高二物理競賽電磁感應(yīng)課件

1第十四章

電磁感應(yīng)

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§14-1電磁感應(yīng)基本規(guī)律

§14-2動(dòng)生電動(dòng)勢

§14-3感生電動(dòng)勢渦旋電場渦旋電流

§14-4互感和自感

§14-5磁場的能量

第十四章電磁感應(yīng)3§14-1電磁感應(yīng)及其基本規(guī)律

一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象(electromagneticinductionphenomenon)1.磁場相對于線圈或?qū)w回路改變大小和方向2.線圈或?qū)w回路相對于磁場改變面積和取向

實(shí)驗(yàn)表明，磁場相對于線圈或回路改變大小或方向，會(huì)在回路中產(chǎn)生電流，并且改變得越迅速，產(chǎn)生的電流越大。

實(shí)驗(yàn)表明，導(dǎo)體回路相對于磁場改變面積和取向會(huì)在回路中產(chǎn)生電流，并且改變得越迅速，產(chǎn)生的電流越大。4電磁感應(yīng)現(xiàn)象典型實(shí)驗(yàn)5

只要穿過導(dǎo)體回路的磁通量發(fā)生變化，該導(dǎo)體回路中就會(huì)產(chǎn)生電流。

由磁通量的變化所引起的回路電流稱為感應(yīng)電流。在電路中有電流通過，說明這個(gè)電路中存在電動(dòng)勢，由磁通量的變化所產(chǎn)生的電動(dòng)勢稱為感應(yīng)電動(dòng)勢。

電流與電動(dòng)勢相比，電動(dòng)勢具有更根本的性質(zhì)。當(dāng)穿過導(dǎo)體回路的磁通量發(fā)生變化時(shí)，回路中必定產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。把由于磁通量變化產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的現(xiàn)象，統(tǒng)稱為電磁感應(yīng)現(xiàn)象。6二、電磁感應(yīng)定律(electromagneticinductionlaw)

和都是標(biāo)量，其方向要與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)定方向比較而得；規(guī)定兩個(gè)標(biāo)定方向滿足右螺旋關(guān)系1.法拉第電磁感應(yīng)定律

如果回路有n匝線圈，各匝為1,2,…,n，那么=1+2+…+n

導(dǎo)體回路中感應(yīng)電動(dòng)勢的大小與穿過該回路的磁通量的時(shí)間變化率成正比。如果每匝都相等于，則

n72.楞次定律(Lenzlaw)

閉合回路中感應(yīng)電流的方向，總是使得它所激發(fā)的磁場阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化的。感應(yīng)電流的效果總是反抗引起感應(yīng)電流的原因的。

楞次定律的后一種表述可以方便判斷感應(yīng)電流所引起的機(jī)械效果的問題。“阻礙”或“反抗”是能量守恒定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的具體體現(xiàn)。

磁棒插入線圈回路時(shí)，線圈中感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場阻礙磁棒插入，若繼續(xù)插入則須克服磁場力作功。感應(yīng)電流所釋放出焦耳熱，是插入磁棒的機(jī)械能轉(zhuǎn)化來的。

ε8三、感應(yīng)電動(dòng)勢(inductionelectromotiveforce)

導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢。

1.動(dòng)生電動(dòng)勢

εab在運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體上產(chǎn)生的動(dòng)生電動(dòng)勢為

注意：不要求回路；在磁場中運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體；導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)必須切割磁感應(yīng)線。

作用于自由電子的洛倫茲力是提供動(dòng)生電動(dòng)勢的非靜電力，該力所對應(yīng)的非靜電性電場就是作用于單位正電荷的洛倫茲力。abf9對電荷有作用力。若有導(dǎo)體存在能形成電流。

感生電場電場線不是有頭有尾，是閉合曲線。對電荷有作用力。若有導(dǎo)體存在能形成電流。靜電場電場線起于正電荷止于負(fù)電荷，是有頭有尾的曲線。保守力、保守場。非保守力、有旋場。2.感生電動(dòng)勢

導(dǎo)體不動(dòng)，而由于磁場的大小或方向變化所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢，稱為感生電動(dòng)勢。變化的磁場能夠在空間激發(fā)一種電場，稱為渦旋電場或感應(yīng)電場，不是保守場，是非靜性電場，產(chǎn)生感生電動(dòng)勢。由變化的磁場激發(fā)。由靜止的電荷激發(fā)。10

一般情況下空間可能同時(shí)存在靜電場EC和渦旋電場EW，總電場E=EC+EW,稱為全電場。

若用EW表示渦旋電場的電場強(qiáng)度，W為閉合回路中產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢

感生電動(dòng)勢的產(chǎn)生同樣不要求電路閉合，對于處于渦旋電場EW中的一段導(dǎo)線ab中產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢可以表示為11全電場的環(huán)路積分為根據(jù)矢量分析的斯托克斯定理[見附錄(二)]，應(yīng)有

渦旋電場在變化磁場周圍空間產(chǎn)生，不管是真空、電介質(zhì)還是導(dǎo)體；但感生電動(dòng)勢必須在導(dǎo)體中才能產(chǎn)生，同樣不要求導(dǎo)體是閉合電路。電磁感應(yīng)定律的微分形式12ωLO例1:長為L的導(dǎo)體棒在垂直于均勻磁場的平面上以角速度沿逆時(shí)針方向作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，求感應(yīng)電動(dòng)勢？或者用法拉第電磁感應(yīng)定律Bdl解:l處取棒元dl,由動(dòng)生電動(dòng)勢公式動(dòng)生電動(dòng)勢的方向由端點(diǎn)指向圓心,O點(diǎn)帶正電。l13例2：半徑為R的柱形區(qū)域勻強(qiáng)磁場，方向如圖。磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小正以速率(=dB/dt)在增加，求空間渦旋電場的分布。

解:取沿順時(shí)針方向作為感生電動(dòng)勢和渦旋電場的標(biāo)定方向，磁通量的標(biāo)定方向則垂直于紙面向里。回路各點(diǎn)上EW的大小都相等，方向沿圓周的切線。解得:EW=負(fù)號(hào)表示渦旋電場實(shí)際方向與標(biāo)定方向相反，即沿逆時(shí)針方向。2rEW=r2BROr在r<R區(qū)域作圓形回路=r2B,14在r>R區(qū)域作圓形回路，磁通量為=R2B

可見，雖然磁場只局限于半徑為R的柱形區(qū)域，但所激發(fā)的渦旋電場卻存在于整個(gè)空間。積分得方向也沿逆時(shí)針方向。BROrr代入15例3：金屬桿以速度