高中物理電磁感應(yīng)

第10章電磁感應(yīng)§1法拉第電磁感應(yīng)定律§2動生電動勢與感生電動勢感生電場§3自感互感現(xiàn)象§4磁場能量§5麥克斯韋電磁場理論簡介1奧斯特發(fā)現(xiàn)電流具有磁效應(yīng)由對稱性人們會問：磁是否會有電效應(yīng)？電磁感應(yīng)現(xiàn)象從實(shí)驗(yàn)上回答了這個問題反映了物質(zhì)世界的對稱美思路：介紹實(shí)驗(yàn)規(guī)律---法拉第電磁感應(yīng)定律從場的角度說明磁場的電效應(yīng)

美2§1法拉第電磁感應(yīng)定律一、現(xiàn)象二、規(guī)律3一、現(xiàn)象從產(chǎn)生的原因上分為兩大類先看現(xiàn)象然后歸納總結(jié)4左面三種情況均可使電流計指針擺動第一類××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××第二類51）分析上述兩類產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的共同原因是：回路中磁通Φ

隨時間發(fā)生了變化2）分析可知，電磁感應(yīng)現(xiàn)象的本質(zhì)是電動勢3）第一類裝置產(chǎn)生的電動勢稱感生電動勢第二類裝置產(chǎn)生的電動勢稱動生電動勢第一類××××××××××××××××××××××××第二類6二、規(guī)律1.法拉第電磁感應(yīng)定律感應(yīng)電動勢的大小2.楞次定律閉合回路中感應(yīng)電流的方向，總是使它所激發(fā)的磁場來阻止引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。楞次定律是能量守恒定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象上的具體體現(xiàn)。73.法拉第電磁感應(yīng)定律在某些約定的情況下或說將楞次定律考慮在內(nèi)后法拉第電磁感應(yīng)定律將寫成如下形式:8約定：1)

任設(shè)回路的電動勢方向(簡稱計算方向L)2)磁通量的正負(fù)與所設(shè)計算方向的關(guān)系：當(dāng)磁力線方向與計算方向成右手螺旋關(guān)系時

磁通量的值取正否則磁通量的值取負(fù)3)計算結(jié)果的正負(fù)給出了電動勢的方向

0:說明電動勢的方向就是所設(shè)的計算方向

0:說明電動勢的方向與所設(shè)計算方向相反。9如我們欲求面積S所圍的邊界回路中的電動勢假設(shè)磁場空間均勻磁力線垂直面積S

磁場隨時間均勻變化變化率為解：先設(shè)電動勢方向（即計算方向）可以有兩種設(shè)法.....................均勻磁場>10第一種：設(shè)計算方向L（電動勢方向）如圖所示的逆時針回路方向<0.....................均勻磁場電動勢的方向與所設(shè)的計算方向相反按約定，磁力線與回路成右手螺旋，所以磁通量取正值，得由負(fù)號說明11.....................均勻磁場>0電動勢的方向與所設(shè)計算方向一致按約定磁通量取負(fù)由正號說明兩種假設(shè)方向得到的結(jié)果相同第二種：設(shè)計算方向L'（電動勢方向）如圖所示的順時針回路方向121)使用意味著按約定計算2)全磁通磁鏈對于N匝串聯(lián)回路每匝中穿過的磁通分別為討論則有全磁通磁鏈13例：直導(dǎo)線通交流電置于磁導(dǎo)率為的介質(zhì)中求：與其共面的N匝矩形回路中的感應(yīng)電動勢解：設(shè)當(dāng)I0時電流方向如圖已知其中

I0

和是大于零的常數(shù)設(shè)回路L方向如圖建坐標(biāo)系如圖在任意坐標(biāo)x處取一面元14交變的電動勢15普遍適用0<016即將介紹的動生電動勢和感生電動勢的內(nèi)容是：

從場的角度來揭示電磁感應(yīng)現(xiàn)象本質(zhì)研究的問題是：動生電動勢對應(yīng)的非靜電場是什么？感生電動勢對應(yīng)的非靜電場是什么？17典型裝置如圖一、中學(xué)知道的方法：計算單位時間內(nèi)導(dǎo)線切割磁力線的條數(shù)然后由楞次定律定方向均勻磁場導(dǎo)線ab在磁場中運(yùn)動電動勢怎么計算？§2動生電動勢與感生電動勢18二、由法拉第電磁感應(yīng)定律建坐標(biāo)如圖設(shè)計算回路L方向如圖負(fù)號說明電動勢方向與所設(shè)方向相反任意時刻，回路中的磁通量是均勻磁場19三、由電動勢與非靜電場強(qiáng)的積分關(guān)系非靜電力－－洛侖茲力設(shè)電源電動勢的方向是上式的積分方向20>0正號說明：電動勢方向與所設(shè)方向一致211)式討論僅適用于切割磁力線的導(dǎo)體適用于一切回路2)式3)上式可寫成而積分元是中的電動勢的計算（與材料無關(guān)）22感生電動勢感生電場

一、感生電場的性質(zhì)

二、感生電場的計算23感生電動勢

渦旋電場閉合回路在磁場中不作相對運(yùn)動，由于磁場的變化，回路也會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，稱之為感生電動勢。

要形成電流，要有可以移動的電荷，而且還要有迫使電荷作定向運(yùn)動的電場。但是由穿過閉合導(dǎo)體回路的磁通量變化而引起的電場不可能是靜電場.

麥克斯韋提出假設(shè)：變化的磁場在其周圍空間

激發(fā)一種新的電場。這種電場稱為感生電場或渦旋電場，用來表示。則沿任意閉合回路的感生電動勢為

（12-5）24

靜電場與感生電場的區(qū)別：

靜電場

感生電場產(chǎn)生原因靜止電荷變化磁場環(huán)流保守場，有源非保守場，無源電場線有頭有尾閉合曲線（也稱為渦旋電場）由于磁通量為所以，感生電動勢可寫成

25由于磁場隨時間變化而產(chǎn)生的電動勢稱感生電動勢相應(yīng)的電場就叫感生電場即必然存在：由法拉第電磁感應(yīng)定律得感生電動勢為26一、感生電場的性質(zhì)麥克斯韋假設(shè)感生電場的性質(zhì)方程為：273）S

與L的關(guān)系

S是以L為邊界的任意面積如圖以L為邊界的面積可以是S1

也可以是S2

1）感生電場的環(huán)流這就是法拉第電磁感應(yīng)定律說明感生電場是非保守場2）感生電場的通量說明感生電場是無源場S1S2討論283.柱對稱感生電場的計算空間均勻的磁場限制在半徑為R的圓柱內(nèi)，磁感強(qiáng)度的方向平行于柱軸。假設(shè)磁感強(qiáng)度大小隨時間均勻變化。求：E感分布解：設(shè)場點(diǎn)距軸心為r,R根據(jù)對稱性，取以o為心，過場點(diǎn)的圓周環(huán)路L。29由法拉第電磁感應(yīng)定律Rr30Rr若>則<電動勢方向如圖<>若則電動勢方向如圖311）

2）感生電場源于法拉第電磁感應(yīng)定律又高于法拉第電磁感應(yīng)定律只要以L為邊界的曲面內(nèi)有磁通的變化就存在感生電場電子感應(yīng)加速器的基本原理1947年世界第一臺能量為70MeV討論323）感生電動勢的計算重要結(jié)論半徑oa線上的感生電動勢為零證明：因?yàn)楦猩妶鍪菆A周的切線方向，所以必然有則有應(yīng)用上述結(jié)論可方便計算某些情況下的感生電動勢33應(yīng)用上述結(jié)論方便計算電動勢方法：補(bǔ)上半徑方向的線段構(gòu)成回路利用法拉第電磁感應(yīng)定律例：求線段ab內(nèi)的感生電動勢解：補(bǔ)上兩個半徑ob和ao

與ba構(gòu)成回路obao由法拉第電磁感應(yīng)定律，有由得34又如求如圖所示的ab段內(nèi)的電動勢ab解：補(bǔ)上半徑oa

bo

設(shè)回路方向如圖oB由電動勢定義式和法拉第定律有關(guān)系式：35由于所以由于是空間均勻場所以磁通量為得解：oB（陰影部分）364）渦電流趨膚效應(yīng)渦流(渦電流)的熱效應(yīng)有利：高頻感應(yīng)加熱爐有害：會使變壓器鐵心發(fā)熱，所以變壓器鐵芯用絕緣硅鋼片疊成渦流的機(jī)械效應(yīng)應(yīng)用：電磁阻尼(電表制動器)

電磁驅(qū)動(異步感應(yīng)電動機(jī))

高頻趨膚效應(yīng)37煉制特殊鋼去除金屬電極吸附的氣體電磁爐渦電流的機(jī)械效應(yīng)演示渦電流38§4自感互感現(xiàn)象一、自感現(xiàn)象自感系數(shù)二、互感現(xiàn)象互感系數(shù)39§3自感互感現(xiàn)象實(shí)際線路中的感生電動勢問題一、自感現(xiàn)象自感系數(shù)自感現(xiàn)象反映了電路元件反抗電流變化的能力(電慣性)演示K合上燈泡A先亮B后亮K斷開B會突閃線圈40由于自己線路中的電流變化而在自己的線路中產(chǎn)生感應(yīng)電流的現(xiàn)象叫自感現(xiàn)象設(shè)非鐵磁質(zhì)電路中的電流為回路中的磁通為寫成等式則比例系數(shù)定義為該回路的自感系數(shù)41自感系數(shù)的物理意義：單位電流變化引起感應(yīng)電動勢的大小。由法拉第電磁感應(yīng)定律有自感系數(shù)的一般定義式42例：求長直螺線管的自感系數(shù)幾何條件和介質(zhì)如圖所示解：設(shè)電流I通過螺線管線路總長l總匝數(shù)N則管內(nèi)磁感強(qiáng)度為全磁通（磁鏈）為43自感系數(shù)只與裝置的幾何因素和介質(zhì)有關(guān)總長l總匝數(shù)N全磁通（磁鏈）為由自感系數(shù)定義有44二、互感現(xiàn)象互感系數(shù)12第1個線圈內(nèi)電流的變化，會在第2個線圈內(nèi)引起感應(yīng)電動勢，即非鐵磁質(zhì)裝置互感系數(shù)的定義為：4512同樣，第2個線圈內(nèi)電流的變化，會在第1個線圈內(nèi)引起感應(yīng)電動勢，即對非鐵磁質(zhì)互感系數(shù)同樣可寫成46顯然對于一個裝置只能有一個互感系數(shù)上述分析過程可告訴我們，計算互感系數(shù)可以視方便而選取合適的通電線路線圈1通電線圈2通電4