第8章-電磁感應(yīng)與電磁場

電流磁場電磁感應(yīng)感應(yīng)電流

1831年法拉第閉合回路變化實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生產(chǎn)生?問題的提出1第8章電磁感應(yīng)與電磁場

§8.1

電磁感應(yīng)的基本定律

§8.2

動生電動勢

§8.3

自感2預(yù)習(xí)要點(diǎn)領(lǐng)會電源電動勢的定義及其物理意義，弄清電動勢指向的規(guī)定.領(lǐng)會楞次定律，注意應(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)電動勢指向的方法.什么是法拉第電磁感應(yīng)定律及其數(shù)學(xué)表達(dá)式.3§8.1電磁感應(yīng)的基本定律一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象1820年,奧斯特發(fā)現(xiàn):

電流磁效應(yīng)電流產(chǎn)生磁場對稱性→磁的電效應(yīng)？?1831年,法拉第經(jīng)過了十年不懈的探索，發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生4英國物理學(xué)家和化學(xué)家，電磁理論的創(chuàng)始人之一.他創(chuàng)造性地提出場的思想，最早引入磁場這一名稱.1831年發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，后又相繼發(fā)現(xiàn)電解定律，物質(zhì)的抗磁性和順磁性，及光的偏振面在磁場中的旋轉(zhuǎn).法拉第（MichaelFaraday，1791－1867）5電磁感應(yīng)現(xiàn)象B變K②①發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)規(guī)律：磁場增加和磁場減小產(chǎn)生的電流方向（感應(yīng)電動勢）相反第一種：磁場變化，產(chǎn)生電流。6③S變B④θ變wn0θ第二種：回路的面積或取向改變，產(chǎn)生電流。7由于磁通量的變化而產(chǎn)生電流的現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)現(xiàn)象。感應(yīng)電流與原電流本身無關(guān)，而是與原電流的變化有關(guān)。電磁感應(yīng)原因：線圈中磁通量發(fā)生改變

→導(dǎo)致產(chǎn)生感應(yīng)電動勢！8+–在回路中有穩(wěn)恒電流流動就不能單靠靜電場，必須有非靜電力把正電荷從負(fù)極板搬到正極板才能在導(dǎo)體兩端維持有穩(wěn)恒的電勢差。靜電力欲使正電荷從高電位到低電位。非靜電力欲使正電荷從低電位到高電位。二、電源電動勢9非靜電力:能不斷分離正負(fù)電荷使正電荷逆靜電場力方向運(yùn)動.電源：提供非靜電力的裝置.非靜電電場強(qiáng)度

:為單位正電荷所受的非靜電力.+++---+非靜電力與非靜電場強(qiáng)的關(guān)系:10電動勢的定義：單位正電荷繞閉合回路運(yùn)動一周，非靜電力所做的功.電動勢：+++---+11

電源電動勢大?。旱扔趯挝徽姾蓮呢?fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移至正極時(shí)非靜電力所作的功.

電動勢指向：從電源負(fù)極經(jīng)內(nèi)電路指向電源正極，即電勢升高的方向。電源電動勢1213三.楞次定律1833年，楞次總結(jié)出：閉合回路中感應(yīng)電流的方向，總是使得它所激發(fā)的磁場來阻止或補(bǔ)償引起感應(yīng)電流的磁通量的變化.磁通量變化產(chǎn)生感應(yīng)電流阻礙導(dǎo)線運(yùn)動產(chǎn)生感應(yīng)電流阻礙楞次定律是能量轉(zhuǎn)換和能量守恒定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象上的具體體現(xiàn)。(判斷感應(yīng)電流方向)14判斷感應(yīng)電流的方向：

1、判明穿過閉合回路內(nèi)原磁場的方向；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)電流的磁場的方向；3、按右手法則由感應(yīng)電流磁場的方向來確定感應(yīng)電流的方向。15NS用楞次定律判斷感應(yīng)電流方向NS16SB感方向:I感方向:順時(shí)針①.改變面積②.矩形線圈下移BB感方向:I感方向:順時(shí)針I(yè)感B感I感B感fm

,fm

,17四.法拉第電磁感應(yīng)定律

m

當(dāng)穿過閉合回路所圍面積的磁通量發(fā)生變化時(shí)，回路中會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，且感應(yīng)電動勢正比于磁通量對時(shí)間變化率的負(fù)值.在SI制中K=1韋伯伏特18（1）閉合回路由

N

匝密繞線圈組成磁通匝數(shù)（磁鏈）（2）若閉合回路的電阻為R

，感應(yīng)電流為在t1到t2時(shí)間間隔內(nèi)通過導(dǎo)線任一截面的感應(yīng)電荷19在無限長直載流導(dǎo)線的磁場中，有一運(yùn)動的導(dǎo)體線框，導(dǎo)體線框與載流導(dǎo)線共面，求線框中的感應(yīng)電動勢。（8-3）解通過面積元的磁通量（方向順時(shí)針方向）例20例8-1設(shè)有由金屬絲繞成的細(xì)螺繞環(huán),其中沒有鐵芯(μr

=1),每米長度上的匝數(shù)n=5000,截面積S=2×10-3m2,金屬絲的兩端和電源以及可變電阻串聯(lián)成一閉合回路.在環(huán)上再繞一線圈A,其匝數(shù)N=5,電阻R=2Ω,如圖所示.調(diào)節(jié)可變電阻使通過螺繞環(huán)的電流I每秒降低20A.(1)求線圈A中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢ε的大小及感應(yīng)電流I;(2)求2秒內(nèi)通過線圈A的感應(yīng)電荷q;(3)確定通過電流計(jì)G的感應(yīng)電流的方向.21(3)確定通過電流計(jì)G的感應(yīng)電流的方向:(2)求2秒內(nèi)通過線圈A的感應(yīng)電荷q:解:(1)通過線圈A的磁通量:線圈A中產(chǎn)生的感應(yīng)電流:線圈A中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢:22

例8-2試證明在均勻磁場中，面積為為S、匝數(shù)為N的線圈以角速度繞垂直于的軸線勻速轉(zhuǎn)動時(shí)，(1)線圈中的感應(yīng)電動勢按正弦規(guī)律變化;(2)若線圈自成閉合回路,電阻為R,則在一周內(nèi)外力矩所做的功等于感應(yīng)電流所放出的焦耳熱

.解(1)在任一時(shí)刻t23令(2)感應(yīng)電流放出的焦耳熱為線圈所受磁場的作用力矩的大小為24外力矩所做的功即在一周內(nèi)外力矩所做的功等于感應(yīng)電流所放出的焦耳熱,可見在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中是遵從能量守恒定律的.25作業(yè):8-3;8-626線圈內(nèi)磁場變化兩類實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象感生電動勢動生電動勢產(chǎn)生原因、規(guī)律不相同都遵從電磁感應(yīng)定律導(dǎo)線或線圈在磁場中運(yùn)動感應(yīng)電動勢27（1）穩(wěn)恒磁場中的導(dǎo)體運(yùn)動，或者回路面積變化、取向變化等

動生電動勢

（2）導(dǎo)體不動，磁場變化

感生電動勢引起磁通量變化的原因

§8.2動生電動勢產(chǎn)生原因、規(guī)律不相同都遵從電磁感應(yīng)定律28一動生電動勢

在磁場中,導(dǎo)體棒以v

沿金屬導(dǎo)軌向右運(yùn)動,棒內(nèi)的自由電子被帶著以速度v向右運(yùn)動，因而每個(gè)自由電子都受到洛倫茲力的作用.

vab它驅(qū)使電子沿導(dǎo)線由a向b移動。由于洛侖茲力的作用使b

端出現(xiàn)過剩負(fù)電荷，

a端出現(xiàn)過剩正電荷。非靜電力29ab段中的非靜電性場強(qiáng)為

vab洛侖茲力是產(chǎn)生動生電動勢的根本原因.電動勢方向:

30均勻磁場非均勻磁場計(jì)算動生電動勢分類方法平動轉(zhuǎn)動動生電動勢的定義法拉第電磁感應(yīng)定律31

一般情況上的動生電動勢整個(gè)導(dǎo)線L上的動生電動勢

導(dǎo)線是曲線

,磁場為非均勻場。導(dǎo)線上各長度元上的速度

、各不相同32動生電動勢解題方法1.確定導(dǎo)體處磁場B；2.確定v和B的夾角q1；3.確定v×B的與dl的夾角q2；4.分割導(dǎo)體元dl，求導(dǎo)體元上的電動勢5.由動生電動勢定義求解。33例已知:求:+++++++++++++L

均勻磁場平動解：由動生電動勢定義計(jì)算34+++++++++++++L

典型結(jié)論特例++++++++++++++++++++++++++++++35均勻磁場閉合線圈平動利用法拉第電磁感應(yīng)定律計(jì)算36例有一半圓形金屬導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場中作切割磁力線運(yùn)動。已知：求：動生電動勢。+++++++++++++++++++R作輔助線，形成閉合回路方向：解：方法一利用法拉第電磁感應(yīng)定律計(jì)算37+例有一半圓形金屬導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場中作切割磁力線運(yùn)動。已知：求：動生電動勢。解：方法二++++++++++++++++++R方向：由動生電動勢定義計(jì)算38均勻磁場轉(zhuǎn)動例7-3如圖，長為L的銅棒在磁感應(yīng)強(qiáng)度為的均勻磁場中，以角速度繞O軸轉(zhuǎn)動。求：棒中感應(yīng)電動勢的大小和方向。39解：方法一取微元方向由動生電動勢定義計(jì)算40方法二作輔助線，形成閉合回路OACO符號表示方向沿AOCAOC、CA段沒有動生電動勢利用法拉第電磁感應(yīng)定律計(jì)算41例7-4一直導(dǎo)線ab在一無限長直電流磁場中作切割磁力線運(yùn)動。求：動生電動勢。dlIx解：方法一非均勻磁場方向42方法二dlI作輔助線，形成閉合回路abcd方向43例8-3三角形金屬框abc放在均勻磁場中，平行于邊ab，如圖。當(dāng)金屬框繞ab邊以角速度ω轉(zhuǎn)動時(shí)，求各邊的動生電動勢和回路abc中的總感應(yīng)電動勢。44例：長度為L的銅棒在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的均勻磁場中，以角速度

繞O軸沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動.求：(1)棒中感應(yīng)電動勢的大小和方向；(2)如果將銅棒換成半徑為L的金屬圓盤，求盤心與邊緣間的電勢差。0A解：方法一取微元u電動勢的方向:A→045方法二作輔助線，形成閉合回路OACO0AuCθ符號表示方向沿AOCAOC、CA段沒有動生電動勢46(2)將銅棒換成金屬圓盤，可看作是由無數(shù)根并聯(lián)的金屬棒OA組合而成，故盤心O與邊緣A之間的動生電動勢仍為47作業(yè);8-8;8-948§8.3自感應(yīng)

一、自感電動勢通電線圈由于自身電流的變化而引起本線圈磁通量的變化，并在回路中激起感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象，叫自感現(xiàn)象。這時(shí)的電動勢

i稱之為自感電動勢。49

當(dāng)線圈中電流發(fā)生變化時(shí)，線圈中的磁通量發(fā)生變化，在線圈中產(chǎn)生自感電動勢.自感系數(shù)寫成等式：由法拉第電磁感應(yīng)定律可知：而線圈的磁鏈與線圈中的電流I成正比定義1自感系數(shù)SI制中，L的單位是亨利(H).50L的意義：

自感系數(shù)在數(shù)值上等于回路中通過單位電流時(shí)，通過自身回路所包圍面積的磁通鏈數(shù)。若I=1A，則L的計(jì)算L只與線圈本身的形狀、大小、線圈匝數(shù)、磁導(dǎo)率有關(guān);與電流無關(guān)(鐵心線圈除外)。51b.自感電動勢若回路幾何形狀、尺寸不變，周圍介質(zhì)的磁導(dǎo)率不變(1)負(fù)號是楞次定律的數(shù)學(xué)表示自感電動勢的方向總是阻礙回路電流的變化則

L>0，

I感阻礙電流I的變化；則

L<0，I感也阻礙電流I的變化；52(2)因?yàn)?/p>

L∝L，L的存在總是阻礙電流的變化，

所以自感電動勢是反抗電流的變化,而不是反抗電流本身。