11電磁感應(yīng)現(xiàn)象法拉第電磁感應(yīng)定律要點(diǎn)課件

(ElectromagneticInduction)電磁感應(yīng)磁懸浮列車電流磁場電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生?問題的提出引：1820年丹麥物理學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，人們就開始了其逆效應(yīng)的研究。

1831年八月英國物理學(xué)家M.Faraday發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象并總結(jié)出電磁感應(yīng)定律，大大推動了電磁理論的發(fā)展。

電磁感應(yīng)定律的發(fā)現(xiàn)，不但找到了磁生電的規(guī)律，更重要的是它揭示了電和磁的聯(lián)系，為電磁理論奠定了基礎(chǔ)。并且開辟了人類使用電能的道路。成為電磁理論發(fā)展的第一個重要的里程碑。核心：法拉第電磁感應(yīng)定律用好算好法拉第定律必須要學(xué)好做好磁通量1.電源將其它形式的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。電源電動勢2、電源電動勢描寫電源將其它形式能量轉(zhuǎn)變成電能的能力。負(fù)載AB電源

在電源內(nèi)部存在一非靜電力，該非靜電力將正電荷從電勢低的電源負(fù)極移動到電勢高的正極，與靜電力相反，因此在電源內(nèi)部存在一非靜電場Ek。非靜電場對電荷dq的非靜電力定義電源電動勢在電源內(nèi),電荷dq由負(fù)極移到正極時非靜電力所作的功描述電源搬動電荷的能力電動勢是標(biāo)量,但含正負(fù)。規(guī)定：電動勢的正方向：由負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部指向正極電磁感應(yīng)定律一電磁感應(yīng)的基本現(xiàn)象

當(dāng)回路磁通發(fā)生變化時在回路中產(chǎn)生電流的現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)現(xiàn)象。產(chǎn)生的電流叫感應(yīng)電流。

回路中有電流，意味著回路中有電動勢，這個電動勢是由磁通量的變化引起的，故叫感應(yīng)電動勢。確切講，電磁感應(yīng)現(xiàn)象應(yīng)理解為：當(dāng)穿過導(dǎo)體回路的磁通量發(fā)生變化時，回路中就產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。感應(yīng)電動勢比感應(yīng)電流更能反映電磁感應(yīng)的現(xiàn)象的本質(zhì)。二.規(guī)律1.法拉第定律2.楞次定律法拉第經(jīng)過十年不懈的探索，1831年得出：一匝線圈的感應(yīng)電動勢

的大小當(dāng)回路磁通變化時，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通量總是反抗回路中原磁通量的變化。負(fù)號表示感應(yīng)電動勢總是反抗磁通量的變化3.法拉第電磁感應(yīng)定律〔配以某些約定兩定律綜合〕

約定①選定回路的繞行方向（計(jì)算正方向）②當(dāng)磁力線方向與所套鏈繞行方向成右手螺

旋時磁通量為正；反之為負(fù)。③當(dāng)計(jì)算所得ε

>0

時，其方向與繞行

方向一致；ε<0，與繞行方向相反。〔配以某些約定兩定律綜合〕

如均勻磁場.....................均勻磁場★若繞行方向取如圖示的回路方向按約定<0電動勢的方向與所選的繞行方向相反確定：回路中電動勢的“方向”磁通量為正即負(fù)號說明.....................均勻磁場★若繞行方向取如圖所示的方向>0電動勢的方向與所選繞行方向一致按約定磁通量取負(fù)正號說明選取的兩種繞行方向所得的結(jié)果相同①使用意味著約定?、?/p>

磁鏈

對于N匝串聯(lián)回路每匝中穿過的磁通分別為說明則有稱為磁鏈當(dāng)每一匝線圈的磁通都相等時，法拉第抓住感應(yīng)電動勢，而不是感應(yīng)電流，……感應(yīng)電動勢更本質(zhì)。圖中L若是導(dǎo)線，則有

，也有i;圖中L若是空氣，則有

，沒有i;注意：感應(yīng)電流的方向與感應(yīng)電動勢的方向總是一致的。L感應(yīng)電流.感應(yīng)電流、感應(yīng)電量感應(yīng)電量為：感應(yīng)電量只與回路中磁通量的變化量有關(guān)，與磁通量變化的快慢無關(guān)。因?yàn)楦袘?yīng)電流又可表示為：1.選擇回路的繞行方向，確定回路中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B；2.由求回路中的磁通量

m

；3.由求出

；4.由的正負(fù)判定其方向應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律解題的方法LabI例1：

在通有電流為I=I0cosωt的長直載流導(dǎo)線旁，放置一矩形回路，如圖所示，回路以速度v水平向右運(yùn)動，求回路中的感應(yīng)電動勢。解：建立坐標(biāo)系，如圖所示取一窄帶dx，xdxxo電流I產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為：設(shè)回路方向?yàn)轫槙r針LIS例2：長直螺線管繞有N匝線圈，通有電流I且（C為常數(shù)且大于零），求感應(yīng)電動勢。B解：方向順時針方向逆時針感應(yīng)電動勢磁通量

m變動生電動勢磁場不變，回路面積S變感生電動勢回路不動，磁感應(yīng)強(qiáng)度變

在磁場中,導(dǎo)體棒AB以v沿金屬導(dǎo)軌向右運(yùn)動,導(dǎo)體切割磁力線,回路面積發(fā)生變化,導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生動生電動勢。自由電子所受的洛侖茲力

產(chǎn)生動生電動勢的實(shí)質(zhì)是由于運(yùn)動導(dǎo)體中的電荷在磁場中受洛侖茲力fL的結(jié)果。一、動生電動勢動生電動勢與感生電動勢起因：由得:代入得:方向：電動勢方向從負(fù)極到正極。以上結(jié)論普遍成立。大?。簽榕c

的夾角為與的夾角。如果整個回路都在磁場中運(yùn)動，則在回路中產(chǎn)生的總的電動勢為：動生電動勢公式：每個電子受的洛侖茲力洛侖茲力對電子做功的代數(shù)和為零。對電子做正功，反抗外力做功洛侖茲力的作用并不提供能量，而只是傳遞能量，即外力克服洛侖茲力的一個分量

所做的功，通過另一個分量

轉(zhuǎn)換為動生電流的能量。實(shí)質(zhì)上表示能量的轉(zhuǎn)換和守恒。發(fā)電機(jī)的工作原理就是靠洛侖茲力將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。結(jié)論動生電動勢只存在于運(yùn)動的一段導(dǎo)體上，而不動的那一段導(dǎo)體上沒有電動勢。3.代公式求導(dǎo)體元上的電動勢

動生電動勢的求解可以采用兩種方法：一是利用“動生電動勢”的公式來計(jì)算；二是設(shè)法構(gòu)成一種合理的閉合回路以便于應(yīng)用“法拉第電磁感應(yīng)定律”求解。公式：.動生電動勢的計(jì)算方法1、在運(yùn)動導(dǎo)線上分割取導(dǎo)體元取2、計(jì)算該處的

4、w

B例1：在均勻磁場B中，一長為L的導(dǎo)體棒繞一端o點(diǎn)以角速度w

轉(zhuǎn)動，求導(dǎo)體棒上的動生電動勢。oL解1：由動生電動勢定義計(jì)算dlvl分割導(dǎo)體元dl,導(dǎo)體元上的電動勢為:導(dǎo)體元的速度為:l整個導(dǎo)體棒的動生電動勢為:方向沿棒指向o點(diǎn)。與

的夾角：和

的夾角：解2：利用法拉第電磁感應(yīng)定律計(jì)算構(gòu)成假想扇形回路，使其包圍導(dǎo)體棒旋轉(zhuǎn)時掃過的面積；回路中只有導(dǎo)體棒部分產(chǎn)生電動勢，虛線部分靜止不產(chǎn)生電動勢。ovBω扇形面積：感應(yīng)電動勢為：由楞次定律可判斷動生電動勢的方向沿導(dǎo)體棒指向o。其中利用法拉第電磁感應(yīng)定律與用動生電動勢的方法計(jì)算的結(jié)果相同。例2:在通有電流I的無限長載流直導(dǎo)線旁，距a垂直放置一長為L以速度v向上運(yùn)動的導(dǎo)體棒，求導(dǎo)體棒中的動生電動勢。解1：由動生電動勢定義計(jì)算由于在導(dǎo)體棒處的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布是非均勻的，導(dǎo)體上各導(dǎo)體元產(chǎn)生的動生電動勢也是不一樣的，分割導(dǎo)體元dx。aLIxdxx導(dǎo)體元處的磁場B為：導(dǎo)體元所產(chǎn)生的動生電動勢方向沿x軸負(fù)向，大小為：與

的夾角：和

的夾角：解2：利用法拉第電磁感應(yīng)定律計(jì)算構(gòu)成假想矩形回路，將回路分割成無限多長為y、寬為dx的面元.整個回路的磁通量為：穿過面元的磁通量為：整個導(dǎo)體棒的動生電動勢為:導(dǎo)體所產(chǎn)生的動生電動勢方向沿x軸負(fù)向。aLIxdx回路中的感應(yīng)電動勢為：vadxyBIL由于假想回路中只有導(dǎo)體棒運(yùn)動，其它部分靜止，所以整個回路中的電動勢也就是導(dǎo)體棒的電動勢。電動勢的方向由楞次定律可知水平向左。二感生電動勢和感生電場一.感生電動勢產(chǎn)生的原因----感生電場力1861年，麥克斯韋（1831-1879）大膽假設(shè)

“變化的磁場會產(chǎn)生感生電場”。他提出：感生電場的電力線是閉合的，是一種非靜電場。正是這種非靜電場產(chǎn)生了感生電動勢。感生電場有什么性質(zhì)？看感生電場的環(huán)流怎么樣？通量怎么樣？不動變磁場變化引起的感應(yīng)電動勢稱為感生電動勢。按照法拉第電磁感應(yīng)定律所以有（的正方向與L成右手螺旋關(guān)系）現(xiàn)在回路中由電動勢的普遍定義：感生電場的環(huán)流與磁場的變化有聯(lián)系：設(shè)感生電場的電場強(qiáng)度為因?yàn)楦猩妶龅碾娏€是閉合的，所以對任一封閉面，感生電場的通量為零。（的正方向與L成右手螺旋關(guān)系）這就是感生電場的環(huán)流規(guī)律。感生電場的通量等于什么？這就是感生電場的通量規(guī)律。（記）（記）感生電場的電力線類似于磁力線，是無頭無尾的閉合曲線，呈渦旋狀，所以稱之為渦旋電場。起源由靜止電荷激發(fā)由變化的磁場激發(fā)電力線形狀電力線為非閉合曲線電力線為閉合曲線靜電場為無旋場感生電場為有旋場感生電場與靜電場的區(qū)別電場的性質(zhì)為保守場作功與路徑無關(guān)為非保守場作功與路徑有關(guān)靜電場為有源場感生電場為無源場靜電場感生電場一般有由于的通量為零，由于的環(huán)流為零，在穩(wěn)恒條件下，一切物理量不隨時間變化，靜電場的環(huán)路定理.感生電動勢與感生電場的計(jì)算（有時需設(shè)計(jì)一個閉合回路）方法一：由電動勢的定義方法二：由法拉第電磁感應(yīng)定律例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。解：作半徑為r的環(huán)形路徑;1.r<R

區(qū)域：oR由于磁場均勻增加，圓形磁場區(qū)域內(nèi)、外

線為一系列同心圓；環(huán)路上各點(diǎn)的大小相等,方向與路徑方向相同,且磁場均勻增加，設(shè)渦旋電場的繞向也為逆時針方向。2.r>R

區(qū)域E感oRB作半徑為r的環(huán)形路徑;同理

r<R

區(qū)域：E感分布曲線所以∵積分面積為回路中有磁場存在的面積，E感roR例2：圓形均勻分布的磁場半徑為R，磁場隨時間均勻增加，在磁場中放置一長為L的導(dǎo)體棒，求棒中的感生電動勢。LoRBhrdl解：在dl上產(chǎn)生的感生電動勢為：由上題結(jié)果，圓形區(qū)域內(nèi)部的感生電場：作用在導(dǎo)體棒上，使導(dǎo)體棒上產(chǎn)生一個向右的感生電動勢，沿線作半徑為r的環(huán)路，分割導(dǎo)體元dl，其中則：E感hoRrdl其中方向向右。法2：用法拉第電磁感應(yīng)定律求解，如圖構(gòu)造逆時針方向閉合回路，討論

將導(dǎo)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(dǎo)體內(nèi)的自由電荷上，使電荷運(yùn)動，形成渦電流。I渦1.渦電流(1)工頻感應(yīng)爐的應(yīng)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.渦電流的應(yīng)用電磁感應(yīng)現(xiàn)象的應(yīng)用舉例：(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(nèi)有一線圈，當(dāng)接通交流電時，在爐體周圍產(chǎn)生交變的磁場，

當(dāng)金