大學(xué)物理電子教案

大學(xué)物理電子教案2023/12/28大學(xué)物理電子教案第五章電磁感應(yīng)§1電磁感應(yīng)定律§2動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)§3互感和自感2大學(xué)物理電子教案§1電磁感應(yīng)定律法拉第（MichaelFaraday,1791-1867），偉大的英國(guó)物理學(xué)家和化學(xué)家.他創(chuàng)造性地提出場(chǎng)的思想，磁場(chǎng)這一名稱是法拉第最早引入的.他是電磁理論的創(chuàng)始人之一，于1831年發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，后又相繼發(fā)現(xiàn)電解定律，物質(zhì)的抗磁性和順磁性，以及光的偏振面在磁場(chǎng)中的旋轉(zhuǎn).3大學(xué)物理電子教案§1電磁感應(yīng)定律當(dāng)穿過回路所圍曲面的磁通量發(fā)生變化，回路上要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。B變,回路形狀或方位變,都會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象NSVNSI（t）B4大學(xué)物理電子教案§1電磁感應(yīng)定律二、法拉第定律當(dāng)穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化時(shí)，回路中的電動(dòng)勢(shì)等于磁通量隨時(shí)間的變化率反號(hào)。即：多匝導(dǎo)體線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：感應(yīng)電流：磁鏈只有感應(yīng)電流時(shí)流過導(dǎo)線的電荷的電量5大學(xué)物理電子教案§1電磁感應(yīng)定律例：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(dòng)勢(shì)解：設(shè)當(dāng)I

0時(shí)，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)處取一面元6大學(xué)物理電子教案§1電磁感應(yīng)定律xdx7大學(xué)物理電子教案§1電磁感應(yīng)定律三、楞次定律感應(yīng)電流有確定的方向，它所產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向總是在抵消或補(bǔ)償引起感應(yīng)電流的磁通量變化的方向上。楞次定律是能量守恒定律在電磁感應(yīng)中的體現(xiàn)。維持滑桿運(yùn)動(dòng)必須外加一力，此過程為外力克服安培力做功轉(zhuǎn)化為焦耳熱.機(jī)械能焦耳熱++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++8大學(xué)物理電子教案§2動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)引起磁通量變化的原因

1）穩(wěn)恒磁場(chǎng)中的導(dǎo)體運(yùn)動(dòng),或者回路面積變化、取向變化等動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)2）導(dǎo)體不動(dòng)，磁場(chǎng)變化感生電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)+-I閉合電路的總電動(dòng)勢(shì):非靜電的電場(chǎng)強(qiáng)度.9大學(xué)物理電子教案§2動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)一、動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)+++++++++++++++++++++++++++++++++++OP設(shè)桿長(zhǎng)為

動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的非靜電力場(chǎng)來源洛倫茲力---++平衡時(shí)10大學(xué)物理電子教案§2動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)求動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的一般步驟：（1）規(guī)定一積分路線的方向，即方向。（2）任取線元，考察該處方向以及的正負(fù)（3）利用計(jì)算電動(dòng)勢(shì)說明電動(dòng)勢(shì)的方向與積分路線方向相同說明電動(dòng)勢(shì)的方向與積分路線方向相反11大學(xué)物理電子教案§2動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)解例1一長(zhǎng)為的銅棒在磁感強(qiáng)度為的均勻磁場(chǎng)中,以角速度在與磁場(chǎng)方向垂直的平面上繞棒的一端轉(zhuǎn)動(dòng)，求銅棒兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).+++++++++++++++++++++++++++++++++++oP（點(diǎn)P的電勢(shì)高于點(diǎn)O的電勢(shì)）

方向O

P12大學(xué)物理電子教案§2動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)例2一導(dǎo)線矩形框的平面與磁感強(qiáng)度為的均勻磁場(chǎng)相垂直.在此矩形框上,有一質(zhì)量為長(zhǎng)為的可移動(dòng)的細(xì)導(dǎo)體棒;矩形框還接有一個(gè)電阻,其值較之導(dǎo)線的電阻值要大得很多.若開始時(shí),細(xì)導(dǎo)體棒以速度沿如圖所示的矩形框運(yùn)動(dòng),試求棒的速率隨時(shí)間變化的函數(shù)關(guān)系.

解如圖建立坐標(biāo)棒所受安培力方向沿軸反向++++++棒中且由13大學(xué)物理電子教案§2動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)方向沿軸反向棒的運(yùn)動(dòng)方程為則計(jì)算得棒的速率隨時(shí)間變化的函數(shù)關(guān)系為++++++14大學(xué)物理電子教案§2動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)二、感生電動(dòng)勢(shì)麥克斯韋爾假設(shè)變化的磁場(chǎng)在其周圍空間激發(fā)一種電場(chǎng),這個(gè)電場(chǎng)叫感生電場(chǎng).閉合回路中的感生電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)的非靜電場(chǎng)感生電場(chǎng)15大學(xué)物理電子教案§2動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)感生電場(chǎng)是非保守場(chǎng)和均對(duì)電荷有力的作用.感生電場(chǎng)和靜電場(chǎng)的對(duì)比靜電場(chǎng)是保守場(chǎng)

靜電場(chǎng)由電荷產(chǎn)生；感生電場(chǎng)是由變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生.16大學(xué)物理電子教案§2動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)感生電場(chǎng)的計(jì)算步驟:(a)過考察點(diǎn)作一回路,規(guī)定其繞行方向.(b)用右手螺旋法則定出回路所圍面的法線方向,即的方向or計(jì)算出感生電場(chǎng)的方向與回路的繞行方向一致感生電場(chǎng)的方向與回路的繞行方向相反（c）計(jì)算磁通量及隨時(shí)間的變化（d）計(jì)算環(huán)路積分，利用17大學(xué)物理電子教案例如圖中，線段ab內(nèi)的感生電動(dòng)勢(shì)解：補(bǔ)上兩個(gè)半徑oa和bo與ab構(gòu)成回路obaooab因?yàn)樗杂校骸?動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)18大學(xué)物理電子教案三渦電流感應(yīng)電流不僅能在導(dǎo)電回路內(nèi)出現(xiàn)，而且當(dāng)大塊導(dǎo)體與磁場(chǎng)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或處在變化的磁場(chǎng)中時(shí)，在這塊導(dǎo)體中也會(huì)激起感應(yīng)電流.這種在大塊導(dǎo)體內(nèi)流動(dòng)的感應(yīng)電流,叫做渦電流,簡(jiǎn)稱渦流.應(yīng)用：熱效應(yīng)、電磁阻尼效應(yīng).§2動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)19大學(xué)物理電子教案§3互感和自感一互感系數(shù)在電流回路中所產(chǎn)生的磁通量在電流回路中所產(chǎn)生的磁通量

互感僅與兩個(gè)線圈形狀、大小、匝數(shù)、相對(duì)位置以及周圍的磁介質(zhì)有關(guān)（無鐵磁質(zhì)時(shí)為常量）.注意20大學(xué)物理電子教案§3互感和自感互感系數(shù)問：下列幾種情況互感是否變化？1）線框平行直導(dǎo)線移動(dòng)；2）線框垂直于直導(dǎo)線移動(dòng)；3）線框繞OC軸轉(zhuǎn)動(dòng)；4）直導(dǎo)線中電流變化.OC互感電動(dòng)勢(shì)

21大學(xué)物理電子教案§3互感和自感例在一個(gè)無限長(zhǎng)直線旁邊有一個(gè)矩形線圈，幾何尺寸和相對(duì)位置如圖所示。試求互感系數(shù)。abl解：設(shè)長(zhǎng)直導(dǎo)線載流I1，則有：矩形線圈中的磁通量為rdrI22大學(xué)物理電子教案§3互感和自感二自感系數(shù)穿過閉合電流回路的磁通量1）自感

若線圈有N匝，自感

磁通匝數(shù)無鐵磁質(zhì)時(shí),自感僅與線圈形狀、磁介質(zhì)及

N

有關(guān).注意23大學(xué)物理電子教案§3互感和自感當(dāng)時(shí)，2）自感電動(dòng)勢(shì)

自感單位：1

亨利（H）=

1韋伯/安培

（1

Wb/A）24大學(xué)物理電子教案§3互感和自感例如圖的長(zhǎng)直密繞螺線管,已知,求其自感.（忽略邊緣效應(yīng)）解先設(shè)電流I

根據(jù)安培環(huán)路定理求得H

B.25大學(xué)物理電子教案§3互感和自感（一般情況可用下式測(cè)量自感）26大學(xué)物理電子教案§3互感和自感例有兩個(gè)同軸圓筒形導(dǎo)體,其半徑分別為和,通過它們的電流均為,但電流的流向相反.設(shè)在兩圓筒間充滿磁導(dǎo)率為