电磁感应现象及定律资料课件

第十一章电磁感应 电磁场电电 流流磁磁 场场感应电流感应电流 1831年法拉第年法拉第闭合回路闭合回路变化变化实验实验产生产生产产 生生?问题的提出问题的提出一一.电磁感应现象电磁感应现象R12Gm 当回路当回路 1中电流发生变化时，在中电流发生变化时，在回路回路2中出现感应电流。中出现感应电流。S11-1 电磁感应的现象及其规律电磁感应的现象及其规律结论 上述实验中，其共同点是穿过闭合回路的磁感应通量发生了变化。这种由磁通量的变化而产生电流的现象叫做电磁感应现象，并把由电磁感应而产生的电流称为感应电流。磁通量定义：2、1、通过磁场中任一曲面的磁感应线条数。二、电磁感应的规律、楞次定律 闭合的导线回路中所出现的感应电流，闭合的导线回路中所出现的感应电流，总是使它自己所激发的磁场反抗任何引发电总是使它自己所激发的磁场反抗任何引发电磁感应的原因磁感应的原因(反抗相对运动、磁场变化或线反抗相对运动、磁场变化或线圈变形等圈变形等)。楞次定律的应用(判断感应电流方向)1、判明穿过闭合回路内外磁场、判明穿过闭合回路内外磁场的增加或减少趋势；的增加或减少趋势；2、根据、根据“增相反、减相同增相反、减相同”的的原则确定感生磁场的方向；原则确定感生磁场的方向；3、按右手法则由感应电流磁场的按右手法则由感应电流磁场的 方向来确定感应电流的方向。方向来确定感应电流的方向。电动势电动势形成形成产产生生、法拉第电磁感应定律、法拉第电磁感应定律+静电力静电力欲使正电荷从高电位到低电位。欲使正电荷从高电位到低电位。在回路中有电流就不能单靠静电场，在回路中有电流就不能单靠静电场，必须有必须有非静电力非静电力把正电荷把正电荷从负极板搬到正极板才能在导体两端维持有稳恒的电势差。从负极板搬到正极板才能在导体两端维持有稳恒的电势差。电源电动势电源电动势电源电动势电源电动势：把单位正电荷从电源的负极移到正极把单位正电荷从电源的负极移到正极非静电力非静电力所所作的功。作的功。电动势描述电路中电动势描述电路中非静电力做功本领非静电力做功本领电源电动势电源电动势方向方向：电源内部由负极到正极方向：电源内部由负极到正极方向在在SISI制中制中 K=1=1感应电动势感应电动势感应电动势感应电动势 不论何种原因使通过回路面积的磁通量发不论何种原因使通过回路面积的磁通量发生变化时，回路中产生的感应电动势的大小生变化时，回路中产生的感应电动势的大小与磁通量对时间的变化率成正比。即与磁通量对时间的变化率成正比。即感应电动势的方向感应电动势的方向楞次定律楞次定律、感应电动势大小、感应电动势大小 讨论：讨论：、感应电动势感应电动势方向方向（式中的负号是楞次定律的数学表示）（式中的负号是楞次定律的数学表示）N 匝线圈的感应电动势匝线圈的感应电动势如果回路由如果回路由N匝密绕线圈组成，且穿过每匝线圈的磁匝密绕线圈组成，且穿过每匝线圈的磁通量都等于通量都等于.则磁通匝数则磁通匝数(也称磁链也称磁链)所以，N 匝线圈的感应电动势匝线圈的感应电动势 （1）稳恒磁场中的导体运动）稳恒磁场中的导体运动，或者回路面积，或者回路面积变化、取向变化等变化、取向变化等 动生电动势动生电动势 （2）导体不动，磁场变化）导体不动，磁场变化 感生电动势感生电动势引起磁通量变化的原因引起磁通量变化的原因 讨论讨论:电动势电动势+-I 闭合电路的总电动势闭合电路的总电动势 :非静电的电场强度非静电的电场强度.非静电力非静电力动生电动势动生电动势G?一、动生电动势一、动生电动势 动生电动势是由于导体或导体回路在磁场中运动生电动势是由于导体或导体回路在磁场中运动而产生的电动势。动而产生的电动势。产生产生 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势+动生电动势的成因动生电动势的成因导线内每个自由电子导线内每个自由电子受到的洛仑兹力为受到的洛仑兹力为它驱使电子沿导线由它驱使电子沿导线由a向向b移动。移动。由于洛仑兹力的作用使由于洛仑兹力的作用使 b 端出现过剩负电荷，端出现过剩负电荷，a 端出现过剩正电荷端出现过剩正电荷。非静电力非静电力+电子受的静电力电子受的静电力 平衡时平衡时此时电荷积累停止，此时电荷积累停止，ab两端形成稳定的电势差。两端形成稳定的电势差。洛仑兹力是产生动生电动势的根本原因洛仑兹力是产生动生电动势的根本原因.方向方向ab在导线内部产生静电场在导线内部产生静电场由电动势定义由电动势定义运动导线运动导线cd 产生的动生电动势为产生的动生电动势为二、动生电动势的公式二、动生电动势的公式非静电力非静电力定义定义 为非静电场强为非静电场强注注:动生电动势只存在于运动导体内。动生电动势只存在于运动导体内。三、动生电动势的计算（两种方法）(2)由法拉第定律求由法拉第定律求如果回路不闭合，需加辅助线闭合。如果回路不闭合，需加辅助线闭合。大小和方向可分别确定。大小和方向可分别确定。(1)由电动势定义求由电动势定义求 一般情况一般情况上的动生电动势上的动生电动势整个导线整个导线L上的动生电动势上的动生电动势 导线是导线是曲线曲线,磁场为磁场为非均匀场非均匀场。导线上各长度元导线上各长度元 上的速度上的速度 、各不相同各不相同例例1 1、如图所示金属细棒在均匀磁场中运动其如图所示金属细棒在均匀磁场中运动其速度速度方向与磁场垂直方向与磁场垂直.已知已知:求求:+L 解：解：+L 典型结论典型结论特例特例+均匀磁场均匀磁场 闭合线圈平动闭合线圈平动+R 例例2 2 有一半圆形金属导线在匀强磁场中作切割磁有一半圆形金属导线在匀强磁场中作切割磁 力线运动。力线运动。已知已知求：动生电动势。求：动生电动势。作辅助线，形成闭合回路作辅助线，形成闭合回路方向：方向：解解1：？+解解2：+R方向：方向：解解 例例3 一长为一长为 的铜棒在磁感强度为的铜棒在磁感强度为 的均的均匀磁场中，以角速度匀磁场中，以角速度 在与磁场方向垂直的平面在与磁场方向垂直的平面上绕棒的一端转动，求铜棒两端的感应电动势上绕棒的一端转动，求铜棒两端的感应电动势.OP方向方向例例4：如图如图一直导线一直导线CD在一无限长直电流磁场中作在一无限长直电流磁场中作 切割磁力线运动。求：动生电动势。切割磁力线运动。求：动生电动势。abIl 解：解：方向方向例例5：如图如图一直导线一直导线CD在一无限长直电流磁场中作在一无限长直电流磁场中作 切割磁力线运动。求：动生电动势。切割磁力线运动。求：动生电动势。a 解：解：DCI15-3 15-3 感生电动势和涡旋电场感生电动势和涡旋电场 导体回路不动，由于磁场变化导体回路不动，由于磁场变化引起穿过回路的磁通量变化，产生引起穿过回路的磁通量变化，产生的感应电动势叫感生电动势。的感应电动势叫感生电动势。麦克斯韦假设：麦克斯韦假设：变化的磁场变化的磁场在其周围空间会激发一种涡旋状的电场，在其周围空间会激发一种涡旋状的电场，称为称为涡旋电场涡旋电场或或感生电场感生电场。记作。记作 或或闭合回路中的感生电动势闭合回路中的感生电动势由法拉第电磁感应定律由法拉第电磁感应定律由电动势的定义由电动势的定义讨论讨论 2）S 是以是以 L 为边界的任一曲面。为边界的任一曲面。的法线方向应选得与曲线的法线方向应选得与曲线 L的积分方向成右手螺旋关系的积分方向成右手螺旋关系是是曲面上曲面上的任一面元的任一面元上磁感应强度的变化率上磁感应强度的变化率1）此式反映变化磁场和感生电场的相互关系，此式反映变化磁场和感生电场的相互关系，即感生电场是由变化的磁场产生的。即感生电场是由变化的磁场产生的。不是积分不是积分回路线元回路线元上的磁感应强度的变化率上的磁感应强度的变化率与与构成左旋关系。构成左旋关系。3）由静止电荷产生，由静止电荷产生，保守场保守场具有电能、对电荷有作用力具有电能、对电荷有作用力具有电能、对电荷有作用力具有电能、对电荷有作用力由变化磁场产生，由变化磁场产生，无源场无源场线是线是“有头有尾有头有尾”的，的，是一组闭合曲线是一组闭合曲线起于正电荷而终于负电荷起于正电荷而终于负电荷线是线是“无头无尾无头无尾”的的感生电场（涡旋电场）感生电场（涡旋电场）静电场（库仑场）静电场（库仑场）动生电动势动生电动势感生电动势感生电动势特特点点磁场不变，闭合电路磁场不变，闭合电路的整体或局部在磁场的整体或局部在磁场中运动导致回路中磁中运动导致回路中磁通量的变化通量的变化闭合回路的任何部分闭合回路的任何部分都不动，空间磁场发都不动，空间磁场发生变化导致回路中磁生变化导致回路中磁通量变化通量变化原原因因由于由于S的变化引起的变化引起回路中回路中 m变化变化非静非静电力电力来源来源感生电场力感生电场力洛仑兹力洛仑兹力由于由于 的变化引起的变化引起回路中回路中 m变化变化例例1 局限于半径局限于半径 R 的圆柱形空间内分布有均匀磁场，的圆柱形空间内分布有均匀磁场，方向如图。磁场的变化率方向如图。磁场的变化率求：求：圆柱内、外的圆柱内、外的 分布。分布。解：解：逆时针方向逆时针方向方向：逆时针方向方向：逆时针方向解：解：a a 只要有变化磁场，整个空间就存在感生电场只要有变化磁场，整个空间就存在感生电场.b b 感生电场存在的实验验证感生电场存在的实验验证电子感应加速器电子感应加速器(医疗，工业探伤，中低能粒子物医疗，工业探伤，中低能粒子物理实验理实验)，涡流，涡流(冶金冶金)