1、12电电 流流磁磁 场场电磁感应电磁感应感应电流感应电流 1831年法拉第年法拉第闭合回路闭合回路变化变化m 实验实验产生产生产产 生生?问题的提出问题的提出3法拉第所研究的课题广泛多样，按编年法拉第所研究的课题广泛多样，按编年顺序排列顺序排列,有如下各方面：铁合金研究，有如下各方面：铁合金研究，氯和碳的化合物，电磁转动，气体液化，氯和碳的化合物，电磁转动，气体液化，光学玻璃，苯的发明，电磁感应现象光学玻璃，苯的发明，电磁感应现象（1831）；不同来源的电的同一性）；不同来源的电的同一性（1832）；电化学分解，静电学，电介）；电化学分解，静电学，电介质，气体放电，光、电和磁，抗磁性，质，气体
2、放电，光、电和磁，抗磁性，“射线振动思想射线振动思想“，重力和电，时间和，重力和电，时间和磁性（磁性（1857年起）。年起）。相传法拉第的老师戴维，一个誉满全球、世界公认的大化学家相传法拉第的老师戴维，一个誉满全球、世界公认的大化学家在瑞士日内瓦养病时，有人问他一生中最伟大的发现是什么，在瑞士日内瓦养病时，有人问他一生中最伟大的发现是什么，他绝口不提自己发现的钠、钾、氯、氟等元素，却说：他绝口不提自己发现的钠、钾、氯、氟等元素，却说：“我最伟大的发现就是法拉第！我最伟大的发现就是法拉第！”410-1 电磁感应定律电磁感应定律GNS一一.法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律 abv ab5R12
3、Gm 当回路当回路 1中电流中电流发生变化时，在回路发生变化时，在回路 2中出现感应电流。中出现感应电流。SN 61 1、产生感应电流的情况、产生感应电流的情况1、磁棒插入或抽出线圈时，线圈中产生感生电流；磁棒插入或抽出线圈时，线圈中产生感生电流；2、放在稳恒磁场中的导线框，一边导线运动时线框中有电流。放在稳恒磁场中的导线框，一边导线运动时线框中有电流。3、线圈在磁场中转动，线圈中产生感生电流；线圈在磁场中转动，线圈中产生感生电流；4、两个位置固定的相互靠近的线圈，当其中一个线圈上电流发两个位置固定的相互靠近的线圈，当其中一个线圈上电流发生变化时，也会在另一个线圈内引起电流；生变化时，也会在另
4、一个线圈内引起电流；共同特点：共同特点：当通过回路的磁通量变化时，回路中就会产当通过回路的磁通量变化时，回路中就会产生感应电动势。生感应电动势。2.线圈内磁场运动线圈内磁场运动 SSdB 1.导线在磁场中运动导线在磁场中运动3.磁场变化磁场变化7dtdi 导体回路中产生的感应电动势的大小，与穿过导体导体回路中产生的感应电动势的大小，与穿过导体回路的磁通量对时间的变化率成正比。回路的磁通量对时间的变化率成正比。dtdi 感应电动势的方向感应电动势的方向感应电动势感应电动势大小大小dtdi 2 2、电磁感应定律、电磁感应定律1）内容及表达式）内容及表达式8dt时间内通过导线任一截面的时间内通过导线
5、任一截面的感应电量感应电量 21ttidtIqdtdtdRtt 211 211 dR)(211 R)(dtIdqi 2）.单匝的感应电流单匝的感应电流dtdRRIii 1 4).N匝线圈感应电动势匝线圈感应电动势dtdNi dtNd)(mN 磁通链磁通链3）.感应电量感应电量9二、楞次定律二、楞次定律(判断感应电流方向判断感应电流方向)1.1.表述：闭合回路中感应电流的方向，总是使得它表述：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或补偿引起感应电流的磁通量所激发的磁场来阻止或补偿引起感应电流的磁通量的变化。的变化。2.用楞次定律判断电流方向用楞次定律判断电流方向 abv10感感B
6、NSBiI感感BBiINSa、判明穿过闭合回路内原磁场、判明穿过闭合回路内原磁场 的方向；的方向；b、根据原磁通量的变化、根据原磁通量的变化 ,m按照楞次定律的要求确定感按照楞次定律的要求确定感 应磁场的方向；应磁场的方向；c、按右手法则由感应电流磁场的、按右手法则由感应电流磁场的 方向来确定感应电流的方向。方向来确定感应电流的方向。反向反向与与感感BBm 同向同向与与感感BBm 用楞次定律判断电流方向的步骤用楞次定律判断电流方向的步骤11 I VVV)(a)(b)(c)(d在无限长直载流导线旁有相同大小的四个在无限长直载流导线旁有相同大小的四个矩形线圈，分别作如图所示的运动。矩形线圈，分别作
7、如图所示的运动。判断回路中是否有感应电流。判断回路中是否有感应电流。有有有有无无有有 120 i若若dtdmi 致致方方向向与与回回路路绕绕行行方方向向一一则则i 0 i若若反反方方向向与与回回路路绕绕行行方方向向相相则则i （1 1）在回路上先任意规定一个绕行方向）在回路上先任意规定一个绕行方向 SmSdB（2 2）求回路中的磁通量）求回路中的磁通量fm（3 3）利用）利用求出求出i（4 4）方向）方向或者用楞次定律判断电流方向或者用楞次定律判断电流方向13ab例例1：解：解：矩形框导体的一边矩形框导体的一边ab可以平行滑动，长为可以平行滑动，长为 ，整个矩，整个矩形回路放在磁感应强度为形回
8、路放在磁感应强度为 ，方向与其平面垂直的均，方向与其平面垂直的均匀磁场中，如图所示。若导线匀磁场中，如图所示。若导线ab以匀速率以匀速率 向右运动，向右运动，求闭合回路的感应电动势求闭合回路的感应电动势lB x设导线设导线ab与固定边的距离为与固定边的距离为x回路回路正向正向如图如图穿过回路的磁通量为：穿过回路的磁通量为：vBabodlBSm Blx dtdmi dtdxBl Bl 方方向向：与回路的与回路的正正方方向向相反相反闭合回路的感应电动势为：闭合回路的感应电动势为：14iabcd1l2lhxdx例例2:无限长直导线无限长直导线tsinii 0 共面矩形线圈共面矩形线圈abcd求求:i
9、 已知已知:1l2lh解解:2102lhhdxlxi 012ln2i lhlhdtdmi thlhli cosln21002 SdBm 设设abcda方向为正方向方向为正方向方向随方向随coswt正负发生变化正负发生变化tsinhlhlnli 21002 SdBdmdxlxi102151.电动势电动势非静电力非静电力电源电动势电源电动势 把单位正电荷从负极经电源内部把单位正电荷从负极经电源内部移到正极非静电力所作的功。移到正极非静电力所作的功。负载负载 KFKF电电F非静电场强非静电场强KEqFK qA非非 ldEK ldELK 电动势是标量，电动势是标量，但有供电方向。但有供电方向。规定：规
10、定：三三、动生电动势动生电动势ldFAK 非非ldEqK 提供非静电力提供非静电力的装置叫电源的装置叫电源16 baKil dE2.动生电动势的一般表达式动生电动势的一般表达式B Bv vlxoxabbaBvefm efEmK Bv bail dBv)(的的方方向向i（1）楞次定律）楞次定律的方向一致与Bv 2)(mfKmEeFf 电平衡时：F电17（1 1）在导体上任取线元）在导体上任取线元（3 3）由动生电动势定义求解）由动生电动势定义求解 bail dBv)(l d（2 2）确定）确定 和和 的夹角和的夹角和 的方的方向向vBBv 从而确定从而确定 与与 之间的夹之间的夹角角l dBv
11、bail dBv)(4)ivB利用的方向判断 的方向则则矢矢量式可转化为量式可转化为标标量式量式18例例3：已知：已知：、adI求：求：?I dal dll dBd )(解：解：dllI 20dllIadd 20的方向为的方向为 方向。方向。B Bdl dadI ln20由左向右由左向右19例例4：已知：已知：、SB求：求：?解：解：0 t设设 时，时，0t 时刻时刻0t mBSdtdm 0sin()BStmax0sin()t SBn 0cos()BStmaxBS交流发电机的原理交流发电机的原理感应电动势的幅值方感应电动势的幅值方向随时间发生变化向随时间发生变化20Maxwell 假设：假设：
12、变化的磁场变化的磁场在其周围空间会在其周围空间会激发一种涡旋状的电场，称为激发一种涡旋状的电场，称为涡旋电场涡旋电场或或感感生电场生电场。四、感生电动势和涡旋电场四、感生电动势和涡旋电场导体回路不动导体回路不动,由于磁场变化而引起磁通由于磁场变化而引起磁通量改变产生的感应量改变产生的感应电动势电动势。1.感生电动势感生电动势感感E Lil dE感感 由电动势定义由电动势定义由由法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律dtdmi dtdl dEmLi 感感 SmSdB SLddtBdl dES感21LSmLiSddtBddtdldE感2.2.几点说明：几点说明：（2 2）式中）式中“一一”号反映了号
13、反映了 与与 成左螺旋关系成左螺旋关系 感EdtBd（1 1）磁感应强度）磁感应强度B B是位置、时间的函数是位置、时间的函数),(txBB （4 4）利用此式可以解决两类问题）利用此式可以解决两类问题求求感感生生电电动动势势分分布布利利用用dtdami )(求求感感生生电电场场的的分分布布利利用用dtdldEbmL 感)(感感EdtBd（3）感生电场的环流不等于）感生电场的环流不等于0，说明感生电场不是保守场。因此，说明感生电场不是保守场。因此，在感生电场中，不能象静电场那样引入电势的概念。在感生电场中，不能象静电场那样引入电势的概念。22起源起源静电场静电场 E E感生电场感生电场 E E
14、感由静止电荷激发由静止电荷激发由变化的磁场激发由变化的磁场激发电力线电力线电力线为非闭合曲线电力线为非闭合曲线电力线为闭合曲线电力线为闭合曲线电电场场的的性性质质为保守场作功与路径无关为保守场作功与路径无关为非保守场作功与路径有关为非保守场作功与路径有关 0ldE0 qSdES静电场为有源场静电场为有源场感生电场为无源场感生电场为无源场,有旋场有旋场dtdl dEmL 感感0 SSdE3.涡旋电场与静电场的比较涡旋电场与静电场的比较相同点：相同点：都是电场，都对电荷有作用力都是电场，都对电荷有作用力不同点：不同点：23oRB B解：解：磁场均匀增加，圆形磁场区域磁场均匀增加，圆形磁场区域内、外
15、内、外 E E感感 线为一系列同心圆；线为一系列同心圆；作半径为作半径为 r r 的环形路径的环形路径;r SLddtBdl dES感感22rdtdBrE感例例6长直密绕螺线管中通交变电流，长直密绕螺线管中通交变电流，如图放置一导体棒如图放置一导体棒L。若某时刻，若某时刻，0kdtdB常数求棒的电动势？求棒的电动势？Ro BabRrE h r分析：分析：l dELr 用用先求先求 ，然后再求电动势，然后再求电动势感E24)0(Rr rE 方向方向的方向由的方向由a b。coshr感Er 2rk22rdtdBrE感Ro BabRrE h r为逆时针方向。为逆时针方向。bal dE感cos2bad
16、lkrbadlrhkr2lkh225动生电动势动生电动势感生电动势感生电动势特特点点磁场不变，闭合电路磁场不变，闭合电路的整体或局部在磁场的整体或局部在磁场中运动导致回路中磁中运动导致回路中磁通量的变化通量的变化闭合回路的任何部分闭合回路的任何部分都不动，空间磁场发都不动，空间磁场发生变化导致回路中磁生变化导致回路中磁通量变化通量变化 l dBvi SiSdtBl dE涡涡 26例例5：在均匀磁场在均匀磁场 B B 中，一长为中，一长为 L 的导体棒绕一端的导体棒绕一端 o 点以角速度点以角速度 转动，求导体棒上的动生电动势。转动，求导体棒上的动生电动势。o oL LB B解解1：由动生电动势
17、定义计算：由动生电动势定义计算dl lv vv v 和和 B B 的夹角的夹角2/12夹夹角角与与l dBv l导体元上的电动势为导体元上的电动势为:l d)Bv(di vBdl cossinvBdl2 l导体元的速度为导体元的速度为:lv整个导体棒的动生电动势为整个导体棒的动生电动势为:iid dlvBL0221BL LBdll0 方向指向方向指向 o o 点。点。27解解2：利用法拉第电磁感应定律计算利用法拉第电磁感应定律计算ov vB B 扇形面积扇形面积：BSSdBsm 221LdtdBi dtdmi dtdSB 221LB 假想扇形回路，假想扇形回路，dtdNmi 221LS由边缘沿
18、导体棒由边缘沿导体棒指向指向o。回路中只有导体棒部分产生电动势回路中只有导体棒部分产生电动势方向与规定方向相反，方向与规定方向相反，规定顺时针方向为回路正方向规定顺时针方向为回路正方向2B L1感应电动势大小228一、电动势一、电动势把单位正电荷从负极经电源内把单位正电荷从负极经电源内部移到正极非静电力所作的功。部移到正极非静电力所作的功。ldELK 二、法拉第电磁感应定律二、法拉第电磁感应定律 idtdm 楞次定律楞次定律回路内感应电流产生的磁场总是企回路内感应电流产生的磁场总是企图阻止或补偿回路中磁通量的变化。图阻止或补偿回路中磁通量的变化。bail dBv)(的的方方向向i（1）楞次定律
19、）楞次定律的方向一致与Bv 2)(三、动生电动势三、动生电动势在稳恒磁场中，由于导体的在稳恒磁场中，由于导体的运动而产生的感应电动势运动而产生的感应电动势。29四、四、感生电动势感生电动势导体回路不动，由于磁场变化而产生的感应电动势导体回路不动，由于磁场变化而产生的感应电动势。在变化的磁场周围存在一个变化的电场在变化的磁场周围存在一个变化的电场rEdtdm ldELi 感dtdm ldELi 感 SSdtB30电磁炉作为厨具市场的一种新型灶具。它打破了传统的明火烹调方电磁炉作为厨具市场的一种新型灶具。它打破了传统的明火烹调方式采用磁场感应电流（又称为涡流）的加热原理，电磁炉是通过电式采用磁场感
20、应电流（又称为涡流）的加热原理，电磁炉是通过电子线路板组成部分产生交变磁场、当用含铁质锅具底部放置炉面时，子线路板组成部分产生交变磁场、当用含铁质锅具底部放置炉面时，锅具即切割交变磁力线而在锅具底部金属部分产生交变的电流（即锅具即切割交变磁力线而在锅具底部金属部分产生交变的电流（即涡流），涡流使锅具铁分子高速无规则运动，分子互相碰撞、摩擦涡流），涡流使锅具铁分子高速无规则运动，分子互相碰撞、摩擦而产生热能（故：电磁炉煮食的热源来自于锅具底部而不是电磁炉而产生热能（故：电磁炉煮食的热源来自于锅具底部而不是电磁炉本身发热传导给锅具，所以热效率要比所有炊具的效率均高出近本身发热传导给锅具，所以热效率
21、要比所有炊具的效率均高出近1倍）使器具本身自行高速发热，用来加热和烹饪食物，从而达到煮倍）使器具本身自行高速发热，用来加热和烹饪食物，从而达到煮食的目的。具有升温快、热效率高、无明火、无烟尘、无有害气体、食的目的。具有升温快、热效率高、无明火、无烟尘、无有害气体、对周围环境不产生热辐射、体积小巧、安全性好和外观美观等优点，对周围环境不产生热辐射、体积小巧、安全性好和外观美观等优点，能完成家庭的绝大多数烹饪任务。因此，在电磁炉较普及的一些国能完成家庭的绝大多数烹饪任务。因此，在电磁炉较普及的一些国家里，人们誉之为家里，人们誉之为烹饪之神烹饪之神和和绿色炉具绿色炉具。电磁炉不适用的锅电磁炉不适用的
22、锅 铜、铝、陶、玻璃材料的锅和容器，因为它们的分子都不是铜、铝、陶、玻璃材料的锅和容器，因为它们的分子都不是磁性分子，不能在磁场的作用下产生碰磁性分子，不能在磁场的作用下产生碰 31电磁铁是利用载流铁心线圈产生的电磁吸力来操纵机械装置，以完成预电磁铁是利用载流铁心线圈产生的电磁吸力来操纵机械装置，以完成预期动作的一种电器。它是将电能转换为机械能的一种电磁元件。期动作的一种电器。它是将电能转换为机械能的一种电磁元件。电磁铁主要由线圈、铁心及衔铁三部分组成，铁心和衔铁一般用软磁材电磁铁主要由线圈、铁心及衔铁三部分组成，铁心和衔铁一般用软磁材料制成。铁心一般是静止的，线圈总是装在铁心上。开关电器的电
23、磁铁料制成。铁心一般是静止的，线圈总是装在铁心上。开关电器的电磁铁的衔铁上还装有弹簧，如图所示的衔铁上还装有弹簧，如图所示电磁铁的组成电磁铁的组成当线圈通电后，铁心和衔铁被磁化，成为极性相反的两块磁铁，它们之间当线圈通电后，铁心和衔铁被磁化，成为极性相反的两块磁铁，它们之间产生电磁吸力。当吸力大于弹簧的反作用力时，衔铁开始向着铁心方向运产生电磁吸力。当吸力大于弹簧的反作用力时，衔铁开始向着铁心方向运动。当线圈中的电流小于某一定值或中断供电时，电磁吸力小于弹簧的反动。当线圈中的电流小于某一定值或中断供电时，电磁吸力小于弹簧的反作用力，衔铁将在反作用力的作用下返回原来的释放位置。作用力，衔铁将在反
24、作用力的作用下返回原来的释放位置。321.闭合开关闭合开关K，衔铁被电磁铁吸下来，动触片同时与两个静触点接触，使，衔铁被电磁铁吸下来，动触片同时与两个静触点接触，使a、b间间连通。这时弹簧被拉长，观察到工作电路被接通，小灯泡连通。这时弹簧被拉长，观察到工作电路被接通，小灯泡L发光。发光。2.断开开关断开开关K，电磁铁失去磁性，对衔铁无吸力。衔铁在弹簧的拉力作用下回到，电磁铁失去磁性，对衔铁无吸力。衔铁在弹簧的拉力作用下回到原来的位置，动触片与静触点分开。工作电路被切断，小灯泡原来的位置，动触片与静触点分开。工作电路被切断，小灯泡L不发光。不发光。3.说明工作电路和控制电路这两电路之间是互相独立
25、的。实用上工作电路的电压说明工作电路和控制电路这两电路之间是互相独立的。实用上工作电路的电压可以很高，而控制电路的电压可以较低。可以很高，而控制电路的电压可以较低。电磁铁的应用电磁铁的应用33*方向判定：方向判定：（两种方法）（两种方法）(b).用用 判定：判定：dtdm (a).用楞次定律判定用楞次定律判定B用用右右螺旋法则确螺旋法则确定定回路的回路的正法线正法线 的的方向方向nndtdm 0 0 0 a.规定规定一个一个 绕行绕行方方向向作为回路的作为回路的正正方方向向n 与与 方向方向相同为正，相反为负相同为正，相反为负0 d:i确定 的正负dtdmi i则方向与回路绕行方向相反 i则方向与回路绕行方向一致b.C:C:确定回路中确定回路中f fmm 是增加还是减少是增加还是减少
