电工基础第四章教案.docx

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电工基础第四章教案

第四章磁与电磁感应

§4－1、磁感应强度和磁通

教学目的

1.了解磁场、磁感应线的概念磁感应强度磁通的概念;

2.掌握磁感应强度磁通的概念及其应用。

教学重、难点

教学重点：

掌握磁感应强度磁通的概念及其应用;

教学难点：

掌握磁感应强度磁通的概念及其应用;

教学方法：

讲授法

教学时数：

2课时授完。

教具：

黑板、多媒体课件等。

教学过程：

I、复习提问：

II、讲授新课：

一、磁体与磁感线

1、磁性：

某些物体具有吸引铁、钴、镍等物质的性质叫做磁性

2、磁体：

具有磁性的物体叫做磁体。

分为天然磁铁和人造磁铁，常见的人造磁体有条形磁体，蹄形磁体和磁针等。

3、磁极：

磁铁两端磁性最强的地方；任何磁铁都有一对磁极，一个叫南极用S表示，一个叫北极用N表示。

4、磁极之间存在相互作用，同性相斥，异性相吸。

磁极不能单独存在。

异名磁极同名磁极

5、磁场：

在磁力作用的空间，有一种特殊的物质叫磁场

6、磁感线：

在磁场中画出一系列曲线，曲线上任意一线切线的方向就是该点的磁场方向

条形磁体的磁感线

7、磁感线的特点

1.磁感线是空间分布的

2.磁感线是假想的曲线，不真实存在

3.任意两条磁感线不相交

4.磁感线是闭合曲线，外部从N极指向S极内部从S指向N（与电场线不同）

二、电流的磁效应

电流的磁效应：

通电导体的周围存在着磁场这种现象叫做电流的磁效应，磁场的方向取决于电流方向，用右手螺旋定则判断。

1、通电长直导线的磁场方向：

（1）判定方法：

右手握住导线并把拇指伸开，用拇指指向电流的方向，四指环绕的方向就是磁场的方向。

2、通电螺线管的磁场方向：

1）判定方法：

右手握住螺线管并把拇指伸开，弯曲的四指表示电流的方向，拇指所指的方向就是通电螺线管N极的方向。

通电螺线管的磁场方向

三、磁感应强度和磁通

1、磁感应强度（B）

动动手：

下图为一个匀强磁场，磁场方向如下图所示

现象：

当电路中有电流通过时，载流导线MN受到力的作用向上运动，弹簧缩短。

结论：

（1）磁感应强度公式：

B是导体所在处的磁感应强度，单位特斯拉（T）

（2）方向：

磁场中某点磁感线的切线方向为该点的磁感应强度方向.

3）磁感应强既反映了某点磁场的强弱、又反映了该点磁场的方向，磁感应强是矢量。

（4）匀强磁场：

如果磁场中各点的磁感应强度B的大小和方向完全相同，这种磁场叫匀强磁场，如下图所示

在匀强磁场中，磁感线是平行、等距的直线

2、磁通（φ）

（1）定义：

磁感应强度B与其垂直的某一截面积S的乘积

φ是通过该面积的磁通，单位韦伯（Wb）

例题

在匀强磁场中，垂直磁场方向放置一根直导线，导线长为0.8m，导线中的电流为15A，导线在磁场中受到的力为20N，试求该匀强磁场的磁感应强度B。

解：

根据磁感应强度的公式：

Ⅵ、课余作业：

课本P98小练习1、2.

V、教学后记：

第四章磁与电磁感应

§4－2磁场强度

教学目的

1、掌握磁导率、磁场强度的概念

2、掌握常见几种载流导体的磁场强度

教学重、难点

教学重点：

1、磁场强度、磁感应强度的区别

2、载流螺线管磁场强度的计算。

教学难点：

相对磁导率的理解与计算

教学方法：

讲授法

教学时数：

1课时授完。

教具：

黑板、多媒体课件等。

教学过程：

I、复习提问：

[1]电流的磁效应[2]磁感应强度及磁通

通过回顾通电螺线管周围存在磁场，如插入铁心，磁场的强弱会受怎么的影响？

II、讲授新课：

一、磁导率：

1、磁导率是一个用来表示媒介质导磁性能的物理量，用μ表示，其单位为H/m。

由实验测得真空中的磁导率μ0=4π×10-7H/m，为一常数。

2、根据相对磁导率的大小，可把物质分为三类：

（1）顺磁物质相对磁导率稍大于1。

如空气、铝、铬、铂等。

（2）反磁物质相对磁导率稍小于1。

如氢、铜等。

（3）铁磁物质相对磁导率远大于1，其可达几百甚至数万以上，且不是一个常数。

如铁、钴、镍、硅钢、坡莫合金、铁氧体等。

二、、磁场强度（H）

1、定义：

真空中，某点的磁场强度等于该点的磁感应强度与介质磁导率μ的比值

2、公式：

B-----通电线圈的磁感应强度，单位特斯拉（T）

H-----磁场中该点的强度，单位安培每米（A/m）；

μ----真空的磁导率，单位亨每米（H/m）；

三、几种常见载流导体的磁场强度（H）

1、载流长直导线

（1）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（a）图所示；实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。

（2）公式：

2、载流螺线管

如果螺线管的匝数为N，长度为L,通电

电流为I，如右图所示。

理论和实验证

明，其内部磁场强度为

方向：

用右手螺旋定则来判断。

四、总结：

本节介绍了磁场强度与磁感应强度的关系及物理意义，并学会相关计算；正确理解两者含义及关系。

Ⅲ、课余作业：

课本P90小练习1、2、3.

Ⅵ、教学后记：

第四章磁与电磁感应

§4－3电磁感应现象

教学目的

1、了解电磁感应现象

2、理解电磁感应现象产生的条件

教学重、难点

教学重点：

1、电磁感应现象概念

2、感应电流产生条件

教学难点：

感应电流产生条件的分析和总结

教学方法：

多媒体演示电磁感应实验

教学时数：

1课时授完。

教具：

多媒体课件、实验器材等。

教学过程：

I、导入：

1820年奥斯特发现了电流的磁效应，揭示了电和磁之间的联系。

受这一发现的启发，人们很自然地想到这样一个问题：

既然电流能够产生磁场，反过来，磁场能不能产生电流呢？

下面我们就做一个小实验演示一下。

从实验中观察到什么现象？

电流表指针发生了偏转，电路中有电流产生，磁场可以产生电流。

II、讲授新课：

我们就把磁场产生电流的现象叫电磁感应现象，产生的电流叫感应电流。

电磁感应现象是英国科学家法拉第经过10年坚持不懈的努力发现的，电磁感应现象的发现进一步揭示了电和磁的关系，为后来麦克斯韦建立完整的电磁理论奠定了基础。

同时，由于电磁感应现象的发现，导致后来发明了发电机、变压器等电器设备，从而使电能在生产和生活中得到了广泛的应用，开辟了电的时代。

既然电磁感现象意义如此重大，那么我们就通过下面两个小实验，总结出感应电流产生的特点

实验与分析

1、如右图，当磁铁N极向下插入线圈时

思考观察：

①磁铁N极（即原磁场）方向向哪？

（向下）

②穿过线圈中的磁通量（即磁场线条数）

如何变化？

（增加）

③电表指针向哪偏？

（向正柱）

④线圈中感应电流方向如何？

（看绕向）

⑤感应电流的磁场方向向哪？

（上N下S）

⑥感应电流的磁场方向与原磁场方向相同吗？

（相反）

⑦感应电流的磁场对磁铁（即原磁场）的靠近是吸引还是排斥？

（排斥，即阻碍原磁场穿过线圈的磁通量的增加）

2、当磁铁N极向上抽出时

思考观察：

①磁铁N极（即原磁场）方向向哪？

（向下）

②穿过线圈中的磁通量（即磁场线条数）

如何变化？

（减少）

③电表指针向哪偏？

（向负柱）

④线圈中感应电流方向如何？

（看绕向）

⑤感应电流的磁场方向向哪？

（上S下N）

⑥感应电流的磁场方向与原磁场方向相同吗？

（相同）

⑦感应电流的磁场对磁铁（即原磁场）的靠近是吸引还是排斥？

（吸引，即阻碍原磁场穿过线圈的磁通量的减少）

归纳总结：

磁铁的运动

表针的摆动方向

磁铁的运动

表针的摆动方向

N极插入线圈

S极插入线圈

N极停在线圈中

不摆动

S极停在线圈中

不摆动

N极从线圈中抽出

S极从线圈中抽出

结论：

只有磁铁相对线圈运动时，有电流产生。

磁铁相对线圈静止时，没有电流产生。

感应电流的条件：

只要穿过闭合电路的磁通发生变化，闭合电路中就有感应电流产生。

楞次定律：

感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。

说明：

（1）“总要”指楞次定律适应所有感应电流的方向判断

（2）对“阻碍”二字应正确理解。

“阻碍”不是相反，不是阻止，而只是延缓了原磁通量的变化，在电路中的磁通量还是在变化的。

右手定则：

内容：

伸开右手，使大拇指与其余四指垂直，并且都与手掌在一个平面内，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为感应电流的方向。

Ⅲ、课余作业：

课本P94小练习1、2、3.

Ⅵ、教学后记：

第四章磁与电磁感应

§4－4电磁感应定律

教学目标：

1．在电工学方面的要求．

（1）掌握穿过闭合电路的磁通量变化时产生的感应电动势

（2）让学生知道磁通量的变化率是表示磁通量变化快慢的物理量

（3）让学生理解法拉第电磁感应定律内容、数学表达式

2．通过实验和推理论证培养学生的推理能力和分析问题的能力

3．了解法拉第探索科学的方法，学习他的执著的科学探究精神

教学重点、难点：

1．法拉第电磁感应定律

2．感应电动势的计算公式及方向的判断

3.多匝线圈感应电动势推导

教学方法：

讲授法

教学时数：

1课时授完。

教具：

多媒体课件、实验器材等。

教学过程：

引入新课

由前一节电磁感应现象实验我们知道了螺线管中插入磁铁，电流计会偏转即有感应电流的产生，此现象的本质是产生了感应电动势。

感应电动势又将如何计算？

教学过程设计

一、感应电动势

概念：

在电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势。

说明：

①电路闭合时有感应电动势，感应电流。

②电路断开时有感应电动势，但无感应电流。

影响感应电动势大小的因素：

大量试验表明，穿过线圈的磁通量变化越快感应电动势越大，即磁通量的变化率

磁通量Ф、磁通量变化△Ф、通量变化率、与电磁感应的关系：

物理意义

与电磁感应的关系

磁通量Ф

穿过回路的磁感线的条数

无关

磁通量变化△Ф

穿过回路的磁通量的变化量

感应电动势产生的条件

通量变化率△Ф/△t

穿过回路的磁通量的变化快慢

决定感应电动势的大小

二、法拉第电磁感应定律

1.法拉第电磁感应定律

感应电动势的大小:

在某些约定的情况下或说将楞次定律考虑在内后，法拉第电磁感应定律将写成如下形式:

.

约定：

1）任设回路的电动势方向（简称计算方向L）

2）磁通量的正负与所设计算方向的关系：

当磁力线方向与计算方向成右手螺旋关系时，磁通量的值取正，否则磁通量的值取负

3）计算结果的正负给出了电动势的方向

e>0:

说明电动势的方向就是所设的计算方向

e<0:

说明电动势的方向与所设计算方向相反。

例：

我们欲求面积S所围的边界回路中的电动势,假设磁场空间均匀磁力线垂直面积S,磁场随时间均匀变化，变化率为

解：

先设电动势方向（即计算方向），可以有两种设法

第一种：

设计算方向L（电动势方向）

如图所示的逆时针回路方向

按约定，磁力线与回路成右手螺旋，

所以磁通量取正值，得

由

负号说明：

电动势的方向与所设的计算方向相反

第二种：

设计算方向L'（电动势方向）

如图所示的顺时针回路方向

按约定磁通量取负

由

正号说明：

电动势的方向与所设计算方向一致

两种假设方向得到的结果相同

讨论：

1）使用意味着按约定计算

2）全磁通磁链对于N匝串联回路每匝中穿过的磁通分别为

则有

如果穿过每匝线圈的磁通相同，即

，则

，那么感应电动势为

三、思考与练习：

1、感应电动势的方向

2、如图所示为穿过某线路的磁通量Φ随时间t变化的关系图，试根据图说明：

（1）穿过某线路的磁通量Φ何时最大？

何时最小？

（2）Δφ/Δt何时最大？

何时最小？

（3）感应电动势E何时最大？

何时最小？

课堂小结

1．当磁通量变化时，对于闭合电路一定有感应电流．若电路不闭合，则无感应电流，但仍然有感应电动势

2．在法拉第电磁感应定律中感应电动势ε的大小不是跟磁通量Ф成正比，也不是跟磁通量的变化量ΔФ成正比，而是跟磁通量的变化率成正比

3．穿过电路的磁通量发生变化时，感应电动势由法拉第电磁感应定

Ⅲ、课余作业：

课本P95小练习1、2、3.

Ⅵ、教学后记：

第四章磁与电磁感应

§4-5自感与互感

教学目的

1、了解自感现象

2、自感电动势的计算

教学重、难点

教学重点：

1、自感电动势产生条件；

2、自感电动势的计算。

教学难点：

自感现象的运用

教学方法：

多媒体演示电磁感应实验

教学时数：

讲授法。

教具：

黑板、多媒体课件等。

教学过程：

I、提出问题：

发生电磁感应现象、产生感应电动势的条件是什么？

怎样得到这种条件？

如果通过线圈本身的电流有变化，使它里面的磁通量改变，能不能产生电动势？

II、讲授新课：

一、自感现象：

演示实验：

（1）用下图电路作演示实验．

（a）如图HL1和HL2是规格相同的两个灯泡，合上开关，调节R使HL1、HL2亮度相同，再调节R1使两白炽灯正常发光，然后断开S再接通电路的瞬间，问同学们看到了什么?

（实验要反复几次）。

（b）现象：

HL2正常发光，HL1逐渐亮起来。

（c）分析现象：

开关闭合，电路中电流逐渐增大，线圈的磁通随着增大，根据电磁感应定律，线圈中产生了感应电动势，这个感应电动势阻碍线圈中电流的变化，所以通过灯HL1的电流逐渐增大，灯HL1逐渐亮起来。

（2）用图2电路作演示实验．

（a）如图接通电路，灯HL正常发光，再断开电路。

问同学们看到了什么？

（实验要反复几次）

（b）现象：

断电的一瞬间，白炽灯突然发出很强的

亮光，然后才熄灭。

（c）分析现象：

电路断开的瞬间，通过线圈的电流突

然减弱，穿过线圈的磁通也很快减少，因而在线圈中产生了感应电动势。

电源这时虽然断开，但线圈和灯HL组成了闭合电路，在这个电路中有感应电流通过，灯泡不会立即熄灭。

分析现象：

电路断开的瞬间，通过线圈的电流突然减弱，穿过线圈的磁通也很快减少，因而在线圈中产生了感应电动势。

电源这时虽然断开，但线圈和灯HL组成了闭合电路，在这个电路中有感应电流通过，灯泡不会立即熄灭。

由实验可得结论如下：

当线圈中的电流发生变化时，线圈本身就产生感应电动势，这个电动势总是阻碍线圈中原来电流的变化。

自感现象：

由于线圈本身的电流发生而产生的电磁感应现象叫自感现象。

简称自感。

二、自感电动势

自感电动势：

在自感现象中产生的感应电动势

----------线圈中电流变化所用的时间

---------线圈的自感系数

------------线圈中电流的变化量

-----------自感电动势

例：

在0.01S内，通过一个线圈的电流由0.2A增加到0.4A，线圈产生5V的自感电动势，求：

（1）线圈的自感系数L是多大？

（2）如果通过该线圈的电流在0.05S内有0.5A增加到1A,产生的自感电动势又是多大？

解：

（1）自感电动势为

负号表示自感电动势总是企图阻止电流变化，所求自感系数可取绝对值，即

（2）线圈自感系数是一个常数，所以

Ⅲ、课余作业：

课本P102小练习1、2

Ⅵ、教学后记：