 電與磁大發現 電與磁大發現

課程名稱：電磁感應 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

電生磁大發現

磁針偏轉： DC

 「電生磁」大發現：

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

丹麥人 厄斯特

Hans Christian Oersted 西元 1777 － 1851 年

（電 [ DC 、 AC ] 均生磁 ）

 「磁生電」大發現：

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。

磁生電大發現

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” ）

（瞬間有，隨即無）瞬間電流

 電磁感應

 電磁感應： 電磁感應

 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？

來電

角色 角色

條件 條件

方向 方向

大小 大小

應用 應用

 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：

 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

多 匝

電磁鐵

單 匝

永久磁鐵 或

檢測感應電流的器材

 如何能產生感應電流：

 電磁感應：通過線圈的磁場變化時，產生感應電流的現象  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

e

G

I

產生感應電流的條件

 如何能產生感應電流：

 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

 0

B

相對

接通瞬間 切斷瞬間

＝

≠

＞

＜

前

 後 







 B B

B

 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： 。

產生感應電流的條件

0 0  



 B I

0 0  



 B I

無相對運動

無相對運動

V

 線圈與磁鐵間相對運動之討論：

 二者接近時： 。

 二者遠離時： 。

產生感應電流的條件

0 0  



 B I

0 0  



 B I

（媒體： 1， 2， 6’58” ）

有相對運動

有相對運動 V

V

範例解說

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

( 甲) ^{( 乙)} ( 丙) ^{( 丁)}

△B ＝ 0 △B ＝ 0 △B ＜ 0 △B ＜ 0

有相對運動

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

線圈 磁場

) 0 :

( 甲 B 

) 0 :

( 丙 B  ) 0 :

( 乙 B 

瞬間有電流，隨即無

 感應電流

的方向如何判斷

 感應電流的方向如何判斷：

感應電流的方向如何判斷

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：

 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

原磁場

感應磁場

N S

B B’

I

I

螺線管右手定則

0 0  



 B I

檢流計偏向＝ e 方向

反向 . B B' 與

,

"

磁場增加

"

 反抗

冷次定律

 感應電流的方向如何判斷：

 說明例二：有相對運動時，二磁鐵間可視作磁力之”互相反抗”

S N N S

I

N S

I

I

S N

I









 螺線管右手定則，反推 I

冷次定律

 感應電流的方向如何判斷：

 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

直流電

磁針

B 線 軟鐵環 圈

A 線 圈

磁場

角色 角色

迴路

條件 條件

 0

B

冷次定律

 感應電流的方向如何判斷：

 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。

直流電

磁針

B 線 軟鐵環 圈

A 線 圈 增加

B B’

西

不變

反向 . B B' 與

,

"

磁場增加

"

 反抗

N S

N N S

' I

I

方向 方向 冷次定律

 △B ＞ 0

 △B ＝ 0

 可視作相對運動間之反抗

冷次定律

 感應電流的方向如何判斷：

 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。

直流電

磁針

B 線 軟鐵環 圈

A 線 圈 減少

N S

B B’

S N

東

同向 . B B' 與

,

"

磁場減少

"

 反抗

N I ' ^I

 △B ＜ 0

方向 方向 冷次定律

 可視作相對運動間之反抗

S

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

N S

S N

I甲

I乙

△B ＜ 0

順時針電流

I

檢流計偏向，是電流 I 的反 向

△B ＞ 0

I

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

N S

I

順時針 電流 B B’

反向 . B B' 與

,

"

磁場增加

"

 反抗

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 ？ 。

不產生電流 X

S N

N S

Y

S N

（相當於磁鐵 S 極接近）

（相當於磁鐵 S 極遠離）

Y X

丙：

甲：

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 ？ 。

N S

B B’

Y

不產生電流

N S

B

反向

"

增加

"

反抗 ' , 0

B B B









同向

"

減少

"

反抗 ' , 0

B B B









B’

X

X Y

A B

X Y

A

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

同向 B'

B, ,

"

減少

"

 反抗其



 B 0

 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）

N

S

S N

甲 I

乙

 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：

t I   B



正

N S

I

2 m s

m s 10

I

I

＞

（ web ： 1

）

 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

t I  B



影響感應電流大小的因素

N S

I

迴路 磁場

法拉第

強

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 ）

N

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

Y

a

N

X

b

較小 較大

g t  2 h

I _上

I _下

g t X

gt

X 2

2

1







（媒體： 1

， 3’8” ）

X Y

a b

I I

t I  B





gt V





速率大

 電磁感應的應用

－變壓器 －發電機

 變壓器： 變壓器

 ：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

副線圈圈數 輸出電壓 原線圈圈數輸入電壓 





2 2

1 N

V N

V₁

電磁感應 圈數 N  電壓

V

1 1

2

2

V

N

V  N 



（媒體： 1， 2’59” ； 2

， 9’34” ）

大 V₁

V₂ N₁ N₂

電流的磁效應 I

t

磁場

迴路

AC 不變

9

圈 6

圈

[ from ：觀念物理 ]

 變壓器： 變壓器

（ 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 N₁=1 N₂=2

範例解說

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 。

2 2

2

1

N N

V N

V

55

110  10



  N

 5

5

副線圈圈數 輸出電壓 原線圈圈數 輸入電壓 





2 2

1

N

V N

V

N V 



AC 60

 變壓後，仍為 AC ，頻率不變

（比值相 等）

 發電機： 發電機

（ 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

半圓形 二個

圓環形 二個

 0

B

發電機電樞轉動示意圖

0 ,  

 持續轉動過程中 B

N S

 發電機： 發電機

 直流發電機：

（媒體： 1）

（ web ： 1 ， 2

）

 發電機： 發電機

 交流發電機：

（ web ： 1

（ web ：）1 ， 2， 3）

 發電機： 發電機

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 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：

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

塑膠墊片

儲電裝置 磁鐵

簡易發電機

 簡易發電機：

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

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

圓環形 二個  交流發電機

t I   B



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

S

N

B

（ web ： 1

）

圓環形 二個

 交流發電機

（ fig.from ：

http://sciencecity.oupchina.com.hk/npaw/stud ent/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 a

b

法拉第與戴維

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

電 學 之 父 無 機 化 學 之 父

課程結束