电磁感应现象及应用课件-高二上学期物理人教版

13.3

电磁感应现象及应用

1.划时代的发现

伟大的物理学家法拉第伟大的物理学家法拉第英国物理学家。十三岁时，他就到一家装订和出售书籍的铺子里当学徒。这为他读书创造了条件。他的老板也鼓励他读书，后来有一位顾客送给他一些伦敦皇家学院讲演的听讲证。1812年冬季，他来到了伦敦皇家学院，要求和著名的院长戴维见面谈话。作为自荐书，他带来了听戴维讲演时记下的笔记。笔记装订得整齐美观，给戴维留下了很好的印象。戴维正好缺少一位助手，不久他就雇用了他。1821年受任为皇家研究所试验室主任。伟大的物理学家法拉第法拉第所研究的课题广泛多样，按编年顺序排列,有如下各方面：铁合金研究（1818－1824）；氯和碳的化合物（1820）；电磁转动（1821）；气体液化（1823，1845）；光学玻璃（1825－1831）；苯的发明（1825）；电磁感应现象（1831）；不同来源的电的同一性（1832）；电化学分解（1832年起）；静电学，电介质（1835年起）；气体放电（1835年）；光、电和磁（1845年起）；抗磁性（1845年起）；"射线振动思想"（1846年起）；重力和电（1849年起）；时间和磁性（1857年起）。在大约1830年以前，法拉第主要是一位化学家。1827年出版了六百多页的巨著《化学操作》。那时他已成为很有成就的专业分析化学家和实际顾问，已赢得了国际声誉。伟大的物理学家法拉第1830至1839年是法拉第成就最大的时期，是对现代电学发现作出贡献的第一流科学家。1821年他对奥斯特发现的电流磁作用的研究，导致他十年后的重大发现。1924年，当选为英国皇家学会会员；1925年任皇家学院实验室主任。法拉第一生发明极多，他发现了电磁感应现象，建立了电磁感应定律；发明了第一台电动机和发电机；发现了电流的化学作用的规律，即法拉第电解定律；提出了电场和磁场等重要概念；1845年，他发现了抗磁性；他的巨著《电学的实验研究》中有三千多个条目，成功与失败的实验16041个。法拉第一生热衷科学事业，不好功名利禄。英国女王曾多次想对他封爵，都被他谢绝；晚年，英国首相想给他每年300英镑的退休金时，被他推辞；1858年英国史学家廷德尔提议让他担任皇家学会会长，他也坚决推辞。2.产生感应电流的条件

法拉第发现电磁感应从1824年到1828年，法拉第做了无数次电磁效应实验，收集了各种电磁实验的资料，经仔细分析思考，他认为既然有电流对磁、磁对磁、电流对电流的相互作用，那么为什么就没有磁对电的作用呢？于是他确信“由电能产生磁，由磁也能产生电”。为此，法拉第坚持了长达10余年的苦心实验研究。日复一日的实验、思考、总结和改进。例如他先将磁铁放入一个线圈内，再将线圈两端接在检流计上，未发现指针偏转等。实验一：1828年如图，右侧为一铜线圈，左侧为一平衡球，中间用线悬挂起来。然后在右侧铜线圈内放一条形磁铁,他认为这时线圈内应产生感生电流，然后再用另一块磁铁靠近铜线圈，线圈就会转动。但什么现象也没发生。这时，英国物理学家斯特金发明了电磁铁，即在一块原来没有磁性的软铁上绕以导线，通电以后，软铁就成了具有强磁性的磁铁。后来，美国物理学家亨利改进了斯特金的电磁铁，用彼此绝缘的铜导线代替铜裸线，制成能吸引三百千克铁的电磁铁。这些对法拉第的进一步研究有一定的启发和帮助。实验二：1831年8月29日，法拉第又进行了一个新的实验：他用软铁做成右图所示的环，其上绕有A、B两线圈，B线圈接检流计，A线圈和十个电池组连接，当接通或断开电源时，发现电流计指针摆动。当维持通电状态时，指针则无反应。法拉第称之为“伏打电感应”。这时法拉第才认识到，磁感应现象是和变化联系在一起的实验三：如图：当上下方磁棒张合之际，电流计指针也不断摆动。实验四：1831年10月17日，法拉第将220英尺的铜线分层绕在一个用纸做的空心圆筒上，绕了八个线圈，再连成一个大线圈，接到检流计上，然后将一大的长圆形磁铁棒插入到圆筒中，结果指针摆动了，他不由自主的急忙将磁铁棒从圆筒中抽出来，检流计指针又摆动了一下。法拉第得出结论：“要产生感生电流，磁铁必须运动。”后来，法拉第又发现无论是磁铁还是线圈运动，都产生电流。1831年11月24日，法拉第总结了一系列实验研究，向英国皇家学会提交了论文。后来概括出五类情况可以产生感生电流：

①变化着的电流；

②运动的恒稳电流；

③变化的磁场；

④运动的磁铁；

⑤在磁场中运动的导体。

在此基础上，法拉第发明了人类历史上第一台感应发电机。只要通过闭合导体回路的磁通量发生变化,闭合导体回路中就会产生感应电流。在法拉第工作的前后，还有不少物理学家从事电磁感应的研究：瑞士物理学家科拉顿在1825年曾做过类似上述法拉第实验6的实验，他用一块磁铁在螺线管中移动，观察线圈中是否有感生电流产生。为了排除磁铁对灵敏电流计的影响，他把很长的导线把连接于螺线管的电流计放在另一个房间，他在两个房间跑来跑去进行实验和观察，因此未能观察到磁电感应现象。他同样没想到效应的暂态性。1830年，美国物理学家亨利曾先于法拉第发现电磁感应现象，但他没有立即发表实验结果。1832年，俄国物理学家楞次受法拉第启发，开始做这方面的研究，并发现了感应电流方向的规律。小结当法拉第在演示他的电磁感应现象