2.3 电磁感应（课件）-《电工电子技术与技能》同步精品课堂（高教版）

《电子电工技术与技能》（高教版） 高等教育出版社 同步精品课程——中职专业课 第2章 电容与电感 2.3 电磁感应 知识目标 1.理解电磁感应的基本概念和现象，包括导体在磁场中运动或磁场发生变化时产生感应电动势的原理。 2.掌握法拉第电磁感应定律，即磁通量变化导致感应电动势产生的定量关系。 能力目标 1.能够观察并描述导体在磁场中运动时产生的电动势现象，以及圆形线圈在磁场中旋转时磁通量变化的情况。 2.能够应用法拉第电磁感应定律解决简单的感应电动势计算问题，包括计算磁通量变化率和感应电动势的大小。 3.能够推断导体棒在不同磁场强度下切割磁感线时感应电动势的变化趋势，理解感应电动势与磁场变化的关系。 情感目标 1.激发学生对电磁感应原理背后科学原理的好奇心，引导他们通过探索和实验理解电磁感应现象的奥秘。 2.培养学生通过实际操作和计算，掌握应用法拉第电磁感应定律解决问题的能力，从而增强自信心和实践成就感。 三维目标 导入情景 01 “大家好，今天我们要进入一个有趣的探索：电磁感应！想象一下，你正在看一部科幻电影，里面有个场景非常引人注目：一个巨大的电动机正在工作，不停地转动。但是，你知道这个电动机是如何利用电磁感应原理来运转的吗？在我们深入探讨之前，先让我们想象一下，为什么电动机能够工作？是因为电流通过了吗？不完全正确！实际上，这个电动机是通过磁场中的变化来产生电动势，从而驱动电流，进而驱动转动。这就是我们今天要学习的电磁感应。那么，电磁感应到底是什么呢？它是指当导体在磁场中运动或者磁场本身发生变化时，会在导体中产生电动势的现象。这意味着，只要磁场发生变化，就会产生电流，这个过程正是许多电器设备如何运作的关键。 接下来，我们将深入了解法拉第电磁感应定律以及电磁感应在我们日常生活中的应用。通过这些学习，你将会更加清晰地理解这些科技背后的原理。让我们开始探索电磁感应的奥秘吧！” 新知学习 02 一、直导体切割磁感线时的感应电动势 实验电路如图1.2.22所示:AB为闭合电路中的一段导体，分析导体AB在匀强磁场中做以下几种运动时检流计指针的摆动情况，分析是否有感应电流产生。 1)AB沿上下方向运动。 2)AB沿左右方向运动。 新知学习 02 当AB在匀强磁场中以速度v向右或向左运动时要切割磁感线，造成穿过闭合电路的磁感线条数(磁通量)减少或增多，检流计指针发生偏转，产生感应电流， 如果AB沿磁感线方向移动，则不切割磁感线，穿过回路的磁感线条数不变，即不变，检流计指针不偏转，此时无感应电流产生。检流计指针的偏转方向与导体的运动方向有关，说明感应电流的方向与导体切割磁感线的方向有关。 通过实验分析可知:闭合电路中的一段导体在磁场中切割磁感线时，导体内所产生的感应电动势与磁场的磁感应强度、导体的有效长度和导体切割磁感线的有效速度的乘积成正比。感应电动势E的计算 二、要点提示 新知学习 02 导体中产生的感应电动势和感应电流的方向是一致的，可用右手定则来判定: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，让磁感线垂直穿过手心，大拇指指向导体运动方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向，如图1.2.23所示。 三、右手定则 新知学习 02 当条形磁铁N极向下插入线圈时，检流计的指针向右偏转;当条形磁铁静止时，检流计指针不偏转;当把条形磁铁从线圈中拔出时，检流计的指针向左偏转。这种现象说明:闭合回路中的磁通发生变化时，回路中有电流产生。 实验分析可知:当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，电路中就会产生感应电动势和感应电流，感应电动势的大小与穿过闭合电路的磁通量的变化率成正比，这就是法拉第电磁感应定律。 四、电磁感应定律 新知学习 02 当条形磁铁快速插入或拔出线圈时，检流计指针的偏转方向不同，说明在不同情况下感应电流的方向是不同的。分析图1.2.25可知:感应电流的方向，总是使感应电流的磁通阻碍引起感应电流的磁通变化。这就是楞次定律，它是判断感应电流方向的普遍规律， 五、楞次定律 新知学习 02 五、楞次定律 新知学习 02 如图1.2.26所示，当声波使金属膜片振动时，连接在膜片上的线圈(称为音圈)随着一起振动，音圈在永久磁铁的磁场里振动，其中就产生感应电流(电信号)，感应电流的大小和方向都发生变化变化的振幅和频率由声波决定，这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音。 六、动圈式话筒 新知学习 02 首先要明确原来磁场的方向以及穿过闭合回路的磁通量是增加还是减少，然后根据“增反减同”确定感应电流的磁场方向，最后根据安培定则来确定感应电流的方向。 七、应用楞次定律判断感应电流方向的具体步骤 小试牛刀 题目 1： 当一个导体棒以一定速度 v 在一个匀强磁场中运动，如果将导体棒的速度增加一倍，感应出的电动势将： A. 不变 B. 减少一半 C. 增加一倍 D. 增加四倍 答案与解析： C. 增加一倍。根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的大小与导体运动的速度成正比。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 2： 一根导体棒以速度 v 在磁场中垂直运动，如果导体的长度增加一倍，感应出的电动势将： A. 不变 B. 减少一半 C. 增加一倍 D. 增加四倍 答案与解析： C. 增加一倍。感应电动势的大小与导体的长度成正比，根据法拉第电磁感应定律。 尝试解答下面习题 单相变压器的基本结构包括以下哪些部分？ A. 铁芯、初级绕组、次级绕组、绝缘材料 B. 铁芯、次级绕组、初级绕组、绝缘材料 C. 铁芯、绝缘材料、初级绕组、次级绕组 D. 初级绕组、次级绕组、铁芯、绝缘材料 解析：正确答案是A。单相变压器的基本结构包括铁芯、初级绕组、次级绕组和绝缘材料等组成部分，它们共同实现电能的变压和传输。 小试牛刀 题目 3： 在一个恒定磁场中，一根导体棒以速度 v 进入磁场，感应出的电动势的方向与导体运动的方向关系是： A. 始终相同 B. 始终相反 C. 取决于磁场的强度 D. 与速度无关 答案与解析： B. 始终相反。根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的方向与导体运动方向相反。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 4： 一个圆形线圈中，磁通量随时间变化的速率增加，则线圈中感应出的电动势将： A. 不变 B. 增大 C. 减小 D. 取决于线圈的半径 答案与解析： B. 增大。感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比，如果磁通量变化的速率增加，电动势也会增大。 尝试解答下面习题 题目 5： 一个导体棒以速度 v 在与其成角度 θ 的方向进入磁场中，感应出的电动势的大小与下列哪个因素有关？ A. 导体的电阻 B. 磁场的强度 C. 速度 v 的分量 D. 电动势的极性 答案与解析： C. 速度 v 的分量。感应电动势的大小与导体在磁场中运动方向的分量有关。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 6： 一根导体棒以速度 v 在一个均匀磁场中作匀速直线运动，如果磁场的强度增加一倍，感应出的电动势将： A. 不变 B. 减少一半 C. 增加一倍 D. 增加四倍 答案与解析： C. 增加一倍。感应电动势的大小与磁场的强度成正比。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 7： 一个圆形线圈在匀强磁场中以角速度ω绕垂直于自身平面的轴旋转，则线圈中感应出的电动势的大小与下列哪个因素有关？ A. 线圈的半径 B. 线圈的材料 C. 磁场的强度 D. 角速度ω的大小 答案与解析： D. 角速度ω的大小。感应电动势的大小与磁通量的变化率有关，而角速度影响线圈内磁通量的变化速率。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 8： 一根导体棒以速度 v 在与磁场方向成角度 θ 的方向进入均匀磁场中，感应出的电动势的大小与下列哪个因素有关？ A. 磁场的方向 B. 导体的形状 C. 导体的电阻 D. 速度 v 的分量 答案与解析： D. 速度 v 的分量。感应电动势的大小与导体在磁场中运动方向的分量有关。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 9： 画出交流接触器的示意图，并标明图示中的符号说明。 答案与解析： 交流接触器通常用于控制电动机或其他大功率设备的启动和停止。以下是一个简化的交流接触器示意图： 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 10： 如图所示，磁场中放有一个闭合的矩形线圈，保持线圈平面始终与磁感线垂直。请判断下列两种情况是否产生感应电流: (1)线圈上下运动。 (2)线圈左右运动。 答案与解析： 线圈上下运动：当矩形线圈在磁场中上下运动时，会引起磁通量的变化。根据法拉第电磁感应定律，磁通量的变化会导致感应电动势的产生。具体来说：当线圈向上或向下运动时，磁场中的磁通量会随着线圈的位置变化而变化，从而产生感应电动势。因此，线圈上下运动会产生感应电流。 线圈左右运动：如果线圈的平面始终与磁感线垂直，并且线圈沿水平方向左右运动，这种运动不会导致磁通量的变化。因为磁感线垂直于线圈平面，并不受到左右运动的影响，所以在这种情况下，不会产生感应电流。 小试牛刀 尝试解答下面习题 课堂小结 03 今天我们学习了电磁感应的基础知识和相关定律。电磁感应是指当导体在磁场中运动或磁场发生变化时，会在导体中产生感应电动势的现象。在学习中，我们重点掌握了以下几个要点：法拉第电磁感应定律： 当磁通量发生变化时，导体中就会产生感应电动势，其大小与磁通量变化率成正比。感应电动势的方向： 根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的方向总是使得产生的电流阻碍引起它的原因，即磁场变化趋势。电磁感应的应用： 我们了解了电磁感应在日常生活中的应用，如发电机、变压器等，这些设备都是利用电磁感应原理工作的。导体棒切割磁感线： 学习了导体棒在磁场中以垂直于磁感线的方向运动时，会在导体棒中产生电动势的现象，其大小与导体棒的速度和磁感应强度成正比。圆形线圈中的磁通量变化： 分析了圆形线圈在磁场中旋转时，磁通量随时间变化的情况，以及如何计算感应电动势。电磁感应的定量计算： 掌握了如何运用法拉第电磁感应定律来计算感应电动势的大小，以及如何通过计算磁通量的变化来确定电动势。 作业布置 04 完成课堂上未完成的练习题目，确保对电磁感应的掌握。 复习电磁感应的相关概念和应用，整理笔记，梳理知识框架。 完成作业本上关于电磁感应的习题，加深对定理的理解。 准备下节课的讨论问题：你认为电磁感应在实际生活中有哪些应用？请结合具体例子进行讨论。 感谢观看 $$