理学第八章电磁感应电磁场学习教案

1、会计学1理学理学(lxu)第八章电磁感应电磁场第八章电磁感应电磁场第一页，共40页。 一 理解(lji)电动势的概念. 二 掌握法拉第电磁感应(gnyng)定律和楞次定律, 并会用于计算感应(gnyng)电动势的大小和判断感应(gnyng)电动势的指向. 三三 理解理解动生电动势动生电动势, 能能计算计算简单情况中的动生电动势简单情况中的动生电动势. 四四 了解了解感生电动势感生电动势和动生电动势的概念和动生电动势的概念.第1页/共40页第二页，共40页。学习要点学习要点领会电源电动势的定义及其物理意义，弄清电动势指向的规定领会电源电动势的定义及其物理意义，弄清电动势指向的规定.什么是法拉第电

2、磁感应定律及其数学什么是法拉第电磁感应定律及其数学(shxu)表达式表达式.领会楞次定律及其物理实质，注意应用楞次定律判断感应电动势领会楞次定律及其物理实质，注意应用楞次定律判断感应电动势指向的方法指向的方法.第2页/共40页第三页，共40页。第3页/共40页第四页，共40页。一一 电源电源(dinyun) 电动势电动势第4页/共40页第五页，共40页。 将其它形式的能量将其它形式的能量(nngling)(nngling)转变为电能的装置转变为电能的装置. . 描写电源将其它形式能量描写电源将其它形式能量(nngling)(nngling)转变成转变成电能的能力电能的能力. .l dEki 非

3、静电力在电源内部非静电力在电源内部(nib)(nib)从负极到正极移动单位正电从负极到正极移动单位正电荷所作的功荷所作的功. .1 电源电源2 电动势电动势3 电动势的定义电动势的定义第5页/共40页第六页，共40页。 电动势的定义电动势的定义(dngy)：单位正电荷绕闭合回路运：单位正电荷绕闭合回路运动一周，非静电力所做的功动一周，非静电力所做的功.E+-RIqlEqqWlkd 电动势电动势+kE第6页/共40页第七页，共40页。 电源的电动势电源的电动势 和内阻和内阻 iR*正正极极负负极极电源电源+_iRlElEkkdd内外0d 外lEk电源电动势大小电源电动势大小(dxio)等于将单位

4、正电荷从负极经电源等于将单位正电荷从负极经电源内部移至正极时非静电力所作的功内部移至正极时非静电力所作的功.lElEklkdd内电源电动势电源电动势第7页/共40页第八页，共40页。二二 电磁感应电磁感应(dinc-gnyng)现象现象第8页/共40页NoImage第九页，共40页。 当穿过闭合回路当穿过闭合回路(hul)所围所围面积的磁通量发生变化面积的磁通量发生变化时，回路时，回路(hul)中会产生感中会产生感应电应电动势动势,且感应电动势正比于且感应电动势正比于磁通量对时间变化率的负磁通量对时间变化率的负值值.三三 法拉第电磁感应法拉第电磁感应(dinc-gnyng)定律定律第9页/共4

5、0页第十页，共40页。u 闭合回路由闭合回路由 N 匝密绕线圈匝密绕线圈(xinqun)组成组成 N磁通匝数（磁链）磁通匝数（磁链）tddtdd国际单位制国际单位制韦伯韦伯伏伏特特当线圈有当线圈有 N 匝时匝时tNdd第10页/共40页第十一页，共40页。)()d(dttt 感应感应(gnyng)电动势的电动势的方向方向tdd第11页/共40页第十二页，共40页。NSBv四四 楞次定律楞次定律(ln c dn l) 闭合的导线回路中所闭合的导线回路中所出现的感应电流，总是使出现的感应电流，总是使它自己所激发的磁场反抗它自己所激发的磁场反抗任何引发电磁感应的原因任何引发电磁感应的原因（反抗相对运

6、动、磁场变（反抗相对运动、磁场变化或线圈化或线圈(xinqun)变形等）变形等）.Ftdd第12页/共40页第十三页，共40页。用楞次定律判断感应电流方向用楞次定律判断感应电流方向(fngxing)(fngxing)的步的步骤骤: : 首先确定引起感应电流的磁场的方向首先确定引起感应电流的磁场的方向 判断回路中判断回路中f f 是增加还是减少；是增加还是减少； 由楞次定律确定由楞次定律确定 B B感感 方向；方向； 由右手定则判定由右手定则判定 I I感感 方向。方向。 (I (I感和感和B B感成右手螺旋感成右手螺旋(luxun)(luxun)关系关系) ) 第13页/共40页第十四页，共4

7、0页。NBSvNSBv用楞次定律判断感应电流(gnyng din li)方向II第14页/共40页第十五页，共40页。RNooiBne 例例1 在匀强磁场中在匀强磁场中, 置有面积为置有面积为 S 的可绕的可绕 轴转动的轴转动的N 匝线圈匝线圈 . 若线圈以角速度若线圈以角速度 作匀速转动作匀速转动. 求求线圈线圈 中的感应电动势中的感应电动势.第15页/共40页第十六页，共40页。已知已知 , , NS求求E解解设设 时时,0tBne与与 同向同向 , 则则ttNBSNcostNBStsindd令令NBSmtsinm则则R RNooiBne第16页/共40页第十七页，共40页。tIRisin

8、mERImmE 在匀强磁场中匀速转在匀强磁场中匀速转动的线圈内的感应电流是动的线圈内的感应电流是时间时间(shjin)的正弦函数的正弦函数 . 这种电流称交流电这种电流称交流电.tsinmEE tIisinm第17页/共40页第十八页，共40页。NoImage 长江三峡水电站的大坝坝顶总长长江三峡水电站的大坝坝顶总长3035m，坝顶高程，坝顶高程185m，正常蓄水位，正常蓄水位175m，总库容，总库容 ，共装，共装26台单机容量为台单机容量为70万万kw的发电机组的发电机组.83393 10 m第18页/共40页第十九页，共40页。 例例2 如图是电子计算机内作为存储元件的环形磁如图是电子计算

9、机内作为存储元件的环形磁芯，磁芯是用矩形磁滞回线的铁氧体材料制成的芯，磁芯是用矩形磁滞回线的铁氧体材料制成的. 环形环形磁芯上绕有两个截面积均为磁芯上绕有两个截面积均为 S 4.5102 mm2 的的线圈线圈(xinqun) a1 和和 a2 . 当线圈当线圈(xinqun) a1 中有中有脉冲电流脉冲电流 i 通过时，在通过时，在 t 0.45106 s 的时间内的时间内，磁芯内的磁感强度由，磁芯内的磁感强度由 +B 转为转为 B. 设设 B 0.17 T，线圈线圈(xinqun) a2 的匝数的匝数 N 2. 求磁芯内的磁感强求磁芯内的磁感强度翻转过程中，线圈度翻转过程中，线圈(xinqu

10、n) a2 中产生的感应电动中产生的感应电动势为多少？势为多少？ta1ia2iE第19页/共40页第二十页，共40页。解解:2NBS26.8 10 V68mVa1ia2iEtNBSt2 已知：已知： S 4.5102 mm2， t 0.45106 s ， B 0.17 T， N 2.第20页/共40页第二十一页，共40页。学习学习(xux)要点要点什么叫动生电动势什么叫动生电动势? 什么叫感生电动势什么叫感生电动势?知道动生电动势产生的原因和数学表达式知道动生电动势产生的原因和数学表达式.第21页/共40页第二十二页，共40页。引起磁通量变化的原因引起磁通量变化的原因 1）稳恒磁场中的导体运动

11、）稳恒磁场中的导体运动 , 或者回路面积或者回路面积变化、取向变化等变化、取向变化等 动生电动势动生电动势 2）导体不动，磁场变化）导体不动，磁场变化 感生电动势感生电动势 电动势电动势+-kEIlEdkllEdk 闭合电路的电动势闭合电路的电动势 kE: 非静电的电场强度非静电的电场强度.第22页/共40页第二十三页，共40页。+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + vBOP设杆长为设杆长为 l一一 动生电动势动生电动势动生电动势的动生电动势的非非静电力场来源静电力场来源 洛伦兹力洛伦兹力-m

12、F- -+BeFv)(mBeFEvmkOPlBd)(vOPlEdkBllBlvv0dpoiE第23页/共40页第二十四页，共40页。解解lBdvLllB0dLlB0dv221LBlBd)(di vE 例例1 一长为一长为 的铜棒在磁感强度为的铜棒在磁感强度为 的均匀磁的均匀磁场中场中, 以角速度以角速度 在与磁场方向垂直的平面上绕棒在与磁场方向垂直的平面上绕棒的一端转动，的一端转动，求求铜棒两端的感应电动势铜棒两端的感应电动势. LB+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +oPB（点（点 P 的电

13、势的电势(dinsh)高于点高于点 O 的的电势电势(dinsh)） 方向方向 O Pivld第24页/共40页第二十五页，共40页。 例例2 一导线矩形框的平面与磁感强度为一导线矩形框的平面与磁感强度为 的均的均匀磁场相垂直匀磁场相垂直.在此矩形框上在此矩形框上,有一质量为有一质量为 长为长为 的的可移动的细导体棒可移动的细导体棒 ; 矩形框还接有一个电阻矩形框还接有一个电阻 ,其值较之导线的电阻值要大得很多其值较之导线的电阻值要大得很多. 若开始时若开始时, 细导细导体棒以速度体棒以速度 沿如图所示的矩形框运动沿如图所示的矩形框运动, 试求棒的试求棒的速率随时间变化的函数关系速率随时间变化

14、的函数关系. mlBMNR0v解解 如图建立坐标如图建立坐标棒所受安培力棒所受安培力Rv22lBIBlF方向沿方向沿 轴反向轴反向oxF+lRBvoxMNvBl棒棒中中 且由且由MNI第25页/共40页第二十六页，共40页。Rv22lBIBlF方向沿方向沿 轴反向轴反向ox棒的运动方程为棒的运动方程为Rvv22ddlBtm则则ttlB022ddmRvvvv0计算得计算得棒的速率随时间变化的函数关系为棒的速率随时间变化的函数关系为tlB)(22emR0vvF+lRBvoxMNI第26页/共40页第二十七页，共40页。二二 感生感生(n shn)电电动势动势 产生感生电动势的非静电场产生感生电动势

15、的非静电场 感生电场感生电场 麦克斯韦尔假设麦克斯韦尔假设 变化的磁场在其周围空间激发变化的磁场在其周围空间激发一种电场一种电场,这个电场叫感生电场这个电场叫感生电场 .kE闭合回路中的感生电动势闭合回路中的感生电动势tlELdddkSsBdSLsBtlEddddkSLstBlEddddk第27页/共40页第二十八页，共40页。0dddktlEL 感生感生电场是电场是非非保守场保守场 和和 均对电荷有力的作用均对电荷有力的作用.kE静E感生电场和静电场的感生电场和静电场的对比对比0d LlE静 静静电场是保守场电场是保守场 静电场静电场(din chng)由电荷产生；感生电场由电荷产生；感生电

16、场(din chng)是由变化的磁场是由变化的磁场产生产生 .第28页/共40页第二十九页，共40页。 例例3 如图所示，有一半径为如图所示，有一半径为 r ，电阻为，电阻为 R 的细的细圆环，放在与圆环所围的平面相垂直的均匀磁场中圆环，放在与圆环所围的平面相垂直的均匀磁场中. 设磁场的磁感强度随时间变化，且设磁场的磁感强度随时间变化，且 常量常量. 求圆环上的感应电流的值求圆环上的感应电流的值.ddBt r( )B t解解2dddddSBBSrttSLstBlEddddktBRrRIidd2E第29页/共40页第三十页，共40页。第30页/共40页第三十一页，共40页。1. 法拉第电磁感应定

17、律法拉第电磁感应定律一一 电磁感应的基本定律电磁感应的基本定律tdd2. 楞次定律楞次定律二二 动生电动势动生电动势和感生电动势（按产生原因分类和感生电动势（按产生原因分类）1. 动生电动势动生电动势i() dlBlEv2. 感生电动势感生电动势SLstBlEddddkiE 由变化的磁场可以激发由变化的磁场可以激发感生电场感生电场 ，它是，它是有旋有旋场，注意与静电场的区别场，注意与静电场的区别.kE第31页/共40页第三十二页，共40页。例例1 若用条形磁铁竖直若用条形磁铁竖直(sh zh)插入木质插入木质圆环，则环中圆环，则环中 （A）产生感应电动势，也产生感应电流）产生感应电动势，也产生

18、感应电流 （B）产生感应电动势，不产生感应电流）产生感应电动势，不产生感应电流 （C）不产生感应电动势，也不产生感应电流）不产生感应电动势，也不产生感应电流 （D）不产生感应电动势，产生感应电流）不产生感应电动势，产生感应电流本本 章章 典典 型型 实实 例例 讨讨 论论第32页/共40页第三十三页，共40页。B例例2 均匀磁场如图垂直纸面向里均匀磁场如图垂直纸面向里. 在垂直磁场在垂直磁场的平面内有一个边长为的平面内有一个边长为 l 的正方形金属细线框，在周的正方形金属细线框，在周长固定的条件下，正方形变为一个圆，则图形回路长固定的条件下，正方形变为一个圆，则图形回路(hul)中感应电流方向

19、为中感应电流方向为 （A）顺时针）顺时针 （B）逆时针）逆时针 （C）无电流）无电流 （D）无法判定）无法判定第33页/共40页第三十四页，共40页。例例3 一个圆形环，它的一半放在一分布在方一个圆形环，它的一半放在一分布在方形区域的匀强磁场中，另一半位于形区域的匀强磁场中，另一半位于(wiy)磁场之磁场之外，如图所示，磁场的方向垂直向纸内，欲使圆环外，如图所示，磁场的方向垂直向纸内，欲使圆环中产生逆时针方向的感应电流，应使中产生逆时针方向的感应电流，应使 （A）圆环向右平移）圆环向右平移 （B）圆环向上平移）圆环向上平移 （C）圆环向左平移）圆环向左平移 （D）磁场强度变弱）磁场强度变弱B第34页/共40页第三十五页，共40页。例例 4 无限长通电导线与一矩形线框共面（尺寸如图）无限长通电导线与一矩形线框共面（尺寸如图），电流，电流 ，求线框的感应电动势，求线框的感应电动势.tIIsin0 xoxdtIIsin0dab解解 应用电磁感应定律应用电磁感应定律tdd先求出先求出)(t xIB20SBddBxbxId20 xBb d第35页/共40页第三十六页，共40页。xbxIxBbd2dd0dadxbxId20ddaIbln20ddatbIln2sin00ddatbItln2cos00ddxoxdtIIsin0dabB第36页/共40页第三十七页，共4