電磁感應(yīng)定律_

1、3.1電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)的基本現(xiàn)象電磁感應(yīng)的基本現(xiàn)象法拉第電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律楞次定律楞次定律3.2動(dòng)生電動(dòng)勢和感生電動(dòng)勢動(dòng)生電動(dòng)勢和感生電動(dòng)勢動(dòng)生電動(dòng)勢動(dòng)生電動(dòng)勢感生電動(dòng)勢感生電動(dòng)勢電子感應(yīng)加速器電子感應(yīng)加速器渦電流渦電流3.5自感與互感自感與互感自感電動(dòng)勢自感電動(dòng)勢 自感自感互感電動(dòng)勢互感電動(dòng)勢 互感互感 第三章第三章 電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)electromagnetic induction 本章重點(diǎn)研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象本章重點(diǎn)研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象、電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)的基本規(guī)的基本規(guī)律、感應(yīng)電動(dòng)勢產(chǎn)生的機(jī)制以及計(jì)算律、感應(yīng)電動(dòng)勢產(chǎn)生的機(jī)制以及計(jì)算. .3-1 電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)定

2、律Law of electromagnetic induction 一、一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象電磁感應(yīng)現(xiàn)象1、電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)、電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)1820年，年，Oersted發(fā)現(xiàn)了電流發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)的磁效應(yīng)1821年年, Faraday發(fā)明電動(dòng)機(jī)發(fā)明電動(dòng)機(jī)1825年年,斯圖金制造出電磁鐵斯圖金制造出電磁鐵1831年年11月月24日，日，F(xiàn)araday發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象和發(fā)電機(jī)現(xiàn)象和發(fā)電機(jī)1834年，年，Lenz在分析實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)出了判斷感應(yīng)電流方在分析實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)出了判斷感應(yīng)電流方 向的法則向的法則18451845年，年，Neumann借助于安培的分析，從矢勢的角度推出

3、了電借助于安培的分析，從矢勢的角度推出了電磁感應(yīng)定律的數(shù)學(xué)形式磁感應(yīng)定律的數(shù)學(xué)形式法拉第法拉第(Michael Faraday 17911867)偉大的英國物理學(xué)家和化學(xué)家。法拉第偉大的英國物理學(xué)家和化學(xué)家。法拉第主要從事電學(xué)、磁學(xué)、磁光學(xué)、電化學(xué)主要從事電學(xué)、磁學(xué)、磁光學(xué)、電化學(xué)方面的研究，并在這些領(lǐng)域取得了一系方面的研究，并在這些領(lǐng)域取得了一系列重大發(fā)現(xiàn)。他創(chuàng)造性地提出列重大發(fā)現(xiàn)。他創(chuàng)造性地提出場場的思想。的思想。他是電磁理論的創(chuàng)始人之一，于他是電磁理論的創(chuàng)始人之一，于1831年年發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，后又相繼發(fā)現(xiàn)電解發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，后又相繼發(fā)現(xiàn)電解定律，物質(zhì)的抗磁性和順磁性，以及光定律，物

4、質(zhì)的抗磁性和順磁性，以及光的偏振面在磁場中的旋轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)、發(fā)的偏振面在磁場中的旋轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)都是他發(fā)明的電機(jī)都是他發(fā)明的,他為人類進(jìn)入電氣他為人類進(jìn)入電氣化時(shí)代奠定了基礎(chǔ)化時(shí)代奠定了基礎(chǔ). NSK2、電磁感應(yīng)的典型實(shí)驗(yàn)電磁感應(yīng)的典型實(shí)驗(yàn)相對運(yùn)動(dòng)相對運(yùn)動(dòng)感應(yīng)電流感應(yīng)電流?磁場變化磁場變化感應(yīng)電流感應(yīng)電流?B Bv S變B B 變 wn0磁通量變化磁通量變化感應(yīng)電流感應(yīng)電流結(jié)論結(jié)論:當(dāng)穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化時(shí)當(dāng)穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化時(shí),回路中就回路中就產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢,從而形成感應(yīng)電流從而形成感應(yīng)電流,且電流的大小與磁且電流的大小與磁通量變化的快慢有關(guān)通量變化的快慢有

5、關(guān).此現(xiàn)象稱此現(xiàn)象稱電磁感應(yīng)現(xiàn)象電磁感應(yīng)現(xiàn)象. .二、二、電動(dòng)勢電動(dòng)勢形成恒定電流的形成恒定電流的條件條件:負(fù)載負(fù)載K電電 源源除超導(dǎo)體外除超導(dǎo)體外,必須有必須有非靜電力非靜電力.保證電流的閉合性保證電流的閉合性非靜電力作功非靜電力作功將其它能量轉(zhuǎn)化為電能將其它能量轉(zhuǎn)化為電能定義定義:電源電源電動(dòng)勢電動(dòng)勢等于等于非靜電力將單位正電非靜電力將單位正電荷由負(fù)極移動(dòng)到正極時(shí)所作的功荷由負(fù)極移動(dòng)到正極時(shí)所作的功.內(nèi)l dK若整個(gè)閉合路徑上都存在電動(dòng)勢若整個(gè)閉合路徑上都存在電動(dòng)勢l dK(1)電動(dòng)勢是描述電源做功本領(lǐng)的物理量電動(dòng)勢是描述電源做功本領(lǐng)的物理量.(2)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì)應(yīng)是

6、形成了應(yīng)是形成了感應(yīng)電動(dòng)勢感應(yīng)電動(dòng)勢.式中式中 是作用在單位正電荷上的非是作用在單位正電荷上的非靜電力靜電力.K三、三、法拉第電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律dtdk0, 0 與與 L 反向反向0, 0 與與L 同向同向2、電動(dòng)勢方向、電動(dòng)勢方向:1、內(nèi)容：、內(nèi)容：當(dāng)穿過閉合回路所包圍面積的磁通量發(fā)生變化時(shí)，回路中感當(dāng)穿過閉合回路所包圍面積的磁通量發(fā)生變化時(shí)，回路中感應(yīng)電動(dòng)勢正比于磁通量對時(shí)間變化率的負(fù)值。應(yīng)電動(dòng)勢正比于磁通量對時(shí)間變化率的負(fù)值。負(fù)號表示感應(yīng)電動(dòng)勢負(fù)號表示感應(yīng)電動(dòng)勢總是反抗磁通的變化總是反抗磁通的變化0nLB0BnL國際單位制中國際單位制中:k=1確定回路繞行方向；確定回路繞行方

7、向；根據(jù)回路的繞行方向，按右手螺旋法則定出回路所包圍面積的正根據(jù)回路的繞行方向，按右手螺旋法則定出回路所包圍面積的正法線方向；然后確定磁通量的正負(fù)；法線方向；然后確定磁通量的正負(fù)；根據(jù)磁通量變化率的正負(fù)來確定感應(yīng)電動(dòng)勢的方向。根據(jù)磁通量變化率的正負(fù)來確定感應(yīng)電動(dòng)勢的方向。結(jié)論結(jié)論 不論閉合回路的繞行方向怎樣選取不論閉合回路的繞行方向怎樣選取, ,回路中感應(yīng)回路中感應(yīng)電動(dòng)勢總是與磁通量對時(shí)間變化率符號相反電動(dòng)勢總是與磁通量對時(shí)間變化率符號相反. .問題問題:電動(dòng)勢的方向依賴于回路繞行方向的選取嗎電動(dòng)勢的方向依賴于回路繞行方向的選取嗎?磁通匝鏈數(shù)磁通匝鏈數(shù): 321dtddtd)(321 3、討論

8、：、討論：a.若有若有N匝線圈匝線圈:它們彼此串聯(lián)，總電動(dòng)勢等于各匝線圈所產(chǎn)生它們彼此串聯(lián)，總電動(dòng)勢等于各匝線圈所產(chǎn)生的電動(dòng)勢之和。令每匝的磁通量為的電動(dòng)勢之和。令每匝的磁通量為 1、 2 、 3 dtddtd21 dtdNdtd 若每匝磁通量相同若每匝磁通量相同b.閉合回路中的感應(yīng)電流閉合回路中的感應(yīng)電流dtdRRIi1c.感應(yīng)電量感應(yīng)電量t1時(shí)刻磁通量為時(shí)刻磁通量為1，t2時(shí)刻磁通量為時(shí)刻磁通量為2, dt時(shí)間內(nèi)時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體截面的電量通過導(dǎo)體截面的電量RddtdtdRIdtdq 1 21121 RRdq回路中的感應(yīng)電量只與磁通量的變化有關(guān)回路中的感應(yīng)電量只與磁通量的變化有關(guān).用途用途：測

9、磁通計(jì)。：測磁通計(jì)。BlxBS BlvdtdxBldtBlxddtd例例1.1.如圖所示如圖所示, ,磁感應(yīng)強(qiáng)度為磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=1000GsB=1000Gs的均勻磁場垂直的均勻磁場垂直于紙面向里于紙面向里. .一矩形導(dǎo)體線框一矩形導(dǎo)體線框ABCDABCD平放在紙面向內(nèi)平放在紙面向內(nèi), ,線線框的框的CDCD邊可以沿著邊可以沿著ADAD和和BCBC邊滑動(dòng)邊滑動(dòng). .設(shè)設(shè)CDCD邊的長度為邊的長度為10cm,10cm,向右滑動(dòng)的速度為向右滑動(dòng)的速度為v=1.0m/s,v=1.0m/s,求此線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電求此線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的大小和方向動(dòng)勢的大小和方向. .vB BDACBxV2100

10、. 1感應(yīng)電動(dòng)勢方向感應(yīng)電動(dòng)勢方向:逆時(shí)針方向逆時(shí)針方向i解解:設(shè)設(shè)t時(shí)刻時(shí)刻CD邊運(yùn)動(dòng)至邊運(yùn)動(dòng)至x處處.注意注意:此題得出的此題得出的=Blv不能隨意使用不能隨意使用.只有直導(dǎo)體且只有直導(dǎo)體且B、v、l三者三者兩兩互相垂直兩兩互相垂直.Oyx例例2.2.如圖所示如圖所示, ,長直導(dǎo)線長直導(dǎo)線ABAB中的電流中的電流 I I沿導(dǎo)線向上沿導(dǎo)線向上, ,并并以以 dI/dtdI/dt = 2 A/s= 2 A/s的速度均勻增長的速度均勻增長. .在導(dǎo)線附一個(gè)與之在導(dǎo)線附一個(gè)與之同面的直角三角形線框同面的直角三角形線框, ,其一邊與導(dǎo)線平行其一邊與導(dǎo)線平行. .求此線框求此線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的大

11、小和方向中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的大小和方向. .解解: :建立坐標(biāo)系如圖所示建立坐標(biāo)系如圖所示, ,0.22 xy三角形線框上的磁通量為三角形線框上的磁通量為bm).xIydx00050(2dx.x.xIbm000502022I102.598AB20cm10cmIcm5dx三角形線框感應(yīng)電動(dòng)勢大小為三角形線框感應(yīng)電動(dòng)勢大小為dtdm其方向?yàn)槟鏁r(shí)針繞行方向其方向?yàn)槟鏁r(shí)針繞行方向. .V105.188dtdI8102.59AB20cm10cmIcm5四、楞次定律四、楞次定律(Lenz law)楞次（楞次（Lenz,Heinrich Friedrich Emil） 楞次是俄國物理學(xué)家和地球物理學(xué)家，生于

12、楞次是俄國物理學(xué)家和地球物理學(xué)家，生于愛沙尼亞的多爾帕特。早年曾參加地球物理愛沙尼亞的多爾帕特。早年曾參加地球物理觀測活動(dòng)，發(fā)現(xiàn)并正確解釋了大西洋、太平觀測活動(dòng)，發(fā)現(xiàn)并正確解釋了大西洋、太平洋、印度洋海水含鹽量不同的現(xiàn)象，洋、印度洋海水含鹽量不同的現(xiàn)象，1845年年倡導(dǎo)組織了俄國地球物理學(xué)會(huì)。倡導(dǎo)組織了俄國地球物理學(xué)會(huì)。1836年至年至1865年任圣彼得堡大學(xué)教授，兼任海軍和師年任圣彼得堡大學(xué)教授，兼任海軍和師范等院校物理學(xué)教授。范等院校物理學(xué)教授。楞次主要從事電學(xué)的研究。楞次定律對充實(shí)、完善電磁感應(yīng)規(guī)律楞次主要從事電學(xué)的研究。楞次定律對充實(shí)、完善電磁感應(yīng)規(guī)律是一大貢獻(xiàn)。是一大貢獻(xiàn)。1842年

13、，楞次還和焦耳各自獨(dú)立地確定了電流熱效年，楞次還和焦耳各自獨(dú)立地確定了電流熱效應(yīng)的規(guī)律，這就是大家熟知的焦耳應(yīng)的規(guī)律，這就是大家熟知的焦耳楞次定律。他還定量地比楞次定律。他還定量地比較了不同金屬線的電阻率，確定了電阻率與溫度的關(guān)系；并建立較了不同金屬線的電阻率，確定了電阻率與溫度的關(guān)系；并建立了電磁鐵吸力正比于磁化電流二次方的定律。了電磁鐵吸力正比于磁化電流二次方的定律。1、內(nèi)容：、內(nèi)容：閉合回路中感應(yīng)電流的方向總是使得它所激發(fā)的閉合回路中感應(yīng)電流的方向總是使得它所激發(fā)的磁場來阻止引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。磁場來阻止引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。1834年楞次提出一種判斷感應(yīng)電流的方法，再由感

14、應(yīng)電流年楞次提出一種判斷感應(yīng)電流的方法，再由感應(yīng)電流來判斷感應(yīng)電動(dòng)勢的方向。來判斷感應(yīng)電動(dòng)勢的方向。NSiIiB B iI思考問題：思考問題：將磁鐵插入非金屬環(huán)中，將磁鐵插入非金屬環(huán)中，環(huán)內(nèi)有無感生電動(dòng)勢？有無感應(yīng)電流？環(huán)內(nèi)有無感生電動(dòng)勢？有無感應(yīng)電流？環(huán)內(nèi)將發(fā)生何種現(xiàn)象環(huán)內(nèi)將發(fā)生何種現(xiàn)象?有感應(yīng)電動(dòng)勢存在，而無感應(yīng)電有感應(yīng)電動(dòng)勢存在，而無感應(yīng)電流流.有感應(yīng)電場存在有感應(yīng)電場存在,將引起介質(zhì)極將引起介質(zhì)極化化.NS非金屬環(huán)非金屬環(huán)楞次定律的表述二楞次定律的表述二: 感應(yīng)電流的感應(yīng)電流的效果效果總是總是反抗反抗引起感應(yīng)電流的引起感應(yīng)電流的原因原因.NSNSvB BiIFFBS3、楞次定律與楞次定

15、律與能量守恒定律能量守恒定律感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場力（安培力），將反抗外力。即可以感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場力（安培力），將反抗外力。即可以說外力反抗磁場力做功，從而產(chǎn)生感應(yīng)電流轉(zhuǎn)化為電路中說外力反抗磁場力做功，從而產(chǎn)生感應(yīng)電流轉(zhuǎn)化為電路中的焦耳熱，這是符合能量守恒規(guī)律的。的焦耳熱，這是符合能量守恒規(guī)律的。否則只需一點(diǎn)力開始使否則只需一點(diǎn)力開始使導(dǎo)線移動(dòng)，若洛侖茲力導(dǎo)線移動(dòng)，若洛侖茲力不去阻撓它的運(yùn)動(dòng)，將不去阻撓它的運(yùn)動(dòng)，將有無限大的電能出現(xiàn)，有無限大的電能出現(xiàn)，顯然，這是不符合能量顯然，這是不符合能量守恒定律的。守恒定律的。IBLFLFV外FI五、渦電流五、渦電流1、渦電流、渦電流大塊導(dǎo)體處在變化磁場中

16、，或者相對大塊導(dǎo)體處在變化磁場中，或者相對于磁場運(yùn)動(dòng)時(shí)，在導(dǎo)體內(nèi)部也會(huì)產(chǎn)生于磁場運(yùn)動(dòng)時(shí)，在導(dǎo)體內(nèi)部也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流感應(yīng)電流。這些感應(yīng)電流在大塊導(dǎo)體。這些感應(yīng)電流在大塊導(dǎo)體內(nèi)的電流流線呈閉合的渦旋狀，被稱內(nèi)的電流流線呈閉合的渦旋狀，被稱為為渦電流渦電流或渦流?；驕u流。2、渦流的熱效應(yīng)、渦流的熱效應(yīng)電阻小，電流大，能夠電阻小，電流大，能夠產(chǎn)生大量的熱量。產(chǎn)生大量的熱量。3、應(yīng)用、應(yīng)用加熱加熱真空無接觸加熱真空無接觸加熱高頻感應(yīng)爐高頻感應(yīng)爐4、渦流的阻尼作用、渦流的阻尼作用當(dāng)鋁片擺動(dòng)時(shí)，穿過運(yùn)動(dòng)鋁片的磁通量當(dāng)鋁片擺動(dòng)時(shí)，穿過運(yùn)動(dòng)鋁片的磁通量是變化的，鋁片內(nèi)將產(chǎn)生渦流。根據(jù)楞是變化的，鋁片內(nèi)將產(chǎn)生渦流

17、。根據(jù)楞次定律感應(yīng)電流的效果總是反抗引起感次定律感應(yīng)電流的效果總是反抗引起感應(yīng)電流的原因。因此鋁片的擺動(dòng)會(huì)受到應(yīng)電流的原因。因此鋁片的擺動(dòng)會(huì)受到阻滯而停止，這就是阻滯而停止，這就是電磁阻尼電磁阻尼。應(yīng)用：電磁儀表中使用的阻尼電鍵應(yīng)用：電磁儀表中使用的阻尼電鍵 電氣火車中的電磁制動(dòng)器電氣火車中的電磁制動(dòng)器6、渦流的防止、渦流的防止用相互絕緣疊合起來的、電阻率用相互絕緣疊合起來的、電阻率較高的硅鋼片代替整塊鐵芯，并使較高的硅鋼片代替整塊鐵芯，并使硅鋼片平面與磁感應(yīng)線平行；硅鋼片平面與磁感應(yīng)線平行；5、電磁驅(qū)動(dòng)、電磁驅(qū)動(dòng):轉(zhuǎn)速計(jì)轉(zhuǎn)速計(jì),感應(yīng)式異步電動(dòng)機(jī)感應(yīng)式異步電動(dòng)機(jī)例例3交流發(fā)電機(jī)原理：面積為交流發(fā)電機(jī)原理：面積為S的線圈有的線圈有N匝，匝，放在均勻磁場放在均勻磁場B中，可繞中，可繞OO軸轉(zhuǎn)動(dòng)，若線圈轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，若線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為動(dòng)的角速度為，求線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢。，求線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢。 解：設(shè)在解：設(shè)在t=0時(shí)，線圈平