電磁感應(yīng)電磁場及小結(jié)講解課件

1、穩(wěn)恒磁場作業(yè)選擇題：1,2,3,4,5,6,10,14,15,16,17填空題：1,5,8,10,11,12計(jì)算題：1,2,3,4第十二章電磁感應(yīng) 電磁場主要內(nèi)容：電磁感應(yīng)定律動生電動勢和感生電動勢自感和互感磁場的能量電磁場的基本理論 教學(xué)基本要求 一 掌握并能熟練應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律來計(jì)算感應(yīng)電動勢，并判明其方向. 二 理解動生電動勢和感生電動勢的本質(zhì).了解有旋電場的概念. 三 了解自感和互感的現(xiàn)象,會計(jì)算幾何形狀簡單的導(dǎo)體的自感和互感. 四 了解磁場具有能量和磁能密度的概念, 會計(jì)算均勻磁場和對稱磁場的能量. 五 了解位移電流和麥克斯韋電場的基本概念以及麥克斯韋方程組（積分形式

2、）的物理意義.電磁感應(yīng)定律第一節(jié)法拉第，英國物理學(xué)家和化學(xué)家.他創(chuàng)造性地提出場的思想，磁場這一名稱是法拉第最早引入的.他是電磁理論的創(chuàng)始人之一，于1831年發(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，以及光的偏振面在磁場中的旋轉(zhuǎn).1820年，奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，即電生磁磁場能產(chǎn)生電流嗎？電磁感應(yīng)定律的發(fā)現(xiàn), 不但找到了磁生電的規(guī)律, 而且更重要的是揭示了電和磁的聯(lián)系, 為電磁理論奠定了基礎(chǔ), 并且開辟了人類使用電能的道路, 成為電磁理論發(fā)展的第一個重要里程碑. 一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象1.幾個實(shí)驗(yàn)結(jié)論: 當(dāng)穿過一個閉合導(dǎo)體回路所包圍的面積內(nèi)的磁通量發(fā)生變化時, 回路中就產(chǎn)生感應(yīng)

3、電流。說明：1、用此定律來確定感應(yīng)電流的方向. （1）首先判斷原磁場的方向（2）由它的變化情況確定附加磁場的方向（3）用右手定則確定感應(yīng)電流的方向步驟：二、楞次定律回路內(nèi)感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場總是企圖阻止或補(bǔ)償回路中磁通量的變化。 閉合回路中感應(yīng)電流的方向，總是使得它所產(chǎn)生的磁場去反抗引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。或者說感應(yīng)電流的效果，總是反抗引起感應(yīng)電流的原因。機(jī)械能焦耳熱能量轉(zhuǎn)化和能量守恒定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的具體體現(xiàn)。本質(zhì)SB感方向:I感方向:順時針例：應(yīng)用楞次定律判斷 I感 方向。. .BB感方向:I感方向:順時針I(yè)感B感I感B感fm ,fm ,v 當(dāng)穿過閉合回路所圍面積的磁通量發(fā)生變化時，

4、無論這種變化是什么原因引起的，回路中都有感應(yīng)電動勢產(chǎn)生，并且感應(yīng)電動勢正比于磁通量對時間變化率的負(fù)值。數(shù)學(xué)表達(dá)：1.電磁感應(yīng)定律文字表述:2.定律說明：1、K為比例系數(shù)，它的取值決定各量所用的單位。2、只適用于單匝線圈回路。N匝線圈：（SI中K=1）稱為磁通鏈 3、“”的含義表示反抗或阻礙磁通量變化四、法拉第電磁感應(yīng)定律應(yīng)用（2）由求回路中的磁通量fm ；（3）由求出1、感應(yīng)電動勢的計(jì)算（1）確定回路中的原磁感應(yīng)強(qiáng)度 ；若閉合回路的電阻為R,則回路中的4、計(jì)算電流感應(yīng)電流 I感 例 在勻強(qiáng)磁場中, 置有面積為 S 的可繞 軸轉(zhuǎn)動的N 匝線圈 . 若線圈以角速度 作勻速轉(zhuǎn)動. 求線圈 中的感應(yīng)電

5、動勢.已知求解設(shè) 時,與 同向 , 則令則 可見,在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動的線圈內(nèi)的感應(yīng)電電流是時間的正弦函數(shù).這種電流稱交流電.感應(yīng)電動勢磁通量m變動生電動勢回路面積 S 變感生電動勢磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 變第二節(jié)動生電動勢一、動生電動勢的起因動生電動勢的產(chǎn)生是由于運(yùn)動導(dǎo)體中的電荷在磁場中受洛侖茲力 fL 的結(jié)果。B 在磁場 B 中,導(dǎo)體棒以 v 沿金屬導(dǎo)軌向右運(yùn)動,導(dǎo)體切割磁力線,回路面積發(fā)生變化,導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生動生電動勢。v二、電動勢概念電源內(nèi)部存在一非靜電力與靜電力相反。電動勢 描寫電源將其它形式能量轉(zhuǎn)變成電能的能力。在電源內(nèi)部非靜電場移動單位正電荷從負(fù)極到正極所作的功。 當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動時內(nèi)部的

6、電荷所受的洛侖茲力 fL 為非靜電力，它將正電荷從低電位移到高電位。 由電場強(qiáng)度定義和洛侖茲力的定義, fL所產(chǎn)生的非靜電場 Ek 滿足：Bv三、動生電動勢的定義代入電動勢方向從負(fù)極到正極。為v與 B 的夾角；動生電動勢四、解題方法及舉例6. 求導(dǎo)體元上的電動勢7. 對 積分求解1.假設(shè)運(yùn)動導(dǎo)線電勢的高低；2. 取導(dǎo)體元 ；4.確定 和 的夾角q1；5.確定 的與 的夾角 q2；3.確定導(dǎo)體元處的速度 和磁場 ；例：在均勻磁場 B 中，一長為 L 的導(dǎo)體棒繞一端 o 點(diǎn)以角速度 轉(zhuǎn)動，求導(dǎo)體棒上的動生電動勢。w oLB解1：由動生電動勢定義計(jì)算假設(shè)0點(diǎn)的電勢低oBwLdlv導(dǎo)體元上的電動勢為:

7、l分割導(dǎo)體元 和 的夾角 的與 的夾角導(dǎo)體元的速度為:l整個導(dǎo)體棒的動生電動勢為:方向指向 o 點(diǎn)，說明0點(diǎn)電勢高。oBLdlvl例：在均勻磁場 B 中，一長為 L 的導(dǎo)體棒以速度v運(yùn)動，求導(dǎo)體棒上的動生電動勢。解：由動生電動勢定義計(jì)算Labv0例: 在通有電流 I 的無限長載流直導(dǎo)線旁，距 a 垂直放置一長為 L 以速度v 向上運(yùn)動的導(dǎo)體棒，求導(dǎo)體棒中的動生電動勢。aLI解：由動生電動勢定義計(jì)算v第三節(jié)感生電動勢 感生電場一、感生電場條形磁鐵上下移動時,線圈中要產(chǎn)生感生電流。產(chǎn)生感生電動勢的非靜電力是什么力呢？NS1：它不是洛倫茲力（線圈不動）；2：它不是庫侖力；（庫侖力不會與變化的磁場有關(guān)

8、）這種力是一種我們尚未認(rèn)識的力，為此我們把電場力的概念做一個推廣，凡是作用于靜止電荷上的力叫做電場力，凡是能提供電場力的空間叫做電場。兩種起因不同的電場（1）庫侖電場（2）感生電場V二、感生電場與靜電場的區(qū)別靜電場 E感生電場 E感起源由靜止電荷激發(fā)由變化的磁場激發(fā)電力線形狀電場線為非閉合曲線電場線為閉合曲線E感靜電場為散場感生電場為有旋場感生電場方向的判斷與感生電流方向的判斷是類似的。靜電場E感生電場E感電場的性質(zhì)為保守場,作功與路徑無關(guān)為非保守場,作功與路徑有關(guān)靜電場為有源場感生電場為無源場三、感生電動勢回路中的感生電動勢定義：由法拉第電磁感應(yīng)定律回路中的感生電動勢為：則如果回路面積不變則

9、有：四、感生電場與變化磁場關(guān)系回路中的磁通量為：（的正方向與 L 成右手螺旋關(guān)系）2.要求磁場均勻變化且則有可算出 E感。注意：積分面積為回路中有磁場存在的面積。1. 要求環(huán)路上各點(diǎn)的 E感大小相等，方向與路徑方向一致；五、感生電場的計(jì)算與舉例例1： 圓形均勻分布的磁場半徑為R，磁場隨時間均勻增加，求空間的感生電場的分布情況。oRB解： 由于磁場均勻增加，圓形磁場區(qū)域內(nèi)、外 E感 線為一系列同心圓；作半徑為 r 的環(huán)形路徑;1. r R 區(qū)域E感作半徑為 r 的環(huán)形路徑;oRB同理積分面積為回路中有磁場存在的面積，E感oRBE感分布曲線RE感rooRB例題： 圓形均勻分布的磁場半徑為R，磁場隨

10、時間均勻增加，dB/dt=k,在磁場中放置一長為 L 的導(dǎo)體棒，求棒中的感生電動勢。解：補(bǔ)回路法hoR第四節(jié)渦電流一、渦電流 將導(dǎo)體放入變化的磁場中時，由于在變化的磁場周圍存在著渦旋的感生電場，感生電場作用在導(dǎo)體內(nèi)的自由電荷上，使電荷運(yùn)動，形成渦電流。I渦二、渦電流的應(yīng)用1.工頻感應(yīng)爐的應(yīng)用 在冶金工業(yè)中，某些熔化活潑的稀有金屬在高溫下容易氧化，將其放在真空環(huán)境中的坩堝中，坩堝外繞著通有交流電的線圈，對金屬加熱，防止氧化。抽真空2.用渦電流加熱金屬電極 在制造電子管、顯像管或激光管時，在做好后要抽氣封口，但管子里金屬電極上吸附的氣體不易很快放出，必須加熱到高溫才能放出而被抽走,利用渦電流加熱的方法，一邊加熱，一邊抽氣，然后封口。抽真空接高頻發(fā)生器顯像管3.電磁爐 在市面上出售的一種加熱炊具-電磁爐。這種電磁爐加熱時爐體本身并不發(fā)熱，在爐內(nèi)有一線圈，當(dāng)接通交流電時，在爐體周圍產(chǎn)生交變的磁場，當(dāng)金屬容器放在爐上時，在容器上產(chǎn)生渦電流，使容器發(fā)熱，達(dá)到加熱食物的目的。I0(t)IIB趨膚效應(yīng)趨膚效應(yīng)三、渦電流的危害 由于渦電流在導(dǎo)體中產(chǎn)生熱效應(yīng)，在制造變壓器時，就不能把鐵心制成實(shí)心的，這樣在變壓器工作時在鐵心中產(chǎn)生較大的渦電流，使鐵心發(fā)熱，造成漆包線絕緣