大学物理课件81.ppt

1、1结构框图结构框图法拉第电磁感法拉第电磁感应定律应定律感应电动势感应电动势的计算的计算磁场磁场能量能量麦克斯韦的麦克斯韦的两条假设两条假设涡旋电场涡旋电场位移电流位移电流经典电磁理论经典电磁理论的基本方程的基本方程2复习：复习：电源电动势电源电动势稳恒电场的能量来源（教稳恒电场的能量来源（教239239）eF eFRK kFeF电源作用：电源作用：q提供非静电力提供非静电力 ，将，将 由负极板移向正极，由负极板移向正极，保持极板间电势差，保持极板间电势差，以形成持续的电流。以形成持续的电流。kF+-eF eF R3作用机理：作用机理：反抗反抗 做功，做功，将其他形式能转变为电能将其他形式能转变

2、为电能eFkF断路：断路：kFeF时平衡时平衡通路通路外电路：外电路：内电路：内电路：eFq作用，将作用，将 由正极由正极 负极负极ekFF将将 由负极由负极 正极正极qekF,F共同作用形成持续电流。共同作用形成持续电流。eF eFRK kFeF4能量转换能量转换外电路：外电路：内电路：内电路：0dlFeeF0dlFe0d lFLe:kF做功如何做功如何？非静电场强：非静电场强：0qFEkk0d lEALk非静电力搬运单位正电荷绕闭合回路一周做功：非静电力搬运单位正电荷绕闭合回路一周做功：非静电力为非保守力非静电力为非保守力 eF eFRK kFeF5：可量度电源将其他形式能：可量度电源将其

3、他形式能 转变为电能的能力大小转变为电能的能力大小lELkd定义：定义：电源电动势电源电动势lELkd 若若 只在内电路存在：只在内电路存在：kE（经内电路）lEkd规定指向：规定指向：6相对论建立以前，人们通过对变化中的场的研究认识到相对论建立以前，人们通过对变化中的场的研究认识到电场与磁场的联系，并建立了经典电磁学的基本方程。电场与磁场的联系，并建立了经典电磁学的基本方程。一一.法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律1820年年 ：奥斯特实验：电奥斯特实验：电 磁磁1821 1831年：法拉第实验：磁年：法拉第实验：磁 电电对称性对称性什么是电磁感应现象？什么是电磁感应现象？电磁感应现象的四

4、个演示实验。电磁感应现象的四个演示实验。7实验一：实验一：将条形磁铁插入或拔出将条形磁铁插入或拔出线圈的瞬时与线圈相连线圈的瞬时与线圈相连的电流表会指示有电流的电流表会指示有电流产生。产生。实验二：实验二：将通电线圈插入或拔出将通电线圈插入或拔出瞬时与线圈相连的电流瞬时与线圈相连的电流表会指示有电流产生。表会指示有电流产生。产生的感应电流越大。越大，电流表指针偏转的角度快，）插入和拔出的速度越（转方向相反；偏）插入或拔出时电流表（218实验三：实验三：无论是在接通还是断开无论是在接通还是断开L L1 1电源的瞬间，在电源的瞬间，在L L2 2中都有电流中都有电流产生；产生；如果如果L L1 1

5、外接可调电阻，则在电阻发生变化的同时，外接可调电阻，则在电阻发生变化的同时，L L2 2中中也会有电流产生。也会有电流产生。越大。）电阻变化越快，电流（电流越大；，）闭合与断开速度越快（反；产生的感应电流方向相）开关闭合与断开瞬时（3219在前两个实验中，由于磁铁与线圈或线圈与线圈的在前两个实验中，由于磁铁与线圈或线圈与线圈的相对位置发生变化使空间磁场发生了变化。相对位置发生变化使空间磁场发生了变化。第三个实验则是通过调整电流使空间磁场发生了变第三个实验则是通过调整电流使空间磁场发生了变化。化。由这三个实验看出，不管使用什么方法，只要使与由这三个实验看出，不管使用什么方法，只要使与电流表相连的

6、线圈周围的磁场发生变化，这个线圈电流表相连的线圈周围的磁场发生变化，这个线圈中都会产生感应电流。中都会产生感应电流。这种认识是否全面呢？这种认识是否全面呢？10实验四：实验四：在这个实验中，磁场是不变的，在这个实验中，磁场是不变的，但在回路中还是产生了电流。但在回路中还是产生了电流。从直接引起的效果来看，磁场的变化和线框面积的变化从直接引起的效果来看，磁场的变化和线框面积的变化有一个共同点，这就是它们都使穿过线圈或线框的磁感有一个共同点，这就是它们都使穿过线圈或线框的磁感应强度的通量，即磁通量发生了变化。应强度的通量，即磁通量发生了变化。也反向。）反向运动则（越大；）速度越快，（II21种联系

7、。电动势之间一定存在某与感应的因此，出现了电源电动势。导线中一定出现了电源在电流产生的机理，可知的变化产生的，但按照感应电流是引入电动势有电源电流的产生mm11 当穿过闭合回路所围面积的磁通量发生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电动势正比于磁通量对时间变化率的负值.电磁感应定律电磁感应定律国际单位制国际单位制1k韦韦 伯伯i伏伏 特特tkddi12（1）闭合回路由闭合回路由 N 匝密绕线圈组成匝密绕线圈组成 N磁通匝数（磁链）磁通匝数（磁链）tddi（2）若闭合回路的电阻为若闭合回

8、路的电阻为 R，感应电流为，感应电流为tRRIidd1i21dttqotIdqq)(1d12121RRdtIdqdtdqIii截面的总电量为：这段时间内通过导线某则在21tt 13:通过线圈的磁通链数通过线圈的磁通链数（全磁通）（全磁通）mmN讨论：讨论：(2)式中负号含义式中负号含义,楞次定律的本质是什么？楞次定律的本质是什么？(1)通量还是通量还是 通量？还是二者皆可？通量？还是二者皆可？HBm :(3)引起引起 变化的原因有哪些？与参考系选择有关吗？变化的原因有哪些？与参考系选择有关吗？mttNtNmmmddd)d(dd结论：结论：闭合回路中感应电动势的大小与通过回路的闭合回路中感应电动

9、势的大小与通过回路的 磁通量的变化率成正比：磁通量的变化率成正比：这就是：这就是：法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律14(1)通量还是通量还是 通量？还是二者皆可？通量？还是二者皆可？HBm :nIBr0nIH 引起闭合回路中产生感应电动势的是通过回路引起闭合回路中产生感应电动势的是通过回路的的 通量的变化，而不是通量的变化，而不是 通量的变化通量的变化BH中学：中学：原副线圈实验原副线圈实验K原线圈原线圈付线圈付线圈铁棒铁棒G电阻保持恒定。开关一直闭合；15K原线圈原线圈付线圈付线圈铁棒铁棒G引起闭合回路中产生感应电动势的是通过回路引起闭合回路中产生感应电动势的是通过回路的的 通量的变化，

10、而不是通量的变化，而不是 通量的变化通量的变化BH与实验不符。的错误结论，不变，不产生通量，则会得出是若认为与实验结果一致）。副线圈中有电流产生（。穿过副线圈的通量变了化，变变化，故当铁棒插入时，有变化。但没通过副线圈的通量始终，均是无论是否将铁棒插入，如图：作安培环路感IHBBnIHBHnIHnIHabnIabHIl dHabcdammrrrL000abcd16ttNtNmmmddd)d(dd(2)式中负号含义式中负号含义,楞次定律的本质是什么？楞次定律的本质是什么？如右所示，用楞次定律分析可知，无论如右所示，用楞次定律分析可知，无论磁棒插入还是拔出线圈的过程中，都要磁棒插入还是拔出线圈的过

11、程中，都要克服磁阻力而作功，正是这部分机械功克服磁阻力而作功，正是这部分机械功转化成感应电流所释放的焦耳热，所以转化成感应电流所释放的焦耳热，所以小灯泡亮了。小灯泡亮了。能量守恒能量守恒17NBSv用楞次定律判断感应电流方向IvBNSI18 (3)引起引起 变化的原因有哪些？与参考系选择有关吗？变化的原因有哪些？与参考系选择有关吗？mssmSBSBdcosd引起引起 变化的原因：变化的原因：m变化SB,vsNsN对线圈参考系：对线圈参考系：变化变化B对磁铁参考系：对磁铁参考系：相对位置关系变化。与SB不同惯性系中的变换很难概括为一个简单公式，不同惯性系中的变换很难概括为一个简单公式，分两种情况

12、处理。分两种情况处理。19二二.动生电动势动生电动势 1.磁场不变，导体运动所产生的感应电动势叫磁场不变，导体运动所产生的感应电动势叫动生电动势。动生电动势。平衡时平衡时BlvU emfflUqqEqvB 电源，电源，反抗反抗 做功，将做功，将 由负极由负极 正极，正极，维持维持 的非静电力的非静电力 洛仑兹力洛仑兹力cdmfqefU2.产生机理：产生机理：产生产生 的非静电力是什么？的非静电力是什么？动mflefdcvBU回忆电源断路时的情形（形成稳定电压）（形成稳定电压）v具有速度所有电荷都20产生产生 的非静电力的非静电力动mflefdcvBUBvqfFmKBvqfEmK非静电场强非静电

13、场强（经内电路）动lEKd（经内电路）lBvd)(由电动势定义：由电动势定义：lBvLd)(动或：或：动生电动势只存在于运动导体内。动生电动势只存在于运动导体内。合外电路则形成电流。源，一旦将其接通闭相当于一个电图中cd214.计算（计算（两种方法两种方法）(1)由电动势定义求由电动势定义求lBvlELLKd)(d动（经内电路）动lBvd)(负号的产生。这样在计算时就能避免知真实的正负极位置，电荷受力情况，从而得算前，可以先判断一下与假设相反。当然在计计算结果为负，则实际正，说明假设正确；若的负极，若计算结果为谁为下限，谁就是假设内电路积分到正极。以按定义：从电源负极经(2)由法拉第定律求由法

14、拉第定律求tmdd如果回路不闭合，需加辅助线使其闭合。如果回路不闭合，需加辅助线使其闭合。大小和方向可分别确定。大小和方向可分别确定。（前提：闭合回路）（前提：闭合回路）22RNooiBne 例例 在匀强磁场在匀强磁场中中,置有面积为置有面积为 S 的的可绕可绕 轴转动的轴转动的N 匝匝线圈线圈.若线圈以角速若线圈以角速度度 作匀速转动作匀速转动.求求线圈中的感应电线圈中的感应电动势动势.23tNBStNBSdtdtNBSNBStBntBntmmsinsincoscos00maxmax，则，若旋转角速度为夹角为与，任意时刻同向；与，时，设24tsinmaxtItRisinsinmaxmax交流

15、电交流电RNooiBneRi25解解0cosd2sinlBvlBd)(di v 例例1 一长为一长为 的铜棒在磁感强度为的铜棒在磁感强度为 的均匀磁场中的均匀磁场中,以角速度以角速度 在与磁场方向垂在与磁场方向垂直的平面上绕棒的一端直的平面上绕棒的一端转动，转动，求求铜棒两端的铜棒两端的感应电动势感应电动势.LB oPB 方向方向 O Pivld26LllB0dLlB0idv2i21LB oPB 方向方向 O PivldlLl。变化到从，因此积分限积分到正极。积分是从负极处坐标为，线元点坐标为为坐标原点，建立坐标系如图：LPOll dLPO027 例例2 一导线矩形框的平面与磁感强度为一导线矩

16、形框的平面与磁感强度为 的均匀磁场相垂直的均匀磁场相垂直.在此矩形框上在此矩形框上,有一质有一质量为量为 长为长为 的可移动的细导体棒的可移动的细导体棒 ;矩矩形框还接有一个电阻形框还接有一个电阻 ,其值较之导线的电其值较之导线的电阻值要大得很多阻值要大得很多.若若开始时开始时,细导体棒以速度细导体棒以速度 沿如图所示的矩形框沿如图所示的矩形框运动运动,试求棒的速率随时试求棒的速率随时间变化的函数关系间变化的函数关系.mlBMNR0v+lRBvMN28Rv22lBBlRIBlFMN方向沿方向沿 轴反向轴反向ox解解 如图建立坐标如图建立坐标vBlMN棒中棒中且由且由MNF+lRBvMNoxIRvv22ddlBtm则则ttlB022dd0mRvvvvtlB)(022emRvvvBldlvBvBdll dBvNMNMNMMNBl IF棒所受安培力：