈的匝數(shù)、線圈長度及電流強度有關，它們之間存在以下關系：B0=μ0NI/L式中：B0—通電線圈的磁感應強度，單位T；μ0—真空的磁導率，單位H/m；N—線圈的匝數(shù)；L—線圈長度，單位m；I—線圈中的電流，單位A。如果線圈是置放在磁導率為μr的媒介質(zhì)，則磁感應強度：B=μrμ0NI/L=μNI/L由于磁感應強度與媒介質(zhì)的磁導率有關，為了計算簡便，引入磁場強度這一物理量。磁場中的某點磁場強度等于該點磁感應強度B與媒介質(zhì)磁導率μ的比值，用H表示。即：H=B/μ將B=μNI/L代入，可得H=NI/L，其單位為安培/米（A/m）。由H=NI/L可知，磁場強度的數(shù)值只與流過線圈電流的大小、匝數(shù)和長度有關，與磁場媒介質(zhì)的磁導率無關。即在一定電流下，同一點的磁場強度不因磁場媒介質(zhì)的不同而改變。五、磁場對電流的作用1．磁場對通電直導體的作用由圖2-23的實驗可知，通電的直導體在磁場中會受到力的作用而產(chǎn)生移動，習慣上，把通電的直導體在磁場中所受的作用力稱為電磁力（或安培力），單位是牛（N）。通電直導體在磁場中所受作用力的方向，可用左手定則判定：如圖2-25所示，將左手伸開，使拇指與四指垂直，讓磁感線垂直穿過掌心，四指朝向導體電流的方向，大拇指所指的方向就是導體所受安培力的方向。（注：圖上虛線箭頭示磁力線方向，紅色箭頭示電流方向，黑色箭頭示導體的運動方向）圖2-25電磁力判定利用磁感應強度表達式B=F/IL?？傻秒姶帕Φ挠嬎闶綖椋篎=BIL如果電流方向與磁場方向不垂直，而是有一個夾角α，這時通電直導體的有效長度變?yōu)長sinα，電磁力的計算公式變?yōu)椋篎=BILsinα從上式可知，α=900時，即sin900=1，也就是直導體的電流方向與磁場垂直，電磁力最大；當α=00時，即sin00=0，也就是直導體的電流方向與磁場平行時，電磁力最小為0（N）。2．磁場對通電矩形線圈的作用做一下圖2-26所示裝置的實驗。實驗器材有：滑動變阻器、蓄電池、導線、固定磁鐵、矩形線圈、換向器、電刷、開關。圖2-26磁場對矩形線圈的作用當按照圖2-26所示的電路連接好導線后，閉合開關，發(fā)現(xiàn)矩形線圈會順時針旋轉起來。線圈的旋轉方向可按左手定則加以驗證。圖中靠近S極的導線，電流方向由外向里，根據(jù)左手定則，其受力向上，靠近N極的導線，電流方向由里向外，根據(jù)左手定則，其受力向下，線圈按順時針轉動。當線圈平面與磁場方向垂直，即流過線圈的電流方向與磁場方向平行時，線圈收到的電磁力變?yōu)?，但由于慣性，線圈還會轉動，通過換向器的作用，線圈又重復上述過程，連續(xù)旋轉。改變滑動變阻器的位置，請觀察線圈的轉速發(fā)生什么變化？磁場對矩形線圈的作用，也是電動機工作的基本原理。六、通電線圈在汽車電氣系統(tǒng)的應用1．在汽車繼電器的應用汽車上常用的繼電器有：閃光（轉向）繼電器、喇叭繼電器、刮水繼電器和起動繼電器等。下面重點介紹電容式閃光繼電器工作過程，其他繼電器的工作原理自行分析。電容式閃光繼電器的工作過程為（參見圖2-2）。如當汽車要向左拐彎時，撥動汽車上的轉向開關至向左位置（轉向燈開關11向左撥動），電流從蓄電池正極、電源開關，接線柱B、線圈3、繼電器觸點2、接線柱L、開關11、左轉向燈（圖中標號10）、搭鐵、蓄電池負極構成回路。此時，線圈4、電容器（圖中標號6）、及電阻（圖中標號7）被觸點2短路，而無電流流過。電流流經(jīng)線圈3所產(chǎn)生的電磁吸力大于彈簧片1的作用力，觸點2被迅速打開，轉向燈處于滅狀態(tài)；當觸點2打開后，蓄電池通過線圈4向電容器充電，充電電流流向為，蓄電池正極、電源開關，接線柱B、線圈3、線圈4、電容器、接線柱L、開關11、左轉向燈（圖中標號10）、搭鐵、蓄電池負極構成回路，由于線圈4電阻很大，充電電流很小，不足以使轉向燈點亮，隨著電容器所充的電壓不斷升高，電流進一步減小，此時線圈3、線圈4產(chǎn)生的電磁吸力不足于克服彈簧片1的作用力，觸點2閉合，觸點2閉合后，轉向燈點亮；轉向燈亮以后，也就是觸點2閉合，此時，電容器通過線圈4、觸點2放電，放電電流流經(jīng)線圈4所產(chǎn)生的電磁吸力與線圈3產(chǎn)生的電磁吸力相反，電磁吸力減弱，觸點2繼續(xù)閉合，隨著放電的進行，放電電流減小，線圈4產(chǎn)生的電磁吸力減小，線圈3產(chǎn)生的電磁吸力增大，大于彈簧片1的作用力后，觸點2又打開，轉向燈熄滅。轉向燈就是在上述的控制過程中，如此循環(huán)動作，而發(fā)出有規(guī)律的閃爍。電阻7為滅弧電阻，防止繼電器因產(chǎn)生過高的感應電壓而出現(xiàn)電火花。2．在直流電動機的應用汽車上常見的直流電動機如圖2-27所示。拆卸后的結構如圖2-28所示。主要由殼體、定子繞組、電樞、電子鐵心等組成。電樞繞組與勵磁繞組串聯(lián)的直流電動機又稱為串勵式直流電動機。圖2-27直流電動機外觀圖2-28直流電動機的結構組成電樞又稱轉子，由若干薄的、外圓帶槽的硅鋼片疊成的鐵心和電樞繞組組成2-2。鐵心的疊片結構可以減小渦流電流。電樞繞組安裝在疊片外徑邊緣的槽內(nèi)，繞組線匝分別接到換向器銅片上，電樞安裝在電樞軸上。2）換向器及電刷換向器由許多換向片組成，換向片的內(nèi)側制成燕尾形，嵌裝在軸套上，其外圓車成圓形。換向片與換向片之間均用云母絕緣。電刷架一般為框式結構，其中正極刷架與端蓋絕緣安裝，負極刷架直接搭鐵。刷架上裝有彈性較好的盤形彈簧。電刷由銅粉與石墨粉壓制而成，呈棕紅色，裝在端蓋上的電刷架中，通過電刷彈簧保持與換向片之間具有適當?shù)膲毫Αｋ娝⑴c刷架的組合如圖2-30所示。圖2-29電樞總成圖2-30電刷與電刷架3）工作原理直流電動機是將電能轉換為機械能的設備，是以通電導體在磁場中受電場力作用的原理而制成的。其工作原理如圖2-33所示。

圖2-31 直流電動機的工作原理dab）90c）add）當電流由正電刷和換向片A流入，從換向片B和負電刷流出時，見圖2-33a，電樞繞組線圈中的電流方向為a→b→c→d，此時轉矩方向為逆時針方向。當線圈轉過180°后，電流由正電刷和換向片B流入，見圖2-33b，從換向片A和負電刷流出，線圈中的電流方向為d→c→b→a，轉矩方向仍為逆時針方向。電樞軸便可在一個固定轉向的電磁轉矩作用下而不斷旋轉。

一個線圈產(chǎn)生的電磁轉矩是有限的，且電樞軸轉動不穩(wěn)定，所以電動機的電樞繞組是由很多線圈組成的，見圖2-31，換向器片的數(shù)量也隨線圈數(shù)量的增加而增多。

電動機的電磁轉矩M取決于磁通Ф，電樞電流Ia的乘積，可用下式表示：

M=Cm·Ф·Ia

式中，Cm是電機結構常數(shù)。項目二電磁器件任務五認知與運用電磁感應現(xiàn)象【任務目標】知識目標：認識電磁感應現(xiàn)象；理解汽車發(fā)電機的工作原理；掌握自感、互感原理；了解磁路歐姆定律。核心素養(yǎng)：做到7S管理要求，具備探索求知的熱情，初步具有建構實驗、自主創(chuàng)新的意識。技能目標：探究用鐵屑及條形磁鐵模擬磁場分布實驗；探究直導線切割勻強磁場產(chǎn)生感應電動勢實驗；探究螺線管線圈對螺線管線圈產(chǎn)生感應電動勢實驗。建議課時：4課時?！救蝿彰枋觥侩姶鸥袘侵敢驗榇磐孔兓a(chǎn)生感應電動勢的現(xiàn)象。這一現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，標志著一場重大的工業(yè)和技術革命的到來。事實證明，電磁感應在電工、電子技術、電氣化、自動化方面的廣泛應用對推動社會生產(chǎn)力和科學技術的發(fā)展發(fā)揮了重要的作用?！救蝿諏嵤侩姶鸥袘獙嶒?。一、器材磁場認知實驗所需器材見表2-18。電磁感應現(xiàn)象電磁感應現(xiàn)象實驗見表2-19。表2-18磁場認知實驗所需器材序號 名 稱 實物圖序號 名 稱 實物圖1條形磁鐵6小螺線管線圈2線圈7大螺線管線圈3導線8蓄電池4電流表9滑動變阻器5直導線10開關表2-19用鐵屑及條形磁鐵模擬磁場分布實驗步驟步 驟實施項目實施示意圖12步 步 驟實施項目實施示意圖3直導線切割均強磁場產(chǎn)生感應電動勢實驗步驟見表2-20。表2-20直導線切割勻強磁場產(chǎn)生感應電動勢實驗步驟步驟實施項目實施示意圖1用導線連接直導線和電流表2直導線向左運動進入勻強磁場，直導線切割磁感線，觀察電流表指針產(chǎn)生的現(xiàn)象，并記錄3直導線向右移動離開勻強磁場，直導線切割磁感線，觀察電流表指針產(chǎn)生的現(xiàn)象，并記錄四、螺線管線圈對螺線管線圈產(chǎn)生感應電動勢實驗螺線管線圈對螺線管線圈產(chǎn)生感應電動勢實驗如表2-21所示。表2-21螺線管線圈對螺線管線圈產(chǎn)生感應電動勢實驗步驟步驟實施項目實施示意圖1連接蓄電池、滑動變阻器和小螺線管線圈連接大螺線管線圈和電流表2小螺線管線圈通過一定電流，并向下插入大螺線管線圈，觀察電流表指針產(chǎn)生的現(xiàn)象，并記錄3小螺線管線圈通過一定電流，并向上拔出大螺線管線圈，觀察電流表指針產(chǎn)生的現(xiàn)象，并記錄【檢測評價】檢測評價見表2-22。表2-22檢測評價序號實操活動 步 驟 評分細則分值得分1準備工作準備實驗所需器材正確、充分準備相關器材102電磁感應現(xiàn)象實驗觀察電磁感應現(xiàn)象實驗動作規(guī)范合理正確連接線圈與電流表203直導線切割勻強磁場產(chǎn)生感應電動勢觀察直導線切割勻強磁場產(chǎn)生感應電動勢實驗動作規(guī)范合理正確連接直導線與電流表合理設計勻強磁場直導線正確進入或離開勻強磁場204螺線管線圈對螺線管線圈產(chǎn)生感應電動勢觀察螺線管線圈對螺線管線圈產(chǎn)生感應電動勢實驗動作規(guī)范合理正確連接蓄電池、滑動變阻器和小螺線管線圈正確連接大螺線管線圈和電流表小螺線管線圈正確向下插入或向上拔出大螺線管線圈205素養(yǎng)提升探索精神做到7S管理要求，具備探索求知的熱情，初步具有建構實驗、自主創(chuàng)新的意識10安全文明生產(chǎn)按指導教師要求操作，操作完畢，把器材斷開并歸位，并進行工位清潔和整理，節(jié)約材料106時間操作時間為40min每超過1min扣1分10合計100說明：每項分都是扣完為止【知識鏈接】一、電磁感應現(xiàn)象1.條形磁鐵對線圈產(chǎn)生的感應電動勢表2-19的實驗是楞次定律實驗。楞次定律指出：感應電流產(chǎn)生的磁通總是阻礙原磁通的變化。這種利用變化的磁場來產(chǎn)生電流的現(xiàn)象稱為電磁感應現(xiàn)象，產(chǎn)生的電流稱為感應電流，產(chǎn)生感應電流的電動勢稱為感應電動勢。依據(jù)楞次定律，可以判別線圈中感應電流的方向。對于表2-19步驟2，當磁鐵插入線圈過程，線圈中的磁通要增加，根據(jù)楞次定律，感應電流的磁場應阻礙線圈磁通的增加，于是線圈中會產(chǎn)生上為N、下為S的感應電流磁場，再用右手定則，可判斷線圈中產(chǎn)生感應電流的方向，電流表指針往左偏轉。表2-19步驟3的工作機理與步驟2相反。磁鐵在線圈中往返運動，導致線圈中產(chǎn)生大小和方向都會隨之改變的電流是交流電產(chǎn)生的原理。當改變條形磁鐵插入或拔出線圈的速度時，會發(fā)現(xiàn)，當磁鐵插入或拔出速度快，電流表的指針偏轉角度大，反之小。法拉第電磁感應定律指出：線圈中感應電動勢大少與線圈中磁通的變化率成正比。即e=△Φ/△t如果線圈有N匝，則感應電動勢e=N△Φ/△t2.直導線切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢由表2-20實驗現(xiàn)象可知：當直導線做切割磁感線運動時會產(chǎn)生感應電動勢。感應電動勢的方向可以用右手定則判斷，如圖2-32所示，平伸右手，大拇指與其余四指垂直，讓磁感線穿過掌心，大拇指指向直導線運動方向，則其余四指所指的方向就是感應電動勢的方向。圖2-32右手判別直導切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢方向實驗證明：在均勻磁場中，做切割磁感線運動的直導體，其感應電動勢e的大小與磁感應強度B、導體的有效長度L、導體的運動速度v以及導體運動方向與磁感線之間的夾角α的正弦值成正比。即：e=Blvsinα。上述表明，當直導線、直導線運動方向和磁感線方向三者互相垂直時，即α=900，sinα=1時，e=BLv；當直導線運動方向和磁感線方平行時，即α=00，sinα=0時，e=0。3.螺線管線圈對螺線管線圈產(chǎn)生感應電動勢由表2-21實驗現(xiàn)象可知：當通電的小螺線管線圈向下插入或向上拔出大螺線管線圈過程時，電流表指針會產(chǎn)生不同方向的偏轉，表明回路中有感應電流存在，其感應電動勢產(chǎn)生的原理及方向的判別與條形磁鐵對線圈產(chǎn)生的感應電動勢類似，請參閱。上述實驗，對小螺線管線圈施加電流使其產(chǎn)生磁場的現(xiàn)象，稱為勵磁。由外部電源為螺線管線圈供電稱為他勵；由線圈產(chǎn)生的感應電動勢自行供電，稱為自勵。4.電磁感應在汽車發(fā)電機的工作原理汽車發(fā)電機的外觀如圖2-33所示，拆卸后的結構如圖2-34所示。圖2-33汽車發(fā)電機外觀圖2-34汽車發(fā)電機結構當轉子旋轉時，由于定子繞組與磁感線有相對的切割運動，所以在三相定子繞組中產(chǎn)生頻率相同，幅值相等，相位互差120°的感應電動勢。此磁感應電動勢是按正弦規(guī)律變化的，俗稱正弦交流電。a）b）圖2-35汽車發(fā)電機發(fā)電原理a）發(fā)電機的三相定子繞組b）波形二、自感自感現(xiàn)象2-21的指針都會發(fā)生偏轉，表明小螺線管線圈有感應流存在。這種由于流過線圈本身的電流發(fā)生變化而引起的電磁感應現(xiàn)象稱為自感現(xiàn)象，簡稱自感。在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應電動勢稱為自感電動勢，用eL表示，自感電流用iL表示。2.自感系數(shù)自感電流產(chǎn)生的磁通稱為自感磁通。當同一電流通入結構不同的線圈時，產(chǎn)生的自感磁通量是不同的，為了衡量不同線圈產(chǎn)生自感磁通的能力，引入自感系數(shù)（簡稱電感），用L表示。它在數(shù)值上等于一個線圈中通過單位電流所產(chǎn)生的自感磁通。即L=NΦ/IN為線圈匝數(shù)，Φ為每一匝線圈的自感磁通。電感為常數(shù)的線圈稱為線性電感，否則為非線性電感。3.自感電動勢自感現(xiàn)象是電磁感應現(xiàn)象的一種特殊情況，它也必然遵循法拉第電磁感應定律，將L=NΦ/I，代入e=N△Φ/△t，得e=L△I/△t三、互感1.互感現(xiàn)象與互感電動勢觀察圖2-36所示的汽車點火電路，當點火開關接通后，火花塞會出現(xiàn)極間跳火。圖2-36汽車點火電路在觀察表2-21的實驗，可以發(fā)現(xiàn)：當改變小螺線管線圈電流以及開關剛閉合或斷開瞬間，電流表的指針都會發(fā)生偏轉，表明回路有感應電流存在。習慣上，把這種由一個線圈中的電流發(fā)生變化而在另一個線圈中產(chǎn)生電磁感應的現(xiàn)象稱為互感現(xiàn)象，簡稱互感。由互感產(chǎn)生的感應電動勢稱為互感電動勢，用eM表示。通過改變流過小螺線管線圈電流大小變化的快慢（電流變化率）或改變小螺線管線圈與大螺線管線圈的位置實驗（讀者自行動手做一下）可知，大螺線管線圈產(chǎn)生互感電動勢大小與小螺線管線圈的電流變化率和兩者之間的位置都有關。當兩個螺線管線圈垂直時，互感電動勢最小，當兩個螺線管線圈平行，且小螺線管線圈的磁通變化全部影響大螺線管線圈的磁通變化，這時，互感電動勢最大，此時，兩個線圈的位置稱為全偶合。eM2=M△I1/△t上式中M為互感系數(shù)，簡稱互感，單位為H。在汽車點火電路中，在點火開關通、斷瞬間，高壓包的一次繞組電流突然變化，磁通也突然變化，由于初級和二次繞組之間的互感作用，使二次繞組產(chǎn)生1.5萬伏以上瞬時高壓感應電動勢，此感應電動勢再由高壓分配器送到火花塞，使火花塞極間產(chǎn)生跳火，實現(xiàn)點火。2.互感線圈的同名端通常采用同名端來判斷互感電動勢的極性，以及了解線圈的繞向。把由于線圈的繞向一致而產(chǎn)生感應電動勢的極性始終保持一致的端子稱為線圈的同名端，用“.”或“*”表示。如圖2-37所示。開關S閉合瞬間，A線圈有電流i從1端流進，根據(jù)楞次定律，在A線圈兩端產(chǎn)生自感電動勢，極性為左正右負。利用同名端可確定B線圈的4端和C線圈的5端皆為互感電動勢的正端。在實際應用中，可以根據(jù)直流通斷法如圖2-46b來判斷同名端。線圈l經(jīng)開關S接于直流電源，線圈2兩端接萬用表的直流電壓檔最小量程。當開關S閉合瞬間，線圈2產(chǎn)生互感電動勢，若電壓表正向偏轉。則AC為同名端;若電壓表反向偏轉，則AC為異名端。a）b）圖2-37同名端判別四、磁路歐姆定律1.磁路由于鐵磁材料具有很強的導磁能力，所以在實際生產(chǎn)應用中，常常將鐵磁材料做成一定形狀，用作線圈的鐵心，為線圈中的磁通集中通過提供路徑，圖2-2閃光繼電器和圖2-36汽車點火電路的高壓包都有用鐵心。我們把磁通所通過的路徑稱為磁路。常見的磁路形狀如圖2-38所示。圖2-38常見的磁路磁路可以分為無分支磁路和有分支磁路，圖2-38的a、b為無分支磁路，c為有分支磁路。磁路中除鐵心外往往還有一小段非鐵磁材料，例如空氣隙等。由于磁感線是連續(xù)的，所以通過無分支磁路各處橫截面的磁通是相等的。全部在磁路內(nèi)部閉合的磁通稱為主磁通，部分經(jīng)過周圍物質(zhì)而自成回路的磁通稱為漏磁通，如圖2-39所示。圖中的Φ為主磁通，Φ01、Φ02為漏磁通。圖2-39主磁通和漏磁通2.磁路歐姆定律（1）磁動勢把通過線圈的電流I和線圈匝數(shù)N的乘積稱為磁動勢，用Fm表示，即Fm=NIFm的單位為A（安培）（2）磁阻磁阻是磁通通過磁路時所受到的阻礙作用，用Rm表示。磁阻的大小與磁路長度L成正比，與磁路的橫截面積S成反比，并與組成磁路材料的磁導率有關，其計算公式為Rm=L/(uS)式中，u、L、S的單位分別為H/m，m，m2，磁阻Rm的單位為H-1（3）磁路歐姆定律通過磁路中的磁通與磁動勢成正比，而與磁阻成反比，即Φ=Fm/Rm上式與電路中的歐姆定律相似，故稱為磁路歐姆定律。如果磁路中存在空氣隙，則整個磁路的磁阻會大大增加，若要有足夠的磁通，就必須增大勵磁電流或增加線圈的匝數(shù)，即增大磁動勢。五、互