几种常见的磁场课件-新人教版选修

常见的磁场磁场是一种神奇的物理现象,无处不在地影响着我们的生活让我们一起探讨几种最常见的磁场,从中领悟它们的独特魅力课程目标掌握磁场的基本概念熟悉磁场的各种表现形理解电磁感应的机理掌握电动机和发电机的式工作原理了解磁场的定义、磁场线的探讨电磁感应定律,并学习自性质以及磁感应强度的测量学习匀强磁场和非匀强磁场感和互感的概念及其应用深入了解电动机和发电机的等基础知识的特点,并掌握静电场与磁场基本结构和运行机制的异同磁场的定义磁场的概念磁场的产生磁场是一种无形的空间区域,在磁场是由磁性物质或者有电流这个区域中存在着磁力作用流过的导体所产生的磁性物它可以影响带电粒子的运动状质在物理内部结构中会产生永态,并能对铁磁性物质产生作用久性磁场,而电流流过导体则会产生瞬时磁场磁场的性质磁场具有方向性和强弱不均匀性磁场的强弱和方向会随着位置的不同而发生变化磁场的表示磁场可以通过磁感线来可视化表示磁感线是一种连续的曲线,指示磁场的方向和强度变化这些磁感线从磁极发出,在空间中形成一个稳定的磁场结构了解磁感线的特性有助于我们更好地理解和把握静磁场的性质磁场线的性质磁场线的闭合性磁场线的连续性磁场线的垂直性磁场线总是形成闭合的曲线,没有任何断磁场线均匀地布满整个空间,没有间断磁场线始终垂直于磁极表面,这说明了磁点或终端这是磁场的重要特性,表明磁它们连续无缝地穿过所有材料,包括磁性场的方向性,并与静电场的特性明显不同场是一个连续的场和非磁性物质磁感应强度的定义量化磁场强弱矢量性质磁感应强度描述了空间中磁磁感应强度是一个向量,既有场的强度它是磁场的一个大小又有方向它指示了磁重要物理量场的作用方式单位与测量磁感应强度的单位是特斯拉T,可以通过仪器如高斯计测量得到磁感应强度的测量磁感应强度1磁感应强度是测量磁场强度的物理量测量方法2常用的测量方法包括感应和磁致电压法感应法3在磁场中放置一个线圈,通过感应电流测量磁场强度磁致电压法4利用磁致电压效应测量磁感应强度通过感应法和磁致电压法,我们可以准确测量磁场的磁感应强度这些方法为我们提供了一种有效的手段,来理解和探索磁场的性质匀强磁场磁场方向在匀强磁场中,磁感应线始终保持平行,场强在空间各处都相等,磁场方向保持不变磁感应强度匀强磁场的磁感应强度在整个空间内保持恒定,不随位置的变化而改变磁力作用在匀强磁场中,施加在电荷或电流载体上的磁力大小和方向均保持不变非匀强磁场磁感应强度随位置变化磁场线密集程度不同12非匀强磁场中，磁感应强度B的大小会随着空间位置的不同在非匀强磁场区域内，磁场线的密集程度也会随位置而有所而发生变化不同磁力的大小和方向都有变化应用广泛34置于非匀强磁场中的磁性物体会受到大小和方向不同的磁力非匀强磁场在电机、发电机、电磁铁等设备中广泛应用作用静电场和磁场的异同电场磁场能量形式相互作用电场是由带电体产生的静电磁场是由磁性体产生的力场,电场存储电势能,磁场存储磁电场对带电粒子有作用力,磁力场,描述静电力在空间的分描述磁力在空间的分布情况势能它们都是物质中的能场对运动电荷有作用力两布情况电场中的电力线是磁场中的磁力线是曲线量形式,可以相互转换者的作用特点和规律不同直线磁场中的电动机作用当电流通过置于磁场中的导体时，导体会受到磁力的作用而发生运动利用这一原理可以制造出电动机,电动机广泛应用于生产和生活中电动机通过电磁感应产生的力矩,驱动机器转动,是实现电能转化为机械能的重要设备电磁感应的发现1831年1法拉第发现了电磁感应现象实验原理2磁场变化会在导体中感应产生电流实验步骤3用磁铁靠近线圈,观察电流表读数变化电磁感应的发现是电磁学发展史上的重要里程碑法拉第通过精心设计的实验,证实了磁场变化会在导体中感应产生电流的规律,为后续相关理论的建立奠定了基础这一发现极大推动了电磁学的进一步发展电磁感应的规律法拉第电磁感应定律感应电动势的大小这个规律阐述了电磁感应的基感应电动势的大小与磁通量变本原理,即当磁通量的变化引起化率成正比,这是电磁感应的关电动势的产生键规律感应电流的方向感应电流的应用感应电流的方向由杠杆定则确电磁感应的规律广泛应用于发定,与磁通量变化的方向相反电机、变压器、感应电机等许多电磁设备中法拉第电磁感应定律法拉第磁场实验感应电流的方向感应电动势的大小法拉第在1831年通过一系列实验发现了法拉第电磁感应定律描述了感应电流的法拉第发现,感应电动势的大小与磁通量电磁感应的规律,即当磁场随时间改变时,方向,即感应电流的方向总是与原因它产的变化率成正比这个关系就是法拉第就会在导体中产生感应电流这个规律生的变化磁场方向相反电磁感应定律的数学表达式被称为法拉第电磁感应定律自感与互感自感互感自感是电流或磁场在单一电路或磁路中产生的感应电动势它互感是两个电路或磁路之间相互感应的电动势它描述一个电描述电路或磁路对自身磁场变化的感应效应路或磁路中的磁场变化对另一个电路或磁路的感应效应自感现象自感现象是指当电流在线圈或其他电磁元件中流动时,会产生磁场,从而在该元件内部产生感应电动势这种感应电动势叫做自感电动势,产生它的过程称为自感现象自感现象是电磁感应的一种表现形式自感现象的存在使得这些电磁元件在电路中表现出一种电感特性,会对电流的变化产生阻碍作用这种阻碍作用被称为电感阻抗,在交流电路中会影响电流的大小和相位互感现象互感是指一个电路的变化会对另一个电路产生感应这种现象广泛应用于变压器、电感器等电磁设备中当一个电路中的电流或电压发生变化时,会在另一个互联的电路中产生感应电流或感应电压互感的大小取决于两个电路的几何关系、线圈匝数、导体材料等因素合理利用互感可以实现电能的变换和传输,是电磁学的重要应用变压器的原理电磁感应当电流通过线圈时,会产生变化的磁场,从而在另一个线圈中产生感应电流绕组设计变压器通常有两个绕组:初级绕组和次级绕组通过调整绕组数比,可以改变电压磁芯作用磁芯用于集中和引导磁通,提高变压器的能量传递效率常用硅钢片制成损耗与效率变压器会有铜损和铁损,但通过优化设计可以提高变压器的overall效率变压器的效率原边功率变压器输入的功率次边功率变压器输出的有用功率变压器效率次边功率与原边功率的比值，表示变压器的能量转换效率高效率的变压器可达95%以上变压器的效率受铁损和铜损的影响电流越大,铜损越大;磁通越大,铁损越大因此,变压器的设计需要权衡这两种损耗,以获得最高的能量转换效率交流发电机的工作原理旋转磁场1交流发电机由转子和定子组成当电流通过定子线圈时,会产生一个旋转的磁场电磁感应2旋转的磁场会切割转子中的导体,从而在转子中产生感应电动势,产生交流电输出电流3转子中产生的交流电可以通过集电环或滑环输出,为外部电路提供交流电交流发电机的结构交流发电机由定子和转子两部分组成定子是固定的外壳,内部绕有三相绕组转子是装在轴上旋转的金属转子,上面也有三相绕组当转子旋转时,导体切割定子磁场线,产生感应电动势,从而产生交流电流三相交流发电机三相绕组结构相位差90度三相交流发电机由三个相互垂三相绕组产生的电压相位相差直的绕组组成,每个绕组产生一90度,使得输出电压在整个周期个正弦波形的交流电压内都有电能输出高效稳定输出三相交流发电机能够提供更加均匀和稳定的输出电压,广泛应用于工业和家庭电网中电动机工作原理利用电磁感应产生运动1电动机的工作原理是利用电磁感应来产生运动力当电流通过线圈时,会产生磁场,与外部固定磁场相互作用,从而产生旋转力矩转子和定子的相互作用2电动机由转子和定子两部分组成当通电后,定子产生的磁场会与转子的磁场相互作用,从而使转子发生旋转电枢反应调节转矩3电动机在工作过程中,转子上的电枢会产生反磁场,影响转矩可通过调整电枢反应来控制转矩大小电动机的分类直流电动机交流电动机无刷电动机步进电动机直流电动机广泛应用于工业交流电动机体积小、重量轻无刷电动机具有高效、可靠步进电动机可精确控制角度、交通、家用电器等领域,主、能耗低、维护简单,广泛应、寿命长等特点,在许多领域和转速,广泛应用于数控机床要特点是能够高效地进行速用于各种机械设备中越来越受到青睐,如家用电器、打印机、机器人等精密设度调节、汽车等备中直流电动机基本原理结构特点12直流电动机利用电磁感应原由定子和转子组成,定子产生理,通过电流在磁场中产生的稳定的磁场,转子受力旋转产电磁力驱动转子旋转生机械功调速方式应用领域34通过调节电机电压或电流可广泛应用于工业生产、家用实现对转速的精确控制电器、电动工具等,是最常见的电动机之一交流电动机定义工作原理主要特点分类交流电动机是利用交流电磁当定子通以交流电时会产生交流电动机结构简单、维护交流电动机按励磁方式可分感应原理产生运动力矩的电旋转的磁场这个磁场切过方便、运行稳定、效率高、为异步电动机和同步电动机动机它通常由定子和转子转子上的导体,从而在转子上功率因数好,广泛应用于工业异步电动机是最常见的交两部分组成产生感应电流,在磁场和感应和家庭领域流电动机电流的相互作用下产生力矩,使转子转动电机的应用工业应用家用电器电机广泛应用于制造业,如电焊机、电机用于家用电器如电风扇、洗衣输送设备、机床等,提高生产效率机、冰箱等,为日常生活提供便利交通运输医疗设备电机驱动各种交通工具,如电动车、电机在医疗设备中扮演重要角色,如电梯、电动门等,为现代生活带来更手术机器人、CT扫描仪等,提高了诊多选择疗效率电磁波的产生电流变化1电流的变化会产生磁场的变化电磁感应2磁场的变化又会产生电场电磁耦合3电磁场相互作用形成电磁波电磁波的产生源于电流和磁场的相互作用电流的变化会引起磁场的变化,而磁场的变化又会产生电场这种相互作用的耦合过程,最终形成了可以在空间传播的电磁波电磁波的特性波长范围广泛能量传播形式电磁波的波长从千米级到毫米电磁波以电场和磁场的振荡形级甚至更小,涵盖了从无线电波式传播,无需物质介质参与,可以到射线的广泛范围在真空中传播γ传播速度恒定能量量子化在真空中,所有电磁波的传播速电磁波以光子的形式传播,光子度都恒定为光速，约为每秒30是一种离散的能量量子光子万公里的能量与波长或频率成反比电磁波的应用通信技术医疗诊断加热烹饪电磁波在无线电通信、广播电视、手机X光、CT和MRI等医疗成像技术利用不微波炉利用微波频段的电磁波可以快速等领域广泛应用,使人类的交流和信息传同频率的电磁波对人体进行成像,为医生有效地加热食物,被广泛应用于家庭厨房输更加便利快捷诊断提供依据和餐饮行业总结与展望回顾历程我们系统地学习了几种常见的磁场概念和相关物理规律,包括磁场的表示、磁感应强度的测量等展望未来随着科技的不断发展,磁场理论和应用还将进一步深化和拓展,在各领域都有广泛应用前景启示总结从本次课程学习中,我们应该注重理论联系实践,不断探索新的应用方向,推动科技创新。