大學(xué)物理第13章 電磁感應(yīng)

作業(yè)：同軸的兩筒狀導(dǎo)線通有等值反向的電流I,

求

的分布。求磁通量電場磁場電場強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度1.電？磁2.磁？電3.由磁生成電的大小和方向（計(jì)算）1820年奧斯特實(shí)驗(yàn)電磁電磁？磁能生電一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)1831/10/171.法拉第的發(fā)現(xiàn)13.1法拉第電磁感應(yīng)定律2.電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)的偉大意義！全面地揭示了電和磁的聯(lián)系為人類生活電氣化打下了基礎(chǔ)二、電磁感應(yīng)現(xiàn)象現(xiàn)象規(guī)律電磁感應(yīng)現(xiàn)象電磁感應(yīng)定律磁鐵與線圈有相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，線圈中產(chǎn)生了電流。一個(gè)線圈中的電流發(fā)生變化時(shí)，在它附近的其他線圈中產(chǎn)生了電流。三、法拉第電磁感應(yīng)定律v帶電粒子定向運(yùn)動(dòng)帶電粒子定向運(yùn)動(dòng)不是靜電的力作用是非靜電的力作用VNI電池內(nèi)的非靜電力——電動(dòng)勢感應(yīng)電動(dòng)勢1.概念講解-----I感應(yīng)電流感應(yīng)電動(dòng)勢感應(yīng)電動(dòng)勢產(chǎn)生的原因感應(yīng)電動(dòng)勢的大小感應(yīng)電動(dòng)勢的方向2.法拉第電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容法拉第電磁感應(yīng)定律

當(dāng)穿過導(dǎo)體回路的磁通量發(fā)生變化時(shí)，回路就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，感應(yīng)電動(dòng)勢的大小和通過導(dǎo)體回路的磁通量的變化率成正比。12當(dāng)線圈有N匝，若F1=F2=…=F則

SN12N…………+++全磁通磁鏈多匝線圈的法拉第電磁感應(yīng)定律表達(dá)式1.若尺寸相同的鐵環(huán)與銅環(huán)所包圍的面積中穿過相同變化率的磁通量，則在兩環(huán)中()(A)感應(yīng)電動(dòng)勢不同，感應(yīng)電流相同.(B)感應(yīng)電動(dòng)勢相同，感應(yīng)電流也相同.(C)感應(yīng)電動(dòng)勢不同，感應(yīng)電流也不同.(D)感應(yīng)電動(dòng)勢相同，感應(yīng)電流不同.D感應(yīng)電動(dòng)勢的方向N（與回路成右螺旋）與回路取向相反3N與回路取向相同慣性：物體保持原來（運(yùn)動(dòng)）狀態(tài)的一種固有性質(zhì)2/7/2023楞次定律

感應(yīng)電動(dòng)勢的方向總是使它產(chǎn)生的感應(yīng)電流在回路中產(chǎn)生的磁場去阻礙引起感應(yīng)電動(dòng)勢的磁通量的變化。感應(yīng)電動(dòng)勢的方向3楞次定律----判斷感應(yīng)電動(dòng)勢的方向感應(yīng)電動(dòng)勢感應(yīng)電流磁通量的變化磁場阻礙方向判定N1.一圓形線圈，它的一半處于勻強(qiáng)磁場中，另一半位于磁場之外，如圖所示。磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向垂直地指向紙面內(nèi)。欲使圓線圈中感應(yīng)電流為順時(shí)針方向的，則（）A.線圈應(yīng)沿X軸正向平動(dòng)

B.線圈應(yīng)沿Y軸正向平動(dòng)C.線圈應(yīng)沿Y軸負(fù)向平動(dòng)

D.線圈應(yīng)沿X軸負(fù)向平動(dòng)A如圖所示，導(dǎo)體A框以恒定速度v進(jìn)入均勻磁場再出來，試問在下面四圖中哪個(gè)圖正確表示出了線圈A中電流與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系。（規(guī)定導(dǎo)線框中電流正方向?yàn)轫槙r(shí)針方向）。答案（D）總結(jié)法拉第電磁感應(yīng)定律感應(yīng)電動(dòng)勢的方向楞次定律通過回路的磁通量發(fā)生變化感應(yīng)電動(dòng)勢產(chǎn)生的原因：感應(yīng)電動(dòng)勢的大小例子BnSBnS磁通量通過某一面積的磁通量定義為：它就等于通過該面積的磁感線的總條數(shù)BS磁通量變化頭部磁刺激技術(shù)——戴上小線圈，幾天都不困睡眠對維持人體機(jī)能正常運(yùn)轉(zhuǎn)至關(guān)重要美國國防部高級研究計(jì)劃署（DARPA）目前正在資助一項(xiàng)關(guān)于頭部磁刺激（transcranialmagneticstimulation），簡稱“TMS”的技術(shù)“TMS”技術(shù)初創(chuàng)于1985年，當(dāng)年英國的醫(yī)學(xué)物理學(xué)家巴科爾和他的同事制造了一種電磁設(shè)備，它能在動(dòng)物脊髓中引起電流。“TMS”是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的潛在重大應(yīng)用價(jià)值“TMS”可用于診斷和治療由神經(jīng)系統(tǒng)功能損傷引起的大腦失常行為，甚至提高大腦能力治療抑郁癥、精神分裂癥、帕金森氏病、肌張力障礙、耳聾、慢性疼痛以及癲癇等價(jià)格在3萬―4萬美元的“TMS”儀器英國威爾士惠特蘭市的磁激有限公司美國賓夕法尼亞州馬爾文市的神經(jīng)學(xué)公司可攜帶的“TMS”儀已問世一種安裝在頭盔里的抗疲勞“TMS”裝置正在研制中。研究現(xiàn)狀目前“TMS”儀器只能激活大腦的表層皮質(zhì)，離開線圈一定距離后磁場強(qiáng)度會(huì)急劇下降。能安全穿過并激活大腦中央?yún)^(qū)域的磁場仍然是“TMS”研究的夢想，因?yàn)檫@提供了治療如帕金森氏病等頑固疾病的可能。存在的問題法拉第電磁感應(yīng)定律回顧：感應(yīng)電動(dòng)勢動(dòng)生電動(dòng)勢感生電動(dòng)勢改變磁通量改變磁感應(yīng)強(qiáng)度改變回路的面積或者面積在磁場中的取向13.2動(dòng)生電動(dòng)勢感生動(dòng)生感應(yīng)電動(dòng)勢感生電動(dòng)勢動(dòng)生電動(dòng)勢一、動(dòng)生電動(dòng)勢的一般表達(dá)式abB電動(dòng)勢：非靜電力移動(dòng)單位電荷所做的功abBabB運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體各個(gè)部分速度相等，所處磁感應(yīng)強(qiáng)度相等法拉弟圓盤發(fā)電機(jī)例題法拉弟圓盤發(fā)電機(jī)Bvdll選定積分方向2.用公式計(jì)算3.判斷方向如果則和所選定的積分方向相同和所選定的積分方向相反則如果動(dòng)生電動(dòng)勢的計(jì)算（2）對于導(dǎo)體回路（1）對于一段導(dǎo)體ab二、動(dòng)生電動(dòng)勢的方向判定：楞次定律右手定則：伸平右手掌并使拇指與其他四指垂直，讓磁感線從掌心穿入，當(dāng)拇指指著導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的方向時(shí)，四指就指著導(dǎo)體中產(chǎn)生的動(dòng)生電動(dòng)勢的方向。公式判定關(guān)于手的故事總結(jié)動(dòng)生電動(dòng)勢的計(jì)算動(dòng)生電動(dòng)勢的方向公式判定右手定則地磁場發(fā)電1992年7月31日，美國“阿特蘭蒂斯”號航天飛機(jī)升空后的第四天，他們從航天飛機(jī)上向太空施放了一顆衛(wèi)星。20km直徑：2.5m～3.2kv3A8kw跳繩發(fā)電大學(xué)物理作業(yè) No.8電磁感應(yīng)一1二2三1法拉第電磁感應(yīng)定律回顧：感應(yīng)電動(dòng)勢動(dòng)生電動(dòng)勢感生電動(dòng)勢回顧動(dòng)生電動(dòng)勢的計(jì)算動(dòng)生電動(dòng)勢的方向公式判定右手定則感生動(dòng)生13.3感生電動(dòng)勢和感生電場感生電動(dòng)勢一、感生電動(dòng)勢回路靜止，回路包圍的磁場變化時(shí)，在回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢叫做感生電動(dòng)勢。1.均勻磁場中有一接有電容器的導(dǎo)線回路，如圖所示。已知電容C=30μF，磁場以的速率增強(qiáng)，電容器的帶電量為()C1.均勻磁場中有一接有電容器的導(dǎo)線回路，如圖所示。已知電容C=30μF，磁場以的速率增強(qiáng)，電容器的帶電量為()二、感生電場1、感生電動(dòng)勢的非靜電力電荷定向運(yùn)動(dòng)原因：是電場力作用的結(jié)果，但非靜電場——感生電場麥克斯韋提出感生電場概念：當(dāng)空間中的磁場發(fā)生變化時(shí)，就在周圍空間激起感生電場，在導(dǎo)體中產(chǎn)生感生電動(dòng)勢，并形成感生電流。在圓柱形空間內(nèi)有一均勻磁場區(qū)，如圖所示，在磁場內(nèi)外各放有一長度相同的金屬棒（在圖中位置1、2處），當(dāng)磁場B的大小以速率均勻變化時(shí)，下列說法正確的是（）12A.1處的棒相對磁場靜止，故B.1處的棒處在變化的磁場中，故C.2處的棒處在磁場以外的空間，故D.2處的棒雖處在B＝0的空間，但BD三、靜電場和感生電場的聯(lián)系和區(qū)別聯(lián)系：都對放入其中的電荷產(chǎn)生力的作用靜電場感生電場感生電場（渦旋電場）由靜止電荷產(chǎn)生由變化磁場產(chǎn)生靜電場（庫侖場）靜電場是保守場感生電場是非保守場靜電場是有源場感生電場是無源場小結(jié)一、感生電動(dòng)勢靜止回路包圍的磁場變化時(shí)，回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢二、感生電場渦旋電場渦電流（渦流）1.渦電流的概念鐵芯交流電源渦流線大塊的金屬在磁場中運(yùn)動(dòng)，或處在變化的磁場中，金屬內(nèi)部也要產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流在金屬內(nèi)部自成閉合回路，稱為渦電流或渦流。２．渦電流的熱效應(yīng)利用渦電流進(jìn)行加熱的方法叫做感應(yīng)加熱。3、電磁阻尼利2、家用電磁灶工頻爐中頻爐高頻爐及特種合金1、冶煉難熔金屬電子感應(yīng)加速器變化的電流變化的磁場感生電動(dòng)勢12互感自感13.4互感兩個(gè)相鄰的閉合線圈，當(dāng)一個(gè)線圈中的電流發(fā)生變化時(shí)，在另一個(gè)線圈中產(chǎn)生磁通量的變化，從而引起感應(yīng)電動(dòng)勢的現(xiàn)象叫互感現(xiàn)象，相應(yīng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢叫互感電動(dòng)勢。一、互感概念二互感電動(dòng)勢互感1）互感系數(shù)設(shè)線圈1通電流通過線圈2的磁通互感系數(shù)(mutualinductance)若線圈2通電流，同樣有，1212單位：亨（利）H可以證明：對給定的一對線圈(或?qū)w回路)有互感系數(shù)決定于線圈的形狀、尺寸、匝數(shù)、線圈間的相對位置以及周圍磁介質(zhì)的分布情況，和線圈是否通電流無關(guān)。(對于一對固定的線圈，其互感系數(shù)是常數(shù)。)注意三、互感電動(dòng)勢的表達(dá)式四、互感系數(shù)的計(jì)算1.2.121212無窮長直導(dǎo)線(a)(b)(c)設(shè)設(shè)或者計(jì)算步驟：幾種特殊導(dǎo)體回路的磁場（真空中）無限長直導(dǎo)線的磁場載流長直螺線管內(nèi)的磁場螺繞環(huán)周圍的磁場圓電流中心處磁場（內(nèi)）（外）在磁介質(zhì)中：（磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率）注意例13.5求螺線管與圓環(huán)的互感系數(shù)設(shè)：螺線管通有電流通過圓環(huán)的全磁通設(shè)總結(jié)互感互感系數(shù)互感電動(dòng)勢的表達(dá)式互感系數(shù)的計(jì)算i線圈1線圈2設(shè)兩個(gè)相距不太遠(yuǎn)的平面圓線圈，怎樣放置可使其互感系數(shù)近似為零，設(shè)其中一線圈的軸線恰通過另一線圈的圓心A.兩線圈的軸線互相平行B.兩線圈的軸線成45o角C.兩線圈的軸線互相垂直D.兩線圈的軸線成30o角C在真空中一個(gè)通有電流的線圈a所產(chǎn)生的磁場內(nèi)有另一個(gè)線圈b，a和b相對位置不變，當(dāng)線圈b中電動(dòng)勢為零時(shí)，線圈b與a間的互感系數(shù)：A.一定為零B.一定不為零C.可以不為零D.可能隨時(shí)間變化互感的利與弊通過互感線圈可以使能量或信號由一個(gè)線圈方便地傳遞到另一個(gè)線圈利用互感現(xiàn)象的原理可制成變壓器等有線電話往往由于兩路電話線之間的互感而有可能造成串音收錄機(jī)、電視機(jī)及電子設(shè)備中也會(huì)由于導(dǎo)線或部件間的互感而妨害正常工作13.5自感i由于線圈中電流的變化而在線圈自身產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的現(xiàn)象叫做自感現(xiàn)象，相應(yīng)的電動(dòng)勢叫做自感電動(dòng)勢。一、概念1.自感系數(shù)的定義寫作：自感系數(shù)：即上式中的比例系數(shù)，簡稱自感。設(shè)：通電流為，則L的單位：亨利(H)B

IlSN匝二、自感系數(shù)2.自感系數(shù)的性質(zhì)L決定于線圈的形狀、尺寸、匝數(shù)和磁介質(zhì)的分布情況，與線圈是否通電流無關(guān)。方向：自感電動(dòng)勢的方向總是要使它阻礙回路本身電流的變化根據(jù)楞次定律判斷：i三、自感電動(dòng)勢的表達(dá)式及方向的判定：（電的慣性）L反映了回路反抗電流變化的能力四、自感系數(shù)的計(jì)算設(shè)例13.6

計(jì)算一個(gè)螺繞環(huán)的自感設(shè)2.3.4.（環(huán)中有磁介質(zhì)）設(shè)螺繞環(huán)通有電流1.

I

rdrlR1R2IdSS例16.7求電纜的單位長度的自感系數(shù)

內(nèi)筒I向上，外筒I向下，解：(1)·設(shè)通電I，B=0I2r(2)根據(jù)安培環(huán)路定理設(shè)(3)(4)（N=1）單位長電纜的自感

Ll=02lnR2R1五、自感現(xiàn)象的應(yīng)用與危害在許多電器設(shè)備中，常利用線圈的自感起穩(wěn)定電流的作用例如，日光燈的鎮(zhèn)流器就是一個(gè)帶有鐵芯的自感線圈通常在具有相當(dāng)大的自感和通有較大電流的電路中，當(dāng)扳斷開關(guān)的瞬時(shí)，在開關(guān)處將發(fā)生強(qiáng)大的火花,產(chǎn)生弧光放電現(xiàn)象，亦稱電弧自感小結(jié)一、自感現(xiàn)象：由于線圈中電流的變化而在線圈自身產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的現(xiàn)象叫做自感現(xiàn)象二、自感系數(shù)：2.自感系數(shù)的性質(zhì)：L決定于線圈的形狀、尺寸、匝數(shù)三、自感電動(dòng)勢：四、自感系數(shù)的計(jì)算：設(shè)五、自感現(xiàn)象的應(yīng)