电磁感应定律.

1、13.1 13.1 电磁感应定律电磁感应定律水电站水电站第十三章第十三章 电磁感应电磁感应13.1 13.1 电磁感应定律电磁感应定律13.1 13.1 电磁感应定律电磁感应定律13.1 电磁感应定律电磁感应定律 13.1.1 电磁感应现象电磁感应现象 13.1.2 楞次定律楞次定律 13.1.3 电磁感应定律电磁感应定律 13.1 13.1 电磁感应定律电磁感应定律感应电流感应电流奥斯特奥斯特安培安培菲涅尔菲涅尔奥斯特实验说明载流线圈能激发磁场奥斯特实验说明载流线圈能激发磁场磁铁是否能在载流线圈中激发电流呢磁铁是否能在载流线圈中激发电流呢？在导体回路中产生在导体回路中产生 的现象，称为的现象

2、，称为电磁感应现象电磁感应现象法拉第法拉第13.1 13.1 电磁感应定律电磁感应定律迈克尔迈克尔法拉第法拉第(1791(17911867) 1867) 1791年年9月月22日生于伦敦日生于伦敦 7岁到岁到9岁读过两年小学岁读过两年小学 13岁在一家书店当了装订书的学徒岁在一家书店当了装订书的学徒 1812年秋，法拉第听了戴维的讲演，激起对年秋，法拉第听了戴维的讲演，激起对科学研究的极大兴趣科学研究的极大兴趣 1813年年3月，戴维推荐法拉第到皇家研究院月，戴维推荐法拉第到皇家研究院实验室作自己的助理实验员实验室作自己的助理实验员 1821年法拉第开始研究电磁理论年法拉第开始研究电磁理论 1

3、822年法拉第在日记中写下年法拉第在日记中写下“磁能转化成电磁能转化成电” 1831年年11月法拉第得到电磁感应定律月法拉第得到电磁感应定律 1833年到年到1834年，法拉第从实验中得出了电解定律年，法拉第从实验中得出了电解定律 1852年，法拉第引入了电力线、磁力线的概念年，法拉第引入了电力线、磁力线的概念 1867年年8月月25日法拉第在伦敦去世日法拉第在伦敦去世13.1 13.1 电磁感应定律电磁感应定律 为了纪念法拉第，用他的名字命名电容的为了纪念法拉第，用他的名字命名电容的单位单位法拉法拉13.1 13.1 电磁感应定律电磁感应定律感应电流与感应电流与N-S的的磁性、速度有关磁性、

4、速度有关与有无磁介质、开关与有无磁介质、开关速度、电源极性有关速度、电源极性有关演示动画：现象演示动画：现象1演示动画：现象演示动画：现象213.1.1 电磁感应现象电磁感应现象 13.1 13.1 电磁感应定律电磁感应定律 感生电流与感生电流与B的大小、方向，与导体回路面积的大小、方向，与导体回路面积 S 的的变化有关变化有关演示动画：现象演示动画：现象3BabvF13.1 13.1 电磁感应定律电磁感应定律 当穿过闭合导体回路的当穿过闭合导体回路的磁通量磁通量发生变化时，不发生变化时，不管这种变化是什么原因引起的，在导体回路中就会管这种变化是什么原因引起的，在导体回路中就会产生产生感应电流

5、感应电流。 电磁感应现象电磁感应现象BabvF13.1 13.1 电磁感应定律电磁感应定律闭合回路中感应电流的方向闭合回路中感应电流的方向总是使得它所激发的磁场来总是使得它所激发的磁场来阻碍阻碍引起感应电流的磁通量的变化。引起感应电流的磁通量的变化。1834年楞次：判断感应电流方向的方法年楞次：判断感应电流方向的方法13.1.2 楞次定律楞次定律 楞次楞次（1804-1865）NSvBNSvBNSvBNSvBIIIIF如何理解如何理解“阻碍阻碍”这个词的含义这个词的含义演示动画：演示动画：楞次定律楞次定律13.1 13.1 电磁感应定律电磁感应定律外力做的功转化为感应电流外力做的功转化为感应电

6、流通过线圈时释放的焦耳热通过线圈时释放的焦耳热F 楞次定律是能量守恒定律在电磁现象中的反映楞次定律是能量守恒定律在电磁现象中的反映NSvINS1. 当磁铁插入线圈时，线圈出现感应电流当磁铁插入线圈时，线圈出现感应电流感应电流激发的感应电流激发的 方向与外磁场相反方向与外磁场相反B如果把这个线圈看作磁铁，线圈如果把这个线圈看作磁铁，线圈的上端相当于的上端相当于N极，与向下运动极，与向下运动磁铁的磁铁的N极相互排斥极相互排斥为了使磁铁能匀速插入线圈，必须为了使磁铁能匀速插入线圈，必须借助外力克服斥力做功借助外力克服斥力做功外F13.1 13.1 电磁感应定律电磁感应定律外力做的功转化为感应电流外力

7、做的功转化为感应电流通过线圈时释放的焦耳热通过线圈时释放的焦耳热Bv外FII2. 导棒在线框上以导棒在线框上以 向做右匀速运动向做右匀速运动v安培F为使导棒向右匀速运动，为使导棒向右匀速运动，就要用外力克服阻力做功就要用外力克服阻力做功F感应电流产生磁场力感应电流产生磁场力F外力需要反抗磁场力做功，机械能转换为电能外力需要反抗磁场力做功，机械能转换为电能F电能转化为电路中的焦耳热电能转化为电路中的焦耳热结论：电磁感应过程符合能量转换与守恒规律结论：电磁感应过程符合能量转换与守恒规律13.1 13.1 电磁感应定律电磁感应定律概念检测概念检测 一长直导线内有一稳定电流I，一圆形导体圈置于和导线相

8、同的平面内，如图所示。假设将圆形导体圈推向导线，则圆形导体圈内产生的电流为A. 顺时针方向B. 逆时针方向C. 条件不足无法判断I13.1 13.1 电磁感应定律电磁感应定律D概念检测概念检测 有甲乙两个带铁芯的线圈如图所示欲使乙线圈中产生图示方向的感生电流I，可以采用下列哪一种办法？ A. 接通甲线圈电源 B. 接通甲线圈电源后，减少变阻器的阻值 C. 接通甲线圈电源后，甲乙相互靠近 D. 接通甲线圈电源后，抽出甲中铁芯 - + K i 甲 乙 13.1 13.1 电磁感应定律电磁感应定律电源、非静电力电源、非静电力+如图，在导体中维持稳恒电流流动不能单如图，在导体中维持稳恒电流流动不能单靠

9、静电场，必须有非静电力把正电荷从负靠静电场，必须有非静电力把正电荷从负极板搬到正极板才能在导体两端维持有稳极板搬到正极板才能在导体两端维持有稳恒的电势差，恒的电势差， 提供非静电力的装置就是电源，如化提供非静电力的装置就是电源，如化学电池、硅（硒）太阳能电池，发电机等。学电池、硅（硒）太阳能电池，发电机等。电源是把能量转换为电能的装置。电源是把能量转换为电能的装置。水池水池泵泵静电力使正电荷从高电位到低电位。静电力使正电荷从高电位到低电位。非静电力使正电荷从低电位到高电位。非静电力使正电荷从低电位到高电位。13.1 13.1 电磁感应定律电磁感应定律RI+_l 电动势是描述非静电力作功能电动势

10、是描述非静电力作功能力大小的物理量力大小的物理量l 引入非静电场强度引入非静电场强度，表示单位正，表示单位正电荷在电路中受到的非静电力电荷在电路中受到的非静电力qFEKKlEdKl 移动单位正电荷，非静电力做的功就是电源的移动单位正电荷，非静电力做的功就是电源的电动势电动势13.1 13.1 电磁感应定律电磁感应定律 在电磁感应现象中，导体回路出现感应电流，在电磁感应现象中，导体回路出现感应电流，这表明回路中有这表明回路中有电动势电动势存在。存在。 因回路中磁通量的变化而产生的这种电动势因回路中磁通量的变化而产生的这种电动势叫叫感应电动势感应电动势。 13.1.3 电磁感应定律电磁感应定律 B

11、vlab 当导体回路不闭合，在导体回路中没有感应当导体回路不闭合，在导体回路中没有感应电流，但导体回路中的电流，但导体回路中的感应电动势仍然存在感应电动势仍然存在13.1 13.1 电磁感应定律电磁感应定律一、法拉第电磁感应定律一、法拉第电磁感应定律 通过回路所包围面积的磁通量发生变化时，通过回路所包围面积的磁通量发生变化时，回路中产生的感应电动势回路中产生的感应电动势 的大小的大小与磁通量对时与磁通量对时间的变化率成正比。间的变化率成正比。B改变改变tdd磁链：磁链：导体回路是由导体回路是由N 匝密绕线圈组成匝密绕线圈组成 tNtNdd ddt dd 单位单位: 1V=1Wb/s13.1 1

12、3.1 电磁感应定律电磁感应定律二、感应电动势方向二、感应电动势方向 由于电动势和磁通量都是标量，它们的由于电动势和磁通量都是标量，它们的“正负正负”相对于某一相对于某一参考方向参考方向才有意义。才有意义。 (1) 任意规定回路的绕行正方向；任意规定回路的绕行正方向；(2) 确定通过回路的磁通量的正负：确定通过回路的磁通量的正负：右手螺旋关系右手螺旋关系(3) 确定磁通量时间变化率的正负；确定磁通量时间变化率的正负；(4) 确定感应电动势的正负。确定感应电动势的正负。感应电动势为正感应电动势为正：感应电动势的方向和回：感应电动势的方向和回路的绕行正方向相同；路的绕行正方向相同；感应电动势为负感

13、应电动势为负：感应电动势的方向和回：感应电动势的方向和回路的绕行正方向相反。路的绕行正方向相反。13.1 13.1 电磁感应定律电磁感应定律同一物理问题同一物理问题可可选不同的选不同的L方向，但结果相同方向，但结果相同B (t)B (t+t)Ln0 )()(ttt0ddt0 与与 L 反向反向Ln0 )()(ttt0ddt0 与与 L 同向同向13.1 13.1 电磁感应定律电磁感应定律三、三、感应电流感应电流 dd1tRRI在在 t = t2 t1时间内流过导线横截面的感应电荷时间内流过导线横截面的感应电荷的电量的电量 1d1221RtIqtt 通过线圈的感应电量仅与磁通量变化的绝对通过线圈

14、的感应电量仅与磁通量变化的绝对值成正比，与其变化率无关。值成正比，与其变化率无关。设导体回路的电阻为设导体回路的电阻为R，则通过回路的电流则通过回路的电流 测量磁通量的磁通计测量磁通量的磁通计原理原理磁电转换磁电转换13.1 13.1 电磁感应定律电磁感应定律填空题填空题 将条形磁铁插入与冲击电流计串联的金属环将条形磁铁插入与冲击电流计串联的金属环中时，有中时，有q = 2.010 5C的电荷通过电流计，若连接电的电荷通过电流计，若连接电流计的电路总电阻流计的电路总电阻R = 25，求穿过环磁通的变化，求穿过环磁通的变化 NSvRq1Wb105 100 . 22545Rq13.1 13.1 电

15、磁感应定律电磁感应定律2.2.确定回路中的磁感应强度确定回路中的磁感应强度 ；3.3.由由求回路中的磁通量求回路中的磁通量 ；4.4.由由求出求出SdBdtdNii1.规定回路的正方向（规定回路的正方向（规定定磁通与感应电动势右旋）规定定磁通与感应电动势右旋）5.由由“+、-”号确定电动势的方向，或由楞次定律判断号确定电动势的方向，或由楞次定律判断方向方向13.1 13.1 电磁感应定律电磁感应定律例：矩形框导体的一边例：矩形框导体的一边ab可以平行滑动，长为可以平行滑动，长为l，整个，整个矩形回路放在磁感强度为矩形回路放在磁感强度为B、方向与其平面垂直的均、方向与其平面垂直的均匀磁场中。若导

16、线匀磁场中。若导线ab以恒定的速率以恒定的速率v向右运动，求闭合向右运动，求闭合回路的感应电动势。回路的感应电动势。 XBabod解：取解：取baodb为绕行正方为绕行正方向向BSdtdi感应电动势的方向与回路的正向相反感应电动势的方向与回路的正向相反BlxBlvdtdxBl13.1 13.1 电磁感应定律电磁感应定律rIB20穿过线框的磁通量穿过线框的磁通量解解 (1) 电流电流I在在r处产生的磁感应强度处产生的磁感应强度例题例题13.1 如图所示，一长直导线与边长为如图所示，一长直导线与边长为l1和和l2的矩形导线框共面，且与它的一边平行。线框以的矩形导线框共面，且与它的一边平行。线框以恒

17、定速率恒定速率v沿与长直导线垂直的方向向右运动。沿与长直导线垂直的方向向右运动。（1）若长直导线中的电流为）若长直导线中的电流为I，求线框与直导线求线框与直导线相距相距x时穿过线框的磁通量、线框中感应电动势时穿过线框的磁通量、线框中感应电动势的大小和方向；（的大小和方向；（2）若长直导线中通以交变电）若长直导线中通以交变电流流I=I0sin t，求任意时刻线框中的感应电动势。求任意时刻线框中的感应电动势。xvl1l2ISSBdr13.1 13.1 电磁感应定律电磁感应定律SSBdrlrIlxxd2201tdd由法拉第电磁感应定律由法拉第电磁感应定律txxddddxddv)11(2120lxxI

18、lv顺时针绕向顺时针绕向vl1l2xrdSdrI0设线框回路的绕行方向为顺时针方向设线框回路的绕行方向为顺时针方向xlxIl120ln213.1 13.1 电磁感应定律电磁感应定律txlxIlsinln21020tdd（2）t 时刻线框与导线相距时刻线框与导线相距x，则则cosln sin)11(211020txlxtxlxIlv13.1 13.1 电磁感应定律电磁感应定律SBtcos)(dtdBLxdtdi21例例 均匀磁场与导体回路法线均匀磁场与导体回路法线 的夹角的夹角 = =600磁感磁感应强度的大小应强度的大小B=Kt, ,（K为常数）。为常数）。导线导线L且以速且以速率率v向右滑动

19、，求回路中任一时刻的感应电动势向右滑动，求回路中任一时刻的感应电动势n 解：规定绕行正方向解：规定绕行正方向BLxLxB21cosdtdxLB21Bxn LL13.1 13.1 电磁感应定律电磁感应定律dtdBLxi21dtdxLB21BLvLxK2121LvKtKvtL)(21)(21KLvtBxn LL 与规定方向反向与规定方向反向i电动势分为两部分，电动势分为两部分，一部分是由场变引一部分是由场变引起的，一部分由导起的，一部分由导线运动所引起的。线运动所引起的。13.1 13.1 电磁感应定律电磁感应定律F 讨论：产生感应电动势的机制讨论：产生感应电动势的机制 只要穿过回路的磁通量发生了

20、变化，在回路中只要穿过回路的磁通量发生了变化，在回路中就会有感应电动势产生。就会有感应电动势产生。引起磁通量变化的原因：引起磁通量变化的原因：1 回路相对于磁场有运动回路相对于磁场有运动2 回路中的磁场随时间变化回路中的磁场随时间变化动生电动势动生电动势感生电动势感生电动势一种表观区分一种表观区分产生感应电动势有两种不同的机制产生感应电动势有两种不同的机制 产生动生电动势的机制与导体是否构成回路无关，产生动生电动势的机制与导体是否构成回路无关，只要只要导体与磁场源有相对运动导体与磁场源有相对运动 产生感生电动势的机制甚至与磁场空间中是否放置产生感生电动势的机制甚至与磁场空间中是否放置了导体无关，只要了导体无关，只要磁场随时间变化磁场随时间变化13.1 13.1 电磁感应定律电磁感应定律例例 ：一载流长直导线通以电流：一载流长直导线通以电流tIimcos离