11电磁感应现象法拉第电磁感应定律要点课件

(ElectromagneticInduction)电磁感应磁悬浮列车电流磁场电磁感应现象产生?问题的提出引：1820年丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，人们就开始了其逆效应的研究。

1831年八月英国物理学家M.Faraday发现了电磁感应现象并总结出电磁感应定律，大大推动了电磁理论的发展。

电磁感应定律的发现，不但找到了磁生电的规律，更重要的是它揭示了电和磁的联系，为电磁理论奠定了基础。并且开辟了人类使用电能的道路。成为电磁理论发展的第一个重要的里程碑。核心：法拉第电磁感应定律用好算好法拉第定律必须要学好做好磁通量1.电源将其它形式的能量转变为电能的装置。电源电动势2、电源电动势描写电源将其它形式能量转变成电能的能力。负载AB电源

在电源内部存在一非静电力，该非静电力将正电荷从电势低的电源负极移动到电势高的正极，与静电力相反，因此在电源内部存在一非静电场Ek。非静电场对电荷dq的非静电力定义电源电动势在电源内,电荷dq由负极移到正极时非静电力所作的功描述电源搬动电荷的能力电动势是标量,但含正负。规定：电动势的正方向：由负极经电源内部指向正极电磁感应定律一电磁感应的基本现象

当回路磁通发生变化时在回路中产生电流的现象称为电磁感应现象。产生的电流叫感应电流。

回路中有电流，意味着回路中有电动势，这个电动势是由磁通量的变化引起的，故叫感应电动势。确切讲，电磁感应现象应理解为：当穿过导体回路的磁通量发生变化时，回路中就产生感应电动势。感应电动势比感应电流更能反映电磁感应的现象的本质。二.规律1.法拉第定律2.楞次定律法拉第经过十年不懈的探索，1831年得出：一匝线圈的感应电动势

的大小当回路磁通变化时，感应电流产生的磁通量总是反抗回路中原磁通量的变化。负号表示感应电动势总是反抗磁通量的变化3.法拉第电磁感应定律〔配以某些约定两定律综合〕

约定①选定回路的绕行方向（计算正方向）②当磁力线方向与所套链绕行方向成右手螺

旋时磁通量为正；反之为负。③当计算所得ε

>0

时，其方向与绕行

方向一致；ε<0，与绕行方向相反。〔配以某些约定两定律综合〕

如均匀磁场.....................均匀磁场★若绕行方向取如图示的回路方向按约定<0电动势的方向与所选的绕行方向相反确定：回路中电动势的“方向”磁通量为正即负号说明.....................均匀磁场★若绕行方向取如图所示的方向>0电动势的方向与所选绕行方向一致按约定磁通量取负正号说明选取的两种绕行方向所得的结果相同①使用意味着约定！②

磁链

对于N匝串联回路每匝中穿过的磁通分别为说明则有称为磁链当每一匝线圈的磁通都相等时，法拉第抓住感应电动势，而不是感应电流，……感应电动势更本质。图中L若是导线，则有

，也有i;图中L若是空气，则有

，没有i;注意：感应电流的方向与感应电动势的方向总是一致的。L感应电流.感应电流、感应电量感应电量为：感应电量只与回路中磁通量的变化量有关，与磁通量变化的快慢无关。因为感应电流又可表示为：1.选择回路的绕行方向，确定回路中的磁感应强度B；2.由求回路中的磁通量

m

；3.由求出

；4.由的正负判定其方向应用法拉第电磁感应定律解题的方法LabI例1：

在通有电流为I=I0cosωt的长直载流导线旁，放置一矩形回路，如图所示，回路以速度v水平向右运动，求回路中的感应电动势。解：建立坐标系，如图所示取一窄带dx，xdxxo电流I产生的磁感应强度为：设回路方向为顺时针LIS例2：长直螺线管绕有N匝线圈，通有电流I且（C为常数且大于零），求感应电动势。B解：方向顺时针方向逆时针感应电动势磁通量

m变动生电动势磁场不变，回路面积S变感生电动势回路不动，磁感应强度变

在磁场中,导体棒AB以v沿金属导轨向右运动,导体切割磁力线,回路面积发生变化,导体内产生动生电动势。自由电子所受的洛仑兹力

产生动生电动势的实质是由于运动导体中的电荷在磁场中受洛仑兹力fL的结果。一、动生电动势动生电动势与感生电动势起因：由得:代入得:方向：电动势方向从负极到正极。以上结论普遍成立。大小：为与

的夹角为与的夹角。如果整个回路都在磁场中运动，则在回路中产生的总的电动势为：动生电动势公式：每个电子受的洛仑兹力洛仑兹力对电子做功的代数和为零。对电子做正功，反抗外力做功洛仑兹力的作用并不提供能量，而只是传递能量，即外力克服洛仑兹力的一个分量

所做的功，通过另一个分量

转换为动生电流的能量。实质上表示能量的转换和守恒。发电机的工作原理就是靠洛仑兹力将机械能转换为电能。结论动生电动势只存在于运动的一段导体上，而不动的那一段导体上没有电动势。3.代公式求导体元上的电动势

动生电动势的求解可以采用两种方法：一是利用“动生电动势”的公式来计算；二是设法构成一种合理的闭合回路以便于应用“法拉第电磁感应定律”求解。公式：.动生电动势的计算方法1、在运动导线上分割取导体元取2、计算该处的

4、w

B例1：在均匀磁场B中，一长为L的导体棒绕一端o点以角速度w

转动，求导体棒上的动生电动势。oL解1：由动生电动势定义计算dlvl分割导体元dl,导体元上的电动势为:导体元的速度为:l整个导体棒的动生电动势为:方向沿棒指向o点。与

的夹角：和

的夹角：解2：利用法拉第电磁感应定律计算构成假想扇形回路，使其包围导体棒旋转时扫过的面积；回路中只有导体棒部分产生电动势，虚线部分静止不产生电动势。ovBω扇形面积：感应电动势为：由楞次定律可判断动生电动势的方向沿导体棒指向o。其中利用法拉第电磁感应定律与用动生电动势的方法计算的结果相同。例2:在通有电流I的无限长载流直导线旁，距a垂直放置一长为L以速度v向上运动的导体棒，求导体棒中的动生电动势。解1：由动生电动势定义计算由于在导体棒处的磁感应强度分布是非均匀的，导体上各导体元产生的动生电动势也是不一样的，分割导体元dx。aLIxdxx导体元处的磁场B为：导体元所产生的动生电动势方向沿x轴负向，大小为：与

的夹角：和

的夹角：解2：利用法拉第电磁感应定律计算构成假想矩形回路，将回路分割成无限多长为y、宽为dx的面元.整个回路的磁通量为：穿过面元的磁通量为：整个导体棒的动生电动势为:导体所产生的动生电动势方向沿x轴负向。aLIxdx回路中的感应电动势为：vadxyBIL由于假想回路中只有导体棒运动，其它部分静止，所以整个回路中的电动势也就是导体棒的电动势。电动势的方向由楞次定律可知水平向左。二感生电动势和感生电场一.感生电动势产生的原因----感生电场力1861年，麦克斯韦（1831-1879）大胆假设

“变化的磁场会产生感生电场”。他提出：感生电场的电力线是闭合的，是一种非静电场。正是这种非静电场产生了感生电动势。感生电场有什么性质？看感生电场的环流怎么样？通量怎么样？不动变磁场变化引起的感应电动势称为感生电动势。按照法拉第电磁感应定律所以有（的正方向与L成右手螺旋关系）现在回路中由电动势的普遍定义：感生电场的环流与磁场的变化有联系：设感生电场的电场强度为因为感生电场的电力线是闭合的，所以对任一封闭面，感生电场的通量为零。（的正方向与L成右手螺旋关系）这就是感生电场的环流规律。感生电场的通量等于什么？这就是感生电场的通量规律。（记）（记）感生电场的电力线类似于磁力线，是无头无尾的闭合曲线，呈涡旋状，所以称之为涡旋电场。起源由静止电荷激发由变化的磁场激发电力线形状电力线为非闭合曲线电力线为闭合曲线静电场为无旋场感生电场为有旋场感生电场与静电场的区别电场的性质为保守场作功与路径无关为非保守场作功与路径有关静电场为有源场感生电场为无源场静电场感生电场一般有由于的通量为零，由于的环流为零，在稳恒条件下，一切物理量不随时间变化，静电场的环路定理.感生电动势与感生电场的计算（有时需设计一个闭合回路）方法一：由电动势的定义方法二：由法拉第电磁感应定律例1：圆形均匀分布的磁场半径为R，磁场随时间均匀增加，求空间的感生电场的分布情况。解：作半径为r的环形路径;1.r<R

区域：oR由于磁场均匀增加，圆形磁场区域内、外

线为一系列同心圆；环路上各点的大小相等,方向与路径方向相同,且磁场均匀增加，设涡旋电场的绕向也为逆时针方向。2.r>R

区域E感oRB作半径为r的环形路径;同理

r<R

区域：E感分布曲线所以∵积分面积为回路中有磁场存在的面积，E感roR例2：圆形均匀分布的磁场半径为R，磁场随时间均匀增加，在磁场中放置一长为L的导体棒，求棒中的感生电动势。LoRBhrdl解：在dl上产生的感生电动势为：由上题结果，圆形区域内部的感生电场：作用在导体棒上，使导体棒上产生一个向右的感生电动势，沿线作半径为r的环路，分割导体元dl，其中则：E感hoRrdl其中方向向右。法2：用法拉第电磁感应定律求解，如图构造逆时针方向闭合回路，讨论

将导体放入变化的磁场中时，由于在变化的磁场周围存在着涡旋的感生电场，感生电场作用在导体内的自由电荷上，使电荷运动，形成涡电流。I涡1.涡电流(1)工频感应炉的应用

在冶金工业中，某些熔化活泼的稀有金属在高温下容易氧化，将其放在真空环境中的坩埚中，坩埚外绕着通有交流电的线圈，对金属加热，防止氧化。抽真空2.涡电流的应用电磁感应现象的应用举例：(2)用涡电流加热金属电极

在制造电子管、显像管或激光管时，在做好后要抽气封口，但管子里金属电极上吸附的气体不易很快放出，必须加热到高温才能放出而被抽走,利用涡电流加热的方法，一边加热，一边抽气，然后封口。抽真空接高频发生器显像管(3)电磁炉

在市面上出售的一种加热炊具----电磁炉。这种电磁炉加热时炉体本身并不发热，在炉内有一线圈，当接通交流电时，在炉体周围产生交变的磁场，

当金