11電磁感應(yīng)現(xiàn)象法拉第電磁感應(yīng)定律要點(diǎn)課件

(ElectromagneticInduction)電磁感應(yīng)磁懸浮列車(chē)電流磁場(chǎng)電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生?問(wèn)題的提出引：1820年丹麥物理學(xué)家?jiàn)W斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，人們就開(kāi)始了其逆效應(yīng)的研究。

1831年八月英國(guó)物理學(xué)家M.Faraday發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象并總結(jié)出電磁感應(yīng)定律，大大推動(dòng)了電磁理論的發(fā)展。

電磁感應(yīng)定律的發(fā)現(xiàn)，不但找到了磁生電的規(guī)律，更重要的是它揭示了電和磁的聯(lián)系，為電磁理論奠定了基礎(chǔ)。并且開(kāi)辟了人類(lèi)使用電能的道路。成為電磁理論發(fā)展的第一個(gè)重要的里程碑。核心：法拉第電磁感應(yīng)定律用好算好法拉第定律必須要學(xué)好做好磁通量1.電源將其它形式的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。電源電動(dòng)勢(shì)2、電源電動(dòng)勢(shì)描寫(xiě)電源將其它形式能量轉(zhuǎn)變成電能的能力。負(fù)載AB電源

在電源內(nèi)部存在一非靜電力，該非靜電力將正電荷從電勢(shì)低的電源負(fù)極移動(dòng)到電勢(shì)高的正極，與靜電力相反，因此在電源內(nèi)部存在一非靜電場(chǎng)Ek。非靜電場(chǎng)對(duì)電荷dq的非靜電力定義電源電動(dòng)勢(shì)在電源內(nèi),電荷dq由負(fù)極移到正極時(shí)非靜電力所作的功描述電源搬動(dòng)電荷的能力電動(dòng)勢(shì)是標(biāo)量,但含正負(fù)。規(guī)定：電動(dòng)勢(shì)的正方向：由負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部指向正極電磁感應(yīng)定律一電磁感應(yīng)的基本現(xiàn)象

當(dāng)回路磁通發(fā)生變化時(shí)在回路中產(chǎn)生電流的現(xiàn)象稱(chēng)為電磁感應(yīng)現(xiàn)象。產(chǎn)生的電流叫感應(yīng)電流。

回路中有電流，意味著回路中有電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)電動(dòng)勢(shì)是由磁通量的變化引起的，故叫感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。確切講，電磁感應(yīng)現(xiàn)象應(yīng)理解為：當(dāng)穿過(guò)導(dǎo)體回路的磁通量發(fā)生變化時(shí)，回路中就產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)比感應(yīng)電流更能反映電磁感應(yīng)的現(xiàn)象的本質(zhì)。二.規(guī)律1.法拉第定律2.楞次定律法拉第經(jīng)過(guò)十年不懈的探索，1831年得出：一匝線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

的大小當(dāng)回路磁通變化時(shí)，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通量總是反抗回路中原磁通量的變化。負(fù)號(hào)表示感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)總是反抗磁通量的變化3.法拉第電磁感應(yīng)定律〔配以某些約定兩定律綜合〕

約定①選定回路的繞行方向（計(jì)算正方向）②當(dāng)磁力線方向與所套鏈繞行方向成右手螺

旋時(shí)磁通量為正；反之為負(fù)。③當(dāng)計(jì)算所得ε

>0

時(shí)，其方向與繞行

方向一致；ε<0，與繞行方向相反?！才湟阅承┘s定兩定律綜合〕

如均勻磁場(chǎng).....................均勻磁場(chǎng)★若繞行方向取如圖示的回路方向按約定<0電動(dòng)勢(shì)的方向與所選的繞行方向相反確定：回路中電動(dòng)勢(shì)的“方向”磁通量為正即負(fù)號(hào)說(shuō)明.....................均勻磁場(chǎng)★若繞行方向取如圖所示的方向>0電動(dòng)勢(shì)的方向與所選繞行方向一致按約定磁通量取負(fù)正號(hào)說(shuō)明選取的兩種繞行方向所得的結(jié)果相同①使用意味著約定?、?/p>

磁鏈

對(duì)于N匝串聯(lián)回路每匝中穿過(guò)的磁通分別為說(shuō)明則有稱(chēng)為磁鏈當(dāng)每一匝線圈的磁通都相等時(shí)，法拉第抓住感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而不是感應(yīng)電流，……感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)更本質(zhì)。圖中L若是導(dǎo)線，則有

，也有i;圖中L若是空氣，則有

，沒(méi)有i;注意：感應(yīng)電流的方向與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向總是一致的。L感應(yīng)電流.感應(yīng)電流、感應(yīng)電量感應(yīng)電量為：感應(yīng)電量只與回路中磁通量的變化量有關(guān)，與磁通量變化的快慢無(wú)關(guān)。因?yàn)楦袘?yīng)電流又可表示為：1.選擇回路的繞行方向，確定回路中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B；2.由求回路中的磁通量

m

；3.由求出

；4.由的正負(fù)判定其方向應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律解題的方法LabI例1：

在通有電流為I=I0cosωt的長(zhǎng)直載流導(dǎo)線旁，放置一矩形回路，如圖所示，回路以速度v水平向右運(yùn)動(dòng)，求回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。解：建立坐標(biāo)系，如圖所示取一窄帶dx，xdxxo電流I產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為：設(shè)回路方向?yàn)轫槙r(shí)針LIS例2：長(zhǎng)直螺線管繞有N匝線圈，通有電流I且（C為常數(shù)且大于零），求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。B解：方向順時(shí)針?lè)较蚰鏁r(shí)針感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)磁通量

m變動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)磁場(chǎng)不變，回路面積S變感生電動(dòng)勢(shì)回路不動(dòng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度變

在磁場(chǎng)中,導(dǎo)體棒AB以v沿金屬導(dǎo)軌向右運(yùn)動(dòng),導(dǎo)體切割磁力線,回路面積發(fā)生變化,導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)。自由電子所受的洛侖茲力

產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的實(shí)質(zhì)是由于運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體中的電荷在磁場(chǎng)中受洛侖茲力fL的結(jié)果。一、動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)與感生電動(dòng)勢(shì)起因：由得:代入得:方向：電動(dòng)勢(shì)方向從負(fù)極到正極。以上結(jié)論普遍成立。大?。簽榕c

的夾角為與的夾角。如果整個(gè)回路都在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，則在回路中產(chǎn)生的總的電動(dòng)勢(shì)為：動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)公式：每個(gè)電子受的洛侖茲力洛侖茲力對(duì)電子做功的代數(shù)和為零。對(duì)電子做正功，反抗外力做功洛侖茲力的作用并不提供能量，而只是傳遞能量，即外力克服洛侖茲力的一個(gè)分量

所做的功，通過(guò)另一個(gè)分量

轉(zhuǎn)換為動(dòng)生電流的能量。實(shí)質(zhì)上表示能量的轉(zhuǎn)換和守恒。發(fā)電機(jī)的工作原理就是靠洛侖茲力將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。結(jié)論動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)只存在于運(yùn)動(dòng)的一段導(dǎo)體上，而不動(dòng)的那一段導(dǎo)體上沒(méi)有電動(dòng)勢(shì)。3.代公式求導(dǎo)體元上的電動(dòng)勢(shì)

動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的求解可以采用兩種方法：一是利用“動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)”的公式來(lái)計(jì)算；二是設(shè)法構(gòu)成一種合理的閉合回路以便于應(yīng)用“法拉第電磁感應(yīng)定律”求解。公式：.動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算方法1、在運(yùn)動(dòng)導(dǎo)線上分割取導(dǎo)體元取2、計(jì)算該處的

4、w

B例1：在均勻磁場(chǎng)B中，一長(zhǎng)為L(zhǎng)的導(dǎo)體棒繞一端o點(diǎn)以角速度w

轉(zhuǎn)動(dòng)，求導(dǎo)體棒上的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)。oL解1：由動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)定義計(jì)算dlvl分割導(dǎo)體元dl,導(dǎo)體元上的電動(dòng)勢(shì)為:導(dǎo)體元的速度為:l整個(gè)導(dǎo)體棒的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)為:方向沿棒指向o點(diǎn)。與

的夾角：和

的夾角：解2：利用法拉第電磁感應(yīng)定律計(jì)算構(gòu)成假想扇形回路，使其包圍導(dǎo)體棒旋轉(zhuǎn)時(shí)掃過(guò)的面積；回路中只有導(dǎo)體棒部分產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，虛線部分靜止不產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。ovBω扇形面積：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：由楞次定律可判斷動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的方向沿導(dǎo)體棒指向o。其中利用法拉第電磁感應(yīng)定律與用動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的方法計(jì)算的結(jié)果相同。例2:在通有電流I的無(wú)限長(zhǎng)載流直導(dǎo)線旁，距a垂直放置一長(zhǎng)為L(zhǎng)以速度v向上運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體棒，求導(dǎo)體棒中的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)。解1：由動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)定義計(jì)算由于在導(dǎo)體棒處的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布是非均勻的，導(dǎo)體上各導(dǎo)體元產(chǎn)生的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)也是不一樣的，分割導(dǎo)體元dx。aLIxdxx導(dǎo)體元處的磁場(chǎng)B為：導(dǎo)體元所產(chǎn)生的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)方向沿x軸負(fù)向，大小為：與

的夾角：和

的夾角：解2：利用法拉第電磁感應(yīng)定律計(jì)算構(gòu)成假想矩形回路，將回路分割成無(wú)限多長(zhǎng)為y、寬為dx的面元.整個(gè)回路的磁通量為：穿過(guò)面元的磁通量為：整個(gè)導(dǎo)體棒的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)為:導(dǎo)體所產(chǎn)生的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)方向沿x軸負(fù)向。aLIxdx回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：vadxyBIL由于假想回路中只有導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)，其它部分靜止，所以整個(gè)回路中的電動(dòng)勢(shì)也就是導(dǎo)體棒的電動(dòng)勢(shì)。電動(dòng)勢(shì)的方向由楞次定律可知水平向左。二感生電動(dòng)勢(shì)和感生電場(chǎng)一.感生電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的原因----感生電場(chǎng)力1861年，麥克斯韋（1831-1879）大膽假設(shè)

“變化的磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生感生電場(chǎng)”。他提出：感生電場(chǎng)的電力線是閉合的，是一種非靜電場(chǎng)。正是這種非靜電場(chǎng)產(chǎn)生了感生電動(dòng)勢(shì)。感生電場(chǎng)有什么性質(zhì)？看感生電場(chǎng)的環(huán)流怎么樣？通量怎么樣？不動(dòng)變磁場(chǎng)變化引起的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為感生電動(dòng)勢(shì)。按照法拉第電磁感應(yīng)定律所以有（的正方向與L成右手螺旋關(guān)系）現(xiàn)在回路中由電動(dòng)勢(shì)的普遍定義：感生電場(chǎng)的環(huán)流與磁場(chǎng)的變化有聯(lián)系：設(shè)感生電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度為因?yàn)楦猩妶?chǎng)的電力線是閉合的，所以對(duì)任一封閉面，感生電場(chǎng)的通量為零。（的正方向與L成右手螺旋關(guān)系）這就是感生電場(chǎng)的環(huán)流規(guī)律。感生電場(chǎng)的通量等于什么？這就是感生電場(chǎng)的通量規(guī)律。（記）（記）感生電場(chǎng)的電力線類(lèi)似于磁力線，是無(wú)頭無(wú)尾的閉合曲線，呈渦旋狀，所以稱(chēng)之為渦旋電場(chǎng)。起源由靜止電荷激發(fā)由變化的磁場(chǎng)激發(fā)電力線形狀電力線為非閉合曲線電力線為閉合曲線靜電場(chǎng)為無(wú)旋場(chǎng)感生電場(chǎng)為有旋場(chǎng)感生電場(chǎng)與靜電場(chǎng)的區(qū)別電場(chǎng)的性質(zhì)為保守場(chǎng)作功與路徑無(wú)關(guān)為非保守場(chǎng)作功與路徑有關(guān)靜電場(chǎng)為有源場(chǎng)感生電場(chǎng)為無(wú)源場(chǎng)靜電場(chǎng)感生電場(chǎng)一般有由于的通量為零，由于的環(huán)流為零，在穩(wěn)恒條件下，一切物理量不隨時(shí)間變化，靜電場(chǎng)的環(huán)路定理.感生電動(dòng)勢(shì)與感生電場(chǎng)的計(jì)算（有時(shí)需設(shè)計(jì)一個(gè)閉合回路）方法一：由電動(dòng)勢(shì)的定義方法二：由法拉第電磁感應(yīng)定律例1：圓形均勻分布的磁場(chǎng)半徑為R，磁場(chǎng)隨時(shí)間均勻增加，求空間的感生電場(chǎng)的分布情況。解：作半徑為r的環(huán)形路徑;1.r<R

區(qū)域：oR由于磁場(chǎng)均勻增加，圓形磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)、外

線為一系列同心圓；環(huán)路上各點(diǎn)的大小相等,方向與路徑方向相同,且磁場(chǎng)均勻增加，設(shè)渦旋電場(chǎng)的繞向也為逆時(shí)針?lè)较颉?.r>R

區(qū)域E感oRB作半徑為r的環(huán)形路徑;同理

r<R

區(qū)域：E感分布曲線所以∵積分面積為回路中有磁場(chǎng)存在的面積，E感roR例2：圓形均勻分布的磁場(chǎng)半徑為R，磁場(chǎng)隨時(shí)間均勻增加，在磁場(chǎng)中放置一長(zhǎng)為L(zhǎng)的導(dǎo)體棒，求棒中的感生電動(dòng)勢(shì)。LoRBhrdl解：在dl上產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)為：由上題結(jié)果，圓形區(qū)域內(nèi)部的感生電場(chǎng)：作用在導(dǎo)體棒上，使導(dǎo)體棒上產(chǎn)生一個(gè)向右的感生電動(dòng)勢(shì)，沿線作半徑為r的環(huán)路，分割導(dǎo)體元dl，其中則：E感hoRrdl其中方向向右。法2：用法拉第電磁感應(yīng)定律求解，如圖構(gòu)造逆時(shí)針?lè)较蜷]合回路，討論

將導(dǎo)體放入變化的磁場(chǎng)中時(shí)，由于在變化的磁場(chǎng)周?chē)嬖谥鴾u旋的感生電場(chǎng)，感生電場(chǎng)作用在導(dǎo)體內(nèi)的自由電荷上，使電荷運(yùn)動(dòng)，形成渦電流。I渦1.渦電流(1)工頻感應(yīng)爐的應(yīng)用

在冶金工業(yè)中，某些熔化活潑的稀有金屬在高溫下容易氧化，將其放在真空環(huán)境中的坩堝中，坩堝外繞著通有交流電的線圈，對(duì)金屬加熱，防止氧化。抽真空2.渦電流的應(yīng)用電磁感應(yīng)現(xiàn)象的應(yīng)用舉例：(2)用渦電流加熱金屬電極

在制造電子管、顯像管或激光管時(shí)，在做好后要抽氣封口，但管子里金屬電極上吸附的氣體不易很快放出，必須加熱到高溫才能放出而被抽走,利用渦電流加熱的方法，一邊加熱，一邊抽氣，然后封口。抽真空接高頻發(fā)生器顯像管(3)電磁爐

在市面上出售的一種加熱炊具----電磁爐。這種電磁爐加熱時(shí)爐體本身并不發(fā)熱，在爐內(nèi)有一線圈，當(dāng)接通交流電時(shí)，在爐體周?chē)a(chǎn)生交變的磁場(chǎng)，

當(dāng)金