汽车电工基础PPT课件（共6单元）项目四电磁原理

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1、项目四 电磁原理汽车电工基础任务二 认识磁路的物理量任务一 认识生活中的磁场目录页CONTENTS PAGE任务三 认识电磁力任务四 探究电磁感应任务五 认识汽车常见电磁元件 指南针的外形如图4-1所示。在地球磁场的作用下，其磁针的一端总是指向北极，另一端总是指向南极。指南针在航海上的应用弥补了天文导航、地文导航的不足，开创了世界航海新纪元。图4-1 指南针 1.1 磁场的概念1.磁体与磁极 很多人在小时候都玩过吸铁石，像吸铁石这样具有磁性的物质称为磁体。磁体分为天然磁体与人造磁体，其中常见的人造磁体有条形磁铁、马蹄形磁铁和磁针等，如图4-2所示。（a）条形磁铁 （b）马蹄形磁铁 （c）磁针图

2、4-2 常见的人造磁体 1.1 磁场的概念1.磁体与磁极 任何一个磁体都有两个磁极，一个称为北极，用N表示；另一个称为南极，用S表示。任何磁体的磁极总是成对出现的，即使把一个磁体打碎成两半，磁体的每一半也都有它自己的北极和南极。磁极之间存在相互作用力，同名磁极之间相互排斥，异名磁极之间相互吸引。 1.1 磁场的概念2.磁场与磁场方向 磁极之间看似什么都没有，但是依然有一种物质使磁极相互吸引或排斥，这种无形的物质就是磁场，磁极之间相互吸引或排斥的力称为磁力。 磁场的强弱和方向可以用假想的磁感线来描绘，如图4-3所示。磁场方向与磁感线上每一点的切线方向相同，其强弱与磁感线的密度成正比。在任何情况下

3、，磁感线都是互不交叉的闭合曲线，在磁体外部由N极指向S极，在磁体内部则由S极指向N极。图4-2 常见的人造磁体 1.2 电流的磁场 下面我们通过实验来证明磁体并不是磁场的唯一来源。 在导线旁边放置一个小磁针，如图4-4所示，然后闭合开关使导线中通过电流，这时小磁针发生偏转。实验证明电流也能产生磁场，这种现象称为电流的磁效应。电流产生的磁场方向可以用安培定则（右手螺旋定则）来判断。在汽车电子工业上，人们广泛地运用了电流的磁效应来制造元件、控制电路等。图4-4 电流的磁效应 1.2 电流的磁场 通电直导线的磁感线是以导线上各点为圆心的同心圆，这些同心圆都在与导线垂直的平面上。磁场的方向可以用安培定

4、则来判断：用右手握住通电直导线，将大拇指伸直并与电流方向保持一致，则弯曲的四指所指的方向就是磁场方向，如图4-5（a）所示。图4-4 电流的磁效应1.通电直导线的磁场（a） （b） 1.2 电流的磁场 通电螺线管的磁感线与条形铁相似，一端相当于N极，另一端相当于S极。磁场方向的判定方法为：用右手握住螺线管，弯曲的四指与电流方向一致，则大拇指指向通电螺线管内部磁感线的方向，即通电螺线管的N极，如图4-5（b）所示。图4-4 电流的磁效应2.通电螺线管的磁场（a） （b） 课堂实践 制作电磁铁 制作一个电磁铁，并改变线圈的匝数，通电后观察其分别可以吸起多少大头针。 实训器材：直径为0.1 mm左右

5、的漆包线2.5 m，4 cm长铁钉1枚，干电池1节，大头针若干，小刀1把。 实训内容：将漆包线顺时针缠绕在铁钉上，制成电磁铁。在其两端各留出510 cm长的漆包线，用小刀把漆包线两端的漆刮干净，然后接上干电池，观察电磁铁吸起大头针的数量。断开电源，电磁铁失去磁性，大头针就会掉下来。然后将线圈的匝数减少一半，通电后再次观察吸起的大头针数量，将两次实验的数据填入表4-1中，对比两组，并分析实验数据发生变化原因。表4-1 数据记录表 课堂实践 制作电磁铁表4-2 任务评价表任务二 认识磁路的物理量任务一 认识生活中的磁场目录页CONTENTS PAGE任务三 认识电磁力任务四 探究电磁感应任务五 认

6、识汽车常见电磁元件 2.1 磁通 由前文可知，磁感线的疏密反映了磁场的强弱。我们把垂直穿过磁场中某一截面的磁感线条数称为磁通量， 简称磁通，用字母 表示，单位是Wb（韦伯）。磁通可以反映一定面积上的磁场分布情况。在面积不变的情况下，通过的磁通量越大，磁场就越强。 2.2 磁感应强度 磁场的强弱也可以用磁感应强度来表示。我们把单位面积上垂直穿过的磁感线条数称为磁感应强度，用字母B来表示，单位为T（特斯拉）。要特别指出的是，磁感应强度是矢量，它同时反映了磁场的强弱和方向。在匀强磁场中，磁感应强度与磁通的关系用公式表示为 （4-1） 式中：B匀强磁场的磁感应强度； 磁通量； A垂直于磁场方向的平面面

7、积，单位为m2。 2.3 磁导率 磁导率是一个用来表示介质导磁性能的物理量，用字母表示，单位是H/m （亨每米）。不同的介质，其磁导率有所不同。实验测定，真空的磁导率是一个常数，用 表示0，即 为了便于比较各种物质的导磁性能，我们将任一材料的磁导率与真空磁导率0 的比值称为相对磁导率，用t 表示，即 （4-2） 相对磁导率只是一个比值，它表明某种介质的磁导率是真空磁导率的多少倍。 2.4 磁场强度 磁场中各点的磁感应强度B与磁体的磁导率有关，因此要考察磁场的分布情况，还需要考虑周围的介质，这样计算起来就比较复杂。如果把某点的磁感应强度除以磁导率，就消除了磁导率的影响。为计算方便，我们引入磁场强

8、度这个新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H等于该点的磁感应强度B与介质的磁导率的比值，用公式表示为 （4-3） 式中：磁场强度H的单位为 （安每米）。 2.5 磁路 磁通经过的闭合路径称为磁路。人们常常将铁磁材料制成一定形状的铁芯，它可以使磁通集中在一定的路径上，从而获得较强的磁场。磁路和电路相似，分为无分支磁路和有分支磁路，如图4-6所示。（a）无分支磁路 （b）有分支磁路图4-6 磁路 2.5 磁路 如图4-7所示，当线圈中通过电流后，大部分磁通沿铁芯、衔铁和气隙构成回路，这部分磁通称为主磁通；还有一部分磁通没有经过衔铁和气隙，而是经空气自成回路，这部分磁通称为

9、漏磁通。图4-7 主磁通与漏磁通 课堂实践 观察物质的磁化现象 在实训老师的带领下将细铁棒磁化，然后通过加热的方法将磁化后的细铁棒消磁。 实训器材：磁铁1块，细铁棒1根，细铝棒1根，细铜棒1根，酒精灯1盏，铁屑。 操作步骤： 分别将细铁棒、细铝棒、细铜棒靠近铁屑，观察铁屑的变化情况。 用磁铁分别延同一方向在细铁棒、细铝棒、细铜棒上蹭几下，然后靠近铁屑，观察铁屑的变化情况。 点燃酒精灯，将磁化后的细铁棒加热一会儿，然后靠近铁屑，观察铁屑的变化情况。 将上述3个步骤所观察到的实验现象填入表4-3中，然后分析原因。 课堂实践 观察物质的磁化现象表4-3 数据记录表 课堂实践 观察物质的磁化现象表4-

10、4 任务评价表任务二 认识磁路的物理量任务一 认识生活中的磁场目录页CONTENTS PAGE任务三 认识电磁力任务四 探究电磁感应任务五 认识汽车常见电磁元件 将一根通电直导体垂直放入马蹄形磁铁的磁场中，会发现通电直导体受到力的作用而向某一方向移动，如图4-8所示。若改变通过直导体的电流方向，则会发现通电直导体向相反方向移动。我们把通电直导体在磁场中所受的作用力称为电磁力，又称安培力。图4-8 通电直导体在磁场中的运动 在匀强磁场中，当通电直导体与磁场方向垂直时，直导体受到的电磁力F的大小与磁感应强度B、导体中电流I以及导体在磁场中的有效长度l成正比，用公式表示为 F=BIl （4-4） 当

11、直导体垂直于磁场方向时，导体受到的电磁力最大；当直导体平行于磁场方向时，直导体不受电磁力；当直导体与磁场方向成角时（如图4-9所示），直导体所受的电磁力为 （4-5）图4-9 直导体与磁场方向成 角 课堂实践 用左手定则判断电磁力的方向 通电直导体在磁场中受到的电磁力的方向可以用左手定则来判断。请同学们先按照左手定则判断电磁力的方向，然后将直导体通电后观察自己的判断是否正确。 实训器材：蹄形磁铁1块，直导体1根，细线若干，支架1个，干电池2节，导线若干。 实训内容：左手定则的具体判断方法如图4-10所示：伸开左手，使拇指与其余4个手指垂直，并且都与手掌在同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，四指指

12、向电流方向，这时拇指所指的方向就是通电直导线在磁场中所受安培力的方向。 如图4-8所示连接实训器材，并通电验证上述判断是否正确。图4-10 左手定则 课堂实践 用左手定则判断电磁力的方向表4-5 任务评价表任务二 认识磁路的物理量任务一 认识生活中的磁场目录页CONTENTS PAGE任务三 认识电磁力任务四 探究电磁感应任务五 认识汽车常见电磁元件 4.1 电磁感应现象及定律1.电磁感应现象 我们通过两个实验来认识电磁感应现象，如图4-11所示。 实验一：如图4-11（a）所示，在匀强磁场中放置直导体AB，将其两端连接在电流表的正、负接线柱上形成闭合回路。当直导体做切割磁感线运动时，电流表的

13、指针发生偏转，说明闭合回路有电流流过；当直导体做平行于磁感线运动时，电流表的指针不动，说明闭合回路没有电流流过。 实验二：如图4-11（b）所示，将一空心线圈的两端与电流表正、负接线柱相连形成闭合回路。当条形磁铁插入线圈时，电流表的指针发生偏转，说明闭合回路有电流流过；当条形磁铁在线圈中静止不动时，电流表的指针不动，说明闭合回路没有电流流过；当条形磁铁拔出线圈时，电流表的指针再次发生偏转。 4.1 电磁感应现象及定律1.电磁感应现象（a） （b）图4-11 电磁感应现象 4.1 电磁感应现象及定律1.电磁感应现象 通过上述两个实验可以得出结论：不论是闭合回路中一部分导体做切割磁感线运动，还是闭

14、合回路中的磁场发生变化，只要穿过闭合回路的磁通发生变化，闭合回路就会有电流产生。这种利用磁场产生电流的现象称为电磁感应现象，由电磁感应产生的电动势称为感应电动势，由感应电动势形成的电流称为感应电流。 4.1 电磁感应现象及定律2.法拉第电磁感应定律 通过观察前文电磁感应实验现象可知：切割磁感线运动的直导体中产生的感应电动势与直导体的运动速度、导体长度及匀强磁场磁感应强度成正比，用公式表示为 E=Blv （4-6） 式中：E直导体切割磁感线运动产生的感应电动势； B磁场磁感应强度； l直导体长度； v直导体的运动速度。 4.1 电磁感应现象及定律2.法拉第电磁感应定律 法拉第通过大量实验总结出如

15、下定律：电路中感应电动势的大小，与穿过这一电路的磁通变化率成正比。这就是法拉第电磁感应定律，用公式表示为 （4-7） 如果线圈为N匝，则线圈的感应电动势为 （4-8） 4.2 楞次定律 在图4-11（b）所示的实验中，条形磁铁插入和拔出线圈时，电流表指针的摆动方向不同，说明闭合回路中的电流方向不同，那么这种情况下如何判断电流方向呢？ 当条形磁铁插入线圈时，原磁通增加，线圈所产生的感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，如图4-12（a）、（c）所示；当拔出条形磁铁时，原磁通减少，线圈所产生的感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，如图4-12（b）、（d）所示。 由此可知：感应电流的磁场总要阻碍引起感

16、应电流的磁通量的变化，这就是楞次定律。 4.2 楞次定律（a） （b） （c） （d）图4-12 楞次定律 课堂实践 用右手定则判断感应电流的方向 当闭合电路中的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，感应电流方向可以用右手定则来判断。请同学们先按照右手定则判断感应电流的方向，然后通过实验检验自己的判断是否正确。 实训器材：马蹄形磁铁1块，直导体1根，支架1个，电流表1块，细线若干，导线若干。 实训内容：根据右手定则判断感应电流方向的方法如图4-13所示：大拇指与其余四指垂直，并且都与手掌在同一平面内，让磁感线垂直进入手心，大拇指指向导体运动方向，这时四指所指的方向便是感应电流的方向。 按图4-11（a）所示连接实训器材，操作直导体切割磁感线移动，并观察电流表指针的变化情况，验证自己的判断是否正确。图4-13 右手定则 课堂实践 用右手定则判断感应电流的方向表4-6 任务评价表任务二 认识磁路的物理量任务一 认识生活中的磁场目录页CONTENTS PAGE任务三 认识电磁力任务四 探究电磁感应任务五 认识汽车常见电磁元件 5.1 继电器 继电器是一种当输入量（如电、磁、声、光、热等）达到