大學(xué)物理課件9-1

非恒定電流的例子：用導(dǎo)線連接的兩個(gè)帶電導(dǎo)體隨著自由電荷的不斷遷移，兩導(dǎo)體上電荷量逐漸減少，導(dǎo)體間電勢(shì)差減小，電流是暫時(shí)電流，導(dǎo)線中的電流逐漸減小直到停止，無(wú)法維持恒定電流?！?-1恒定電流恒定電場(chǎng)電動(dòng)勢(shì)

A帶正電荷，B帶等量負(fù)電荷。由于電勢(shì)差存在，導(dǎo)線內(nèi)出現(xiàn)沿導(dǎo)線從A指向B的電場(chǎng)，自由電荷發(fā)生遷移。在導(dǎo)體內(nèi)形成恒定電流必須在導(dǎo)體內(nèi)建立一個(gè)恒定電場(chǎng)，保持兩點(diǎn)間電勢(shì)差不變。僅有靜電力的作用是不能形成穩(wěn)恒電流的。產(chǎn)生穩(wěn)恒電流的條件：把從B

經(jīng)導(dǎo)線到達(dá)A的電子重新送回B，就可以維持A、B

間電勢(shì)差不變。電源不斷消耗其它形式的能量克服靜電力做功。電源實(shí)質(zhì)上是把其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能的一種能源。電源：提供非靜電力的裝置。

為了要形成穩(wěn)恒電流，必須有一種本質(zhì)上完全不同于靜電性的力——非靜電力。非靜電力驅(qū)使正電荷逆著靜電場(chǎng)的方向從低電勢(shì)向高電勢(shì)運(yùn)動(dòng)。qFSq靜電力ES++++外電路：靜電力對(duì)正電荷作功使它從高電勢(shì)的正極移向低電勢(shì)的負(fù)極。內(nèi)電路：非靜電力（外來(lái)力）對(duì)正電荷作功，使它從電源的負(fù)極移向正極。

內(nèi)電路：電源內(nèi)部正負(fù)兩極之間的電路。

外電路：電源外部正負(fù)兩極之間的電路。內(nèi)外電路形成閉合電路時(shí)，正電荷由正極流出，經(jīng)外電路流入負(fù)極，又從負(fù)極經(jīng)內(nèi)電路流到正極，形成恒定電流，保持了電流線的閉合性。三電源電動(dòng)勢(shì)電源的電動(dòng)勢(shì)等于把單位正電荷從負(fù)極經(jīng)內(nèi)電路移動(dòng)到正極時(shí)所做的功，單位為伏特。

電動(dòng)勢(shì)與電勢(shì)一樣是標(biāo)量，電源的電動(dòng)勢(shì)的方向規(guī)定：自負(fù)極經(jīng)內(nèi)電路指向正極。沿電動(dòng)勢(shì)的方向，電源將提高正電荷的電勢(shì)能。電源迫使正電荷dq從負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移動(dòng)到正極所做的功為dA，電源的電動(dòng)勢(shì)為

非靜電力僅存在于電源內(nèi)部，可以用非靜電場(chǎng)強(qiáng)表示。由電源電動(dòng)勢(shì)定義得電源外部無(wú)非靜電力，恒定電場(chǎng)也服從場(chǎng)強(qiáng)環(huán)流定律注意區(qū)分：太陽(yáng)能電池美軍薄膜太陽(yáng)能電池帳篷鋰電池電源了解你所不知道的手機(jī)電池重點(diǎn)掌握

電源的電動(dòng)勢(shì)大?。悍较颍鹤载?fù)極經(jīng)內(nèi)電路指向正極電動(dòng)勢(shì)等于把單位正電荷繞閉合回路運(yùn)動(dòng)一周，非靜電力所做的功，單位為伏特。能不斷分離正負(fù)電荷使正電荷逆靜電場(chǎng)力方向運(yùn)動(dòng)。非靜電電場(chǎng)強(qiáng)度非靜電力+++---+§9-1電磁感應(yīng)定律

Inacommercialelectricpowerplant,largegeneratorsproduceenergythatistransferredoutoftheplantbyelectricaltransmission.Thesegeneratorsusemagneticinductiontogenerateapotentialdifferencewhencoilsofwireinthegeneratorarerotatedinamagneticfield.Thesourceofenergytorotatethecoilsmightbefallingwater,burningfossilfuels,oranuclearreaction.

法拉第簡(jiǎn)介（MichaelFaraday,1791-1867)法拉第于1791年出生在英國(guó)倫敦附近的一個(gè)小村里，父親是鐵匠，自幼家境貧寒，無(wú)錢上學(xué)讀書。13歲時(shí)到一家書店里當(dāng)報(bào)童，次年轉(zhuǎn)為裝訂學(xué)徒工。在學(xué)徒工期間，法拉第除工作外，利用書店的條件，在業(yè)余時(shí)間貪婪地閱讀了許多科學(xué)著作，例如《化學(xué)對(duì)話》、《大英百科全書》的《電學(xué)》條目等，這些著作開拓了他的視野，激發(fā)了他對(duì)科學(xué)的濃厚興趣。1.生平1812年，學(xué)徒期滿，法拉第打算專門從事科學(xué)研究。次年，經(jīng)著名化學(xué)家戴維推薦，法拉第到皇家研究院實(shí)驗(yàn)室當(dāng)助理研究員。這年底，作為助手和仆人，他隨戴維到歐洲大陸考察漫游，結(jié)識(shí)了不少知名科學(xué)家，如安培、伏打等，這進(jìn)一步擴(kuò)大了他的眼界。1815年春回到倫敦后，在戴維的支持和指導(dǎo)下作了許多化學(xué)方面的研究工作。1821年開始擔(dān)任實(shí)驗(yàn)室主任，一直到1865年。1824年，被推選為皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。次年法拉第正式成為皇家學(xué)院教授。1851年，曾被一致推選為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)，但被他堅(jiān)決推辭掉了。1867年8月25日，他坐在書房的椅子上安祥地離開了人世。遵照他的遺言，在他的墓碑上只刻了名字和生死年月。法拉第簡(jiǎn)介2.主要工作

他創(chuàng)造性地提出場(chǎng)的思想，磁場(chǎng)這一名稱是法拉第最早引入的。他是電磁理論的創(chuàng)始人之一，1821年法拉第讀到了奧斯特的描述他發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)的論文《關(guān)于磁針上的電碰撞的實(shí)驗(yàn)》。該文給了他很大的啟發(fā)，使他開始研究電磁現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)十年的實(shí)驗(yàn)研究（中間曾因研究合金和光學(xué)玻璃等而中斷過(guò)），在1831年，他終于發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。

1833年，法拉第發(fā)現(xiàn)了電解定律，1837年發(fā)現(xiàn)了電解質(zhì)對(duì)電容的影響，引入了電容率概念。1845年發(fā)現(xiàn)了磁光效應(yīng)（光的偏振面在磁場(chǎng)中的旋轉(zhuǎn)），后又發(fā)現(xiàn)物質(zhì)可分為順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)等。ThecrudeinductorswithwhichMichaelFaradaydiscoveredthelawofinduction.Inthosedaysamenitiessuchasinsulatedwirewerenotcommerciallyavailable.ItissaidthatFaradayinsulatedhiswiresbywrap-pingthemwithstripscutfromoneofhiswife’spetticoats.010203040G磁鐵與線圈相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象§9-1電磁感應(yīng)定律一.電磁感應(yīng)現(xiàn)象010203040G磁鐵與線圈相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象010203040G磁鐵與線圈相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象010203040G磁鐵與線圈相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象010203040G磁鐵與線圈相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象金屬棒在磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象010203040GSN010203040GSN金屬棒在磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象010203040GSN金屬棒在磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象010203040GSN金屬棒在磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象回路2電池BATTERY010203040G當(dāng)回路1中的電流變化時(shí)，在回路2中出現(xiàn)感應(yīng)電流?；芈?電池BATTERY010203040G回路1回路2當(dāng)回路1中的電流變化時(shí)，在回路2中出現(xiàn)感應(yīng)電流。回路2電池BATTERY010203040G回路1當(dāng)回路1中的電流變化時(shí)，在回路2中出現(xiàn)感應(yīng)電流。電池BATTERY010203040G回路1回路2當(dāng)回路1中的電流變化時(shí)，在回路2中出現(xiàn)感應(yīng)電流。當(dāng)穿過(guò)一個(gè)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(shí)（不論這種變化是由什么原因引起的），在導(dǎo)體回路中就有電流產(chǎn)生。這種現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)現(xiàn)象。相應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)則稱為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)?；芈分兴a(chǎn)生的電流稱為感應(yīng)電流?？偨Y(jié)三個(gè)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，它們通過(guò)不同的方法均改變了回路中的磁通量，從而導(dǎo)致了感應(yīng)電流的產(chǎn)生。思考：產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是什么？

電吉他比原聲吉他增加了許多控制聲音的方法。Inanelectricguitar,avibratingmagnetizedstringinducesanemfinapickupcoil.SomeApplicationsofFaraday’sLaw討論一只FenderStratocaster型電吉他，具有三組（每組6個(gè)）電拾音器(在其寬體內(nèi))。通過(guò)撥動(dòng)開關(guān)，演奏者就能挑選哪一組拾音器向放大器和接著的揚(yáng)聲系統(tǒng)發(fā)送信號(hào)。當(dāng)使金屬弦(它像一個(gè)磁體)振動(dòng)時(shí)，它在線圈中引起磁通量的變化而感應(yīng)出電流。二．楞次定律判斷感應(yīng)電流方向的楞次定律:閉合回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流具有確定的方向，它總是使感應(yīng)電流所產(chǎn)生的通過(guò)回路面積的磁通量，去補(bǔ)償或者反抗引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。楞次

注意:（1）感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁通量要阻礙的是磁通量的變化，而不是磁通量本身。（2）阻礙并不意味抵消。如果磁通量的變化完全被抵消了，則感應(yīng)電流也就不存在了。（3）感應(yīng)電流的效果（感應(yīng)電流所激發(fā)的磁場(chǎng)、引起的機(jī)械作用）總是反抗引起感應(yīng)電流的原因（相對(duì)運(yùn)動(dòng)、磁場(chǎng)變化或線圈變形等）。1判明穿過(guò)閉合回路內(nèi)原磁場(chǎng)的方向；2根據(jù)原磁通量的變化，按照楞次定律的要求確定感應(yīng)電流的磁場(chǎng)的方向3按右手法則由感應(yīng)電流磁場(chǎng)的方向來(lái)確定感應(yīng)電流的方向。判斷感應(yīng)電流的方向：楞次定律的應(yīng)用：磁懸浮列車制動(dòng)。

當(dāng)列車需要停下來(lái)而減速時(shí)，鋼軌內(nèi)側(cè)的線圈由原先的電動(dòng)機(jī)作用（輸出動(dòng)力）變成發(fā)電機(jī)作用（產(chǎn)生電流），即列車上的磁鐵極性以一定的速度交替的通過(guò)這些線圈時(shí)，在線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，由楞次定律，這些感應(yīng)電流的磁通量反抗通過(guò)其中的磁通量的變化，產(chǎn)生完全相反的電磁阻力。斥力吸引力鋼軌內(nèi)側(cè)的電磁線圈思考：三．法拉第電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律

通過(guò)回路所包圍面積的磁通量發(fā)生變化時(shí)，回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

與磁通量對(duì)時(shí)間的變化率成正比.—號(hào)反映了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向，是楞次定律的數(shù)學(xué)表達(dá)。N如果不用楞次定律判斷感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向，可采用如下方法：第一：規(guī)定回路的正方向與回路成右螺旋使與回路取向相反NnΦL繞行方向故與L方向相反。Φ＞01.分四種情況討論：nΦL繞行方向故與L方向相同。Φ＞02.由定律得：由定律得：3.（同學(xué)自證）

式中磁通鏈數(shù)（簡(jiǎn)稱磁鏈）或全磁通，表示通過(guò)N匝線圈的總磁總量。4.（同學(xué)自證）若有N匝導(dǎo)線

習(xí)題9-1如圖所示，通過(guò)回路的磁通量與線圈平面垂直，且指向畫面，設(shè)磁通量依如下關(guān)系變化

Φ

=6t2+7t+1式中的單位為mWb,t的單位為s,求t=2秒時(shí)，在回路中的感生電動(dòng)勢(shì)的量值和方向。BR××××××××××××××××××××××××××××××已知：Φ

=6t2+7t+1(Wb)求：e(t=2s)解：=-3.1×10-2(V)=-(12t+7)×10-3dΦ=dte=-(12×2+7)×10-3e方向：逆時(shí)針

用楞次定律判斷:

通過(guò)回路的原磁通隨時(shí)間而增加，感生電動(dòng)勢(shì)的方向應(yīng)使感生電流的磁通阻礙原磁通的增加，即取逆時(shí)針?lè)较?。取回路繞行方向?yàn)轫槙r(shí)針BR××××××××××××××××××××××××××××××

有甲乙兩個(gè)帶鐵芯的線圈如圖所示，欲使乙線圈中產(chǎn)生圖示方向的感應(yīng)電流i，可采用下列哪一種方法？[]

A接通甲線圈電源。B接通甲線圈電源后，減少變阻器的阻值。C接通甲線圈電源后，甲乙相互靠近。D接通甲線圈電源后，抽出甲中鐵芯。甲乙若使甲乙線圈的磁場(chǎng)方向一致，甲中磁通量應(yīng)減少。φRIφφDφ如圖所示，閉合電路由帶鐵芯的螺線管，電源，滑線變阻器組成，問(wèn)下列哪一種情況下可使線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與原電流I的方向相反？[]

A滑線變阻器的觸點(diǎn)A向左滑動(dòng)。B滑線變阻器的觸點(diǎn)A向右滑動(dòng)。C螺線管上接點(diǎn)B向左移動(dòng)。（忽略螺線管的電阻）D把鐵芯從螺線管中抽出。若使感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向與I相反，電動(dòng)勢(shì)激發(fā)的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相反，線圈中磁通量應(yīng)增加。RIφAφRIφI不變,B不變,NψIAB如圖所示，矩形區(qū)域?yàn)榫鶆蚍€(wěn)恒磁場(chǎng)，半圓形閉合導(dǎo)線回路在紙面內(nèi)繞軸O作逆時(shí)針?lè)较騽蚪撬俎D(zhuǎn)動(dòng)，O點(diǎn)是圓心且恰好落在磁場(chǎng)的邊緣上，半圓形閉合導(dǎo)線完全在磁場(chǎng)外時(shí)開始計(jì)時(shí)．圖(A)—(D)的ε--t函數(shù)圖象中哪一條屬于半圓形導(dǎo)線回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)？

ε

t

O

(A)

ε

t

O

(C)

ε

t

O

(B)

ε

t

O

(D)

C

D

O

w

Bv

例一長(zhǎng)直導(dǎo)線通有交變電流為,試求任一瞬時(shí)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).解取順時(shí)針為線圈的繞行方向，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間按余弦規(guī)律變化，其方向也隨余弦值的正負(fù)作順、逆時(shí)針轉(zhuǎn)向的變化。在這段時(shí)間內(nèi)通過(guò)回路導(dǎo)體任一截面的總電量q，這個(gè)電量稱為感應(yīng)電量。即:

設(shè)閉合導(dǎo)體回路中的總電阻為R，由全電路歐姆定律得回路中的感應(yīng)電流為:q只和ΔΦ有關(guān)，和電流變化無(wú)關(guān)，即和磁通量變化快慢無(wú)關(guān)。ωBq=iIdtt1t2（）=R1Φ1Φ2電磁感應(yīng)定律積分形式：

以固定邊的位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，向右為X

軸正方向。設(shè)t時(shí)刻ab邊的坐標(biāo)為x，取逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)閎adob回路的繞行正方向，則該時(shí)刻穿過(guò)回路的磁通量為:

例：矩形框?qū)w的一邊ab可以平行滑動(dòng)，長(zhǎng)為l

。整個(gè)矩形回路放在磁感強(qiáng)度為B、方向與其平面垂直的均勻磁場(chǎng)中，如圖所示。若導(dǎo)線ab以恒定的速率

v

向右運(yùn)動(dòng)，求閉合回路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。解:

當(dāng)導(dǎo)線勻速向右移動(dòng)時(shí)，穿過(guò)回路的磁通量將發(fā)生變化，回路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為:

正號(hào)表示感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向與回路的正方向一致，即沿回路的逆時(shí)針?lè)较颉?/p>

也可不選定回路繞行方向，而是根據(jù)楞次定律判斷感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向，再由算出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小。重點(diǎn)掌握楞次定律會(huì)用法拉第電磁感應(yīng)定律計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流判斷感應(yīng)電流方向閉合回路中感應(yīng)電流的方向，總是使得它激發(fā)的磁場(chǎng)來(lái)阻止引起感應(yīng)電流的磁通量的變化（增加或減少）。法拉第電