《电工基础》教案磁与电磁感应.docx
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1、第四章 磁与电磁感应4.1 磁感应强度和磁通一、教学目标1、了解磁场、磁感线的概念。2、了解载流体与线圈产生的磁场。3、了解磁感应强度、磁通的概念。二、教学重点、难点分析重点:磁感应强度是描述磁场性质的物理量,建立磁感强度的根本概念。难点:建立磁感强度的根本概念。三、教具条形磁铁;蹄形磁铁;针形磁铁;通电直导线;通电线圈;通电螺线管。电化教学设备。四、教学方法讲授法,演示法,多媒体课件。五、教学过程.导入复习电场,为用类比法建立磁感应强度概念作预备。提问:电场的根本特性是什么?对其中的电荷有电场力的作用。空间有点电场 Q 建立的电场,如在其中的 A 点放一个检验电荷 q1,受电场力 F1,如改
2、放电荷 q2,受电场力 F2,则为恒量,反映场的性质,叫电场强度。II. 课FF1 与 2qq12有何关系,说明什么?比值一、磁体与磁感线复习稳固旧学问,扩大学习学问提问一:同学们在初中的学习中都了解到了哪些关于磁体、磁场的学问啊? 答:略。1归纳明确根本概念:某些物体具有吸引铁、镍、钴等物质的性质叫磁性。具有磁性的物体叫磁体。常见的磁体有条形磁铁、马蹄形磁铁和针形磁铁。磁铁两端的磁性最强,磁性最强的地方叫磁极。分别是南极,用S 表示;北极,用 N 表示。1、磁场提问二:两个磁体相互接近时,它们之间的作用遵循什么规律? 答:同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引。观看: 同名磁极,异名磁极的相互作
3、用.进一步加深感性生疏. 提问三:磁体之间的相互作用是怎样发生的?答:磁体之间的相互作用是同过磁场发生的。提问四:只有磁铁可以产生磁场吗?答:电流也可以产生磁场。明确概念:磁极之间的作用力是通过磁极四周的磁场传递的。在磁力作用的空间,有一种特别的物质叫磁场。学生争论:电荷之间的相互作用是通过电场;磁体之间的相互作用是通过磁场。电场和磁场一样都是一种物质。2、磁感线设问:电场分布可以用电力线来描述,那么磁场如何描述呢? 观看: 如图 1 条形磁铁四周小磁针静止时 N极所指的方向是不同的.说明: 磁场中各点有不同的磁场方向.设问: 磁场中各点的磁场方向如何判定呢? 将一个小磁针放在磁场中某一点,小
4、磁针静止时,北极 N 所指的方向,就是该点的磁场方向.设问: 如何形象地描写磁场中各点的磁场方向?图 1正像电场中可以利用电力线来形象地描写各点的电场方向一样,在磁场中可以利用磁感线来形象地描写各点的磁场方向.磁感线: 是在磁场中画出一些有方向的曲线,在这些曲线上,每点的曲线方向,亦即2该点的切线方向都有跟该点的磁场方向一样. 磁感线的特性:(1) 磁场的强弱可用磁感线的疏密表示,磁感线密的地方磁场强;疏的地方磁场弱。(2) 在磁铁外部,磁感线从 N 极到 S 极;在磁铁内部,磁感线从 S 极到N 极。磁感线是闭合曲线。(3) 磁感线不相交。二、电流的磁效应图 2 条形磁铁磁场分布通电导体的四
5、周存在磁场,这种现象叫电流的磁效应。 磁场方向打算于电流方向,可以用右手螺旋定则来推断。1、通电长直导线的磁场方向右手螺旋法则: 右手握住导线并把拇指伸开,用拇指指向电流方向,那么四指围绕的方向就是磁场方向磁感线方向,如图 3 所示。图 3 通电长直导线的磁场方向2、通电螺线管的磁场方向右手螺旋法则:右手握住螺线管并把拇指伸开,弯曲的四指指向电流方向,拇指所指方向就是磁场北极N 的方向,如图 4 所示。三、磁感应强度和磁通图 4 通电螺线管的磁场方向观看试验: 如图 5 所示(1) 试验说明通电直导线垂直放置在确定的磁场中受到的磁场力 F 跟通过3的电流强度 I 和导线长度 L 成正比,或者说
6、跟 IL 的乘积成正比。这就是说无论怎样转变电流强度 I 和导线长度 L,乘积 IL 增大多少倍,则 F 也增大多少倍。比值 F/IL 是恒量。图 5 通电导线在磁场中受力(2) 假设转变在磁场中的位置,垂直磁场放置的通电导线 F/IL 比值又会是的恒量。说明:F/IL 反映了磁场的特性。正如电场特性用电场强度来描述一样,磁场特性用一个的物理量磁感应强度来描述。1、磁感应强度(1) 定义:在磁场中垂直于此磁场方向的通电导线,所受到的磁场力 F 跟电流强度 I 和导线长度 L 的乘积 IL 的比值,叫做通电导线所在处的磁感应强度, 用 B 表示。(2) 计算公式:BF磁感应强度定义式IL式 4-
7、1(3) 矢量:B 的方向与磁场方向一样,即与小磁针 N 极受力方向一样。(4) 单位:特斯拉T。匀强磁场:假设磁场中各点的磁感应强度 B 的大小和方向完全一样,那么这种磁场叫做匀强磁场。其磁感线平行且等距。2、磁通在后面的电学学习中,我们要争论穿过某一个面的磁场状况。我们知道,磁场的强弱即磁感应强度可以用磁感线的疏密来表示。假设一个面积为 S 的面垂直一个磁感应强度为 B 的匀强磁场放置,则穿过这个面的磁感线的条数就是确定的。我们把 B 与 S 的乘积叫做穿过这个面的磁通量。(1) 定义:磁感应强度 B 和其垂直的某一截面积 S 的乘积,叫做穿过该面4积的磁通量,用 表示。(2) 计算公式:
8、F = BS 磁通定义式式 4-2(3) 单位:韦伯Wb1Wb=1Tm2留意:由式 4-2 可得 B = F ,这说明在匀强磁场中,磁感应强度就是与磁场S垂直的单位面积上的磁通。所以,磁感应强度又叫做磁通密度简称磁密。III. 例题讲解,稳固练习略。见教材4-1 例题 1,例题 2IV. 小结(1) 磁感应强度既反映了磁场的强弱又反映了磁场的方向,它和磁通量都是描述磁场性质的物理量,应留意定义中所规定的条件,对其单位也应加强记忆。(2) 磁通量的计算很简洁,只要知道匀强磁场的磁感应强度 B 和所争论面的面积 S,在面与磁场方向垂直的条件下 =BS不垂直可将面积做垂直磁场方向上的投影。磁通量是表
9、示穿过争论面的磁感线条数的多少。在今后的应用中往往依据穿过面的净磁感线条数的多少定性推断穿过该面的磁通量的大小。V. 作业略。4.2 磁场强度一、教学目标1、了解磁导律、磁场强度的概念。2、了解集中常见载流导体的磁场强度。二、教学重点、难点分析重点:1、磁场强度概念的建立。2、几种常见载流导体的磁场强度计算。难点:1、磁场强度概念的建立。5三、教具电化教学设备。四、教学方法讲授法,多媒体课件。五、教学过程.导入复习 4.1 节磁感应强度与磁通量的内容。提问:通电导体四周存在磁场,磁场的方向如何推断? 答:右手螺旋法则。作课堂练习提问:磁感应强度的概念是什么?如何计算?方向如何推断?答:1定义:
10、在磁场中垂直于此磁场方向的通电导线,所受到的磁场力F 跟电流强度 I 和导线长度 L 的乘积 IL 的比值,叫做通电导线所在处的磁感应强度,用 B 表示。(2) 计算公式:B = F磁感应强度定义式IL式 4-1(3) 矢量:B 的方向与磁场方向一样,即与小磁针 N 极受力方向一样。推断方法同磁场方向推断方法。II. 课一、磁导率1含义:物质导磁性能的强弱用磁导率m 表示。 m 的单位是亨利每米, 符号为 H/m。2意义:在一样条件下,m 值越大,磁感应强度 B 越大,磁场越强;m 值越小,磁感应强度 B 越小,磁场越弱。(3) 相对磁导率真空中的磁导率是一个常数, m0 = 4p 10-7
11、H / m ,为了便于对各种物质的导磁性能进展比较,以真空中的磁导率m 为基准,将其它物质的磁导率m 和m 0比较,其比值叫相对磁导率,用m r 表示,即:mmr = m0(4) 分类:依据相对磁导率m 的大小,可将物质分为三类:r分类mr作用举例顺磁物质m 略大于 1r空气、氧、锡、铝、对磁场影响不大。铅等反磁物质m 1r在磁场中放置反磁物质,磁感应器强度 B 减小。氢、铜、石墨、银、锌等铁磁物质m1r在磁场中放置铁磁物质,可铁、钢、铸铁、镍、使磁感应器强度 B 增加几钴等千甚至几万倍。表 1二磁场强度1、定义:磁场中某点的磁场强度等于该点磁感应强度与介质磁导率 m 的比值,用字母 H 表示
12、。2、计算公式: H = Bm3、矢量:方向与该点磁感应强度的方向一样。三、几种常见载流导体的磁场强度1、载流长直导线A. 计算大小:在载流长直导线产生的磁场中,有一点 P,它与导线的距离为 r,如图4-9 所示见教材。试验证明该点磁场强度的大小与导线中的电流成正比,与 r 成反比,即H =I2p r式 4-4B. 方向推断:右手螺旋法则。2、载流螺线管A. 计算大小:假设螺线管的匝数为N,长度为 L,通电电流为 I,如图 4-10所示见教材。理论和试验证明,其内部磁场强度为:HNI L式 4-5B. 方向推断:右手螺旋法则。III. 例题讲解,稳固练习略。见教材4-2 例题 1,例题 2留意
13、:在本章学习中,接触的概念、定义、单位较多,在进展计算时留意公式的正确使用,单位代入要使用国际标准单位。IV. 小结(1) 依据物质磁导率的不同,可以将物质分为顺磁物质、反磁物质、铁磁物质三类。复习表 1。(2) 磁场强度的概念、数值计算、方向推断。(3) 载流长直导线、载流螺线管所产生磁场强度的计算与方向推断。V. 作业略。4.3 磁路的欧姆定律一、教学目标1、了解磁路及磁路的欧姆定律。二、教学重点、难点分析无。本节内容了解即可。 三、教具电化教学设备。四、教学方法讲授法,多媒体课件。五、教学过程.复习提问(1) 依据物质磁导率的不同,可以将物质分为顺磁物质、反磁物质、铁磁物质三类。分类m作
14、用举例r空气、氧、锡、铝、顺磁物质m 略大于 1 对磁场影响不大。r在磁场中放置反磁物质,磁铅等氢、铜、石墨、银、反磁物质m 1r感应器强度 B 减小。在磁场中放置铁磁物质,可锌等铁、钢、铸铁、镍、铁磁物质m r 1使磁感应器强度B 增加几千钴等甚至几万倍。(2) 磁场强度的概念、数值计算、方向推断。II. 课一、磁路磁通所经过的路径叫做磁路。为了使磁通集中在肯定的路径上来获得较强的磁场,常常把铁磁材料制成肯定外形的铁心,构成各种电气设备所需的雌鹿,如图 1 所示为几种常见磁路形式。利用铁磁材料可以尽可能地将磁通集中在磁路中,与电路相比,漏磁现象比漏电现象严峻的多。全部在磁路内部闭合的磁通叫做
15、主磁通。局部经过磁路,部图 1 磁路分经过磁路四周物质的闭合磁通叫做漏磁通。为了计算简便,在漏磁不严峻的状况下可将其无视,只计算主磁通即可。二、磁路的欧姆定律假设磁路的平均长度为 L,横截面积为 S,通电线圈的匝数为 N,磁路的平9均长度为 L,线圈中的电流为 I,螺线管内的磁场可看作匀强磁场时,磁路内部磁通为F = mHS = m NI S = NILLmS10一般将上式写成欧姆定律得形式,即磁路欧姆定律FF =mR式 4-6mm式中F 磁通势,单位是安培,符号为 A;1R 磁阻,单位是,符号为 H-1;m亨利磁通,单位是韦伯,符号为 Wb。其中,Fm= NI ,它与电路中的电动势相像,Rm
16、=L,它与电阻定律 R = r LmSS相像。III. 小结磁路电路磁通势 Fm= NI电动势 E磁通 电流 I磁阻 R=mLmS电阻 R = rLS磁导率 电阻率 磁路欧姆定律F =FmRmE电路欧姆定律 I = R表 1 磁路与电路的比较IV. 作业略。4.4 电磁感应现象& 4.5 电磁感应定律一、教学目标1、启发学生观看试验现象,从中分析归纳通过磁场产生电流的条件,理解电磁感应现象本质。2、启发学生观看试验现象从中分析感应电流的方向与磁场方向和导线运动方向有关;把握右手定则。二、教学重点、难点分析重点:感应电流产生条件的提出。难点:正确理解感应电流的产生条件。三、教具演示试验:导线,矩
17、形线圈,蹄形磁铁,条形磁铁,演示用电流表等。电化教学设备。四、教学方法讲授法,多媒体课件。五、教学过程.导入演示试验:奥斯特试验提问引导:1这个试验说明白什么?2这个试验架起了一座连通电和磁的桥梁,此后人们对电能生磁已深信不疑,但沿相反方向能否走通呢?即磁能否生电呢?引入课:我们这节课就来争论这个问题电磁感应现象II. 课一、电磁感应现象1、引言:在磁可否生电这个问题上,英国物理学家法拉第坚信,电与磁决不孤立,有着亲热的联系。为此,他做了很多试验,把导线放在各种磁场中想得到电流需要肯定的条件,他以坚韧不拔的意志历时 10 年,最终找到了这个条件, 从而开拓了物理学又一崭天地。2、产生感应电流的
18、条件图 4-14 电磁感应试验演示试验:教材图 414 试验导体在磁场中运动观看提问:A、争论对象:由导体 AB,电流表构成的闭合回路,磁场供给:蹄形磁铁。B、AB 做切割磁感线运动,可见电流表指针偏转,结 论:像这样利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应现象,用电磁感应的方法产生的电流,叫感应电流。现象分析:如图 4-14 导体不切割磁力线时,电路中没有电流;而切割磁力线时闭合电路中有电流。回忆磁通量定义 BS 师生争论对闭合回路而言,所处磁场 B 未变,仅由于 AB 的运动使回路在磁场中局部面积变了,使穿过回路的磁通变化,故回路中产生了感应电流。结 论:闭合回路中的一局部道理在磁场中作切割磁感
19、线运动时,回路中有感应电流。3、电磁感应电流的方向12A. 右手定则重做试验:如图 4-14 所示。 转变导体的运动方向;现象:电流计指针的偏转方向不同。表明:感应电流的方向与导体切割磁力线运动方向的有关。 转变磁场方向现象:电流计指针的偏转方向不同。表 明:感应电流的方向与磁场方向有关。总 结:感应电流的方向跟导体运动的方向和磁感线的方向都有关系。它们三者之间满足 右手定则:伸开右手,使大拇指和四指在同一平面内并且拇指与其余四指垂直,让磁力线从掌心穿入, 拇指指向导体运动方向,四指所指的方向是感应电流的方向。说明:1右手定则的适用范围2在感应电流方向、磁场方向、导体运动方向中任意两个的方向可
20、以推断第图 4-4-1 右手定则B. 楞次定律三个的方向用右手定则判定导体与磁场发生相对运动时产生的感应电流方向较为便利。如何来判定闭合电路的磁通量发生变化时,产生的感应电流方向呢?楞次定律指出:感应电流的方向,总是使感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁通量的变化,它是推断感应电流方向的普遍规律。演示试验:如图 4-15 来验证楞次定律。将条形磁铁插入线圈,闭合电路磁通量增加,观看感应电流方向;13图 4-15 电磁感应试验将条形磁铁拔出线圈,闭合电路磁通量减小,观看感应电流方向;学生争论,教师总结分析,验证楞次定律。总结:应用楞次定律的步骤,明确原有磁场的方向以及穿过闭合电路的磁通是增加还是削
21、减;依据楞次定律确定感应电流的磁场方向;用右手螺旋定则来确定感应电流的方向。二、电磁感应定律1、感应电动势假设闭合回路中有持续的电流,那么该回路中必定有电动势。感应电动势:在电磁感应现象中,由电磁感应产生的电动势叫做感应电动势。 留意:电磁感应现象发生时,在闭合回路作中切割磁力线运动的那局部导体就是一个电源。明确一下争论感应电动势的重要性:首先,感应电流的大小是随着电阻的变化而变化的,而感应电动势的大小与电阻无关。其次,电动势是电源本身的特性,与外电路状态无关。不管电路是否闭合, 只要有电磁感应现象发生,就会产生感应电动势,而感应电流只有当回路闭合时才有,开路时则不能产生。总结:由以上分析可知
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