普通物理二-第十二章-电磁感应

普通物理二-第十二章-电磁感应第一页，共35页。

第十二章电磁感应和

麦克斯韦电磁理论第二页，共35页。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第三页，共35页。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第四页，共35页。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。第五页，共35页。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。第六页，共35页。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.第七页，共35页。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。第八页，共35页。b.确定与的正负c.和绕行方向相同和绕行方向相反例：图中第九页，共35页。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，感应电动势方向？与回路绕行方向相同第十页，共35页。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向下运动，感应电动势方向？与回路绕行方向相反第十一页，共35页。（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：第十二页，共35页。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，第十三页，共35页。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——动生电动势第十四页，共35页。NS用楞次定律判断感应电流方向NS第十五页，共35页。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第十六页，共35页。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：第十七页，共35页。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第十八页，共35页。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-机械能转化为电能第十九页，共35页。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第二十页，共35页。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第二十一页，共35页。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）第二十二页，共35页。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，为保守场第二十三页，共35页。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第二十四页，共35页。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？第二十五页，共35页。§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→产生第二十六页，共35页。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第二十七页，共35页。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。第二十八页，共35页。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。第二十九页，共35页。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第三十页，共35页。§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。第三十一页，共35页。ti0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