普通物理二-第十二章-电磁感应课件

第十二章电磁感应和

麦克斯韦电磁理论第十二章电磁感应和

麦克斯韦电磁理论1概念：感应电动势（动生，感生）；互感；自感；磁场的能量

规律：楞次定律；法拉第电磁感应定律概念：感应电动势（动生，感生）；2一、电磁感应现象1、磁棒相对于线圈运动磁棒向下运动，安倍计指针向右偏，产生电流磁棒停止运动，安倍计指针不偏转，不产生电流磁棒向上运动，安倍计指针向左偏，产生电流过程分析：§12-1电磁感应及其基本规律一、电磁感应现象1、磁棒相对于线圈运动磁棒向下运动，3结论：当磁棒与线圈有相对运动时，线圈中产生感应电流。实质：线圈中磁感应强度大小发生变化2、金属棒沿垂直于磁场和棒长的方向运动过程分析：金属棒运动时（切割磁力线），产生感应电流。结论：当磁棒与线圈有相对运动时，线圈中产生感应电流。2、金属4实质：包围磁场的面积发生变化。结论：上面两实验中,导体回路包围的磁通量均发生了变化。电磁感应现象：当穿过闭合回路的磁通量发生变化时，回路中产生感应电流，此时，存在电动势，这种由于磁通量变化而引起的电动势称为感应电动势。实质：包围磁场的面积发生变化。结论：上面两实验中,导体回路包5二、电磁感应定律

法拉第（MichaelFaraday,1791-1867），伟大的英国物理学家和化学家.他创造性地提出场的思想，磁场这一名称是法拉第最早引入的.他是电磁理论的创始人之一，于1831年发现电磁感应现象，后又相继发现电解定律，物质的抗磁性和顺磁性，以及光的偏振面在磁场中的旋转.二、电磁感应定律法拉第（MichaelFaraday,61、法拉第电磁感应定律：当穿过闭合回路所围面积的磁通量发生变化时，回路中会产生感应电动势，且感应电动势正比于磁通量对时间变化率的负值。式中负号代表感应电动势方向（1）感应电动势方向的判定a.选定回路绕行方向右手定则：将右手四指弯曲，用以代表选定的回路绕行方向，则伸直的拇指指向法线的方向。1、法拉第电磁感应定律：当穿过闭合回路所围面积的磁通量发生变7b.确定与的正负c.和绕行方向相同和绕行方向相反例：图中b.确定与的正负c.和绕行方向相同和绕行方向相反例8N与回路绕行方向相反思考一下：如果磁棒从如图位置继续向下运动，感应电动势方向？与回路绕行方向相同N与回路绕行方向相反思考一下：如果磁棒从如图位置继续向下运动9S图中与回路绕行方向相同思考一下：如果磁棒从如图位置继续向下运动，感应电动势方向？与回路绕行方向相反S图中与回路绕行方向相同思考一下：如果磁棒从如图位置继续与10（2）讨论;闭合回路由N匝密绕线圈串联，则：式中为全磁通，若穿过每匝线圈的磁通量相同则：

(3)若闭合回路的电阻为R，则感应电流为：时间内，通过导线任一截面感生电荷为：（2）讨论;闭合回路由N匝密绕线圈串联，则：式中为全磁通11解：感应电流沿逆时针方向。例：一螺绕环，单位长度上的匝数为5000匝，今有一5匝的小线圈套在小线圈的电阻为试求：小线圈中感应电动势和感应电流。螺绕环上，解：感应电流沿逆时针方向。例：一螺绕环，单位长度上的匝数为512二、楞次定律闭合回路中感应电流的方向，总是使得它所激发的磁场来阻止引起感应电流的磁通量的变化。简言之：“增反减同”NS楞次定律实质上是能量守恒定律在电磁感应现象中的体现。变化——感生电动势S变化——动生电动势二、楞次定律闭合回路中感应电流的方向，总是使得它所激发的磁场13NS用楞次定律判断感应电流方向NSNS用楞次定律判断感应电流方向NS14三、感应电动势1、动生电动势：由于导体在磁场中运动产生的感应电动势.abdoxxxxi感应电动势的方向:b→a三、感应电动势1、动生电动势：由于导体在磁场中运动产生的感应15微观解释：提供动生电动势的非静电力方向：b→a动生电动势：微观解释：提供动生电动势的非静电力方向：b→a动生电动势16注意:①动生电动势不要求构成闭合回路;②在磁场中运动的导体才能产生动生电动势；③速度与磁场不平行时才能产生动生电动势。（需切割磁力线）例：abc方向：b→c注意:①动生电动势不要求构成闭合回路;例：abc方向：b→c17电子理论：原因：洛伦兹力能量守恒维持导体棒以向右运动，需要外力-机械能转化为电能电子理论：原因：洛伦兹力能量守恒维持导体棒以向右18例1：如图金属棒OA长l=50cm,B=0.01T,以ω=50转/秒的角速度转动。求:（1）；（2）半径R=50cm的铜盘转动时，OA的电势差为多少？xxxxxxxxxAOv例1：如图金属棒OA长l=50cm,B=0.01T,以19例2、在一根无限长载电流导线上通有电流I，有一导体棒长为L，与无限长载电流导线共面，平行于载流导线运动，速度为v，近端导线距离载流导线为a，求棒上产生电动势。xxxxxLACIV例2、在一根无限长载电流导线上通有电流I，有一导体棒长为L202、感生电动势

导体不动,由于磁场的大小或方向的变化所产生的感应电动势。(变化的磁场可在空间激发电场)感生电场（又名涡电场）2、感生电动势导体不动,由于磁场的大小或方向的变化所产生21两种电场的比较:感生电场：由变化的电场激发，电场线闭合，涡旋场静电场：由静止电荷激发，电场线不闭合，为保守场两种电场的比较:感生电场：由变化的电场激发，电场线闭合，涡22例1、匀强磁场局限在半径为R的柱形区域内，磁场方向如图所示，磁感应强度大小正以速率在增加，求感应电场的分布。Rxxxxxxxxxxxx例1、匀强磁场局限在半径为R的柱形区域内，磁场方向如图所示，23例2、在半径为R的圆形区域内，充满如图方向的均匀磁场，现有一长为L的金属棒放在磁场中，设求：棒两端的感生电动势。abo想想看，还能够怎么补回路啊？例2、在半径为R的圆形区域内，充满如图方向的均匀磁场，现有一24§12-2互感和自感一、互感现象I1B112线圈1中通有电流→产生→在线圈2中产生磁通量∝→∝线圈1对线圈2的互感系数。若发生变化→变化→变化→产生§12-2互感和自感一、互感现象I1B112线圈1中通有25与线圈的形状、大小，相对位置，有无铁磁质有关。同理：线圈2中通有电流→产生→在线圈1中产生磁通量互感系数单位：亨利H与线圈的形状、大小，相对位置，有无铁磁质有关。同理：线圈2中26研究两个共轴螺线管，长度均为，截面半径均为；原线圈为匝，副线圈匝。原线圈通有电流，副线圈通有电流。讨论二者互感系数的关系。

互感系数表示相邻两回路各自在另一回路中产生互感电动势的能力。研究两个共轴螺线管，长度均为，截面半径均为；原线圈为27二、自感现象：1、定义：回路电流改变在自身回路激发感生电动势的现象。2、L自感系数反映自感能力L>0，L与电流无关，只与线圈自身的形状、大小，有无铁磁质有关。3、单位：亨利H例1、有一长直螺线管，长为，截面半径为R；共有N匝。求：螺线管的自感系数。二、自感现象：1、定义：回路电流改变在自身回路激发感生电动势28例2、讨论两共轴螺线管自感系数和互感系数的关系。无漏磁：一般情况：K：耦合系数例3、有两个无限长同轴的圆筒状导体组成的电缆；内、外筒电流大小相等，方向相反，半径分别为。求：电缆单位长度的自感系数。Ir例2、讨论两共轴螺线管自感系数和互感系数的关系。无漏磁：一般29§12-3磁场的能量讨论方法：仿照电场能量，以螺绕环为例一、磁场的能量RLBX闭合→回路中产生电流i→线圈L产生自感电动势（反向）∵两电流的方向相反，∴i由0增大到当，消失。§12-3磁场的能量讨论方法：仿照电场能量，以螺绕环30ti0时刻，闭合→电源被短路，保险丝被烧断→电源被断开→线圈L产生自感电动势（同向）∵两电流方向相同，∴i由减小为0.电流：0增大到

电源做功=焦耳热+克服自感电动势做功电源做功=焦耳热减小到0

自感电动势做功=焦耳热ti0时刻，闭合→电源被短路，保险丝被烧断→电源被断31总结：克服自感电动势做功=磁场的能量电源做功磁场能量焦耳热单位体积内的磁场能量总结：克服自感电动势做功=磁场的能量电源做功磁场能量焦耳热单32真空中磁场的能量密度磁场能量对于螺绕环：自感磁能电流是能量的携带者真空中磁场的能量密度磁场能量对于螺绕环：自感磁能电流是能量的33例1、有一长直螺线管，磁场集中于管内，为匀强磁场，设螺线管通有的电流为；求:螺线管内的磁场能量。尝试用两种方法求解。例2、一根很长的同轴电缆线，内外半径分别为;通有电流。试求：长度储存的磁能。Ir例1、有一长直螺线管，磁场集中于管内，为匀强磁场，设螺线管通34

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麦克斯韦电磁理论第十二章电磁感应和

麦克斯韦电磁理论35概念：感应电动势（动生，感生）；互感；自感；磁场的能量

规律：楞次定律；法拉第电磁感应定律概念：感应电动势（动生，感生）；36一、电磁感应现象1、磁棒相对于线圈运动磁棒向下运动，安倍计指针向右偏，产生电流磁棒停止运动，安倍计指针不偏转，不产生电流磁棒向上运动，安倍计指针向左偏，产生电流过程分析：§12-1电磁感应及其基本规律一、电磁感应现象1、磁棒相对于线圈运动磁棒向下运动，37结论：当磁棒与线圈有相对运动时，线圈中产生感应电流。实质：线圈中磁感应强度大小发生变化2、金属棒沿垂直于磁场和棒长的方向运动过程分析：金属棒运动时（切割磁力线），产生感应电流。结论：当磁棒与线圈有相对运动时，线圈中产生感应电流。2、金属38实质：包围磁场的面积发生变化。结论：上面两实验中,导体回路包围的磁通量均发生了变化。电磁感应现象：当穿过闭合回路的磁通量发生变化时，回路中产生感应电流，此时，存在电动势，这种由于磁通量变化而引起的电动势称为感应电动势。实质：包围磁场的面积发生变化。结论：上面两实验中,导体回路包39二、电磁感应定律

法拉第（MichaelFaraday,1791-1867），伟大的英国物理学家和化学家.他创造性地提出场的思想，磁场这一名称是法拉第最早引入的.他是电磁理论的创始人之一，于1831年发现电磁感应现象，后又相继发现电解定律，物质的抗磁性和顺磁性，以及光的偏振面在磁场中的旋转.二、电磁感应定律法拉第（MichaelFaraday,401、法拉第电磁感应定律：当穿过闭合回路所围面积的磁通量发生变化时，回路中会产生感应电动势，且感应电动势正比于磁通量对时间变化率的负值。式中负号代表感应电动势方向（1）感应电动势方向的判定a.选定回路绕行方向右手定则：将右手四指弯曲，用以代表选定的回路绕行方向，则伸直的拇指指向法线的方向。1、法拉第电磁感应定律：当穿过闭合回路所围面积的磁通量发生变41b.确定与的正负c.和绕行方向相同和绕行方向相反例：图中b.确定与的正负c.和绕行方向相同和绕行方向相反例42N与回路绕行方向相反思考一下：如果磁棒从如图位置继续向下运动，感应电动势方向？与回路绕行方向相同N与回路绕行方向相反思考一下：如果磁棒从如图位置继续向下运动43S图中与回路绕行方向相同思考一下：如果磁棒从如图位置继续向下运动，感应电动势方向？与回路绕行方向相反S图中与回路绕行方向相同思考一下：如果磁棒从如图位置继续与44（2）讨论;闭合回路由N匝密绕线圈串联，则：式中为全磁通，若穿过每匝线圈的磁通量相同则：

(3)若闭合回路的电阻为R，则感应电流为：时间内，通过导线任一截面感生电荷为：（2）讨论;闭合回路由N匝密绕线圈串联，则：式中为全磁通45解：感应电流沿逆时针方向。例：一螺绕环，单位长度上的匝数为5000匝，今有一5匝的小线圈套在小线圈的电阻为试求：小线圈中感应电动势和感应电流。螺绕环上，解：感应电流沿逆时针方向。例：一螺绕环，单位长度上的匝数为546二、楞次定律闭合回路中感应电流的方向，总是使得它所激发的磁场来阻止引起感应电流的磁通量的变化。简言之：“增反减同”NS楞次定律实质上是能量守恒定律在电磁感应现象中的体现。变化——感生电动势S变化——动生电动势二、楞次定律闭合回路中感应电流的方向，总是使得它所激发的磁场47NS用楞次定律判断感应电流方向NSNS用楞次定律判断感应电流方向NS48三、感应电动势1、动生电动势：由于导体在磁场中运动产生的感应电动势.abdoxxxxi感应电动势的方向:b→a三、感应电动势1、动生电动势：由于导体在磁场中运动产生的感应49微观解释：提供动生电动势的非静电力方向：b→a动生电动势：微观解释：提供动生电动势的非静电力方向：b→a动生电动势50注意:①动生电动势不要求构成闭合回路;②在磁场中运动的导体才能产生动生电动势；③速度与磁场不平行时才能产生动生电动势。（需切割磁力线）例：abc方向：b→c注意:①动生电动势不要求构成闭合回路;例：abc方向：b→c51电子理论：原因：洛伦兹力能量守恒维持导体棒以向右运动，需要外力-机械能转化为电能电子理论：原因：洛伦兹力能量守恒维持导体棒以向右52例1：如图金属棒OA长l=50cm,B=0.01T,以ω=50转/秒的角速度转动。求:（1）；（2）半径R=50cm的铜盘转动时，OA的电势差为多少？xxxxxxxxxAOv例1：如图金属棒OA长l=50cm,B=0.01T,以53例2、在一根无限长载电流导线上通有电流I，有一导体棒长为L，与无限长载电流导线共面，平行于载流导线运动，速度为v，近端导线距离载流导线为a，求棒上产生电动势。xxxxxLACIV例2、在一根无限长载电流导线上通有电流I，有一导体棒长为L542、感生电动势

导体不动,由于磁场的大小或方向的变化所产生的感应电动势。(变化的磁场可在空间激发电场)感生电场（又名涡电场）2、感生电动势导体不动,由于磁场的大小或方向的变化所产生55两种电场的比较:感生电场：由变化的电场激发，电场线闭合，涡旋场静电场：由静止电荷激发，电场线不闭合，为保守场两种电场的比较:感生电场：由变化的电场激发，电场线闭合，涡56例1、匀强磁场局限在半径为R的柱形区域内，磁场方向如图所示，磁感应强度大小正以速率在增加，求感应电场的分布。Rxxxxxxxxxxxx例1、匀强磁场局限在半径为R的柱形区域内，磁场方向如图所示，57例2、在半径为R的圆形区域内，充满如图方向的均匀磁场，现有一长为L的金属棒放在磁场中，设求：棒两端的感生电动势。abo想想看，还能够怎么补回路啊？例2、在半径为R的圆形区域内，充满如图方向的均匀磁场，现有一58§12-2互感和自感一、互感现象I1B112线圈1中通有电流→产生→在线圈2中产生磁通量∝→∝线圈1对线圈2的互感系数。若发生变化→变化→变化→产生§12-2互感和自感一、互感现象I1B112线圈1中通有59与线圈的形状、大小，相对位置，有无铁磁质有关。同理：线圈2中通有电流→产生→在线圈1中产生磁通量互感系数单位：亨利H与线圈的形状、大小，相对位置，有无铁磁质有关。同理：线圈2中60研究两个共轴螺线管，长度均为，截面半径均为；原线圈为匝，副线圈匝。原线圈通有电流，副线圈通有电流。讨论二者互感系数的关系。

互感系数表示相邻两回路各自在另一回路中产生互感电动势的能力。研究两个共轴螺线管，长度均为，截面半径均为；原线圈为61二、自感现象：1、定义：回路电流改变在自身回路激发感生电动势的现象。2、L自感系数反映自感能力L>0，L与电流无关，只与线圈自身的形状、大小，有无铁磁质有关。3、单位：亨利H例1、有一长直螺线管，长为，截面半径为R；共有N匝。求：螺线管的自感系数。二、自感现象：1、定义