大学物理电子教案

《电磁学》

多媒体教学课件西安电子科技大学理学院1第五章——电磁感应第五章电磁感应§1电磁感应定律§2动生电动势和感生电动势§3互感和自感2第五章——电磁感应§1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.3第五章——电磁感应§1电磁感应定律当穿过回路所围曲面的磁通量发生变化，回路上要产生感应电动势。B变,回路形状或方位变,都会产生感应电动势.一、电磁感应现象NSVNSI（t）B4第五章——电磁感应§1电磁感应定律二、法拉第定律当穿过闭合回路的磁通量发生变化时，回路中的电动势等于磁通量随时间的变化率反号。即：多匝导体线圈的感应电动势：感应电流：磁链只有感应电流时流过导线的电荷的电量5第五章——电磁感应§1电磁感应定律例：直导线通交流电置于磁导率为的介质中求：与其共面的N匝矩形回路中的感应电动势解：设当I0时，电流方向如图已知其中I0和是大于零的常数设回路L方向如图，建坐标系如图在任意坐标处取一面元6第五章——电磁感应§1电磁感应定律xdx7第五章——电磁感应§1电磁感应定律三、楞次定律感应电流有确定的方向，它所产生的磁场方向总是在抵消或补偿引起感应电流的磁通量变化的方向上。楞次定律是能量守恒定律在电磁感应中的体现。维持滑杆运动必须外加一力，此过程为外力克服安培力做功转化为焦耳热.机械能焦耳热++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++8第五章——电磁感应§2动生电动势和感生电动势引起磁通量变化的原因

1）稳恒磁场中的导体运动,或者回路面积变化、取向变化等动生电动势2）导体不动，磁场变化感生电动势电动势+-I闭合电路的总电动势:非静电的电场强度.9第五章——电磁感应§2动生电动势和感生电动势一、动生电动势+++++++++++++++++++++++++++++++++++OP设杆长为

动生电动势的非静电力场来源洛伦兹力---++平衡时10第五章——电磁感应§2动生电电动势和感生生电动势求动生电动势势的一般步骤骤：（1）规定一一积分路线的的方向，即方向。（2）任取线元，考察该该处方向以及的正负（3）利用计算电动势说明电动势的的方向与积分分路线方向相相同说明电动势的的方向与积分分路线方向相相反11第五章———电磁磁感应§2动生电电动势和感生生电动势解例1一长为的铜棒在磁感强度为的均匀磁场中,以角速度在与磁场方向垂直的平面上绕棒的一端转动，求铜棒两端的感应电动势.+++++++++++++++++++++++++++++++++++oP（点P的电势高于点点O的电势）

方向O

P12第五章———电磁磁感应§2动生电电动势和感生生电动势例2一导线矩形框的平面与磁感强度为的均匀磁场相垂直.在此矩形框上,有一质量为长为的可移动的细导体棒;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.若开始时,细导体棒以速度沿如图所示的矩形框运动,试求棒的速率随时间变化的函数关系.

解如图建立坐标棒所受安培力方向沿轴反向++++++棒中且由13第五章———电磁磁感应§2动生电电动势和感生生电动势方向沿轴反向棒的运动方程为则计算得棒的速率随时间变化的函数关系为++++++14第五章———电磁磁感应§2动生电电动势和感生生电动势二、感生电动动势麦克斯韦尔假假设变化的磁场在在其周围空间间激发一种电电场,这个电电场叫感生电电场.闭合回路中的感生电动势产生感生电动势的非静电场感生电场15第五章———电磁磁感应§2动生电电动势和感生生电动势感生电场是非保守场和均对电荷有力的作用.感生电场和静电场的对比静电场是保守场静电场由电荷产产生；感生电场是由变化化的磁场产生.16第五章———电磁磁感应§2动生电电动势和感生生电动势感生电场的计计算步骤:(a)过考察察点作一回路路,规定其绕绕行方向.(b)用右手手螺旋法则定定出回路所围围面的法线方向,即即的方向or计算出感生电场的方方向与回路的的绕行方向一一致感生电场的方方向与回路的的绕行方向相相反（c）计算磁通量及及随时间的变变化（d）计算环环路积分，利利用17第五章———电磁磁感应例如图中中，线段ab内的感生电电动势解：补上两个个半径oa和bo与ab构成回路obaooab因为所以有：§2动生电电动势和感生生电动势18第五章———电磁磁感应三涡电流流感应电流不仅仅能在导电回回路内出现现，而且当当大块导体与磁场有相对对运动或处在在变化的磁场场中时，在这这块导体中也也会激起感应应电流.这种种在大块导体体内流动的感感应电流,叫叫做涡电流,简称涡流流.应用：热热效应、电磁磁阻尼效应.§2动生电电动势和感生生电动势19第五章———电磁磁感应§3互感和和自感一互感系系数在电流回路中所产生的磁通量在电流回路中所产生的磁通量

互感仅与两个线圈形状、大小、匝数、相对位置以及周围的磁介质有关（无铁磁质时为常量）.注意20第五章———电磁磁感应§3互感和和自感互感系数问：下列几种情况互感是否变化？1）线框平行直导线移动；2）线框垂直于直导线移动；3）线框绕OC轴转动；4）直导线中电流变化.OC互感电动势21第五章———电磁磁感应§3互感和和自感例在一个个无限长直线线旁边有一个个矩形线圈，，几何尺寸和和相对位置如如图所示。试试求互感系数数。abl解：设长直导导线载流I1，则有：矩形线圈中的的磁通量为rdrI22第五章———电磁磁感应§3互感和和自感二自感系系数穿过闭合电流回路的磁通量1）自感

若线圈有N匝，自感

磁通匝数无铁磁质时,自感仅与线圈形状、磁介质及

N

有关.注意23第五章———电磁磁感应§3互感和和自感当时，2）自感电动势势自感单位：1亨利（H）=1韦伯/安培（1Wb/A）24第五章———电磁磁感应§3互感和和自感例如图的长直密绕螺线管,已知,求其自感.（忽略边缘效应）解先设电流

I

根据安培环路定理求得H

B.25第五章———电磁磁感应§3互感和和自感（一般情况可用下式测量自感）26第五章———电磁磁感应§3互感和和自感例有两个同轴圆筒形导体,其半径分别为和,通过它们的电流均为,但电流的流向相反.设在两圆筒间充满磁导率为的均匀磁介质,求