《電磁感應(yīng)定律》

1、04.03.2021,整理課件,1,第十一章 電磁感應(yīng),電磁感應(yīng)的基本規(guī)律（重點(diǎn)） 動生電動勢（重點(diǎn)） 感生電動勢 （重點(diǎn)） 渦旋電場 自感與互感 磁場能量與磁場能量密度 位移電流 麥克斯韋方程組,整理課件,2,11-1 電磁感應(yīng)的基本規(guī)律,一 電磁感應(yīng)現(xiàn)象,1 電磁感應(yīng)現(xiàn)象 當(dāng)一閉合回路所包圍的面積內(nèi)的磁通量發(fā)生變化時(shí)，回路中就產(chǎn)生電流，這種電流被稱為感應(yīng)電流，這一現(xiàn)象被稱為電磁感應(yīng)現(xiàn)象,整理課件,3,2 楞次定律,回路中感應(yīng)電流的方向，總是使感應(yīng)電流所激發(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,二 法拉第電磁感應(yīng)定律,導(dǎo)體回路中感應(yīng)電動勢 的大小與穿過回路的磁通量的變化率成正比,式中

2、 k 是比例常數(shù)，在(SI)制中 k =1,整理課件,4,1）負(fù)號表示感應(yīng)電流的效果總是 反抗引起感應(yīng)電流的原因 楞次定律,是通過回路的磁通量， 代表的意義,與 有何區(qū)別,2,只要閉合導(dǎo)體回路磁通量發(fā)生變化就有感應(yīng)電動勢,整理課件,5,2）N匝線圈串聯(lián)時(shí)的法拉第電磁感應(yīng)定律,N匝相同線圈串聯(lián)組成回路,若通過每個(gè)線圈的磁通量相同,若閉合回路中電阻為R,產(chǎn)生的 感應(yīng)電荷,稱為線圈的磁通鏈數(shù),三 法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用,解,整理課件,7,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，求線框運(yùn)動到距導(dǎo)線距離為 l0 時(shí)的電動勢,解,通過面積元的磁通量,方向順時(shí)針方向,例11

3、-2,整理課件,8,電動勢,電源,將單位正電荷從電源負(fù)極推向電源正極的過程中，非靜電力所作的功,定義,表征了電源非靜電力作功本領(lǐng)的大小,反映電源將其它形式的能量轉(zhuǎn)化為電 能本領(lǐng)的大小,非靜電性場強(qiáng),對閉合電路,整理課件,9,11-2 動生電動勢,兩種不同機(jī)制,相對于實(shí)驗(yàn)室參照系，若磁場不變，而導(dǎo)體回路運(yùn)動（切割磁場線） 動生電動勢,相對于實(shí)驗(yàn)室參照系，若導(dǎo)體回路靜止，磁場隨時(shí)間變化感生電動勢,一. 動生電動勢,電子受洛倫茲力,非靜電力,直導(dǎo)線在均勻場中運(yùn)動，三者相互垂直,1）非靜電場強(qiáng),動生電動勢的一般情況,2）動生電動勢,結(jié)論：動生電動勢的本質(zhì)是洛倫茲力, 洛倫茲力是形成動生電動勢的非靜電力

4、,整理課件,11,例11.3,在勻強(qiáng)磁場 B 中，長 R 的銅棒繞其一端 O 在垂直于 B 的,平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，角速度為,O,R,求 棒上的電動勢,解,動生電動勢,dl,方向,二 動生電動勢的計(jì)算,例11-4 如圖金屬桿AB以速度v 平行于長直載流導(dǎo)線運(yùn)動。 已知導(dǎo)線中的電流強(qiáng)度為I . 求：金屬桿AB中的動生電動勢,解,整理課件,13,作業(yè)：P103 11-3,4,5,整理課件,14,11-3 感生電動勢 渦旋電場,感生電場（渦旋電場,一 感生電動勢,整理課件,15,設(shè)一個(gè)半徑為R 的長直載流螺線管,內(nèi)部磁場強(qiáng)度為,若,為大于零,的恒量。求管內(nèi)、外的感應(yīng)電場,例11-6 求軸對稱分布的變化磁場產(chǎn)

5、生的感應(yīng)電場,解,整理課件,16,求管外的感應(yīng)電場,整理課件,17,例11-7,一被限制在半徑為 R 的無限長圓柱內(nèi)的均勻磁場 B ， B 均勻增加，B 的方向如圖所示,求 導(dǎo)體棒ON、CD的感生電動勢,解,方法一(用感生電場計(jì)算,方法二(用法拉第電磁感應(yīng)定律,補(bǔ)順時(shí)針回路 ODCO,整理課件,18,11-4 自感與互感,一 自感,I(t) B(t) F(t,自感系數(shù),L自感系數(shù) 與線圈大小、形狀、周圍介質(zhì)的磁導(dǎo)率有關(guān)；與線圈是否通電流無關(guān),線圈反抗電流變化的能力, 一種電慣性的表現(xiàn),整理課件,19,1)式中的負(fù)號表示自感電流反抗線圈中電流變化,2)L越大對同樣的電流變化自感電流就越大即回路中

6、電流越難改變,3、 自感電動勢,4、 自感系數(shù)的計(jì)算,假設(shè)電路中流有電流 I , IB ，再計(jì)算 L= /I,例11-8求單層密繞長直螺線管的自感 已知 l、 N、S,解: 設(shè)回路中通有電流 I,L僅與回路、介質(zhì)有關(guān),整理課件,21,二 互感,互感電動勢,互感系數(shù),線圈1內(nèi)電流的變化，引起線圈2內(nèi)的電動勢,04.03.2021,整理課件,22,例 11-11 在磁導(dǎo)率為 的均勻無限大的磁介質(zhì)中，一無限長直導(dǎo)線與一寬、長分別為b 和 l 的矩形線圈共面，直導(dǎo)線與矩形線圈的一側(cè)平行，且相距為 . 求二者的互感系數(shù),解 設(shè)長直導(dǎo)線通電流,整理課件,23,11-5 磁場能量與磁場能量密度,一 磁場能量

7、,磁場能量密度,整理課件,24,解,根據(jù)安培環(huán)路定理,螺繞環(huán)內(nèi),取體積元,例11-12,一由 N 匝線圈繞成的螺繞環(huán)，通有電流 I ，其中充有均勻磁介質(zhì),求 磁場能量Wm,整理課件,25,麥克斯韋假設(shè) 電場中某一點(diǎn)位移電流密度等于該點(diǎn)電位移矢量對時(shí)間的變化率,位移電流密度,位移電流,11-6 位移電流,整理課件,26,1）全電流是連續(xù)的； （2）位移電流和傳導(dǎo)電流一樣激發(fā)磁場； （3）傳導(dǎo)電流產(chǎn)生焦耳熱，位移電流不產(chǎn)生焦耳熱,全電流,注意,傳導(dǎo)電流密度,位移電流密度,安培環(huán)路定理,整理課件,27,3 麥克斯韋方程組的積分形式 （Maxwell equations,麥克斯韋方程組,電場是有源場,

8、變化磁場可以 激發(fā)渦旋電場,傳導(dǎo)電流和變化電場可以激發(fā)磁場,磁感線是閉合的,整理課件,28,一、法拉第電磁感應(yīng)定律,二、動生電動勢,第十一章 小結(jié),方向判斷：楞次定律,產(chǎn)生動生電動勢的非靜電力是洛侖茲力,計(jì)算方法,與所選回路正方向相同,與所選回路正方向相反,整理課件,29,三、感生電動勢 感應(yīng)電場,產(chǎn)生感生電動勢的非靜電力是感應(yīng)電場力,感生電動勢的計(jì)算方法,該式說明：變化的磁場激發(fā)感應(yīng)電場,的方向和 的方向成左手旋關(guān)系,該式可計(jì)算高度對稱分布的感應(yīng)電場,整理課件,30,四、自感應(yīng)、互感應(yīng),L的方向總是阻礙原電流的變化,M、L的單位：H,線圈周圍沒有鐵磁質(zhì)時(shí)其自感系數(shù)是常數(shù)，僅取決于線圈自身的結(jié)

9、構(gòu)和介質(zhì),互感線圈周圍沒有鐵磁質(zhì)時(shí)其互感系數(shù)是常數(shù)，僅取決于線圈的結(jié)構(gòu)、相對位置和磁介質(zhì),整理課件,31,自感磁能,五、磁場的能量,磁場能量密度,磁場的能量,整理課件,32,六、麥克斯韋的電磁場理論,兩個(gè)基本假設(shè),感應(yīng)電場,位移電流,變化的磁場激發(fā)感應(yīng)電場,變化的電場產(chǎn)生位移電流,位移電流和傳導(dǎo)電流以相同的規(guī)律激發(fā)磁場,整理課件,33,1用線圈的自感系數(shù)L來表示載流線圈磁場的能量公式,A）只適用于無限長密繞螺線管； （B）只適用單匝線圈； （C）只適用一個(gè)匝數(shù)很多，且密繞的螺線環(huán)； （D）適用于自感系數(shù)L一定的任意線圈,D,一、選擇題,整理課件,34,3. 一銅條置于均勻磁場中，銅條中電子流的方向如圖所示，試問下述哪一種情況將會發(fā)生,A）在銅條上 ab 兩點(diǎn)產(chǎn)生一小電勢差，且Ua Ub， （B）在銅條上 ab 兩點(diǎn)產(chǎn)生一小電勢差，且Ua Ub， （C）在銅條上產(chǎn)生渦流， （D）電子受到洛倫茲力而減速,A,整理課件,35,整理課件,36,12-19 如圖，一金屬棒彎成一圓環(huán)，但留有空隙，在環(huán)內(nèi)一均勻磁場局限在半徑為的區(qū)域，并垂直紙面向里，