大學(xué)物理電磁學(xué)復(fù)習(xí)總結(jié)PPT-e1電磁感應(yīng)課件

1、大學(xué)物理電磁學(xué)復(fù)習(xí)總結(jié)PPT-e1電磁感應(yīng)10-2 動(dòng)生電動(dòng)勢動(dòng)生電動(dòng)勢(motional emf)(二二)轉(zhuǎn)動(dòng)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)線圈的動(dòng)生電動(dòng)勢的動(dòng)生電動(dòng)勢（轉(zhuǎn)軸（轉(zhuǎn)軸 ，位置隨意），位置隨意）B Bn N匝線圈在均勻匝線圈在均勻 中以中以 勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。B每匝線圈的磁通量每匝線圈的磁通量則轉(zhuǎn)動(dòng)線圈的動(dòng)生電動(dòng)勢為則轉(zhuǎn)動(dòng)線圈的動(dòng)生電動(dòng)勢為)(cosdtdNBSdtdN sinNBSdtdsinNBS 選擇選擇t=0時(shí)時(shí) =0，則任意，則任意t時(shí)刻，時(shí)刻，tsinNBS 線圈轉(zhuǎn)過的角度線圈轉(zhuǎn)過的角度 = t.nBt=0 cosBS 大學(xué)物理電磁學(xué)復(fù)習(xí)總結(jié)PPT-e1電磁感應(yīng)當(dāng)當(dāng) = /2時(shí)，時(shí)， N

2、BS0 為最大值。為最大值。tsin0 此即交流發(fā)電機(jī)的原理。此即交流發(fā)電機(jī)的原理。交變電動(dòng)勢交變電動(dòng)勢若以若以 與與 夾角為夾角為 時(shí)為計(jì)時(shí)零點(diǎn)，時(shí)為計(jì)時(shí)零點(diǎn)，則則nB)tsin(NBS Bn 實(shí)際上，實(shí)際上，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)，等效于多線圈轉(zhuǎn)動(dòng)，等效于多根導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)、切割磁感線，根導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)、切割磁感線，所所有這些導(dǎo)線產(chǎn)生的有這些導(dǎo)線產(chǎn)生的 i的代數(shù)和即的代數(shù)和即為轉(zhuǎn)動(dòng)線圈的為轉(zhuǎn)動(dòng)線圈的 .對此，同學(xué)們可以矩形線圈為對此，同學(xué)們可以矩形線圈為例，課后作一下證明。例，課后作一下證明。交變電流交變電流大學(xué)物理電磁學(xué)復(fù)習(xí)總結(jié)PPT-e1電磁感應(yīng)例例3.矩形線框長矩形線框長a，寬，寬b，置均勻，置均勻 中，繞中

3、，繞oo 軸以軸以恒定恒定 旋轉(zhuǎn)。設(shè)旋轉(zhuǎn)。設(shè)t=0時(shí)線框平面處于紙面內(nèi)，則任時(shí)線框平面處于紙面內(nèi)，則任一時(shí)刻一時(shí)刻 大小為（大小為（ ）B Boo abtcos 2abB)A( abB )B( tcosabB21 )C( tcosabB )D( tinsabB )E( 解：解：t=0時(shí)時(shí) 與與 夾角夾角 = /2.nB)2tsin(BS tcosabB 選選(D)此題用法拉第電磁感應(yīng)定律也可。此題用法拉第電磁感應(yīng)定律也可。 n大學(xué)物理電磁學(xué)復(fù)習(xí)總結(jié)PPT-e1電磁感應(yīng)10-3 感生電動(dòng)勢和感生電場感生電動(dòng)勢和感生電場(Induced emf and induced electric field

4、)一、渦旋電場（感生電場）一、渦旋電場（感生電場）1、感生電動(dòng)勢：、感生電動(dòng)勢：實(shí)驗(yàn)表明，實(shí)驗(yàn)表明， 感感與導(dǎo)體回路的材料無關(guān)。與導(dǎo)體回路的材料無關(guān)。B變化變化 感感和和I感感說明導(dǎo)體內(nèi)自由電荷受說明導(dǎo)體內(nèi)自由電荷受某種非靜電力的作用。某種非靜電力的作用。非靜電力從何處來？非靜電力從何處來？2、Maxwell渦旋電場假說渦旋電場假說(已被實(shí)踐所證實(shí)已被實(shí)踐所證實(shí))： B大學(xué)物理電磁學(xué)復(fù)習(xí)總結(jié)PPT-e1電磁感應(yīng)隨時(shí)間變化的磁場在其周圍激發(fā)一種電場，叫隨時(shí)間變化的磁場在其周圍激發(fā)一種電場，叫渦渦旋電場旋電場 (場線閉合場線閉合)。它對電荷也有力的作用。此。它對電荷也有力的作用。此作用力叫作用力叫

5、渦旋電場力渦旋電場力，它是產(chǎn)生，它是產(chǎn)生 感感的非靜電力。的非靜電力。二、渦旋電場二、渦旋電場( )與變化磁場的關(guān)系與變化磁場的關(guān)系iEl dELi 對閉合回路對閉合回路L，由電動(dòng)勢的定義：，由電動(dòng)勢的定義：iE非靜電場強(qiáng)非靜電場強(qiáng)又：又：dtd SSdB SLiSdBdtdl dE SLiSdtBl dES是回路是回路L所所限定的面積限定的面積大學(xué)物理電磁學(xué)復(fù)習(xí)總結(jié)PPT-e1電磁感應(yīng)( 的正方向與的正方向與L繞向成右螺關(guān)系繞向成右螺關(guān)系) Sd SLiSdtBl dE“-”表示表示 線與線與 成成左螺左螺關(guān)系！關(guān)系！iEtB tB iE一般情況：一般情況：靜靜EEEi 0l dEL 靜靜

6、SLiSdtBl dE SLSdtBl dE普遍情形電場的環(huán)流普遍情形電場的環(huán)流思考：思考：閉合曲面的渦旋電場通量為多少？閉合曲面的渦旋電場通量為多少？普遍情形電場的普遍情形電場的Gauss定理形式如何？定理形式如何？大學(xué)物理電磁學(xué)復(fù)習(xí)總結(jié)PPT-e1電磁感應(yīng)三、三、渦旋渦旋電場與靜電場的比較電場與靜電場的比較變化磁場變化磁場靜止電荷靜止電荷閉合閉合起于正電荷，起于正電荷，止于負(fù)電荷止于負(fù)電荷iE靜靜E激發(fā)激發(fā)場線場線作功作功與路徑有關(guān)與路徑有關(guān)0l dELi 非保守力場非保守力場不可引入電勢不可引入電勢在導(dǎo)體內(nèi)可產(chǎn)生感生在導(dǎo)體內(nèi)可產(chǎn)生感生電動(dòng)勢和感生電流電動(dòng)勢和感生電流與路徑無關(guān)與路徑無關(guān)0

7、l dEL 靜靜保守力場保守力場可引入電勢可引入電勢不能在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)不能在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生持續(xù)的電流生持續(xù)的電流大學(xué)物理電磁學(xué)復(fù)習(xí)總結(jié)PPT-e1電磁感應(yīng) SLiSdtBl dE四、四、渦旋渦旋電場的計(jì)算電場的計(jì)算 一般，一般， 具特殊對稱性才能計(jì)算。具特殊對稱性才能計(jì)算。iE則則 具有軸對稱分布，具有軸對稱分布，iEtB 若若 空間分布均勻，空間分布均勻，對圓柱形均勻磁場區(qū)域?qū)A柱形均勻磁場區(qū)域( ( 柱軸柱軸) )：BiE線是以區(qū)域中心為圓心的一組同心圓，線是以區(qū)域中心為圓心的一組同心圓，且繞向與且繞向與 成左螺關(guān)系。成左螺關(guān)系。tB BiE各點(diǎn)各點(diǎn) 的方向的方向過該點(diǎn)的半過該點(diǎn)的半徑徑( 沿沿

8、線切向線切向 )。iEiE對一段導(dǎo)體：對一段導(dǎo)體：l dELi 若若直導(dǎo)體直導(dǎo)體在上述在上述圓柱形磁場圓柱形磁場區(qū)域區(qū)域沿半徑方向放置，沿半徑方向放置，則導(dǎo)則導(dǎo)體上各處體上各處l dEi =0 0tB 大學(xué)物理電磁學(xué)復(fù)習(xí)總結(jié)PPT-e1電磁感應(yīng)例例4.半徑為半徑為R的長直圓柱形螺線管內(nèi)的均勻的長直圓柱形螺線管內(nèi)的均勻 以以 均勻均勻增加，求管內(nèi)、外任一點(diǎn)的增加，求管內(nèi)、外任一點(diǎn)的 .tB BiE解：解：取螺線管的任一橫截面，如圖所示。取螺線管的任一橫截面，如圖所示。 :B0tB :tB線與線與 成左螺關(guān)系，成左螺關(guān)系，iEtB Bo 線是以線是以o點(diǎn)為圓心的同心圓且為逆點(diǎn)為圓心的同心圓且為逆時(shí)

9、針繞向。時(shí)針繞向。iE現(xiàn)現(xiàn)取回路繞向也為逆時(shí)針。取回路繞向也為逆時(shí)針。（1）先考慮管內(nèi)任一點(diǎn)）先考慮管內(nèi)任一點(diǎn)P:L以以o為圓心，以為圓心，以r為半徑作圓形回路為半徑作圓形回路L，則回路，則回路上各點(diǎn)感生電場大小相等，方向沿切向。上各點(diǎn)感生電場大小相等，方向沿切向。dStBSdtBl dESSLi 2irtBr2E Pr大學(xué)物理電磁學(xué)復(fù)習(xí)總結(jié)PPT-e1電磁感應(yīng))Rr(tB2rEi BoL Qr（2）再考慮管外任一點(diǎn)）再考慮管外任一點(diǎn)Q:dStBSdtBl dESSLi （注：管外無磁場！）（注：管外無磁場?。?tBr2Ei 2R )Rr(tBr2RE2i r1 管外無磁場，但卻有感生電場！管

10、外無磁場，但卻有感生電場！思考：思考：，若若管管內(nèi)內(nèi))t (ftB 即管內(nèi)磁場隨時(shí)間即管內(nèi)磁場隨時(shí)間非線性非線性變化時(shí)，管外有無磁場？變化時(shí)，管外有無磁場？大學(xué)物理電磁學(xué)復(fù)習(xí)總結(jié)PPT-e1電磁感應(yīng)例例5.如圖所示，圓柱形空間內(nèi)均勻如圖所示，圓柱形空間內(nèi)均勻 以以 變化，變化，對導(dǎo)線對導(dǎo)線 和和 ，下列表述正確的是，下列表述正確的是( )BtB abab(A) 只在只在 中產(chǎn)生。中產(chǎn)生。ab(B) 只在只在 中產(chǎn)生。中產(chǎn)生。ab(ab(C) 在在 、 中均產(chǎn)生，且中均產(chǎn)生，且二者大小相等。二者大小相等。abab(D) 在在 、 中均產(chǎn)生，且中均產(chǎn)生，且 ababab(Babo解：解： 連連oa

11、、ob形成形成oab、扇形扇形oab兩個(gè)回路兩個(gè)回路扇扇 又：半徑方向上又：半徑方向上 =0 oab、扇形扇形oab兩個(gè)回路上，兩個(gè)回路上， 分別集中在分別集中在abab(選選(D)abab(和和上。上。大學(xué)物理電磁學(xué)復(fù)習(xí)總結(jié)PPT-e1電磁感應(yīng)五、渦電流五、渦電流若是大塊的金屬處在變化的磁場若是大塊的金屬處在變化的磁場中或在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)，金屬體內(nèi)中或在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)，金屬體內(nèi)將產(chǎn)生渦旋狀的感生電流，稱為將產(chǎn)生渦旋狀的感生電流，稱為渦電流渦電流，簡稱，簡稱渦流渦流(eddy current )。由于大塊導(dǎo)體電阻很小，故渦流一般很強(qiáng)。由于大塊導(dǎo)體電阻很小，故渦流一般很強(qiáng)。渦流的熱效應(yīng)渦流的熱效應(yīng):

12、 : 如高頻感應(yīng)加熱爐如高頻感應(yīng)加熱爐高頻爐高頻爐 礦石礦石交流電源交流電源電磁冶煉電磁冶煉優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：無接觸加熱無接觸加熱(可在真空室進(jìn)行可在真空室進(jìn)行)效率高、速度快效率高、速度快大學(xué)物理電磁學(xué)復(fù)習(xí)總結(jié)PPT-e1電磁感應(yīng)六、電子感應(yīng)加速器六、電子感應(yīng)加速器( betatron) 直流電激勵(lì)電磁鐵：直流電激勵(lì)電磁鐵： 此時(shí)環(huán)形真空室中只有此時(shí)環(huán)形真空室中只有恒定的磁場，電子在室恒定的磁場，電子在室內(nèi)只作勻速圓周運(yùn)動(dòng)。內(nèi)只作勻速圓周運(yùn)動(dòng)。 交流電激勵(lì)電磁鐵：交流電激勵(lì)電磁鐵： 當(dāng)激勵(lì)電流增加時(shí)，真當(dāng)激勵(lì)電流增加時(shí)，真空室中既有磁場又有渦空室中既有磁場又有渦旋電場，電子在其中得旋電場，電子在其

13、中得到加速。磁場變化越快，到加速。磁場變化越快，電子的加速越明顯。電子的加速越明顯。 (書上例書上例10.2，自學(xué)，自學(xué))大學(xué)物理電磁學(xué)復(fù)習(xí)總結(jié)PPT-e1電磁感應(yīng)作業(yè)：作業(yè)：10.4(p344)、10.5(p344)練習(xí)：習(xí)題集練習(xí)：習(xí)題集“磁學(xué)磁學(xué)”一、一、21、22二、二、20三、三、18大學(xué)物理電磁學(xué)復(fù)習(xí)總結(jié)PPT-e1電磁感應(yīng)idaL10.4 解：解：XO選擇坐標(biāo)系選擇坐標(biāo)系OX，取微元，取微元x-x+dx,如圖所示。如圖所示。xdx通過線圈的磁鏈為通過線圈的磁鏈為 SBdSNN Ldxx2iNadd0 dadln2iLN0 所求感生電動(dòng)勢為所求感生電動(dòng)勢為dtd dtdi)dad(ln2LN0 )V( t100cos104 . 42 大學(xué)物理電磁學(xué)復(fù)習(xí)總結(jié)PPT-e1電磁感應(yīng)10.5 解：解：BaboRL連連oa、ob形成形成oab回路?；芈?。半徑半徑oa 、 bo上各點(diǎn)感應(yīng)電場上各點(diǎn)感應(yīng)電場導(dǎo)線，導(dǎo)線，0booa 由法拉第電磁感應(yīng)定律，有由法拉第電