电磁感应与暂态过程

1、第七章 电磁感应与暂态过程一 电磁感应与暂态过程教学内容1法拉第电磁感应定律（1）电磁感应现象（2）法拉第电磁感应定律2楞次定律（1）楞次定律的两种表述（2）考虑楞次定律后法拉第电磁感应定律的表达式3动生电动势（1）动生电动势与洛仑兹力（2）动生电动势的计算（3）交流发电机基本原理4感生电动势（1）感生电动势与感生电场（2）感生电场的性质（3）感生电动势的计算（4）电子感应加速器5自感和互感（1）自感现象（2）自感系数和自感电动势（3）互感现象（4）互感系数和互感电动势（5）互感线圈的串联（6）感应圈6涡电流（1）涡电流热效应的应用与危害（2）电磁阻力（3）趋肤效应7磁场能量（1）自感磁能（2

2、）互感磁能（3）磁能密度8暂态过程（1）RL电路的暂态过程（2）RC电路的暂态过程（3）RLC电路的暂态过程说明与要求：1本章介绍电磁感应现象、规律及应用。2本章重点是1、3、4、5节，难点是感生电场概念及RLC电路的暂态过程。3RLC电路只要求列出方程，给出结果，讲清物理意义。电流计内容可在实验课中研究。二、电磁感应与暂态过程教学目标节次内容目标层次1法拉第电磁感应定律1电磁感应现象2法拉第电磁感应定律知识：1感应电流2感应电动势3磁链理解：1产生的条件2产生的条件3的含义简单应用：根据，由法拉第电磁感应定律求或综合应用：1已知求及2由求或2楞次定律1楞次定律2考虑楞次定律后电磁感应定律表示

3、式知识：1由的方向确定的方向2楞次定律是能量守恒定律的体现理解：1楞次定律的含义2代数量与正负的含义3回路绕行方向与回路法线方向之间存在的右手螺旋关系4中负号的含义5楞次定律判断感应电流方向的步骤简单应用：由楞次定律判断与的方向综合应用：由，计算的大小和方向3动生电动势1动生电动势和洛仑兹力2动生电动势的计算3交流发电机的原理知识：1动生电动势的概念2引起变化的各种原因理解：1中的非静电力是洛仑兹力2的正负与电势的高低3洛仑兹力不做功，但它起着能量传递的意义4交流发电机的原理简单应用：1由洛仑兹力推导动生电动势公式2确定动生电动势公式中各量的方向及电势的高低综合应用：1根据动生电动势公式，计算

4、的大小和方向；2根据法拉第定律，计算的大小和方向4感生电动势1感生电场和感生电动势2感生电动势的计算3电子感应加速器知识：1感生电动势的概念2电子感应加速器理解：1产生的条件2假说的实质3的性质4与的异同5、的关系简单应用：根据电动势的定义和电磁感应定律，推导公式的表示式综合应用：1用感生电动势公式求2用法拉第电磁感应定律求5自感与互感1自感现象2自感系数和自感电动势3互感现象4互感系数和互感电动势5互感线圈的串联6感应圈知识：1与的单位2两线圈的耦合系数的取值范围3感应圈理解：1自感现象与2互感现象与3与的意义4与属于5互感线圈串联的顺逆连接简单应用：1推导2推导综合应用：1求与2求3求6涡

5、电流1涡流热效应的应用与危害2电磁阻尼3超肤效应知识：超肤效应理解：1涡电流属于感应电流2的热效应的危害与应用3的磁效应的应用7磁场能量1自感磁能2互感磁能3磁能密度知识：1与推导过程2是一个普适式理解：1含有自感与互感电路中的功能关系2与推导过程的物理思想3定域在场中简单应用：1根据求2根据求综合应用：根据的分布，利用积分方法求8暂态过程1串联电路的暂态过程2串联电路的暂态过程知识：1稳态与暂态2微分方程特解与通解理解：1稳态与暂态的意义2时间常数及其意义3初始条件的含义4暂态过程中暂态量的变化规律简单应用：结合具体电路，确定暂态过程的初始条件综合应用：建立与暂态电路的微分方程三 电磁感应与

6、暂态过程重难点分析重点：法拉第电磁感应定律和楞次定律，动生电动势和感生电动势及磁场的能量。难点：感生电场的概念及感生电动势的计算，磁场能量的计算及暂态过程的理解。（一）电磁感应现象采用实验归纳的方法得出：当穿过闭合线圈的磁通量发生变化时，线圈中就产生电流，这种现象就称为电磁感应现象。电磁感应现象中产生的电流称为感应电流，形成感应电流的电动势称为感应电动势。电磁感应现象产生的条件是：穿过回路的磁通量（不论什么原因）发生了变化。在一个回路里，假若有磁通量穿过，但磁通量并没有变化，则此回路中是没有感应电动势的。由于穿过一个回路的磁通量可表示为：式中为磁感应强度，为回路上的有向面积元，为与的夹角，所以

7、无论、中任意一个量的变化，均将引起穿过回路的磁通量的变化，从而产生感应电动势。如果导体回路闭合，则产生感应电流：如果导体开路，则只产生感应电动势。（二）楞次定律楞次定律是确定感应电动势方向的实验定律，它通过判断感应电流的方向从而确定感应电动势的方向。楞次定律有两种表述，第一种表述为闭合回路中感应电流的方向，总是企图使感应电流本身所产生的穿过回路的磁通量，去阻碍引起感应电流的磁通的变化；第二种表述为当导体在磁场中运动时，导体中由于出现感应电流而受到的磁场力，必然阻碍此导体的运动。（三）法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律的数学表示式为，应用此定律时注意：1、是个代数量，规定回路的绕行方向与回路的

8、法矢量之间构成右手螺旋关系，当的方向与的方向之间成锐角时值为正，即；反之，值为负，即；2、的大小与的大小及无直接关系，的大小只决定于的变化率；3、中负号是在感应电动势的正方向与磁通量的正方向构成右手螺旋关系时楞次定律的数学表示，将它引入公式以后，不仅可以计算电动势的大小，而且还包含对其方向的判断。（四）动生电动撕口感生电动势1特点。动生电动势是磁场不变，闭合回路的整体或局部在磁场中运动导致磁通量的变化所产生的电动势；感生电动势是闭合回路的任何部分都不动，而空间磁场发生变化导致回路中磁通量的变化所产生的电动势。2非静电力。动生电动势中的非静电力是洛仑兹力；感生电动势中的非静电力是变化的磁场产生的

9、感生电场力。3主要应用实例。动生电动势主要应用于发电机技术；感生电动势主要应用于电子感应加速度器及感应加热技术。4计算方法。动生电动势可以利用动生电动势公式计算，也可以利用电磁感应定律计算；感生电动势可以利用感生电动势公式计算，也可以利用电磁感应定律计算。（五）感生电场1感生电场的性质。麦克斯韦假设，变化的磁场在其周围空间激发电场，这种电场称为感生电场。感生电场的性质由感生电场的通量和环量所满足的规律决定。根据法拉第电磁感应定律和麦克斯韦的假说，感生电场的通量和环量所满足的规律为上述两个方程说明感生电场是无源有旋场。2感生电场与静电场的异同共同点：感生电场与静电场都对电荷有力的作用不同点：（1

10、）感生电场与静电场的产生机制不同（2）感生电场与静电场的性质不同（3）感生电场与静电场的场线的特点不同（六）磁场的能量磁场能量密度：磁场能量：真空中磁场能量：四 检测题（一）公式类1法拉第电磁感应定律的数学表示式。2动生电动势公式。3感生电动势公式。4自感电动势公式。5互感电动势公式。6磁场能量密度公式。7串联暂态电路的时间常数。8串联暂态电路的时间常数。（二）概念类1电磁感应现象。2感生电场。3自感现象。4互感现象。5涡电流。6趋肤效应。7暂态过程。8时间常数。（三）计算题类1有一长为的金属棒，在垂直于纸面向里的均匀磁场中，以中心点为轴（轴线与平行），沿逆时针方向以角速度转动。计算棒的两个端点到中心点的电势差和，以及棒两端的电势差。2有一无限长导结载有稳恒电流，旁边有一矩形导体线圈，当线圈以速度离开导线运动到如图7-1所示的位置时，求此线圈中感应电动势的大小和方向。图7-13有一长为的金属棒，在垂直于纸面各里的均匀磁场中，沿逆时针方向绕距端处的点为轴（轴线与平行），