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《基礎物理(一)全 課本電子教案_第5章 電與磁的統一_5-2》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
5-2電磁感應
1一、法拉第感應定律5-2電磁感應
2一個相反的想法………西元1820年厄斯特發表電流磁效應的現象後不久，西元1821年法拉第在他的筆記上記載著一個相反的問題，你知道這個相反的問題是什麼嗎？磁場是否可以產生電流？5-2電磁感應按鍵簡介法拉第
3如下的電路，原線圈整個放在副線圈中，請描述當打開或關上開關時所看到的現象為何？現場演示或點選圖片觀看影片當開關突然關上，使電流流通，此時檢流計向右偏轉。正當電流穩定流通時，檢流計不偏轉。當開關突然打開，使電流消失，此時檢流計向左偏轉。5-2電磁感應
4如下的電路，開關關上，此時原線圈相當於一支磁棒，請描述抽出或插入原線圈時，所看到的現象為何？現場演示或點選圖片觀看影片將原線圈突然由副線圈內抽出時，檢流計向左偏轉。原線圈由副線圈內抽出後，檢流計即不偏轉。將原線圈突然插入副線圈內時，檢流計向右偏轉。5-2電磁感應
55-2電磁感應線圈與磁棒的演示將磁鐵棒靠近或遠離線圈，或將線圈棒靠近或遠離磁鐵；觀察檢流計的變動狀況。線圈直接連結到檢流計上，由於沒有連接電源，檢流計上的值為零。
65-2電磁感應線圈不動，磁鐵棒向左方靠近線圈。發現檢流計的指針有偏轉的現象，當磁鐵棒一停止下來，指針即時歸零。
75-2電磁感應線圈不動，磁鐵棒向右方遠離線圈。發現檢流計的指針有反向偏轉的現象，當磁鐵棒一停止下來，指針也即時歸零。
85-2電磁感應接著磁鐵棒不動，線圈向左方移動。發現檢流計的指針也有偏轉的現象，當線圈一停止下來，指針即時歸零。
95-2電磁感應磁鐵棒不動，換成線圈向右方移動。同樣的，檢流計的指針也有反向偏轉的現象，當線圈一停止下來，指針也即時歸零。
105-2電磁感應動畫－電磁感應I
115-2電磁感應動畫－電磁感應II
12產生感應電流的原理1831年法拉第證實了，改變封閉線圈內的磁場強度時，此線圈中會產生電流；像這5-2電磁感應樣因為線圈內磁場的改變，使得線圈產生電流的現象稱為「電磁感應」，所產生的電流稱為「感應電流」。
13電磁感應產生感應電流的情形線圈內磁場強度（磁力線數目）的變化率愈大，則所產生的感應電流愈大。線圈內所產生感應電流的方向，與線圈內磁場方向的變化情形有關。5-2電磁感應
145-2電磁感應影片－電磁感應I
155-2電磁感應影片－電磁感應II
165-2電磁感應影片－電磁感應使燈泡發光
17二、冷次定律5-2電磁感應
18線圈與磁棒的演示如上列二圖所示，二個圓環是鋁環，旁邊是磁棒，如果把鋁環架好成天平狀，然後拿磁棒穿過鋁環，請問將會看到什麼現象？5-2電磁感應
195-2電磁感應影片－冷次定律實驗
20線圈與磁棒演示的結論為何？線圈與磁棒相對接近時，二者之間則感應出互相排斥的作用。線圈與磁棒相對遠離時，二者之間則感應出互相吸引的作用。5-2電磁感應
21判斷應電流方向-冷次定律冷次指出，感應電流所產生的感應磁場是要抵抗原線圈中的磁場變化，此種判斷感應電流方向的方法稱為冷次定律。5-2電磁感應
22應用冷次定律的例子若磁鐵棒向左方靠近線圈，依照冷次定律，因通過線圈的磁力線數向左漸增，使感應電流產生的感應磁場為抵抗原線圈中的磁場向左增強，所以感應磁場方向應該為向右，因此由安培右手定則可以判斷出感應電流的方向-順時針方向。5-2電磁感應
23當把線圈遠離磁鐵棒方向移動時，通過線圈的磁力線數相當向左漸減，依照冷次定律，感應電流產生的感應磁場方向應該向左，因此由安培右手定則可以決定出感應電流的方向-逆時針方向。應用冷次定律的例子5-2電磁感應
245-2電磁感應影片－冷次旋轉盤
255-2電磁感應影片－渦電流
26二線圈圈面相對如圖，試判斷下列四種情況感應線圈A有無應電流發生？若產生應電流，由A看向C，應電流的方向為順時針或是逆時針？二線圈間之作用力為引力或斥力？(1)開關S關上的瞬間(2)開關S關上一段時間(3)開關S打開的瞬間(4)開關S打開一段時間5-3例題････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････解5-2電磁感應
27三、電磁感應的應用5-2電磁感應
28右圖自行車的發電裝置，就是運用電磁感應的原理來發電產生電流，提供電能。電磁感應的應用5-2電磁感應
29發電廠中發電機的發電原理與自行車中的發電機相同，只是發電廠有利用水力、風電磁感應的應用力或蒸汽等的不同 推動方式；藉由電 磁感應將力學能轉 換為電能再輸送至 各用戶使用。5-2電磁感應
30麥克風是將聲音轉變為電訊號的裝置，當聲波撞擊到膜片會造成振動，帶動線圈在磁鐵上振動，這時線圈上會有磁場的改變導致電磁感應而產生感應電流。電磁感應的應用5-2電磁感應
315-2電磁感應動畫－ 麥克風將聲音轉變為電的訊號
32麥克風聲音的振幅與頻率分別影響應電流的大小與頻率，電流訊號經放大後，再透過擴音器傳播出去。電磁感應的應用5-2電磁感應
33下圖為交流發電機的構造簡圖：手施外力使線圈在永久 磁鐵中順時 針旋轉，並 由集電環與 電刷輸出應 電流，流經 與交流發電機串聯之電阻。5-4例題･･････････････････････････････････････････････････････5-2電磁感應
34請判斷下列四個階段通過線圈中的磁力線數目增加或減少，並判斷電阻上應電流的方向？（集電環為二中空金屬半圓柱，與線圈共軸，線圈旋轉時一起旋轉。電刷為有彈性的金屬片，緊壓在集電環上，可以導電卻不妨礙集電環的旋轉）5-4例題････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････解5-2電磁感應
355-2電磁感應動畫－發電機與電動機
365-2電磁感應動畫－交流發電機(3D)
37四、馬克士威方程式5-2電磁感應
38馬克士威方程式1864年馬克士威統合電學與磁學的四個定律，得到馬克士威方程式。5-2電磁感應依照理論推導，他預測了在真空中電場與磁場的交互變化得以波動的形式向外傳播，稱為電磁波；從理論推算出電磁波在真空中傳播的速度為3×108公尺／秒。
39馬克士威方程式的影響一直到了1887年，赫茲從實驗發現了電磁波的存在，並證實電磁波的傳播速度正是光速，從而證實電磁理論是正確的。5-2電磁感應
40赫茲進一步研究電磁波的特性，發現了電磁波具有直線進行、聚焦、反射、折射等特性，這些特性與馬克士威方程式的影響科學家所熟知的光的 性質相同，從實驗上 確立了光就是一種電 磁波，這也解開了長 久以來人們對於光的 本質的了解。5-2電磁感應
41在赫茲宣布他的發現後不久，馬可尼實現了無線電遠距離傳播技術，並且很快投入實際應用。馬可尼馬克士威方程式的影響5-2電磁感應
42馬克士威方程式的影響從早期的無線電報、無線電廣播、短波通訊、電視、雷達的發明，到較近期的無線電遙控、遙測、衛星通訊、大哥大、無線網路等電子產品，使得我們的生活更加便利，這些技術的發明都根基於馬克士威的電磁學理論與赫茲的電磁波實驗。5-2電磁感應
435-5例題････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････第一章曾引用密立坎的話： 「實驗與理論是科學前進的兩隻腳。」電磁學的發展史是典型的例證。請將下列四事件，按科學史上發生的前後順序排列：a.赫茲以實驗測得電磁波的存在b.馬克士威以數學推導出電磁波的公式c.馬可尼發明無線電報d.菲左以實驗測出光速解5-2電磁感應
44TheEnd5-2電磁感應
45法拉第出身貧苦，沒錢讀書，在印刷廠工作當學徒，但是仍然很渴望學習；當工人們都已下班回家了，他還是獨自一個人靠著窗坐下，專心一志地讀書。他爸爸是鐵匠，掙不到幾個錢，還得養活四個人。貧困的法拉第完全就憑著一股忘我的精神，自學成為一位舉世聞名的科學家。5-2電磁感應
46法拉第是近代電磁學的奠基人，他的發現為電的應用開拓了廣闊的道路。但是在電燈、電話、電動機發明之前，不少人懷疑電的用處。有一次，法拉第做完電磁感應的講演後，一個貴婦人有意挖苦他：「教授，你講的這些東西有什麼用處呢？」法拉第詼諧地回答：「夫人，你能預言剛生下的孩子有什麼用嗎？」5-2電磁感應
47(1)開關關上的瞬間，線圈C上之電流I漸增，感應線圈A內的磁力線數目亦漸增，故感應線圈A上產生應電流I‘（逆時針），其產生的感應磁場方向與原磁場方向相反，來反抗磁力線數目的增加，故電流方向為逆時針。此時A、C兩線圈相當於S極相對的電磁鐵，故作用力為斥力。･･････････････････････････････････････････････････････････････解･･･････････････････････････････････････････････････････････5-2電磁感應
48(2)開關關上一段時間後，線圈C上之電流穩定，感應線圈B內之磁力線數目亦不變，故無感應電流，亦無作用力。･･････････････････････････････････････････････････････････････解･･･････････････････････････････････････････････････････････5-2電磁感應
49･･････････････････････････････････････････････････････････････解･･･････････････････････････････････････････････････････････(3)如圖，開關S打開的瞬間，線圈C上之電流I漸減，線圈A內的磁力線數目亦漸減，故線圈A上產生應電流I’（順時針方向），其產生的磁場方向與原磁場方向相同，以反抗磁力線數 目的減少，故電流方向 為順時針。此時A、C兩 線圈相當於N、S極相 對的電磁鐵，故作用力為引力。5-2電磁感應
50(4)開關打開一段時間後，線圈C上無電流，感應線圈A內之磁力線數目不變動（恆為零），故無感應電流，亦無作用力。･･････････････････････････････････････････････････････････････解･･･････････････････････････････････････････････････････････5-2電磁感應
51･･････････････････････････････････････････････････････････････解･･･････････････････････････････････････････････････････････(1)第一階段：線圈中的磁力線數目增加。此時線圈中產生順時針的感應電流，以產生反向的感應磁場，來阻止磁力線數目的增加。感應電流則經cd段導線流至較大的集電環，再由集電環流出，以致電阻上的電流方向是由Q到P。5-2電磁感應
52(2)第二階段線圈中的磁力線數目減少。此時線圈中產生逆時針的感應電流，以產生同向的感應磁場，來防止磁力線數目的減少。感應電流則經ba段導線流至較小的集電環，再由集電環流出，以致電阻上的電流方向由P到Q。･･････････････････････････････････････････････････････････････解･･･････････････････････････････････････････････････････････5-2電磁感應
53･･････････････････････････････････････････････････････････････解･･･････････････････････････････････････････････････････････(3)第三階段線圈中的磁力線數目增加。此時線圈中產生順時針的感應電流，以產生反向的感應磁場，來阻止磁力線數目的增加。感應電流則經ba段導線流至較小的集電環，再由集電環流出，以致電阻上電流方向是由P到Q。5-2電磁感應
54･･････････････････････････････････････････････････････････････解･･･････････････････････････････････････････････････････････(4)第四階段線圈中的磁力線數目減少。此時線圈中產生逆時針的感應電流，以產生同向的感應磁場，來阻止磁力線數目的減少。感應電流則經cd段導線流至較大的集電環。再由集電環流出，以致電阻上電流方向是由Q到P。5-2電磁感應
55各選項事件發生的年代如下：a.1887 b.1864 c.1895 d.1849故發生的前後順序為d.→b.→a.→c.。･･････････････････････････････････････････････････････････････解･･･････････････････････････････････････････････････････････5-2電磁感應
