大学物理电子教案

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第五章 电磁感应,*,电磁学,多,多媒体教,学,学课件,西安电子科,技,技大学理学,院,院,1,第五章,电,磁,磁感应,第五章,电,电磁感应,1 电磁,感,感应定律,2 动,生,生电动势和,感,感生电动势,3 互,感,感和自感,2,第五章,电,磁,磁感应,1 电磁,感,感应定律,法拉第（Michael Faraday,1791-1867），伟,大,大的英国物,理,理学家和化,学,学家.他创,造,造性地提出,场,场的思想，,磁,磁场这一名,称,称是法拉第,最,最早引入的.他是电磁,理,理论的创始,人,人之一，于1831年,发,发现电磁感,应,应现象，后,又,又相继发现,电,电解定律，,物,物质的抗磁,性,性和顺磁性,，,，以及光的,偏,偏振面在磁,场,场中的旋转.,3,第五章,电,磁,磁感应,1 电磁,感,感应定律,当穿过回路,所,所围曲面的,磁,磁通量,发生变化，,回,回路上要产,生,生感应,电动势。,B 变,回,回路形状或,方,方位变,都,都会,产生感应电,动,动势.,一、电磁感,应,应现象,N,S,V,N,S,I（t）,B,4,第五章,电,磁,磁感应,1 电磁,感,感应定律,二、法拉第,定,定律,当穿过闭合,回,回路的磁通,量,量发生变化,时,时，回路中,的,的电动势等,于,于磁通量随,时,时间的变化,率,率反号。即,：,：,多匝导体线,圈,圈的感应电,动,动势：,感应电流：,磁链,只有感应电,流,流时流过导,线,线的电荷的,电,电量,5,第五章,电,磁,磁感应,1 电磁,感,感应定律,例：直导线,通,通交流电,置,置于磁导率,为,为,的,介质中,求：与其共,面,面的,N,匝矩形回路,中,中的感应电,动,动势,解：设当I,0时，电流,方,方向如图,已知,其中 I,0,和,是大于,零,零的常数,设回路L方,向,向如图，,建坐标系如,图,图,在任意坐标,处,处取一面元,6,第五章,电,磁,磁感应,1 电磁,感,感应定律,x,dx,7,第五章,电,磁,磁感应,1 电磁,感,感应定律,三、楞次定,律,律,感应电流有,确,确定的方向,，,，它所产生,的,的磁场方向,总,总是在抵消,或,或补偿引起,感,感应电流的,磁,磁通量变化,的,的方向上。,楞次定律是,能,能量守恒定,律,律在电磁感,应,应中的体现,。,。,维持滑杆运,动,动必须外加,一,一力，此过,程,程为外力克,服,服安培力做,功,功转化为焦,耳,耳热.,机械能,焦耳热,+,+,+,+,+,8,第五章,电,磁,磁感应,2 动生,电,电动势和感,生,生电动势,引起磁通量,变,变化的原因,1）稳恒磁场,中,中的导体运,动,动,或者,回,回路面积变,化,化、取向变,化,化等,动,动生,电,电动势,2,）导体不动，磁场变化 感生电动势,电动势,+,-,I,闭合电路的总电动势,:非静电的电场强度.,9,第五章,电,磁,磁感应,2 动生,电,电动势和感,生,生电动势,一、动生电,动,动势,+,+,+,+,+,O,P,设杆长为,动生电动势的,非,静电力场来源 洛伦兹力,-,-,+,平衡时,10,第五章,电,磁,磁感应,2 动生,电,电动势和感,生,生电动势,求动生电动,势,势的一般步,骤,骤：,（1）规定,一,一积分路线,的,的方向，即,方向。,（2）任取,线元，考察,该,该处,方向,以及,的正负,（3）利用,计算电动势,说明电动势,的,的方向与积,分,分路线方向,相,相同,说明电动势,的,的方向与积,分,分路线方向,相,相反,11,第五章,电,磁,磁感应,2 动生,电,电动势和感,生,生电动势,解,例1,一长为 的铜棒在磁感强度为 的均匀磁场中,以角速度 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.,+,+,+,+,+,o,P,（点,P,的电势高于,点,点,O,的电势）,方向,O,P,12,第五章,电,磁,磁感应,2 动生,电,电动势和感,生,生电动势,例2,一导线矩形框的平面与磁感强度为 的均匀磁场相垂直.在此矩形框上,有一质量为 长为 的可移动的细导体棒 ;矩形框还接有一个电阻 ,其值较之导线的电阻值要大得很多.若开始时,细导体棒以速度 沿如图所示的矩形框运动,试求棒的速率随时间变化的函数关系.,解,如图建立坐标,棒所受安培力,方向沿 轴反向,+,+,+,+,+,+,棒中,且由,13,第五章,电,磁,磁感应,2 动生,电,电动势和感,生,生电动势,方向沿 轴反向,棒的运动方程为,则,计算得,棒的速率随时间变化的函数关系为,+,+,+,+,+,+,14,第五章,电,磁,磁感应,2 动生,电,电动势和感,生,生电动势,二、感生电,动,动势,麦克斯韦尔,假,假设变化的磁场,在,在其周围空,间,间激发一种,电,电场,这个,电,电场叫感生,电,电场.,闭合回路中的感生电动势,产生感生电动势的非静电场 感生电场,15,第五章,电,磁,磁感应,2 动生,电,电动势和感,生,生电动势,感生,电场是,非,保守场,和 均对电荷有力的作用.,感生电场和静电场的,对比,静,电场是保守场,静电场由电荷,产,产生；,感生电场是由变,化,化的磁场,产生.,16,第五章,电,磁,磁感应,2 动生,电,电动势和感,生,生电动势,感生电场的,计,计算步骤:,(a)过考,察,察点作一回,路,路,规定其,绕,绕行方向.,(b)用右,手,手螺旋法则,定,定出回路所,围,围面的,法线方向,即,即,的方向,o,r,计算出,感生电场的,方,方向与回路,的,的绕行方向,一,一致,感生电场的,方,方向与回路,的,的绕行方向,相,相反,（c）,计算磁通量,及,及随时间的,变,变化,（d）计算,环,环路积分，,利,利用,17,第五章,电,磁,磁感应,例 如图,中,中，线段ab内的感生,电,电动势,解：补上两,个,个半径,oa,和,bo,与,ab,构成回路,obao,o,a,b,因为,所以有：,2 动生,电,电动势和感,生,生电动势,18,第五章,电,磁,磁感应,三 涡电,流,流,感应电流不,仅,仅能在导电,回,回 路内出,现,现，而且,当,当大块导体与磁场有相,对,对运动或处,在,在变化的磁,场,场中时，在,这,这块导体中,也,也会激起感,应,应电流.这,种,种在大块导,体,体内流动的,感,感应电流,叫,叫做涡电流,简称涡,流,流.,应用：,热,热效应、电,磁,磁阻尼效应.,2 动生,电,电动势和感,生,生电动势,19,第五章,电,磁,磁感应,3 互感,和,和自感,一 互感,系,系数,在 电流回路中所产生的磁通量,在 电流回路 中所产生的磁通量,互感仅与两个线圈形状、大小、匝数、相对位置以及周围的磁介质有关,（,无铁磁质时为常量,）,.,注意,20,第五章,电,磁,磁感应,3 互感,和,和自感,互感系数,问：,下列几种情况互感是否变化,？,1,）线框平行直导线移动；,2,）线框垂直于直导线移动；,3,）线框绕,OC,轴转动；,4,）直导线中电流变化.,O,C,互感电动势,21,第五章,电,磁,磁感应,3 互感,和,和自感,例 在一,个,个无限长直,线,线旁边有一,个,个矩形线圈,，,，几何尺寸,和,和相对位置,如,如图所示。,试,试求互感系,数,数。,a,b,l,解：设长直,导,导线载流I,1,，则有：,矩形线圈中,的,的磁通量为,r,dr,I,22,第五章,电,磁,磁感应,3 互感,和,和自感,二 自感,系,系数,穿过闭合电流回路的磁通量,1,）自感,若线圈有,N,匝，,自感,磁通匝数,无铁磁质时,自感仅与线圈形状、磁介质及,N,有关.,注意,23,第五章,电,磁,磁感应,3 互感,和,和自感,当,时，,2）自感电动,势,势,自感,单位：1亨利（H）=1 韦伯/安培（1Wb/A）,24,第五章,电,磁,磁感应,3 互感,和,和自感,例,如图的长直密绕螺线管,已知 ,求,其自感 .（忽略边缘效应）,解,先设电流,I,根据安培环路定理求得,H,B,.,25,第五章,电,磁,磁感应,3 互感,和,和自感,（,一般情况可用下式测量自感,）,26,第五章,电,磁,磁感应,3 互感,和,和自感,例,有两个同轴圆筒形导体,其半径分别为 和 ,通过它们的电流均为 ,但电流的流向相反.设在两圆筒间充满磁导率为 的均匀磁介质,求,其自感 .,解,两圆筒之间,如图在两圆筒间取一长为 的面 ,并将其分成许多小面元.,则,27,第五章,电,磁,磁感应,3 互感,和,和自感,即,由自感定义可求出,单位长度的自感为,28,第五章,电,磁,磁感应,电磁学,多,多媒体教,学,学课件,西安电子科,技,技大学理学,院,院,29,第五章,电,磁,磁感应,