第5单元磁与电

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1、第5单元 磁与电,知识目标： 了解磁场的基本概念，了解磁感应强度、磁通、磁导率、磁场强度的基本概念及 其相互关系。 掌握电流的磁效应和安培定则，掌握电磁力和左手定则。 掌握电磁感应现象和电磁感应定律，掌握右手定则。 了解电感的概念，了解影响电感器电感量的因素。 理解互感现象，了解互感现象在工程技术中的应用。 理解同名端，了解同名端在工程技术中的应用。 了解变压器的电压比、电流比和阻抗变换。 了解磁路的基本知识，了解铁磁性材料。,技能目标： 会应用安培定则判断电流产生的磁场方向。 会应用左手定则判断磁场对通电导体的作用力方向。 会应用右手定则判断感应电动势的方向。 会判断电感的质量。 会应用电磁

2、理论分析和解决实际问题。,情景导入,远在两千多年以前，我国劳动人民最先发现了一种特殊的“石头”，它具有吸引铁制物体的性质。这种石头就是天然磁石矿，也叫天然磁铁。如图5.1 所示为战国时期出现的指南针始祖司南，它是利用天然磁铁制成的。在科技发达的当代，工程师利用磁极之间的相互作用实现了磁悬浮。2002 年，我国建成了第一条投入运行的磁悬浮铁路上海至浦东机场磁悬浮铁路，如图5.2 所示为正在运行的磁悬浮列车。,在发电厂里，发电机正在运行，为人类提供了所需要的电能，实现了机械能与电能的相互转换，如图5.3 所示。在工厂里，机器轰隆，拖动各种设备运行的电动机，实现了电能与机械能的相互转换，如图5.4

3、所示。这一切，离不开磁与电的相互关系。,第1节 磁场的基本概念,一、磁体、磁场与磁极 二、磁感线 三、电流的磁效应,一、磁体、磁场与磁极,1磁体 物体具有吸引铁、钴、镍等物质的性质叫磁性。具有磁性的物体叫磁体。,2磁极,磁体两端磁性最强的区域叫磁极。实验证明：任何磁体都有两个磁极，磁针经常指向北方的一端称为北极，用字母N 表示；经常指向南方的一端称为南极，用字母S 表示。,3磁的相互作用,同名磁极互相排斥，异名磁极互相吸引。,4磁场 磁极之间存在的相互作用力是通过磁场传递的。,二、磁感线,（1）磁感线是互不相交的闭合曲线，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。

4、 （2）磁感线的疏密反映磁场的强弱。磁感线越密表示磁场越强，磁感线越疏表示磁场越弱。 （3）磁感线上任意一点的切线方向，就是该点的磁场方向。,三、电流的磁效应,1电流的磁效应,磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是由电荷运动产生的。,2安培定则 通电导体周围的磁场方向，即磁感线方向与电流的关系可以用安培定则来判断，安培定则也称右手螺旋法则。 （1）直线电流的磁场。 （2）通电螺线管的磁场。,第2节 磁场的基本物理量,一、磁通 二、磁感应强度 三、磁导率 四、磁场强度,一、磁通,磁通是定量地描述磁场在一定面积的分布情况的物理量。 通过与磁场方向垂直的某一面积上的磁感线的总数，叫做通过该面积的磁通量，简

5、称磁通，用字母 表示。磁通的单位是韦伯，简称韦，用符号Wb 表示。,二、磁感应强度,磁感应强度是定量地描述磁场中各点的强弱和方向的物理量。 与磁场方向垂直的单位面积上的磁通，叫做磁感应强度，也称磁通密度，用字母B 表示。磁感应强度的单位是特斯拉，简称特，用符号T 表示。,三、磁导率,磁导率就是一个用来表示媒介质导磁性能的物理量，用字母 表示，单位是亨利每米。 0 = 4107H/m,四、磁场强度,磁场中各点的磁感应强度B 与磁导率 有关，计算比较复杂。为方便计算，引入磁场强度这个新的物理量来表示磁场的性质，用字母H 表示。磁场中某点的磁场强度等于该点的磁感应强度与媒介质的磁导率的比值,* 第3

6、节 铁磁性材料,一、铁磁性材料的磁化 二、磁化曲线 三、磁滞回线 四、铁磁性材料的分类 五、充磁与消磁,一、铁磁性材料的磁化,像铁钉这种本来不具备磁性的物质，在外磁场作用下产生磁性的现象称为磁化。,二、磁化曲线,磁化曲线用来描述铁磁性材料的磁化特性。铁磁性材料的磁感应强度B 随磁场强度H 变化的曲线，称为磁化曲线，也叫BH 曲线。,三、磁滞回线,某种铁磁性材料的磁滞回线如图5.18 所示。,磁滞形成的原因是铁磁材料中磁分子的惯性和摩擦。在反复磁化过程中，磁畴要来回翻转，在这个过程中，产生了能量损耗，称为磁滞损耗。 连接各条对称的磁滞回线的顶点，得到一条磁化曲线，叫基本磁化曲线。,四、铁磁性材料

7、的分类,1. 硬磁性材料 硬磁性材料是剩磁和矫顽磁力都很大的铁磁材料。 2. 软磁性材料 软磁性材料是剩磁和矫顽磁力都很小的铁磁材料。 3. 矩磁性材料 矩磁性材料的磁滞回线的形状如矩形。,五、充磁与消磁,1. 充磁,充磁就是将铁磁性材料磁化的过程。,（1）恒流充磁机 （2）脉冲充磁机,2. 消磁 消磁就是将铁磁性材料去磁的过程。,* 第4节 磁路,一、磁路简介 二、磁路的基本物理量 三、磁路欧姆定律,一、磁路简介,1磁路 磁通集中经过的闭合路径叫磁路。,2主磁通和漏磁通 当线圈中通以电流后，大部分磁感线沿铁心、衔铁和工作气隙构成回路，这部分磁通称为主磁通；经空气自成回路，这部分磁通称为漏磁通

8、。,二、磁路的基本物理量,1磁通势,通过线圈的电流I 与线圈匝数N 的乘积，称为磁通势，也叫磁动势，用符号Fm 表示，单位是安培（A）。 Fm = NI,2磁阻,磁阻就是磁通通过磁路时所受到的阻碍作用，用符号Rm 表示。 磁路中磁阻的大小与磁路的长度l 成正比，与磁路的横截面积S 成反比，并与组成磁路的材料性质有关,三、磁路欧姆定律,1. 磁路欧姆定律,磁路欧姆定律的内容是：通过磁路的磁通与磁通势成正比，与磁阻成反比。,2. 磁路与电路的对应关系,第5节 磁场对电流的作用,一、磁场对通电直导体的作用 * 二、磁场对通电矩形线圈的作用,一、磁场对通电直导体的作用,通电导体在磁场中所受的作用力称为

9、电磁力，也称安培力。,在匀强磁场中，当通电导体与磁场方向垂直时，电磁力的大小与导体中的电流大小成正比，与导体在磁场中的有效长度及载流导体所在的磁感应强度成正比。 F = BIL,当导线和磁感线方向成 角时，电磁力的大小为 F = BILsin,左手定则：伸出左手，让大拇指与四指在同一平面内，大拇指与四指垂直，让磁感线垂直穿过手心，四指指向电流方向，大拇指所指的方向，就是磁场对通电导线的作用力方向。,* 二、磁场对通电矩形线圈的作用,M BIScos,第6节 电磁感应,一、电磁感应现象 * 二、法拉第电磁感应定律 三、右手定则 * 四、涡流,一、电磁感应现象,实验1,实验结论 闭合回路中的一部分

10、导体相对于磁场做切割磁感线运动时，回路中有电流流过。,实验2,实验结论 闭合回路中的磁通发生变化时，回路中有电流流过。 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做感应电流。,* 二、法拉第电磁感应定律,在电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势。 感应电动势的大小与磁通变化的快慢有关。磁通变化的快慢叫做磁通的变化，即单位时间内磁通的变化量。法拉第电磁感应定律内容是电路中感应电动势的大小，与穿过这一电路的磁通的变化率成正比。,三、右手定则,右手定则：伸出右手，让大拇指与四指在同一平面内，大拇指与四指垂直，磁感线垂直穿过手心，大拇指指向导体运动方向，四指所指的方向，就是

11、感应电流的方向。,* 四、涡流,把块状金属放在交变磁场中，金属块内将产生感应电流。这种电流在金属块内自成回路，像水的旋涡，因此叫涡电流，简称涡流。,第7节 电感器,一、自感现象 二、自感系数 三、磁场能 四、电感器,一、自感现象,实验1,【分析】 在开关S 闭合瞬间，通过线圈的电流由0 增大，穿过线圈的磁通也随着增大。根据电磁感应定律，线圈中必然产生感应电动势。因此，通过HL1 的电流要逐渐增大，HL1 逐渐变亮。,实验2,【分析】 在开关S 断开瞬间，通过线圈的电流突然减小，穿过线圈的磁通也随着减小，线圈产生很大的感应电动势，与HL 组成闭合电路，产生很强的感应电流，使灯泡发出短暂的强光。

12、由于线圈本身电流发生变化而产生电磁感应的现象叫自感现象，简称自感。在自感现象中产生的感应电动势，叫自感电动势。,二、自感系数,自感系数，简称电感，用字母L 表示。电感的单位是亨利，用符号H 表示。常用单位有毫亨（mH）、微亨（H）。 1H=103mH=106H 线圈的电感是由线圈本身的特性所决定的。,三、磁场能,线圈中储存的磁场能量与通过线圈的电流的平方成正比，与线圈的电感成正比。,四、电感器,* 第8节 互感,一、互感 二、同名端 三、变压器 四、磁屏蔽,一、互感,做一做,【分析】 在开关S 闭合或断开的瞬间，线圈A 中的电流发生变化，线圈A 中的磁通随着发生变化，穿过线圈B 的磁通也随着发

13、生变化，线圈B 就产生了感应电动势；当改变滑动变阻器RP的阻值时，线圈A 中的电流也发生变化，线圈B 也就产生了感应电动势。 一个线圈的电流变化，导致另一个线圈产生感应电动势的现象，称为互感现象。在互感现象中产生的感应电动势，叫互感电动势。,二、同名端,1. 互感线圈的同名端,互感线圈由于电流变化所产生的自感电动势极性与互感电动势的极性始终保持一致的端点叫同名端，反之叫异名端。,2. 同名端的判定方法 （1）根据线圈绕向判定。,（2）用实验法判定。,三、变压器,变压器是由一个矩形铁心和两个互相绝缘的线圈所组成的装置，它是利用互感原理工作的。 左边的一个线圈与交流电源相接，称为原线圈，又称初级线

14、圈或一次线圈（一次侧），右边的一个线圈与用电设备（如电灯、电动机等）或电路元件（如电阻、电感等）相接，叫副线圈，又称次级线圈或二次线圈（二次侧）。,1变换交流电压,变压器初、次级线圈的电压比等于它们的匝数比。,2变换交流电流,变压器工作时初、次级线圈的电流与线圈的匝数成反比。,3变换交流阻抗,z1 n2 z2,四、磁屏蔽,在电子技术中，仪器中的变压器或其他线圈所产生的漏磁通，可能会影响某些器件的正常工作，出现干扰和自激，因此必须将这些器件屏蔽起来，使其免受外界磁场的影响，这种措施叫磁屏蔽。 （1）利用软磁性材料制成屏蔽罩。,（2）将2 个相邻线圈互相垂直放置。,单元小结,1什么叫磁体和磁极？磁

15、极之间的相互作用力怎样？磁感线如何形象地描述磁场？ 2什么叫电流的磁效应？电流产生的磁场方向如何判断？ 3定性描述磁场的物理量有哪些？在匀强磁场中，磁通与磁感应强度关系如何，写出它们的关系式。什么叫磁导率？什么叫磁场强度？ 4什么叫铁磁性材料的磁化？如何分析磁化曲线和磁滞回线？常用的铁磁性材料有哪几类？ 5什么叫磁路？磁路的基本物理量有哪些？磁路的欧姆定律如何表达？ 6磁场对通电直导线的作用力方向如何判断？写出作用力大小表达式。 7什么叫电磁感应现象？什么叫感应电动势？什么叫感应电流？产生电磁感应现象的条件是什么？ 8法拉第电磁感应定律的内容是什么？如何用右手定律判断感应电动势方向？ 9什么叫自感现象？什么叫自感系数？电感器有哪些参数？ 10什么叫互感现象？什么叫同名端？变压器的基本功能有哪些？,