課程名稱：電磁感應 編授教師： 中興國中 楊秉鈞

 電與磁大發現

丹麥人 厄斯特 Hans Christian Oersted 西元 1777－1851年 電生磁大發現  「電生磁」大發現： （1）發現者：西元1820年，丹麥人 厄斯特 厄斯特發現通有電流的導線其旁邊磁針居然偏轉了…. 。  顯示電流產生了 。 （2）影響：電流的磁效應。 磁場 （電 [ DC 、 AC ] 均生磁 ） 丹麥人 厄斯特 Hans Christian Oersted 西元 1777－1851年 磁針偏轉：DC

英國人 法拉第 Michael Faraday 西元 1791－1867年 磁生電大發現  「磁生電」大發現： （1）發現者：西元1831年，英國人 法拉第 法拉第發現通過線圈的磁場變化時，可產生電流。  顯示磁場產生了 。 （產生瞬間電流：瞬間有，隨即無）  此現象稱 。  產生之電流稱 。 （2）影響：發明第一個發電機。 電流 英國人 法拉第 Michael Faraday 西元 1791－1867年 電磁感應 感應電流 （媒體：1，3’54”） 瞬間電流 （瞬間有，隨即無）

 電磁感應

電磁感應  電磁感應： （1）意義：通過線圈的磁場變化時，產生感應電流的現象 （2）問題討論：  如何能產生感應電流？  產生感應電流的二個角色？  檢測感應電流的器材？  產生感應電流的條件？  感應電流的方向如何判斷？  影響感應電流大小的因素？  感應電流的應用？ 角色 條件 方向 大小 應用 來電

 如何能 產生感應電流

如何能產生感應電流  如何能產生感應電流： （1）產生感應電流的二個角色：  電磁感應：通過線圈的磁場變化時，產生感應電流的現象  角色一： （ 或 ）  承載電流  角色二： （ 或 ） 提供磁場 線圈（迴路） 單匝 多匝 磁場 永久磁鐵 電磁鐵 角色扮演 線圈 磁場 單匝 或 多匝 電磁鐵 永久磁鐵 或

檢測感應電流的器材  如何能產生感應電流： （2）檢測感應電流的器材：  電磁感應：通過線圈的磁場變化時，產生感應電流的現象  器材： 。（或安培計）  檢測電流有無產生，零刻度在中央  指針的偏向就是 的偏向（與電流 I 的方向相反）  電路符號： 。 檢流計 電子流 由『指針偏向』： 可知電流 I方向及電子流 e 方向

產生感應電流的條件  如何能產生感應電流： （3）產生感應電流的條件： 時，就會產生感應電流。  電磁感應：通過線圈的磁場變化時，產生感應電流的現象  磁場變化：以線圈中的 表示磁場變化  磁場變化討論：  △B 0：磁力線數目無變化時，無電流  △B 0：磁力線數目有變化時，有電流 a. △B 0：磁力線數目增加時 b. △B 0：磁力線數目減少時  常見磁場變化的情況：  線圈與磁場，有 運動時  線圈與磁場，磁場（電磁鐵）的 電流 及 。 磁力線數目增減 ＝ ≠ ＞ ＜ 相對 接通瞬間 切斷瞬間

產生感應電流的條件 （3）產生感應電流的條件：  線圈與磁鐵間相對運動之討論：  二者維持靜止時： 。  二者等速同向運動時： 。 （3）產生感應電流的條件：  線圈與磁鐵間相對運動之討論：  二者維持靜止時： 。  二者等速同向運動時： 。 無相對運動 無相對運動

產生感應電流的條件 （3）產生感應電流的條件：  線圈與磁鐵間相對運動之討論：  二者接近時： 。  二者遠離時： 。 有相對運動 （3）產生感應電流的條件：  線圈與磁鐵間相對運動之討論：  二者接近時： 。  二者遠離時： 。 有相對運動 有相對運動 （媒體：1，2，6’58”）

範例解說 △B＝ 0 △B＝ 0 △B＜0 △B＜0 有相對運動 1.（ ）下列各圖中若V代表線圈及磁鐵的移動速度，箭頭代 表移動的方向，則在線圈中有感應電流產生的是何者？　 （A）丙丁 （B）乙丙 （C）甲丙 （D）甲丁。 A 有相對運動 △B＝ 0 △B＝ 0 △B＜0 △B＜0

範例解說 2.（ ）空心螺線形線圈上方懸吊一棒形磁鐵，磁鐵以下列方式運 動，如圖所示，哪些線圈會產生感應電流？　 (Ａ)甲 (Ｂ)甲乙 (Ｃ)丙丁 (Ｄ)甲乙丁。 D △B＝ 0

範例解說 3.兩電路緊鄰放置如圖，依如下的步驟來操作，則回答下列問題： 步驟 甲：按下開關，形成通路瞬間 步驟 乙：接通電路後維持一段時間 步驟 丙：再切斷開關，形成斷路瞬間  三步驟中，何者會使迴路中的磁場增加？ 。  三步驟中，何者會使迴路中的磁場不變？ 。  三步驟中，何者會使迴路中的磁場減少？ 。  三步驟中，何者會使迴路產生感應電流？ 。  「瞬間」說明感應電流之型態為何？ 。 甲 乙 丙 甲丙 瞬間有電流，隨即無 線圈 磁場

 感應電流 的方向如何判斷

俄國人 冷次 Heinrich Friedrich Emil Lenz 西元 1804－1865年 感應電流的方向如何判斷  感應電流的方向如何判斷： （1）提出者：西元1834年，冷次提出感應電流方向的決定法  其定律稱為 。 冷次定律 俄國人 冷次 Heinrich Friedrich Emil Lenz 西元 1804－1865年

冷次定律  感應電流的方向如何判斷： （2）冷次定律：  內容：磁鐵的原磁場恆 線圈所產生的感應磁場  說明例一：若永久磁鐵接近線圈時  判斷程序：  標原磁場 B方向  標感應磁場 B’方向（恆反抗 B之變化 ）  反推電流 I方向（ ） 反抗 螺線管右手定則 感應磁場 原磁場 I N S B B’ 檢流計偏向＝ e 方向

冷次定律  感應電流的方向如何判斷： （2）冷次定律：  說明例二：有相對運動時，二磁鐵間可視作磁力之”互相反抗”  感應電流的方向如何判斷： （2）冷次定律：  說明例二：有相對運動時，二磁鐵間可視作磁力之”互相反抗”  螺線管右手定則，反推 I  I  I N S S N  I  I S N N S

冷次定律  感應電流的方向如何判斷： （3）法拉第實驗：西元1831年  實驗裝置：如圖  實驗觀察：  A 線圈通電瞬間，B 線圈下磁針會偏轉  A 線圈通以穩定電流時，B 線圈下磁針不會偏轉  A 線圈斷電瞬間，B 線圈下磁針會偏轉 磁場 角色 迴路 條件 直流電 磁針 軟鐵環 B線圈 A線圈

冷次定律  感應電流的方向如何判斷： （3）法拉第實驗：西元1831年  解析：  A 線圈通電瞬間，B 線圈下磁針會偏轉： a.通電瞬間：B 線圈磁場 。（∴要反抗 ”增加” ） b.B 線圈下的磁針會向 偏轉。  A 線圈通以穩定電流時，B 線圈磁場 ，無電流。 方向 冷次定律  可視作相對運動間之反抗  △B ＞ 0 增加 西 不變  △B ＝ 0 N S N S 直流電 磁針 軟鐵環 B線圈 A線圈 B’ B

冷次定律  感應電流的方向如何判斷： （3）法拉第實驗：西元1831年  原理解析：  A 線圈斷電瞬間，B 線圈下磁針會偏轉： a.斷電瞬間：B 線圈磁場 。（∴要反抗 ”減少” ） b.B 線圈下的磁針會向 偏轉。 方向 冷次定律  可視作相對運動間之反抗  △B ＜ 0 減少 東 S N N S 直流電 磁針 軟鐵環 B線圈 A線圈 B’ B

範例解說 1. （ ）把一磁棒自甲線圈內向右拉出，並插入乙線圈左側，如 圖，則兩線圈之檢流計方向為何？ （A）甲、乙相同 （B）甲、乙不同　 （C）甲、乙皆無電流 　（D）無法得知 B △B ＜ 0 △B ＞ 0 I S I 順時針電流 N S N S I甲 I乙 檢流計偏向，是電流 I 的反向

範例解說 2. （ ）如圖所示，一磁鐵垂直於銅環面，當磁鐵以 N極向銅環 靠近時，以圖中眼睛的位置觀察（設眼睛能辨明電流方 向），銅環感應電流的方向為何？ 　 （A）順時鐘方向 （B）逆時鐘方向 （C）先順時鐘方向，後為逆時鐘方向 （D）無感應電流。 A B B’ I N S 順時針 電流

範例解說 3.兩電路緊鄰放置如圖，依如下的步驟來操作，則回答下列問題： 步驟 甲：按下開關，形成通路瞬間 步驟 乙：接通電路後維持一段時間 步驟 丙：再切斷開關，形成斷路瞬間  步驟 甲，產生的感應電流方向為 X或Y？ 。  步驟 乙，產生的感應電流方向為 X或Y ？ 。  步驟 丙，產生的感應電流方向為 X或Y ？ 。 （相當於磁鐵 S 極接近） （相當於磁鐵 S 極遠離） X 不產生電流 Y S N N S N S

範例解說 4.如圖，A 線圈在 B線圈內部，依如下的步驟來操作，則： 步驟 甲：按下 A 線圈開關，形成通路瞬間 步驟 乙：接通電路後維持一段時間 步驟 丙：再切斷 A 線圈開關，形成斷路瞬間  步驟 甲，產生的感應電流方向為 X或Y？ 。  步驟 乙，產生的感應電流方向為 X或Y ？ 。  步驟 丙，產生的感應電流方向為 X或Y ？ 。 Y 不產生電流 X N S N S 甲： 丙： B’ B’ B B

範例解說 5. （ ）如圖所示，線圈從磁場正下方向右移動，則流經線圈的 電流方向為何？ 　 (A) 甲　(B) 乙　(C) 無電流產生　(D) 無法判斷。 A N S S B B’ I N  標原磁場 B方向  標感應磁場 B’方向（恆反抗 B 之變化 ）  反推電流 I 方向（螺線管右手定則）

 影響感應電流 大小的因素

影響感應電流大小的因素  影響感應電流大小的因素： （1）法拉第定律：感應電流的大小與磁場變化速率成 比  磁場變化速率愈快，感應電流愈大 正 I S N ＞ （web：1 ）

影響感應電流大小的因素  影響感應電流大小的因素： （2）影響感應電流大小的因素：  定律：磁場變化速率愈快，感應電流愈大  原磁場與感應磁場，均愈 時：感應電流愈大  線圈導電性：線圈電阻小，感應電流大  線圈內置磁性物質：有鐵芯，感應電流大  線圈匝數（疏密程度）：匝數密，感應電流大  磁鐵的磁場強度：磁鐵磁場強，感應電流大 法拉第 強 迴路 磁場 S N I

範例解說 1. 磁棒由高度h 公尺的位置自由下落，過程中穿過如圖的螺線形線圈， 則完成下表：（重力加速度 g） 通過線圈 上方時 通過線圈 下方時 感應電流方向 檢流計 偏向 感應電流大小比較 落下 的時間 （媒體：1，3’8”） Y X N I上 I a b I I下 速率大 N 較大 較小

 電磁感應的應用 －變壓器 －發電機

變壓器  變壓器： （1）功用：改變（升高或降低） 電壓的裝置 （2）構造：由鐵芯和繞在鐵芯上的兩組線圈組成  ：輸入交流電的線圈（圈數 N1）  ：輸出交流電的線圈（圈數 N2） （3）原理： 和  。  改變圈數比（＞1 或＜1），可調節輸出電壓  圈數多的線圈，其電壓 。（仍為 ；頻率 ） 交流電 ( AC ) 原線圈 副線圈 電磁感應 電流的磁效應 圈數 N  電壓 V 大 AC 不變 磁場 迴路 V1 V2 N1 N2 9 圈 6 圈 （媒體：1，2’59” ；2，9’34” ）

變壓器  變壓器： （4）說明例： （5）整流變壓器：兼具變壓及整流二種功能  將交流電變成直流電  改變電壓 N1=1 N2=1  變壓器： （4）說明例： （5）整流變壓器：兼具變壓及整流二種功能  將交流電變成直流電  改變電壓 [ from：觀念物理 ] N1=1 N2=1 N2=2

範例解說 （比值相等）  變壓後，仍為 AC，頻率不變 1.曉華想利用自製變壓器使AC 110V、60Hz電壓轉換成 55V，若輸入端線 圈繞了10圈，則：  那麼輸出端的線圈應該要繞幾圈？ 圈。  輸出的電流為AC或DC？ ；頻率為 Hz。 5 AC 60 （比值相等）  變壓後，仍為 AC，頻率不變

發電機  發電機： （1）功用：發電機是 轉成 的裝置 （2）發明者：法拉第 （3）主要構造：  場磁鐵  電樞  集電環  電刷  直流發電機  交流發電機 力學能 電能 二個 半圓形 二個 圓環形

發電機電樞轉動示意圖

發電機 （媒體：1）  發電機： （4）電流大小與方向討論：  直流發電機： （web：1 ，2）

發電機  發電機： （4）電流大小與方向討論：  交流發電機： （web：1 ） （web：1 ，2，3）

發電機  發電機： （5）電動機與發電機比較： 電動機 發電機 裝置 電能轉成力學能 力學能轉成電能 構造 場磁鐵 電樞 集電環 電刷  發電機： （5）電動機與發電機比較： 電動機 發電機 裝置 電能轉成力學能 力學能轉成電能 構造 場磁鐵 電樞 集電環 電刷 原理 說明 電生磁的應用 磁生電的應用 種類 交流與直流電動機 交流與直流發電機 電流的磁效應 電磁感應

簡易發電機  簡易發電機： （1）搖動式手電筒： 此手電筒使用時，需 。 其內的磁鐵會來回通過線圈，以產生 。 前後搖動 感應電流 開關  簡易發電機： （1）搖動式手電筒： 此手電筒使用時，需 。 其內的磁鐵會來回通過線圈，以產生 。 前後搖動 感應電流 開關 塑膠墊片 線圈 儲電裝置 磁鐵

簡易發電機  簡易發電機： （2）自製發電機： 當施力在曲柄狀的引線，使線圈快速轉動時，檢流計上的 指針會輕微偏轉，顯示有電流產生  簡易發電機： （2）自製發電機： 當施力在曲柄狀的引線，使線圈快速轉動時，檢流計上的 指針會輕微偏轉，顯示有電流產生 （媒體：1，3’39；2，1’24”）

範例解說 感應電流愈大：  電樞匝數愈多  轉速愈快  場磁鐵磁場愈強  電樞繞鐵芯 二個 圓環形  交流發電機 1. （ ）下圖為一發電機的簡圖，線圈沿順時鐘方向轉動，下列 敘述何者正確？ （A）感應電流的大小與線圈轉動速率無關 　（B）本裝置為直流發電機 　（C）本裝置主要目的是將電能轉換為力學能 　（D）線圈的圈數增加，感應電流愈大。 D 感應電流愈大：  電樞匝數愈多  轉速愈快  場磁鐵磁場愈強  電樞繞鐵芯 二個 圓環形  交流發電機

範例解說 佛萊明右手定則 線圈受力方向 F 磁場方向 B S 感應電流 方向 I N 二個 圓環形  交流發電機 （fig.from：http://sciencecity.oupchina.com.hk/npaw/student/chi/glossary/flemings_right_rule.htm） 佛萊明右手定則 線圈受力方向 F 磁場方向 B 感應電流 方向 I 範例解說 2. 下圖為一發電機的簡圖，若使線圈沿順時鐘方向轉動，則：  此發電機為 發電機（交流或直流）  此時 ab 段導線中的電流方向如何？ （A）b 流向 a （B）a 流向 b （C）無電流產生。 交流 B S N 二個 圓環形  交流發電機 （web：1 ）

法拉第與戴維 電學之父 無機化學之父 法拉第 戴維 戴維是個貢獻卓著的科學家，是法拉第的老師….有人問戴維你一生最大的科學成就是什麼！ 戴維說：『 。』 我發現了法拉第

課程結束