第六讲 电磁感应（课件）《电工技术基础》河北省（对口升学）专项复习

《电工技术基础》 电磁感应 单元六 职教高考·电工技术基础 考纲要求 了 解 理解（熟悉） 掌 握 熟练掌握 自感系数和互感系数的概念；互感线圈同名端的串联；涡流的产生及其在工程技术上的应用。 电磁感应现象产生的条件；自感现象和互感现象；电感器的储能特性及能量的计算。 互感线圈同名端的判断。 运用右手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律。 复习建议：在本节的复习过程中，应熟练掌握右手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律。 职教高考·电工技术基础 职教高考·电工技术基础 知识学习 一 单元六 导体切割磁力线 磁通量变化 产生感应电流的方法 分析感应电流方向 认识电磁感应现象 分析与应用电磁感应定律 分析与应用自感现象 互势系数 互感现象 左手定则 楞次定律 自感现象应用 自感电动势 感应电动势 法拉第电磁感应定律 分析与应用互感现象 互感电动势 互感线圈的同名端和串联 互感线圈的同名端 互感线圈的串联 知识学习 一 电磁感应现象 感应电动势： 职教高考·电工技术基础 电磁感应现象： 考点一：电磁感应现象 利用变化的磁场产生电流的现象称为电磁感应现象。 利用电磁感应的方法得到的电动势称为感应电动势。 利用电磁感应的方法得到的电流称为感应电流。 感应电流： 电磁感应现象 1 职教高考·电工技术基础 知识学习 一 产生感应电流的方法 （1）闭合回路的一部分导体在磁场中作切割磁感应线运动时， 回路中产生感应电流。 （2）穿过闭合回路的磁通发生变化时，回路中就有感应电流产生。 产生感应电流的条件 2 知识学习 一 右手定则 伸开右手，使拇指与四指垂直，并都跟手掌在一个平面内， 让磁感线穿入手心，拇指指向导体运动方向，四指所指的 即为感应电流的方向。 职教高考·电工技术基础 右手定则： 考点二：感应电流方向 右手定则 当闭合回路中一部分导体作切割磁感线运动时， 所产生的感应电流方向可用右手定则来判断。 适 用 条 件 右手定则 在电路图中，用国家统一规定的图形符号来表示电路组成的元器件和连接情况。 知识学习 一 楞次定律 职教高考·电工技术基础 B' 与B 方向的关系 I感的磁场B ' 的方向 磁通量Ф 的变化 原磁场B 的方向 v v v v 增加 相反 减少 相同 增加 相反 减少 相同 （ 演示实验 ） 从上表来看，两个磁场B' 与B 的方向，在什么情况下相同，什么情况下相反？ （ 增反、减同。） 在电路图中，用国家统一规定的图形符号来表示电路组成的元器件和连接情况。 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 楞次定律： 感应电流的方向，总是使感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁通量的变化，这就是楞次定律。 楞次定律 1 对楞次定律的理解： （1）从楞次定律的表述可见，楞次定律并没有直接指出感应电流的方向，而 是间接指出产生感应电流的磁场方向。 在电路图中，用国家统一规定的图形符号来表示电路组成的元器件和连接情况。 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 （3）如果原磁通量是增加的，感应电流的磁通量就与原磁通量的方向相反； 如果原 磁通量减少，那么感应电流的磁通量就与原磁通量的方向相同。 （来拒去留，增反减同） （4）楞次定律中的“阻碍”作用，正是能量守恒定律的具体表现，在克服这种“阻 碍”的过程中，其他形式的能转化为电能。 （2）楞次定律中的“阻碍”是延缓，原磁通量该增加还是会增加，该减少还是会减少， 感应电流只是让这个变化过程变慢一些，不是“阻止”，更不是相反。 在电路图中，用国家统一规定的图形符号来表示电路组成的元器件和连接情况。 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 应用楞次定律判断感应电流方向的步骤： 2 （1） 明确引起感应电流的磁场方向。 （2）判断穿过闭合电路的磁通量的变化。 （3）根据楞次定律确定感应电流的磁场方向。 （4）利用安培定则判定感应电流的方向。 在电路图中，用国家统一规定的图形符号来表示电路组成的元器件和连接情况。 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 应用楞次定律判断步骤流程图： 原磁场B1方向 原磁通变化（增加或减少） 楞次定律 感应电流磁场B2方向 （与B1相同或相反） 安培定则 感应电流方向 注意：楞次定律是判断感应电流方向的普遍适用的重要定律。 一 职教高考·电工技术基础 在电路图中，用国家统一规定的图形符号来表示电路组成的元器件和连接情况。 　（1）右手定则和楞次定律都可用来判断感应电流的方向，两种方法本质 是相同的，所得的结果也是一致的。 　（2）右手定则适用于判断导体切割磁感线的情况，而楞次定律是判断感 应电流方向的普遍规律。 知识学习 一 右手定则与楞次定律的适用范围 3 职教高考·电工技术基础 在电路图中，用国家统一规定的图形符号来表示电路组成的元器件和连接情况。 知识学习 一 右手定则与楞次定律的一致性 右手定则 楞次定律 用来判断感应电流的方向 两种方法本质相同 结果是一致的 右手定则 适用于判断导体切割磁感线 楞次定律 适用于判断感应电流方向的普遍规律 在电路图中，用国家统一规定的图形符号来表示电路组成的元器件和连接情况。 知识学习 一 感应电动势 职教高考·电工技术基础 考点三：电磁感应定律 在电磁感应现象中产生的电动势，叫做感应电动势。 感应电动势： 注意： 产生感应电动势的那部分导体，就相当于电源； 产生感应电动势的那部分导体的电阻，相当于电源的内电阻。 感应电动势 1 在电路图中，用国家统一规定的图形符号来表示电路组成的元器件和连接情况 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 感应电动势的方向 2 在电源内部，电流从电源负极流向正极，电动势的方向 也是由负极指向正极，因此感应电动势的方向与感应电 流的方向一致，仍可用右手定则和楞次定律来判断。 感应电动势的方向： 注意：对电源来说，电流流出的一端为电源的正极。 在电路图中，用国家统一规定的图形符号来表示电路组成的元器件和连接情况 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 感应电动势与电路是否闭合无关 3 （2） 若电路是闭合的，则电路中有感应电流，若外电路是断开的，则电路中 就没有感应电流，只有感应电动势。 （1）感应电动势是电源本身的特性，即只要穿过电路的磁通发生变化，电路中 就有感应电动势产生，与电路是否闭合无关。 在电路图中，用国家统一规定的图形符号来表示电路组成的元器件和连接情况。 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 电磁感应定律 电磁感应定律 1 电磁感应定律： 电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。 式中N 表示磁通与线圈匝数的乘积，称为磁链用 表示，即 在电路图中，用国家统一规定的图形符号来表示电路组成的元器件和连接情况。 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 注意： （1）把磁通量（  ）、磁通量的变化（  ）、磁通量的变化率（ /t ）三者 区别开来。法拉第电磁感应定律说的是感应电动势与磁通量的变化率成正比。 （2）尽管磁通量是标量，但计算磁通量的变化时应注意磁通量的方向。例如线圈在 磁场中转180°，其磁通量的变化 =2 ，而不能认为 =0。 （3）磁通量的变化可以是由B或S单独变化而引起的，也可以是由B与S共同变化 而引起的。 知识学习 一 直导线在磁场中切割磁感线 2 职教高考·电工技术基础 上式标明，在磁场中，运动导线产生的感应电动势的大小与磁感应强度 B、导线长度 l、导线运动速度 v 以及运动方向与磁感线方向之间夹角的正弦 sin 成正比。 E  B l v sin 感应电流方向判定： 右手定则 若电路闭合，且电阻为 R，则电路中的电流为： 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 注意： 　1．利用公式 计算感应电动势时，若 v 为平均速度，则计算结果 为平均感应电动势；若为瞬时速度，则计算结果为瞬时感应电动势。 　 2．利用公式 计算出的结果为 t 时间内感应电动势的平均值。 E R1 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 考点四：自感现象 （演示一） （演示二） 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 （演示一） 先合上开关S，调节变阻器R的电阻，使同样规格的两个指示灯HL1和HL2的明亮程度相同。再调节变阻器R1使两个指示灯都正常发光，然后断开开关S。 现象： 接通电路时可以看到，跟变阻器R串联的指示灯HL2立刻正常发光，而 跟有铁芯的线圈L串联的指示灯HL1却是逐渐亮起来的。 分析： 在接通电路的瞬间，电路中的电流增大，穿过线圈L的磁通也随着增加。根据电磁感应定律，线圈中必然会产生感应电动势，这个感应电动势阻碍线圈中电流的增大，所以，通过HL1的电流只能逐渐增大，HL1的电流只能逐渐增大，HL1只能逐渐亮起来。。 2 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 （演示二） 把指示灯HL和带铁芯的电阻较小的线圈L并联在直流电路里。 现象： 接通电路，HL正常发光后，再断开电路，这时可以看到，断电的那一 瞬间，指示灯突然发出很强的亮光，然后才熄灭。 分析： 这是由于电路断开的瞬间，通过线圈的电流突然减弱，穿过线圈的磁通也就很快地减少，因而在线圈中产生感应电动势。虽然这时电源已经断开，但线圈L和指示灯HL组成了闭合电路，在这个电路中有感应电流通过，所以，指示灯不会立即熄灭。 结论： 从两个演示实验可以看出，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电流的变化。 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 自感现象： 由于线圈本身电流发生变化而产生电磁感应的现象叫自感现象。 自感现象 1 自感现象 自感电动势： 在自感现象中产生的电动势，叫做自感电动势。 自感电流： 在自感现象中产生的电流，叫做自感电流。 在电路图中，用国家统一规定的图形符号来表示电路组成的元器件和连接情况 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 自感系数 2 自感磁通： 当电流流过回路时，回路中产生磁通，叫自感磁通。 符号： L 当线圈匝数为 N 时，线圈的自感磁链为： L = N L 在电路图中，用国家统一规定的图形符号来表示电路组成的元器件和连接情况 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 自感系数： 将线圈的自感磁链与电流的比值称为线圈的自感系数，简称电感。 符号： L 公式： 单位： H（亨）、毫亨（ mH ）、微亨（ H ） 　　它们之间的关系为： 1 H = 103 mH = 106 H 注意 空心的电感线圈的自感系数是一个常量，该常量只由线圈本身的性质决定，即只与线圈的截面积、几何形状和匝数有关，而与线圈中的电流无关。 在电路图中，用国家统一规定的图形符号来表示电路组成的元器件和连接情况 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 线圈电感的计算 3 说明： 线圈的电感是由线圈本身的特性所决定的，它与线圈的尺寸、匝数 和媒介质的磁导率有关，而与线圈中有无电流及电流的大小无关。 　　(2) 其他近似环形的线圈，在铁心没有饱和的条件下，也可用上式近似 计算线圈的电感，此时l 是铁心的平均长度；若线圈不闭合，不能 用上式计算。 　　(3) 由于磁导率  不是常数，随电流而变，因此有铁心的线圈其电感 也不是一个定值，这种电感称为非线性电感。 在电路图中，用国家统一规定的图形符号来表示电路组成的元器件和连接情况 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 自感电动势： 自感电动势 在自感现象中产生的感应电动势，叫自感电动势。 EL = L 　　即：自感电动势的大小与线圈中电流的变化率成正比。 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 磁场能量 磁场能量计算公式： 当线圈中通有电流时，线圈中就要储存磁场能量，通过线圈的电流越大， 储存的能量就越多；在通有相同电流的线圈中，电感越大的线圈，储存 的能量越多，因此线圈的电感也反映了它储存磁场能量的能力。 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 磁场能量和电场能量对比： （1）磁场能量和电场能量在电路中的转化都是可逆的。线圈和电容器一样都是 储能元件，而不是电阻器一类的耗能元件。 （2）磁场能量的计算公式，在形式上和电场能量的计算公式相似。 （线圈中通过的电流I与电容器两端电压相对应，线圈的电感L与电容器的电容C相对应 ） 知识学习 一 互感现象 1 职教高考·电工技术基础 考点五：互感现象 互感现象： 由于一个线圈的电流变化，导致另一个线圈产生感应电动势的现象， 称为互感现象。 互感现象 互感电动势： 在互感现象中产生的电动势，叫做互感电动势。 、、 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 互感系数： 在两个有磁铰链（耦合）的线圈中，互感磁链与产生此磁链的电流比值，叫做这两个线圈的互感系数，简称互感。 互感系数 2 互感 即： 电压定义。 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 互感系数由这两个线圈的几何形状、尺寸、匝数、它们之间的 相对位置以及磁介质的磁导率决定，与线圈中的电流大小无关。 注意： 耦合系数： 　K1 与 K2 的几何平均值叫做线圈的交链系数或耦合系数，用 K表示。 即： K的值在0与1之间（0≤K≤1） 电压定义。 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 互感系数决定于两线圈的自感系数和耦合系数： （1）K=0说明不存在互感； （2）K=1时说明两个线圈耦合最紧，产生的互感最大，又称全耦合。 说明：： 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 互感电动势 互感电动势： 在互感现象中产生的感应电动势，叫互感电动势。 　　设两个靠得很近的线圈，当第一个线圈的电流 i1 发生变化时，将在第二个线圈中产生 互感电动势 EM2，根据电磁感应定律，可得 　同理，当第二个线圈中电流 i2 发生变化时，在第一个线圈中产生互感电动势EM1 为 　　线圈中的互感电动势，与互感系数和另一线圈中电流的变化率的乘积成正比。 职教高考·电工技术基础 电压定义。（） 知识学习 一 互感线圈的同名端 同名端 1 在同一变化磁通的作用下，感应电动势极性相同的端点叫同名端。 感应电动势极性相反的端点叫异名端。 考点六：互感线圈的同名端和串联 互感线圈的极性 规定电压的方向由高电位指向低电位。 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 2 同名端的表示法 在电路中，一般用“ · ”表示同名端，如图所示。 在标出同名端后，每个线圈的具体绕法和它们之间的相对位置就不需要在图上表示出来了。 同名端表示法 电压定义。 职教高考·电工技术基础 知识学习 一 同名端的判定 3 若已知线圈的绕法，可用楞次定律直接判定。 (2) 若不知道线圈的具体绕法，可用实验法来判定。 　　 如图是判定同名端的实验电路。当开关 S 闭合时，电流从线圈的端点 1 流入， 且电流随时间在增大。若此时电流表的指针向正刻度方向偏转，则说明 1 与 3 是同名端，否则 1 与 3 是异名端。 判定同名端实验电路 规定电压的方向由高电位指向低电位。 职教高考·电工技术基础 知识学习 一 互感线圈的串联 顺串： 异名端相接称为顺串。 顺串 1 　互感线圈的顺串 顺串的两个互感线圈如图所示，电流由端点 1 经端点 2、3 流向端点 4。 等效电感： 职教高考·电工技术基础 电压定义。 知识学习 一 反串 2 反串： 同名端相接称为反串。 　互感线圈的反串 等效电感： 通过实验分别测得 L顺 和 L反 ，就可计算出互感系数 M 。 电压定义。 职教高考·电工技术基础 知识学习 一 涡流 涡流 1 涡流：把块状金属放在交变磁场中，金属块内将产生感应电流。这种电流在金属块 内自成回路，像水的旋涡，因此叫涡电流，简称涡流。 考点七：涡流和磁屏蔽 涡流损失：由于整块金属电阻很小，所以涡流很大，不可避免地使铁心发热，温度 升高，引起材料绝缘性能下降，甚至破坏绝缘造成事故。铁心发热，还 使一部分电能转换为热能白白浪费，这种电能损失叫涡流损失。 职教高考·电工技术基础 知识学习 一 2 磁屏蔽 磁屏蔽：在电子技术中，仪器中的变压器或其他线圈所产生的漏磁通，可能会影响 某些器件的正常工作，出现干扰和自激，因此必须将这些器件屏蔽起来， 使其免受外界磁场的影响，这种措施叫磁屏蔽。 方法：(1) 利用软磁材料制成屏蔽罩，将需要屏蔽的器件放在罩内。常常用铜或铝 等导电性能良好的金属制成屏蔽罩。　　 　　 (2) 将相邻的两个线圈互相垂直放置。 巩固练习 二 利用电磁感应的方法获得的电流称为感应电流。判断闭合回路感 应电流方向的方法有 ( )。 A.安培定则 B. 右手定则 C.左手定则 D.楞次定律 E.基尔霍夫定律 【解题分析】本题主要考查判断感应电流方向的方法。 BD 职教高考·电工技术基础 巩固练习 二 职教高考·电工技术基础 2. 感应电流产生的磁通总要阻碍引起感应电流的磁通的变化。（ ） 【解题分析】本题主要考查楞次定律。 √ 巩固练习 二 职教高考·电工技术基础 3.导体在磁场中做切割磁感线运动，导体内一定会产生感应电流。（ ） 【解题分析】本题主要考查闭合回路部分导体在磁场中做切割磁感线运 动时，导体内一定会产生感应电流。 × 巩固练习 二 4.如图所示，条形磁铁沿着圆形线圈的轴线匀速穿过线圈，a、b、c是线圈轴线上 的三个点，且b为线圈的圆心，设轴线方向向右为正，则下面说法正确的（ ）。 A.磁铁通过a点时线圈中电流方向与轴线成右手螺旋 B.磁铁通过b点时线圈中电流方向与轴线成右手螺旋 C.磁铁通过c点时线圈中电流方向与轴线成右手螺旋 D.磁铁通过b点时线圈中电流最大 【解题分析】本题主要考查楞次定律的应用。 职教高考·电工技术基础 C 巩固练习 二 职教高考·电工技术基础 5.当条形磁铁按图所示方向从线圈中快速拔出时，以下说法正确的是（ ）。 A.线圈内的电流从a到b，Va＞Vb B.线圈内的电流从b到a，Va＜Vb C.线圈内的电流从b到a，Va＞Vb D.线圈内的电流从a到b，Va＜Vb 【解题分析】本题主要考查运用楞次定律解题步骤。 B 巩固练习 二 6.如图所示电路，下列各情况中是否有电流通过电阻R？如果有，说 明电流的方向。 （1）开关S接通的瞬间； （2）开关S接通一段时间之后； （3）开关S断开的瞬间。 【参考答案】（1）有，方向由b到a； （2）无； （3）有，方向由a到b 【解题分析】开关S接通或断开瞬间，闭合回路中磁通发生变化，回 路中有感应电流产生。 职教高考·电工技术基础 巩固练习 二 职教高考·电工技术基础 7.长度为1.0m的直导线在磁感应强度为0.5T的磁场中匀速运动，速度为 2.0m/s，则导线两端最大电动势为1.0V。（ ） 【解题分析】本题主要考查感应电动势的大小。 由题意知sinα=1，e=BLv sinα=0.5×1×2×1V=1.0V √ 巩固练习 二 8.关于感应电动势，下列说法正确的是( )。 A. 在电磁感应中产生的电动势称为感应电动势 B. 必须是闭合回路才能产生感应电动势 C.通过电路的电流增加时，感应电动势的方向与电流方向相反 D.通过电路的电流减小时，感应电动势的方向与电流方向相反 【解题分析】本题主要考查楞次定律。 AC 职教高考·电工技术基础 巩固练习 二 9.电路如图所示，在开关S闭合瞬间，若电压表指针正向偏转，则 a与 为同名端。 ， 【解题分析】本题主要考查同名端的判定。 开关闭合瞬间，电路中电流增大，自感电流阻碍电流 的增大，与原电流方向相反，所以a端为自感电动势正 极；电压表正偏，互感电流从电压表正极进入，所以c 端为互感电动势正极，即ac互为同名端。 C 职教高考·电工技术基础 感谢观看 职教高考·电工技术基础 $