電磁感應電磁場及小結講解課件

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計算題：1,2,3,4第十二章電磁感應 電磁場主要內容：電磁感應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 教學基本要求 一 掌握并能熟練應用法拉第電磁感應定律和楞次定律來計算感應電動勢，并判明其方向. 二 理解動生電動勢和感生電動勢的本質.了解有旋電場的概念. 三 了解自感和互感的現(xiàn)象,會計算幾何形狀簡單的導體的自感和互感. 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.電磁感應定律第一節(jié)法拉第，英國物理學家和化學家.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)電磁感應現(xiàn)象，后又相繼發(fā)現(xiàn)電解定律，物質的抗磁性和順磁性，以及光的偏振面在磁場中的旋轉.1820年，奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應，即電生磁磁場能產生電流嗎？電磁感應定律的發(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, 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、電磁感應現(xiàn)象1.幾個實驗結論: 當穿過一個閉合導體回路所包圍的面積內的磁通量發(fā)生變化時, 回路中就產生感應

3、電流。說明：1、用此定律來確定感應電流的方向. （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電流的方向步驟：二、楞次定律回路內感應電流產生的磁場總是企圖阻止或補償回路中磁通量的變化。 閉合回路中感應電流的方向，總是使得它所產生的磁場去反抗引起感應電流的磁通量的變化?；蛘哒f感應電流的效果，總是反抗引起感應電流的原因。機械能焦耳熱能量轉化和能量守恒定律在電磁感應現(xiàn)象中的具體體現(xiàn)。本質SB感方向:I感方向:順時針例：應用楞次定律判斷 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，回路中都有感應電動勢產生，并且感應電動勢正比于磁通量對時間變化率的負值。數學表達：1.電磁感應定律文字表述:2.定律說明：1、K為比例系數，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、法拉第電磁感應定律應用（2）由求回路中的磁通量fm ；（3）由求出1、感應電動勢的計算（1）確定回路中的原磁感應強度 ；若閉合回路的電阻為R,則回路中的4、計算電流感應電流 I感 例 在勻強磁場中, 置有面積為 S 的可繞 軸轉動的N 匝線圈 . 若線圈以角速度 作勻速轉動. 求線圈 中的感應電

5、動勢.已知求解設 時,與 同向 , 則令則 可見,在勻強磁場中勻速轉動的線圈內的感應電電流是時間的正弦函數.這種電流稱交流電.感應電動勢磁通量m變動生電動勢回路面積 S 變感生電動勢磁感應強度 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生是由于運動導體中的電荷在磁場中受洛侖茲力 fL 的結果。B 在磁場 B 中,導體棒以 v 沿金屬導軌向右運動,導體切割磁力線,回路面積發(fā)生變化,導體內產生動生電動勢。v二、電動勢概念電源內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變成電能的能力。在電源內部非靜電場移動單位正電荷從負極到正極所作的功。 當導體在磁場中運動時內部的

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。 由電場強度定義和洛侖茲力的定義, fL所產生的非靜電場 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. 求導體元上的電動勢7. 對 積分求解1.假設運動導線電勢的高低；2. 取導體元 ；4.確定 和 的夾角q1；5.確定 的與 的夾角 q2；3.確定導體元處的速度 和磁場 ；例：在均勻磁場 B 中，一長為 L 的導體棒繞一端 o 點以角速度 轉動，求導體棒上的動生電動勢。w oLB解1：由動生電動勢定義計算假設0點的電勢低oBwLdlv導體元上的電動勢為:

7、l分割導體元 和 的夾角 的與 的夾角導體元的速度為:l整個導體棒的動生電動勢為:方向指向 o 點，說明0點電勢高。oBLdlvl例：在均勻磁場 B 中，一長為 L 的導體棒以速度v運動，求導體棒上的動生電動勢。解：由動生電動勢定義計算Labv0例: 在通有電流 I 的無限長載流直導線旁，距 a 垂直放置一長為 L 以速度v 向上運動的導體棒，求導體棒中的動生電動勢。aLI解：由動生電動勢定義計算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,線圈中要產生感生電流。產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

8、）這種力是一種我們尚未認識的力，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感電場的性質為保守場,作功與路徑無關為非保守場,作功與路徑有關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系回路中的磁通量為：（的正方向與 L 成右手螺旋關系）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)路上各點的 E感大小相等，方向與路徑方向一致；五、感生電場的計算與舉例例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、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 的導體棒，求棒中的感生電動勢。解：補回路法hoR第四節(jié)渦電流一、渦電流 將導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，感生電場作用在導體內的自由電荷上，使電荷運動，形成渦電流。I渦二、渦電流的應用1.工頻感應爐的應用 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，在爐內有一線圈，當接通交流電時，在爐體周圍產生交變的磁場，當金屬容器放在爐上時，在容器上產生渦電流，使容器發(fā)熱，達到加熱食物的目的。I0(t)IIB趨膚效應趨膚效應三、渦電流的危害 由于渦電流在導體中產生熱效應，在制造變壓器時，就不能把鐵心制成實心的，這樣在變壓器工作時在鐵心中產生較大的渦電流，使鐵心發(fā)熱，造成漆包線絕緣