大学物理电磁感应(老师)PPT参考课件.ppt

第17章，电磁感应(变化的磁场和变化的电场)，1，6/8/2020，1法拉第电磁感应定律2感应电动势3感应电动势感应电场4感应互感现象5磁场能，2，6/8/2020，电流和磁场反映了物质的世界对称性，1820年，埃尔斯法拉第以高度的实验和敏锐的观察力，经过十年的努力，观察了1831年第一次电流变化时发生的感应现象。 电磁感应现象通过实验回答了这个问题，3，6/8/2020，4，6/8/2020，1法拉第电磁感应规律，电磁感应现象的电磁感应规律，现象总结了5，6/8/2020，1，电磁感应现象，6，6/8/2020，电磁感应发生的起通过闭合导体电路的磁通发生变化时，电路会产生电流。 这种现象叫做电磁感应现象，产生的电流叫做感应电流。 7、6/8/2020、第一类、第二类、一、电磁感应现象根据发生原因分为两类，左三种情况下电流计指针可以摆动，8、6/8/2020，通过一个闭合的导体电路的磁通变化时电路中产生电流，这种现象称为电磁感应现象1 )分析上述2种电磁感应现象发生的共同原因，是电路中的磁通随时间变化；2 )电磁感应产生的电动势被称为感应电动势。 3 )第一类产生的感应电动势称为感应电动势，第二类产生的感应电动势称为感应电动势，9、6/8/2020，2、电磁感应规律，1 .法拉第电磁感应规律，式中的负号表示感应电动势方向和磁通变化的关系。 的双曲馀弦值。 通过闭合回路面积的磁通变化时，在回路中产生感应电动势，该感应电动势与磁通的时间变化率的负值成正比。 注意，如果电路是n匝密卷线圈，则在国际单位系统中，k=1、磁通链数、10、6/8/2020、二、电磁感应规律、2 .极性规律、感应电流总是阻止磁通的变化，闭合电路中的感应电流的磁场必须抵抗引起感应电流的磁通的变化。 11、6/8/2020，规定回路的迂回方向，确定的正负。 角度90o，0，否则为0。 确定的正负。 由、确定的正负。、三、感应电动势的方向的判断，1 .根据电磁感应定律判断电动势的方向，、感应电动势的方向与迂回方向相同，感应电动势的方向与迂回方向相反，13、2 .根据、14、6/8/2020， 2、2 .若设电路中的电阻为r，则在t1和t2的时刻，通过电路的磁通量分别为1和2，则在t1t2的时间，通过电路的任意截面的感应电量为：q仅与磁通量的变化量无关，与磁通量的变化速度无关。 说明：15，6/8/2020，例17.1设置长方形电路放在稳定磁场中，ab边可以左右滑动，磁场方向垂直于电路平面，导体以速度v向右移动，求出电路上的感应电动势的大小和方向。 解：顺时针表示电路的旋转方向，负值表示感应电动势的方向为逆时针方向。 当ab=l、da=x时，通过电路的磁通量也能够通过瓦楞纸的法则来判断感应电动势的方向。 注意：导体在磁场中移动时，也可以用右手定律判断电动势的方向。 16、6/8/2020，例2 :直线导线中流过交流电流，放入磁导率的介质中。 求：与它共面的n匝矩形电路中的感应电动势。 解： I0时的电流方向为图，知道的话，其中I0和电路l的方向为图，坐标系为图，在任意的坐标x取一面元的话，是比零大的常数。17、6/8/2020、交变电动势、18、6/8/2020、解：电路l方向图、坐标系图、在任意坐标x取一面要素、例17.2图所示，在一长直线导线上流过电流I，然后在d远处有矩形线圈ABCD，该线圈(方向顺时针)、3.10-23、v、19、6/8/2020、解：感应电动势、例4、11112222222222222222222222222电路l的正方向如图所示：导体固定，磁场变化产生，通过磁通，从电场的角度阐明电磁感应现象的本质研究的问题是什么是对应于电动势的非静电场？ 接下来要介绍的内容是：22、6/8/2020,2、2、2电动势、1、电动势的非静电力、矩形导体电路、使可动边以导体棒ab、长度l、等速运动。 棒中的自由电子与棒一起运动，受到的洛伦兹力，电动势：单位正电荷通过电源内部从负转移到正的过程中，非静电力起作用的工作。 产生电动势的非静电力是洛伦兹力。 由23、6/8/2020,2、2、2动电动势、2、动电动势、电动势定义：在以电动势定义的情况下，引起动电动势的非静电力为洛伦兹力。 非静电力电场强度(单位正电荷受到的力) :电动势为：24，6/8/2020，1，电动势仅存在于运动的导体中，不运动的导体没有电动势。 结论： 2、电动势的产生必须由导体构成电路，构成电路是形成电流的必要条件。 3、要产生电动势，导体必须切断感应线。 引线AB在单位时间内扫描面积为：通过该面积的感应线的数量为：动态电动势为：运动引线在单位时间内被切断的感应线的数量，25，6/8/2020，动态电动势：讨论： (1)、(2)导体在磁场中运动，环路不闭合，此时AB是开路电源(导体没有切断磁力线)、26、6/8/2020 2动电动势，三，动电动势的计算，方法二：方法一：仅适用于切断磁力线的导体，1 )式、2 )式，适用于所有电路的电动势的计算，例17.1，导体棒ab在均匀的磁场中运动，同样的结果，27 如图17.2所示，在长的直线导线中流过电流I，在离此远的d处有矩形的线圈ABCD，该线圈以速度v向垂直的直线导线的方向右运动，求出此时的线圈的感应的解：在该线圈AB和CD中不产生电动势，仅在AD和BC中产生电动势用动态电动势再现例17.2，同样的结果，如图28、6/8/2020、例17.3所示，长直线导线流过电流I=10A，其附近有长l=0.2m的金属棒AB，以v=2m/s的速度与长直线导线平行地进行等速运动，棒附近的导线的一端解是，因为金属棒处于通电导线的不均匀磁场中，所以必须把金属棒分成多个长度要素dx。 如此，可以将每个dx的磁场看作是均匀的，其磁感应强度的大小是I、l、v、x、a、b、d、dx，其中，x是长度要素dx与长度要素dx之间的距离，29、6/8/2020，I的方向是从b到a、b 由于在所有长度要素中产生的电动势的方向相同，所以金属棒中的总电动势根据电动势的式，可知dx短语上的电动势为I，l，v，x，a，b，d，dx，30，6/8/2020，例17.4的磁感应强度为b 解：磁场均匀，但导体棒上各处v不同。从o端到l处取素dl，导体棒在单位时间内扫描的面积为：单位时间内切磁力线的数量为：负表示方向相反，动电动势与运动导线在单位时间内切磁力线的根数相等，31、6/8/2020，闭回路OABO，顺时针旋转正是电动势方向和积分方向相同的ab导体棒在单位时间内扫描的垂直磁场的面积为：单位时间内切断磁力线的数量为：方法2 :可动电动势和运动导线在单位时间内切断的感应线的根数也可以利用来计算。 34、6/8/2020、例17.6平面线圈面积由s、n匝导线构成，在感应强度b的均匀磁场中绕oo等速旋转，角速度与oo和磁场垂直。 t=0时，平面法线成为与磁场平行的同方向。 (1)求I (2)设线圈电阻为r，求感应电流。 解：设为t时刻n和b所成的角度，线圈中的电流随时间周期性地变化。 这个电流叫交流。 交流发电机的基本原理，35，6/8/2020，实验证明，当磁场随时间变化时，导体上感应电动势感应电动势。 非静电力是洛伦兹力吗？ 无论有无导体和导体电路，变化的磁场都在其周围的空间中激发出封闭电边界线的电场，也被称为感应电场和涡流(有)旋转电场。 麦克斯韦产生感应电动势的非静电力为涡电场力，3感应电动势感应电场，1 .感应电动势：被电路静止电路包围的磁通变化时，电路产生的电动势为感应电动势。 36，6/8/2020，1，1 .感应电动势：被电路静止电路包围的磁通变化时，电路中产生的电动势成为感应电动势。 如果EV表示感应电场的强度，则从电动势和法拉第电磁感应法则得到感应电动势：1)感应电场的环流，这说明法拉第电磁感应法则为感应电场为非保守场，感应电场和变化磁场的关系，37，6/8/2020，3 ) s和l的关系s是以l为边界的任意感应电场的通量、感应电场为无源场的以l为界的面积可以是S1，也可以是S2，38，6/8/2020，感应电场和静电场的比较、场源、环流、静止电荷、变化的磁场、通量、 静电场是保养场，感应电场是非保养场，静电场是有源场，感应电场是被动场，也就是说感应电场的性质是被动有旋转场，39， 6/8/2020感应电场和变化磁场的关系为： (1)感应电场和磁场的变化率为左旋关系，在空间存在变化磁场的情况下产生电场，(2)问题中有动态和感应电动势的情况下，总感应电动势为、40，6/8/2020 (2)用法拉第电磁感应定律计算：求闭合线圈的感应电动势，照原样使用法拉第定律求引线的感应电动势，