1、2021/8/2131 磁場及其基本物理量磁場及其基本物理量 第第3章章 磁與電磁磁與電磁32 電磁感應電磁感應33 自感與互感自感與互感3 34 4 同名端的意義及其測定同名端的意義及其測定2021/8/22 授課日期 班次 授課時數 2課題： 第三章磁與電磁 3.1磁場及其基本物理量 3.2電磁感應 教學目的：了解磁場的基本概念；理解磁感應強度、磁通、磁通勢、磁導率和磁場強度的概念；理解電磁感應定律及感應電動勢的公式重點： 磁場中的基本概念；電磁感應定律及感應電動勢的公式 難點：與重點相同教具：多媒體作業： P74：3.4；3.5 自用參考書：電路丘關源 著 教學過程：由案例3.1的分析引

2、入本次課 第三章磁與電磁 3.1磁場及其基本物理量 3.1.1磁場 3.1.2磁場中的基本物理量 3.2電磁感應 由案例3.2的分析引入電磁感應 1.電磁感應現象 2.感應電動勢 3.例題分析 課后小計：2021/8/2331 磁場及其基本物理量磁場及其基本物理量 311 磁場磁場 案例31 在日常學習、生活中，我們大家使用較多的電器：收錄兩用機。收錄機用于記錄聲音的器件是磁頭和磁帶。磁頭由環形心、繞在鐵心兩側的線圈和工作氣隙組成。環形鐵心由軟磁材料制成。收錄機中的磁頭包括錄音磁頭和放音磁頭。聲音的錄音原理利用了磁場的特點與性質，首先將聲音變成電信號，然后將電信號記錄在磁上；放音原理同樣利用磁

3、場的特點與性質，再將記錄在磁帶上的電信號變換成聲音播放出來。1磁體與磁感線磁體與磁感線 將一根磁鐵放在另一根磁鐵的附近，兩根磁鐵的磁極之間會產生互相作用的磁力，同名磁極互相排斥，異名磁極互相吸引。磁極之間相互作用的磁力，是通過磁極周圍的磁場傳遞的。磁極在自己周圍空間里產生的磁場，對處在它里面的磁極均產生磁場力的作用 。2021/8/24 磁場可以用磁感線來表示，磁感線存在于磁極之間的空間中。磁感線的方向從北極出來，進入南極，磁感線在磁極處密集，并在該處產生最大磁場強度，離磁極越遠，磁感線越疏。2磁場與磁場方向判定磁場與磁場方向判定 磁鐵在自己周圍的空間產生磁場，通電導體在其周圍的空間也產生磁場

4、。 條形磁鐵周圍的磁場方向如圖32所示。 通電直導線產生的磁場如圖33所示，磁感線（磁場）方向可用安培定則（也叫右手螺旋法則）來判定。 通電線圈產生的磁場如圖34所示，磁感線是一些圍繞線圈的閉合曲線，其方向也可用安培定則來判定。311 磁場磁場圖32 條形磁鐵的磁感線2021/8/25 磁通量的單位為韋伯(Wb)，工程上有時用麥克斯韋(Mx)。1Wb10Mx。 3磁導率磁導率 2 2磁通量磁通量 3 31 12 2磁場中的基本物理量磁場中的基本物理量BAAB 或圖33通電直導線的磁場 圖34通電線圈的磁場2021/8/263 31 12 2磁場中的基本物理量磁場中的基本物理量1磁感應強度磁感應

5、強度B 磁感應強度B是表征磁場中某點的磁場強弱和方向的物理量。可用磁感線的疏密程度來表示，磁感線的密集度稱為磁通密度。在磁感線密的地方磁感應強度大，在磁感線疏的地方磁感應強度小。其大小定義為IlFB 式中，為磁感應強度，單位為特斯拉(T)，工程上常采用高(Gs)。1Gs =10T。 311 磁場磁場 其他任一媒質的磁導率與真空的磁導率的比值稱為相對磁導率，用 表示，即 r0r0r或 真空中的磁導率是一個常數，用0表示，即 0410-7H/m 2021/8/273 31 12 2磁場中的基本物理量磁場中的基本物理量5磁場強度磁場強度HHB此式H的單位為安米(Am)。 在磁場中，各點磁場強度的大小

6、只與電流的大小和導體的形狀有關，而與媒質的性質無關。H的方向與B相同，在數值上32 電磁感應電磁感應 案例案例32 現代社會，工農業生產和日常生活中，我們都離不開電能，而我們使用的電能是如何產生的？交流發電機是電能生產的關鍵部件，而交流發電機就是利用電磁感應原理來發出交流電的。 1電磁感應現象電磁感應現象 在如圖35（a）所示的勻強磁場中，放置一根導線AB，導線AB的兩端分別與靈敏電流計的兩個接線柱相連接，形成閉合回路。當導線AB在磁場中垂直磁感線方向運動時，電流計指針發生偏轉，表明由感應電動勢產生了電流。如圖35（b）所示，將磁鐵插入線圈，或從線圈抽出時，同樣也會產生感應電流。 2021/8

7、/2832 電磁感應電磁感應 也就是說，只要與導線或線圈交鏈的磁通發生變化（包括方向、大小的變化），就會在導線或線圈中感應電動勢，當感應電動勢與外電路相接，形成閉合回路時，回路中就有電流通過。這種現象稱為電磁感應。2 2感應電動勢感應電動勢 如果導線在磁場中，做切割磁感線運動時，就會在導線中感應電動勢。其大小為 BlvE 當導線運動方向與與導線本身垂直，而與磁感線方向成角時，導線切割磁感線產生的感應電動勢的大小為： sinBlvE 感應電動勢的方向可用右手定則判定：伸開右手，讓拇指與其余四指垂直，讓磁感線垂直穿過手心，拇指指向導體的運動方向，四指所指的就是感應電動勢的方向。如圖36（a）所示。

8、 2021/8/2932 電磁感應電磁感應圖35 電磁感應實驗2021/8/21032 電磁感應電磁感應 將磁鐵插入線圈，或從線圈抽出時，導致磁通的大小發生變化，根據法拉第定律：當與線圈交鏈的磁場發生變化時，線圈中將產生感應電動勢，感應電動勢的大小與線圈交鏈的磁通變化率成正比。感應電動勢的大小為 tee是感應電動勢，單位為伏（V）。 如果線圈有N匝，而且磁通全部穿過N匝線圈，則與線圈相交鏈的總磁通為 ，稱為磁鏈，用“ ”表示，單位還是 。則線圈的感應電動勢為 感應電動勢的方向與其產生的感應電流方向相同。tNtNteNWb3感應電流感應電流 當導體在磁場中切割磁感線運動時，在導體中產生感應電動勢

9、，如果導體與外電路形成閉合回路，就會在閉合回路中產生感應電流，感應電流的方向與感應電動勢的方向相同，也可用右手定則來判定：感應電流產生的磁通總是阻礙原磁通的變化。2021/8/21132 電磁感應電磁感應圖36 感應電動勢、感應電流方向的判斷2021/8/21232 電磁感應電磁感應 例32 在一個 的勻強磁場里，放一個面積為 的線圈，其匝數為500匝。在0.1s內，把線圈從平行于磁感線的方向轉過 ，變成與磁感線方向垂直。求感應電動勢的平均值。 T01. 0B2m001.090 解：在時間0.1s里，線圈轉過 ，穿過它的磁通是從0變成： 在這段時間內，磁通量的平均變化率：90Wb101Wb00

10、1. 001. 05 BS 圖372021/8/213 如圖36所示，將磁鐵插入線圈，或從線圈抽出時，線圈中將產生感應電流，而感應電流產生的磁通總是阻礙線圈中原磁通的變化。32 電磁感應電磁感應 例例31 在圖37中，設勻強磁場的磁感應強度為01 T，切割磁感線的導線長度為40cm，向右勻速運動的速度為5 m/s，整個線框的電阻為05，求： （1）感應電動勢的大小 （2）感應電流的大小和方向解：（1）線圈中的感應電動勢為（2）線圈中的感應電流為利用楞次定律或右手定則，可以確定出線圈中感應電流的方向是沿abcd方向。 0.2VV54 . 01 . 0 BlvE0.4AA5 . 02 . 0REI

11、2021/8/214根據電磁感應定律：32 電磁感應電磁感應Wb/s101Wb/s1 . 00101045tt0.05VV1015004tNe例例33 3 如果將一個線圈按圖38所示，放置在磁鐵中，讓其在磁場中作切割磁力線運動，試判斷線圈中產生的感應電動勢的方向。并分析由此可以得出什么結論？解：根據右手定則判斷感應電動勢的方向，如圖示。若將線圈中的感應電動勢從線圈兩端引出，我們便獲得了一個交變的電壓，這就是發電機的原理。 圖3.82021/8/215 授課日期 班次 授課時數 2課題： 3.3自感與互感 教學目的：了解自感現象和互感現象及應用；了解互感電動勢重點： 互感現象的產生及應用 難點：

12、與重點相同教具：多媒體作業： P74：3.6 自用參考書：電路丘關源 著 教學過程：一、復習提問 1.通過做教材P74：3.1題來復習磁場及其基本概念 2. 電磁感應定律及感應電動勢的公式 二、新授：3.3自感與互感 3.3.1自感 1. 自感現象與自感電動勢 2. 自感現象的應用與危害 3.3.2互感由案例3.3引入互感 1. 互感現象 2. 互感系數 3.互感電動勢課后小計：2021/8/21633 自感與互感自感與互感331 1自感自感1 1自感現象與自感電動勢自感現象與自感電動勢自感現象是電磁感應現象中的一種特殊情形。這種由于流過線圈本身電流變化引起感應電動勢的現象，稱為自感現象。這個

13、感應電動勢稱為自感電動勢。 當電流流過回路時，在回路內要產生磁通，此磁通稱為自感磁通，用符號 表示。當電流流過匝數為N的線圈時，線圈的每一匝都有自感磁通穿過，如果穿過線圈每一匝的磁通都一樣，那么，這個線圈的自感磁鏈為LLLN 為了表明各個線圈產生自感磁鏈的能力，將線圈的自感磁鏈與電流的比值叫做線圈（或回路）的自感系數（或叫自感量），簡稱電感，用符號L表示，即ILL2021/8/2173 33 31 1自感自感根據法拉第電磁感應定律，可以寫出自感電動勢的表達式為teL將 代入，得LILtLILIte121LL2LtILeL即2 2自感現象的應用與危害自感現象的應用與危害 自感現象在各種電器設備和

14、無線電技術中有廣泛的應用，日光燈的鎮流器就是利用線圈自感現象的一個例子。 自感現象的危害：在大型電動機的定子繞組中，定子繞組的自感系數很大,而且定子繞組中流過的電流又很強，當電路被切斷的瞬間，由于電流在很短的時間內發生很大的變化，會產生很高的自感電動勢，在斷開處形成電弧,這不僅會燒壞開關，甚至危及工作人員的安全。因此，切斷這類電路時必須采用特制的安全開關。2021/8/218332 2 互感互感 案例案例33：變壓器是利用互感現象制成的一種電氣設備,在電力系統和電子線路中廣泛應用。大家收錄機常用的穩壓電源，就是變壓器的一種。 1互感現象互感現象由于一個線圈流過電流所產生的磁通，穿過另一個線圈的

15、現象，叫磁合。由于此線圈電流變化引起另一線圈產生感應電動勢的現象,稱為互感現象。產生的感應電動勢叫互感電動勢。 2 2互感系數互感系數在兩個有磁耦合的線圈中，互感磁鏈與產生此磁鏈的電流比值，叫做這兩個線圈的互感系數（或互感量），簡稱互感，用符號M表示，即212121iiM互感系數的單位和自感系數一樣，也是H。 互感系數取決于兩個耦合線圈的幾何尺寸、匝數、相對位置和磁介質。當磁介質為非鐵磁性物質時，M是常數。2021/8/219332 2 互感互感工程上常用耦合系數表示兩個線圈磁耦合的緊密程度，耦合系數定義為21LLMk 顯然， 。當k近似為1時，為強耦合，當k接近于零時，為弱耦合，當k1時，稱

16、兩個線圈為全耦合，此時自感磁通全部為互感磁通。1k3 3互感電動勢互感電動勢 在圖313（a）中，當線圈中的電流變化時，在線圈中產生變化的互感磁鏈21，而21的變化將在線圈中產生互感電動勢eM2。如果選擇電流i1與21的參考方向以及eM2與21的參考方向都符合右手螺旋定則時，根據電磁感應定律，得tiMte1212M 同理，在圖313（b）中，當線圈中的電流i2變化時，在線圈中也會產生互感電動勢eM1,當i2與12以及12與eM1的參考方向均符合右手螺旋定則，則有2021/8/220tiMte2121M332 2 互感互感圖313 線圈中的互感電動勢2021/8/221 授課日期 班次 授課時數

17、 2課題： 3.4同名端的意義及其測定 教學目的：理解同名端的概念；掌握同名端的判別方法及互感線圈的串聯重點： 同名端的概念及判別方法；互感線圈的串聯 難點：與重點相同教具：多媒體作業： P74：3.7 自用參考書：電路丘關源 著 教學過程：一、復習提問 1.自感與互感的產生 2. 自感與互感的應用 二、新授：由案例3.4引入同名端 3.4同名端的意義及其測定 1.互感線圈的同名端 2.同名端的實驗測定 3.具有互感的線圈串聯課后小計：2021/8/222案例案例3 34 4 某變壓器的一次繞組由兩個匝數相等、繞向一致的繞組組成，如圖314（a）中繞組12和34。如每個繞組額定電壓為110V，

18、則當電源電壓為220V時，應把兩個繞組串聯起來使用，如（b）圖所示接法；如電源電壓為110V時，則應將它們并聯起來使用，如（c）圖接法。當接法正確時，則兩個繞組所產生的磁通方向相同，它們在鐵心中互相疊加。如接法錯誤，則兩個繞組所產生的磁通就沒有感應電動勢產生，相當于斷路狀態，會燒壞變壓器，如圖315所示。實際中繞組的繞向是看不到的，而接法的正確與否，與同名端（同極性端）標記直接相關，因此同名端的判別相當重要。 3 34 4 同名端的意義及其測定同名端的意義及其測定圖314 變壓器繞組的正確連接圖315 變壓器繞組的連接錯誤2021/8/2233 34 4 同名端的意義及其測定同名端的意義及其測

19、定解：根據同名端的定義，圖317（a）中，從左邊線圈的端點“2”通入電流，由右手螺旋定則判定磁通方向指向左邊；右邊兩個線圈中通過的電流要產生相同方向的磁通，則電流必須從端點“4”、端點“5”流入，因此判定2，4，5為同名端，1，3，6也為同名端。同理1，4為同名端，2，3也為同名端。圖317 1 1互感線圈的同名端互感線圈的同名端當兩個線圈通入電流，所產生的磁通方向相同時，兩個線圈的電流流入端稱為同名端（又稱同極性端），反之為異名端。用符號“”標記。 例例3 34 4 電路如圖317所示，試判斷同名端。2021/8/2242 2同名端的實驗測定同名端的實驗測定直流判別法：直流判別法：依據同名端定義以及互感電動勢參考方向標注原則來判定。如圖318所示，兩個耦合線圈的繞向未知，當開關S合上的瞬間，電流從1端流入，此時若電壓表指針正偏轉，說明3端電壓為正極性，因此1、3端為同名端；若電壓表指針反偏，說明4端電壓正極性，則1，4端為同名端。 交流判別法：交流判別法：如圖319所示，將兩個線圈各取一個接線端聯接在一