高二物理競賽電磁感應(yīng)課件

第十一章變化的電磁場§11-1電磁感應(yīng)§11-2自感與互感§11-3麥克斯韋方程組本章內(nèi)容：本章重點：感應(yīng)電動勢、自感和互感的計算本章難點：渦旋電場、位移電流、場概念的理解§11-1電磁感應(yīng)一、電源的電動勢二、電磁感應(yīng)定律——實驗定律三、動生電動勢四、感生電動勢渦旋電場本節(jié)內(nèi)容：----------AB電源外電路+1、電源的工作原理考慮電流的產(chǎn)生：提供非靜電力的裝置稱為電源內(nèi)電路僅有靜電力，不能形成穩(wěn)恒電流EAB+-+還需非靜電力AB++++----+FeF’內(nèi)電路：電荷受靜電力Fe和非靜電力F’的共同作用內(nèi)電路一、電源的電動勢正電荷在F’的作用下向A運動，靜電力上升AB++++----+FeF’內(nèi)電路：電荷受靜電力Fe和非靜電力F’的共同作用開始：++++＋QAB-----－QF’>Fe，電荷向A運動接外電路外部：電荷向B運動，靜電力下降內(nèi)部：F’Fe＋可見電源內(nèi)：電源外:靜電力作用A→B非靜電力作用B→A低高F’＝Fe維持一定的電勢差UAB＝U（開路電壓）最終：電源內(nèi)把單位正電荷從負(fù)極移向正極過程中，非靜電力所做的功。2、電動勢設(shè)非靜電力場強E’非靜電力：電源內(nèi)，移動電荷q，非靜電力做功：若非靜電力存在于整個電流回路中,則整個回路中的總電動勢應(yīng)為:----------AB電源內(nèi)電路外電路+電動勢的方向：規(guī)定：電勢升高方向正方向單位：伏V二電磁感應(yīng)定律（1831年法拉第的偉大發(fā)現(xiàn)）

一類是磁鐵(或載流線圈)與不含電源的閉合線圈之間發(fā)生相對運動；法拉第的實驗可以歸結(jié)為兩類:另一類是線圈之間無相對運動,但載流線圈中有電流變化.NSK1、電磁感應(yīng)現(xiàn)象閉合回路中感應(yīng)電流的方向，總是使它產(chǎn)生的磁場去阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。NS楞次定律是能量守恒定律在電磁感應(yīng)中的體現(xiàn).GNS外力作功轉(zhuǎn)化為感應(yīng)電流的能量2、楞次定律規(guī)定：（2）當(dāng)磁力線方向與繞行方向成右螺時，磁通量為正與回路繞行方向相反與回路繞行方向相同L3、法拉第電磁感應(yīng)定律（1）電動勢方向與繞行方向一致時為正首先任定回路的繞行方向(1)如果圍繞磁場的線圈有N匝,則電動勢:稱N為磁通鏈匝數(shù)(磁鏈).(2)當(dāng)回路電阻為R時,電流(3)通過回路的電量為:進一步討論：電量與成正比而與d/dt

無關(guān)。例：有一通有電流為I的無限長直導(dǎo)線所在平面內(nèi)，有一半徑為r，電阻為R的導(dǎo)線小環(huán)，環(huán)中心距直導(dǎo)線為a，且a》r，當(dāng)直導(dǎo)線的電流被切斷后，沿著導(dǎo)線環(huán)流過的電荷約為多少？解：Ira(4)非靜電力，其電場強度為Ek結(jié)合法拉第定律有:根據(jù)電源的電動勢----------AB電源內(nèi)電路外電路+思考：應(yīng)該存在一種非靜電力，是什么？vIIlCDAB（1）在恒定的勻強磁場中，導(dǎo)線以速度v向右運動。例：計算感應(yīng)電動勢大小：方向：DABCD（用楞次定律判）（2）導(dǎo)線不動解：解：大?。悍较颍鹤约号衯lCDAB（3）導(dǎo)線以速度v向右移動解：大?。悍较颍鹤约号腥由妱觿?/p>

運動導(dǎo)線中的電荷受洛倫茲力:

非靜電場強度:

2、感應(yīng)電動勢如圖中動生電動勢:

vA'B'lCDABII1、非靜電力由定義：討論:(1)動生電動勢來源于洛侖茲力(非靜電力);(3)功能關(guān)系:外力為了維持導(dǎo)體的運動,須克服安培力做功。(2)動生電動勢的公式:與法拉第電磁感應(yīng)定律是一致的.前例，由動生電動勢公式由法拉第定律：vA'B'lCDABII如圖所示，長為l的導(dǎo)體勻速運動，外力功率：即：外力的功率＝電功率例:已知B、L、ω，求感應(yīng)電動勢O點電勢高。（的方向）A

OLvOA解：設(shè)dl方向O

A負(fù)號表示電動勢方向：ωldl例《拓展》P89－1Ir，draωO解：在ON上距O點為r處取微元drNdr的速度方向垂直O(jiān)N向下此處磁場：方向：O→NN點電勢高M方向：NMIr，draωOx解：金屬棒轉(zhuǎn)到OM位置時棒中感應(yīng)電動勢的方向O→MM點電勢高在OM上距O點為r處取微元dr此處磁場：方向：vIIlCDAB（2）導(dǎo)線不動解：大小：例：計算感應(yīng)電動勢問題：B變，導(dǎo)線不動，電源中的非靜電力是什么？當(dāng)僅有磁場的變化時：當(dāng)僅有磁場的變化時：變化的磁場在其周圍激發(fā)了一種電場—感生（渦旋）電場。麥克斯韋（J.C.Maxwell)提出:該電場力驅(qū)動電荷，充當(dāng)了電源中激發(fā)電場，的非靜電力。1、感生（渦旋）電場性質(zhì):(1)感生電場也同靜電場一樣對電荷有作用力(3)對比靜電場的環(huán)路定律:可見感生電場是不同于靜電場的另一種電場。(2)感生電場源于變化的磁場左旋!四、感生電動勢渦旋電場(4)感生電場是渦旋場,場線是無頭無尾的閉合曲線由于：不能引入電勢，可計算位差。（5）由電動勢定義（6）感生電場假設(shè)是以法拉第電磁感應(yīng)定律為基礎(chǔ)的，源于法拉第電磁感應(yīng)定律又高于法拉第電磁感應(yīng)定律。揭示了電場與磁場間更為本質(zhì)的關(guān)系。無論有無導(dǎo)體，只要空間有磁場的變化（），就存在感生電場。IIIII'I'渦電流是電荷在渦電場的作用下形成的渦電流的危害與防止:變壓器渦流損耗。渦電流的阻尼作用渦電場存在的直接驗證——渦電流應(yīng)用:用于金屬熔煉,電磁灶,真空技術(shù)等2、渦旋電場的計算法拉第電磁感應(yīng)定律電動勢定義可計算感生電場的場強E感R例:長直螺線管半徑為R，試計算當(dāng)其內(nèi)部磁場時，管內(nèi)外渦旋電場的大小和方向.

解：長直螺線管磁場分布解：長直螺線管磁場分布由麥克思韋假設(shè)場的對稱性及可知E渦方向如圖所示。RrL(1)r≤R(2)當(dāng)r>R時螺線管外B=0；RrLLrE0R計算感生電動勢εi方法有兩個途徑，視方便而定其一：其二：條件：空間渦旋電場的分布已知條件：必須有一個回路ACrh解：例：長為l的金屬棒放在磁場中，計算感應(yīng)電動勢.渦旋電場分布：法一：法二：可用法拉第電磁感應(yīng)定律求,需假想一個回路,在該回路中,除ＡＢ段外最好其它部分的感應(yīng)電動勢為零或已知.

做輔助線OA，OC。選取OACO三角形回路ACO例：《拓展》P89－3AEODC2aa半徑為a的圓柱形區(qū)域內(nèi)，有一隨時間變化的均勻磁場dB/dt>0，將一個等腰梯形導(dǎo)線框ACDEA，上底長為a，下底長為2a，總電阻為R，放置在同一平面上，問AE段、CD段和閉合回路中的感生電動勢各為多大？解：（1）因為dB/dt>0感生電場為逆時針方向方向：A→EAEODC2aa（2）（3）方向ACDEA方向：C→D利用感生電場給電子加速以獲取高能電子。示意如圖：3、電子感應(yīng)加速器電磁鐵鐵心環(huán)行真空室Re電子束電磁鐵鐵心電磁鐵的勵磁電流是交流電,分析磁場變化的情況如圖:Bt只有第1、4個1/4周期可對電子加速,其實經(jīng)過第1個1/4周期的加速即可將電子引出,能量已經(jīng)相當(dāng)高了。利用感生電場給電子加速的另一個基本問題是：如何使電子維持在恒定的半徑R的圓形軌道上加速？LR電子束ev電子要始終