专题四 电磁感应（教案）-河北省职教高考《汽车电工电子基础》（高教版） 专题复习讲练测

专题四 电磁感应（教案）-《汽车电工电子基础》高教版-专题复习讲练测 [考纲要求] 1. 理解直导体中感应电动势的产生原理，包括洛伦兹力的作用机制。 2. 掌握线圈中感应电动势的产生规律，包括磁通量的变化导致感应电动势的产生。 3. 理解自感的概念和影响因素，以及自感与电路中能量变化的关系。 4. 理解互感的概念及其产生的原理，包括互感对电路中电压和电流的影响。 5. 能够应用相关知识解决实际问题，如电磁感应在变压器、感应电动机等设备中的应用。 [课时安排] 2课时 [知识梳理] 一、直导体中的感应电动势 1.感应电动势的方向 作切割磁感线运动的导体,其产生感应电动势的方向可用右手定则来确定:平伸右手,拇指与四指垂直,让磁感线垂直穿过手心,拇指指向运动方向,四指所指方向就是感应电动势的方向 (或是感应电流方向)。需要注意的是:判断感应电动势方向时要把导体看成一个电源,在导体内部,感应电动势方向由负极指向正极。感应电流方向与感应电动势方向相同。当直导体没有形成闭合回路时,导体中只产生感应电动势,不产生感应电流。 2.感应电动势的大小 实验证明:在均匀磁场中,作切割磁感线运动的直导体,其感应电动势e的大小与磁感应强度B、导体的有效长度人导体的运动速度"以及导体运动方向与磁感线方向之间夹角a的正弦值成正比,即 二、自感 1.自感现象 由通入线圈的电流变化而产生感应电动势的现象称为自感现象,由自感现象产生的感应电动势称为自感电动势,用符号eL表示。显然,自感现象属于电磁感应现象 2.自感系数 自感系数是用来描述线圈产生自感磁通本领的物理量。定义线圈中的磁链与产生该磁链的电流比值称为自感系数,又称电感,用符号L表示,的单位是H(亨[利])。即 磁链 由上式看出,电感表示线圈通过单位外电流所产生的自感磁通。电感越大,表示线圈产生自感磁通的能力越大。 电感的大小与线圈的匝数、形状、大小及周围介质的磁导率有关。对给定的空心线圈,电感是常数,即不随线圈中电流变化而变化,故称线性电感。铁心线圈由于铁磁材料的磁导率不是常数,所以它的电感随外电流的变化而变化,故称非线性电感。在其他条件相同的情况下,线圈匝数越多,电感越大;有铁心的电感比空心线圈的电感大很多。 3.自感电动势自感电动势的大小可由法拉第电磁感应定律求得,即 式(2-8)表明,自感电动势的大小与线圈的电感及线圈中外电流的变化率成正比。负号表示自 感电动势的方向总是企图阻碍外电流的变化。自感电动势的方向仍用楞次定律判断。所以,当线圈电流i增大时,自感电动势方向与外电流i方向相反,以阻碍外电流增大,如图2-10a所示;当线圈电流i减小时,自感电动势方向与外电流i方向相同,以阻碍外电流减小,如图2-10b所示。 在含有大电感元件的电路被切断的瞬间,由于电感两端产生的自感电动势很高,会在开关触点之间产生电弧,容易烧坏开关的触点或引起火灾,故应采取相应的保护措施。图2-11所示是汽车点火电路原理图,一次线圈2的电流突然减少,会产生200~300V的自感电动势,方向与蓄电池的电动势方向相同,这两个电压相加会使触点之间产生火花,将触点烧坏。为了保护触点通常在触点两端并联一个电容器,用来吸收储存在线圈中的磁场能,从而起到保护触点的作用。 三、互感 1.互感现象 互感现象是指一个线圈中的电流变化而使另一个线圈产生感应电动势的现象,如图2-12所示。互感现象产生的电动势称为互感电动势,用符号eM表示。 2.互感电动势的大小 在图2-12中当开关SA闭合时,线圈1中产生通Ф11,这个变化的磁通中有一部分Ф12,要通过线圈2,则线圈2中产生的互感电动势的大小为 上式说明,互感电动势的大小与互感磁通量的变化率以及线圈2的匝数成正比。由此，可以得到汽车高压点火线圈产生高压的解释。图2-11所示的汽车点火电路中线圈2共有 300多匝,线圈1却有20000匝以上。当触点4断开的瞬间,由于线圈2中的电流变化,会在线圈1中产生高达10kV以上的互感电动势。这么高的电压加在火花塞电极两端,会引起火花塞极间跳火,点燃缸中的可燃混合气,使发动机工作。 3.同名端 互感电动势的方向不仅与磁通的变化趋势有关,还与线圈的绕向有关。为此,有必要引入描述线圈绕向的概念--同名端。所谓同名端,就是绕在同一铁心上的线圈其绕向相同的接线端。在图 2-13a中,线圈 ABC中的1、4、5端点为同名端,2、3、6端点也是同名端。在图2-13a中 SA闭合瞬间,线圈A的“1”端电流增