高二物理竞赛电磁感应课件

第十一章变化的电磁场§11-1电磁感应§11-2自感与互感§11-3麦克斯韦方程组本章内容：本章重点：感应电动势、自感和互感的计算本章难点：涡旋电场、位移电流、场概念的理解§11-1电磁感应一、电源的电动势二、电磁感应定律——实验定律三、动生电动势四、感生电动势涡旋电场本节内容：----------AB电源外电路+1、电源的工作原理考虑电流的产生：提供非静电力的装置称为电源内电路仅有静电力，不能形成稳恒电流EAB+-+还需非静电力AB++++----+FeF’内电路：电荷受静电力Fe和非静电力F’的共同作用内电路一、电源的电动势正电荷在F’的作用下向A运动，静电力上升AB++++----+FeF’内电路：电荷受静电力Fe和非静电力F’的共同作用开始：++++＋QAB-----－QF’>Fe，电荷向A运动接外电路外部：电荷向B运动，静电力下降内部：F’Fe＋可见电源内：电源外:静电力作用A→B非静电力作用B→A低高F’＝Fe维持一定的电势差UAB＝U（开路电压）最终：电源内把单位正电荷从负极移向正极过程中，非静电力所做的功。2、电动势设非静电力场强E’非静电力：电源内，移动电荷q，非静电力做功：若非静电力存在于整个电流回路中,则整个回路中的总电动势应为:----------AB电源内电路外电路+电动势的方向：规定：电势升高方向正方向单位：伏V二电磁感应定律（1831年法拉第的伟大发现）

一类是磁铁(或载流线圈)与不含电源的闭合线圈之间发生相对运动；法拉第的实验可以归结为两类:另一类是线圈之间无相对运动,但载流线圈中有电流变化.NSK1、电磁感应现象闭合回路中感应电流的方向，总是使它产生的磁场去阻碍引起感应电流的磁通量的变化。NS楞次定律是能量守恒定律在电磁感应中的体现.GNS外力作功转化为感应电流的能量2、楞次定律规定：（2）当磁力线方向与绕行方向成右螺时，磁通量为正与回路绕行方向相反与回路绕行方向相同L3、法拉第电磁感应定律（1）电动势方向与绕行方向一致时为正首先任定回路的绕行方向(1)如果围绕磁场的线圈有N匝,则电动势:称N为磁通链匝数(磁链).(2)当回路电阻为R时,电流(3)通过回路的电量为:进一步讨论：电量与成正比而与d/dt

无关。例：有一通有电流为I的无限长直导线所在平面内，有一半径为r，电阻为R的导线小环，环中心距直导线为a，且a》r，当直导线的电流被切断后，沿着导线环流过的电荷约为多少？解：Ira(4)非静电力，其电场强度为Ek结合法拉第定律有:根据电源的电动势----------AB电源内电路外电路+思考：应该存在一种非静电力，是什么？vIIlCDAB（1）在恒定的匀强磁场中，导线以速度v向右运动。例：计算感应电动势大小：方向：DABCD（用楞次定律判）（2）导线不动解：解：大小：方向：自己判vlCDAB（3）导线以速度v向右移动解：大小：方向：自己判三、动生电动势

运动导线中的电荷受洛伦兹力:

非静电场强度:

2、感应电动势如图中动生电动势:

vA'B'lCDABII1、非静电力由定义：讨论:(1)动生电动势来源于洛仑兹力(非静电力);(3)功能关系:外力为了维持导体的运动,须克服安培力做功。(2)动生电动势的公式:与法拉第电磁感应定律是一致的.前例，由动生电动势公式由法拉第定律：vA'B'lCDABII如图所示，长为l的导体匀速运动，外力功率：即：外力的功率＝电功率例:已知B、L、ω，求感应电动势O点电势高。（的方向）A

OLvOA解：设dl方向O

A负号表示电动势方向：ωldl例《拓展》P89－1Ir，draωO解：在ON上距O点为r处取微元drNdr的速度方向垂直ON向下此处磁场：方向：O→NN点电势高M方向：NMIr，draωOx解：金属棒转到OM位置时棒中感应电动势的方向O→MM点电势高在OM上距O点为r处取微元dr此处磁场：方向：vIIlCDAB（2）导线不动解：大小：例：计算感应电动势问题：B变，导线不动，电源中的非静电力是什么？当仅有磁场的变化时：当仅有磁场的变化时：变化的磁场在其周围激发了一种电场—感生（涡旋）电场。麦克斯韦（J.C.Maxwell)提出:该电场力驱动电荷，充当了电源中激发电场，的非静电力。1、感生（涡旋）电场性质:(1)感生电场也同静电场一样对电荷有作用力(3)对比静电场的环路定律:可见感生电场是不同于静电场的另一种电场。(2)感生电场源于变化的磁场左旋!四、感生电动势涡旋电场(4)感生电场是涡旋场,场线是无头无尾的闭合曲线由于：不能引入电势，可计算位差。（5）由电动势定义（6）感生电场假设是以法拉第电磁感应定律为基础的，源于法拉第电磁感应定律又高于法拉第电磁感应定律。揭示了电场与磁场间更为本质的关系。无论有无导体，只要空间有磁场的变化（），就存在感生电场。IIIII'I'涡电流是电荷在涡电场的作用下形成的涡电流的危害与防止:变压器涡流损耗。涡电流的阻尼作用涡电场存在的直接验证——涡电流应用:用于金属熔炼,电磁灶,真空技术等2、涡旋电场的计算法拉第电磁感应定律电动势定义可计算感生电场的场强E感R例:长直螺线管半径为R，试计算当其内部磁场时，管内外涡旋电场的大小和方向.

解：长直螺线管磁场分布解：长直螺线管磁场分布由麦克思韦假设场的对称性及可知E涡方向如图所示。RrL(1)r≤R(2)当r>R时螺线管外B=0；RrLLrE0R计算感生电动势εi方法有两个途径，视方便而定其一：其二：条件：空间涡旋电场的分布已知条件：必须有一个回路ACrh解：例：长为l的金属棒放在磁场中，计算感应电动势.涡旋电场分布：法一：法二：可用法拉第电磁感应定律求,需假想一个回路,在该回路中,除ＡＢ段外最好其它部分的感应电动势为零或已知.

做辅助线OA，OC。选取OACO三角形回路ACO例：《拓展》P89－3AEODC2aa半径为a的圆柱形区域内，有一随时间变化的均匀磁场dB/dt>0，将一个等腰梯形导线框ACDEA，上底长为a，下底长为2a，总电阻为R，放置在同一平面上，问AE段、CD段和闭合回路中的感生电动势各为多大？解：（1）因为dB/dt>0感生电场为逆时针方向方向：A→EAEODC2aa（2）（3）方向ACDEA方向：C→D利用感生电场给电子加速以获取高能电子。示意如图：3、电子感应加速器电磁铁铁心环行真空室Re电子束电磁铁铁心电磁铁的励磁电流是交流电,分析磁场变化的情况如图:Bt只有第1、4个1/4周期可对电子加速,其实经过第1个1/4周期的加速即可将电子引出,能量已经相当高了。利用感生电场给电子加速的另一个基本问题是：如何使电子维持在恒定的半径R的圆形轨道上加速？LR电子束ev电子要始终