高中物理競賽專題課件：感生電動勢 自感互感

法拉第(1791~1867),英國物理學(xué)家,化學(xué)家,鐵匠家庭出生,著名的自學(xué)成才科學(xué)家.畢生從事科學(xué)研究,成果眾多,1846年榮獲倫福德獎?wù)潞突始覄渍?回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢等于穿過回路所圍面積上的磁通量對時間變化率的負(fù)值.13.1.2法拉第電磁感應(yīng)定律1.式中2.式中負(fù)號的物理意義:LL回路繞行方向dSen時,電動勢的繞向與L的繞向相反;電動勢的繞向與L的繞向相同.3.若回路由N匝線圈串聯(lián)而成全磁通(磁通鏈):N稱為磁通鏈數(shù)(線圈匝數(shù)).則時,2.判定回路上感應(yīng)電動勢的繞向1)找出穿過回路L的磁場方向.B2)確定通過L的磁通量是增加還是減少:如果增加,感應(yīng)電流磁場阻礙原磁場磁通量增加;如果減少,感應(yīng)電流磁場阻礙原磁場磁通量減少.3)在圖上畫出的方向,由右手螺旋即可確定感應(yīng)電動勢或感應(yīng)電流的繞向.Bi3.法拉第電磁感應(yīng)定律中負(fù)號的意義即為楞次定律中的“反抗”.建議:

應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律時,先不計符號,只計算電動勢大小,再根據(jù)楞次定律判斷繞向.2.討論:1)導(dǎo)體切割磁感線時才產(chǎn)生動生電動勢,產(chǎn)生原因是洛倫茲力.2)動生電動勢存在于運動導(dǎo)體上;恒定磁場中不動的導(dǎo)體不產(chǎn)生電動勢.3)非回路的導(dǎo)體在磁場中運動,有動生電動勢但沒有感應(yīng)(動生)電流.13.2.2動生電動勢的計算1.定義求解:2.法拉第電磁感應(yīng)定律求解:若導(dǎo)體不閉合,需增加輔助線使其閉合.計算時只計大小,方向根據(jù)楞次定律判斷.指向:若,則與同向;若,則與反向.也可用楞次定律判斷(構(gòu)造回路)13.3.1產(chǎn)生感生電動勢的原因

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感生電場§13.3感生電動勢1.

感生電動勢:導(dǎo)體回路不動,磁場變化能導(dǎo)致回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流,這種電流稱為感生電流,對應(yīng)的電動勢稱為感生電動勢.由法拉第電磁感應(yīng)定律:2.感生電動勢的產(chǎn)生問題:是不是洛侖茲力?分析:導(dǎo)線不運動產(chǎn)生原因并非洛侖茲力.只能是一種新型的電場力,變化的磁場在周圍空間激發(fā)電場.1861年麥克斯韋提出假設(shè):感生電流就是這種電場作用于導(dǎo)體中自由電荷的結(jié)果.這種電場叫感生電場(渦旋電場).感生電動勢:1861年麥克斯韋提出假設(shè):感生電流就是這種電場作用于導(dǎo)體中自由電荷的結(jié)果.只有磁場變化時:1.感生電場說明:1)變化的磁場能激發(fā)電場;2)負(fù)號的含義:感生電流的磁場阻礙原磁場的變化.13.3.2感生電場及感生電動勢的計算4)對電荷的作用力:1)定義求解:即使導(dǎo)體不閉合,也有:只能用于感生電場已知或可求解的情況.指向與感生電場在線元上投影的方向一致.2)法拉第電磁感應(yīng)定律求解:2.感生電動勢的計算若導(dǎo)體不閉合,需構(gòu)造回路.指向由楞次定律判斷.3)感生電場的性質(zhì):感生電場是無源的非保守場.例13-7.

已知半徑為R的長直螺線管中電流隨時間的變化率為正常數(shù),則管內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間增大

=常數(shù)>0,求感生電場分布.解:選取一逆時針繞向的回路L,感生電場的方向如圖:解一:定義法感生電場分布:例13-8.

在上題長直螺線管截面內(nèi)放置長為2R的金屬棒,ab=bc=R

,求棒中感生電動勢.解二:用法拉第電磁感應(yīng)定律連接,形成閉合回路通過的磁通量任取例13-9.

某區(qū)域有垂直向里且隨時間變化的非均勻磁場B=kxcost.COD是一個彎成角的金屬框,OD與x軸重合,導(dǎo)體棒沿x軸方向以速率v勻速運動.設(shè)t=0時x=0,求框內(nèi)的感應(yīng)電動勢.解:設(shè)某時刻導(dǎo)體棒位于l處vCODxBylxdxdS3.電子感應(yīng)加速器原理:在電磁鐵的兩極之間安置一個環(huán)形真空室,用交變電流對電磁鐵勵磁,在環(huán)形室內(nèi)除了產(chǎn)生磁場之外,還會感生出很強(qiáng)的同心環(huán)狀渦旋電場.將電子注入環(huán)形室,電子在洛倫茲力的作用下,沿圓形軌道運動,在渦旋電場的作用下被加速.電子感應(yīng)加速器是利用渦旋電場對電子加速以獲得高能粒子的一種裝置.實驗?zāi)M4.渦電流當(dāng)大塊導(dǎo)體放在變化的磁場中,在導(dǎo)體內(nèi)部會產(chǎn)生感應(yīng)電流,由于這種電流在導(dǎo)體內(nèi)自成閉合回路,故稱渦電流.導(dǎo)體1)渦電流的熱效應(yīng)電磁灶§13.4自感和互感13.4.1自感現(xiàn)象及自感系數(shù)1.自感現(xiàn)象線圈中電流變化引起穿過線圈的全磁通的變化,從而在線圈自身中產(chǎn)生感生電動勢的現(xiàn)象叫自感現(xiàn)象,自感中產(chǎn)生的電動勢叫自感電動勢.2.自感系數(shù)定義:單位:亨利(H)L叫做線圈的自感系數(shù),也叫自感,取決于線圈自身的性質(zhì)(大小,形狀,介質(zhì)等).3.自感電動勢根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律:13.4.2

自感電動勢的計算1.自感系數(shù)的物理意義通電線圈中電流對線圈自身引起的全磁通與線圈中電流的比值.如果線圈自身性質(zhì)不隨時間變化,則:負(fù)號:L總是阻礙I的變化.描述線圈電磁慣性的物理量.2.自感電動勢的計算1)設(shè)線圈通有電流I;3)由解出L;2)確定B和

;4)按計算自感電動勢.線圈中的自感電動勢與線圈中電流變化率比值的負(fù)值.例13-10.長為l的螺線管,橫斷面為S,線圈總匝數(shù)為N,管中磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率為.求螺線管自感系數(shù).解:線圈體積:例13-11.一電纜由兩個“無限長”的同軸圓筒狀導(dǎo)體組成,其間充滿磁導(dǎo)率為的磁介質(zhì),電流I沿內(nèi)筒向上,沿外筒向下.設(shè)內(nèi),外筒半徑分別為R1和R2,求導(dǎo)線單位長度上的自感系數(shù).解:兩圓柱面間磁場為rdr13.4.3

互感現(xiàn)象及互感系數(shù)1.互感現(xiàn)象一個載流線圈的電流變化引起鄰近的另一個線圈產(chǎn)生感生電動勢的現(xiàn)象叫互感現(xiàn)象,互感中產(chǎn)生的電動勢叫互感電動勢.2.互感系數(shù)單位:亨利(H)M叫做兩個線圈的互感系數(shù),也叫互感.3.互感電動勢根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律:若M保持不變,則:1.互感系數(shù)的物理意義·一通電線圈在另一線圈中引起的全磁通與原線圈中電流的比值.13.4.4

互感電動勢的計算·一通電線圈在另一鄰近線圈中引起的互感電動勢與原線圈中電流變化率比值的負(fù)值.本質(zhì):表征兩耦合線圈相互提供磁通的性能強(qiáng)弱.2.互感電動勢的計算1)設(shè)線圈1通有電流I;3)由解出M;2)計算線圈1對線圈2的21;4)按計算互感電動勢.3.自感與互感的關(guān)系(補(bǔ)充):線圈1的磁通完全通過線圈2,線圈2的磁通也完全通過線圈1,無漏磁.:線圈1的磁通完全不通過線圈2,線圈2的磁通也完全不通過線圈1,兩線圈無互感.4.線圈的順接與逆接(補(bǔ)充)順串聯(lián):兩線圈的磁通相互增大反串聯(lián):兩線圈的磁通相互減弱例13-12.設(shè)在一長為1m,橫斷面積S=10cm2,密繞N1=1000匝線圈的長直螺線管上,再繞N2=20匝的線圈.(1)計算互感系數(shù)