大學(xué)物理電子教案

《電磁學(xué)》

多媒體教學(xué)課件西安電子科技大學(xué)理學(xué)院1第五章——電磁感應(yīng)第五章電磁感應(yīng)§1電磁感應(yīng)定律§2動生電動勢和感生電動勢§3互感和自感2第五章——電磁感應(yīng)§1電磁感應(yīng)定律法拉第（MichaelFaraday,1791-1867），偉大的英國物理學(xué)家和化學(xué)家.他創(chuàng)造性地提出場的思想，磁場這一名稱是法拉第最早引入的.他是電磁理論的創(chuàng)始人之一，于1831年發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，后又相繼發(fā)現(xiàn)電解定律，物質(zhì)的抗磁性和順磁性，以及光的偏振面在磁場中的旋轉(zhuǎn).3第五章——電磁感應(yīng)§1電磁感應(yīng)定律當(dāng)穿過回路所圍曲面的磁通量發(fā)生變化，回路上要產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。B變,回路形狀或方位變,都會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢.一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象NSVNSI（t）B4第五章——電磁感應(yīng)§1電磁感應(yīng)定律二、法拉第定律當(dāng)穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化時，回路中的電動勢等于磁通量隨時間的變化率反號。即：多匝導(dǎo)體線圈的感應(yīng)電動勢：感應(yīng)電流：磁鏈只有感應(yīng)電流時流過導(dǎo)線的電荷的電量5第五章——電磁感應(yīng)§1電磁感應(yīng)定律例：直導(dǎo)線通交流電置于磁導(dǎo)率為的介質(zhì)中求：與其共面的N匝矩形回路中的感應(yīng)電動勢解：設(shè)當(dāng)I0時，電流方向如圖已知其中I0和是大于零的常數(shù)設(shè)回路L方向如圖，建坐標(biāo)系如圖在任意坐標(biāo)處取一面元6第五章——電磁感應(yīng)§1電磁感應(yīng)定律xdx7第五章——電磁感應(yīng)§1電磁感應(yīng)定律三、楞次定律感應(yīng)電流有確定的方向，它所產(chǎn)生的磁場方向總是在抵消或補償引起感應(yīng)電流的磁通量變化的方向上。楞次定律是能量守恒定律在電磁感應(yīng)中的體現(xiàn)。維持滑桿運動必須外加一力，此過程為外力克服安培力做功轉(zhuǎn)化為焦耳熱.機(jī)械能焦耳熱++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++8第五章——電磁感應(yīng)§2動生電動勢和感生電動勢引起磁通量變化的原因

1）穩(wěn)恒磁場中的導(dǎo)體運動,或者回路面積變化、取向變化等動生電動勢2）導(dǎo)體不動，磁場變化感生電動勢電動勢+-I閉合電路的總電動勢:非靜電的電場強度.9第五章——電磁感應(yīng)§2動生電動勢和感生電動勢一、動生電動勢+++++++++++++++++++++++++++++++++++OP設(shè)桿長為

動生電動勢的非靜電力場來源洛倫茲力---++平衡時10第五章——電磁感應(yīng)§2動生電電動勢和感生生電動勢求動生電動勢勢的一般步驟驟：（1）規(guī)定一一積分路線的的方向，即方向。（2）任取線元，考察該該處方向以及的正負(fù)（3）利用計算電動勢說明電動勢的的方向與積分分路線方向相相同說明電動勢的的方向與積分分路線方向相相反11第五章———電磁磁感應(yīng)§2動生電電動勢和感生生電動勢解例1一長為的銅棒在磁感強度為的均勻磁場中,以角速度在與磁場方向垂直的平面上繞棒的一端轉(zhuǎn)動，求銅棒兩端的感應(yīng)電動勢.+++++++++++++++++++++++++++++++++++oP（點P的電勢高于點點O的電勢）

方向O

P12第五章———電磁磁感應(yīng)§2動生電電動勢和感生生電動勢例2一導(dǎo)線矩形框的平面與磁感強度為的均勻磁場相垂直.在此矩形框上,有一質(zhì)量為長為的可移動的細(xì)導(dǎo)體棒;矩形框還接有一個電阻,其值較之導(dǎo)線的電阻值要大得很多.若開始時,細(xì)導(dǎo)體棒以速度沿如圖所示的矩形框運動,試求棒的速率隨時間變化的函數(shù)關(guān)系.

解如圖建立坐標(biāo)棒所受安培力方向沿軸反向++++++棒中且由13第五章———電磁磁感應(yīng)§2動生電電動勢和感生生電動勢方向沿軸反向棒的運動方程為則計算得棒的速率隨時間變化的函數(shù)關(guān)系為++++++14第五章———電磁磁感應(yīng)§2動生電電動勢和感生生電動勢二、感生電動動勢麥克斯韋爾假假設(shè)變化的磁場在在其周圍空間間激發(fā)一種電電場,這個電電場叫感生電電場.閉合回路中的感生電動勢產(chǎn)生感生電動勢的非靜電場感生電場15第五章———電磁磁感應(yīng)§2動生電電動勢和感生生電動勢感生電場是非保守場和均對電荷有力的作用.感生電場和靜電場的對比靜電場是保守場靜電場由電荷產(chǎn)產(chǎn)生；感生電場是由變化化的磁場產(chǎn)生.16第五章———電磁磁感應(yīng)§2動生電電動勢和感生生電動勢感生電場的計計算步驟:(a)過考察察點作一回路路,規(guī)定其繞繞行方向.(b)用右手手螺旋法則定定出回路所圍圍面的法線方向,即即的方向or計算出感生電場的方方向與回路的的繞行方向一一致感生電場的方方向與回路的的繞行方向相相反（c）計算磁通量及及隨時間的變變化（d）計算環(huán)環(huán)路積分，利利用17第五章———電磁磁感應(yīng)例如圖中中，線段ab內(nèi)的感生電電動勢解：補上兩個個半徑oa和bo與ab構(gòu)成回路obaooab因為所以有：§2動生電電動勢和感生生電動勢18第五章———電磁磁感應(yīng)三渦電流流感應(yīng)電流不僅僅能在導(dǎo)電回回路內(nèi)出現(xiàn)現(xiàn)，而且當(dāng)當(dāng)大塊導(dǎo)體與磁場有相對對運動或處在在變化的磁場場中時，在這這塊導(dǎo)體中也也會激起感應(yīng)應(yīng)電流.這種種在大塊導(dǎo)體體內(nèi)流動的感感應(yīng)電流,叫叫做渦電流,簡稱渦流流.應(yīng)用：熱熱效應(yīng)、電磁磁阻尼效應(yīng).§2動生電電動勢和感生生電動勢19第五章———電磁磁感應(yīng)§3互感和和自感一互感系系數(shù)在電流回路中所產(chǎn)生的磁通量在電流回路中所產(chǎn)生的磁通量

互感僅與兩個線圈形狀、大小、匝數(shù)、相對位置以及周圍的磁介質(zhì)有關(guān)（無鐵磁質(zhì)時為常量）.注意20第五章———電磁磁感應(yīng)§3互感和和自感互感系數(shù)問：下列幾種情況互感是否變化？1）線框平行直導(dǎo)線移動；2）線框垂直于直導(dǎo)線移動；3）線框繞OC軸轉(zhuǎn)動；4）直導(dǎo)線中電流變化.OC互感電動勢21第五章———電磁磁感應(yīng)§3互感和和自感例在一個個無限長直線線旁邊有一個個矩形線圈，，幾何尺寸和和相對位置如如圖所示。試試求互感系數(shù)數(shù)。abl解：設(shè)長直導(dǎo)導(dǎo)線載流I1，則有：矩形線圈中的的磁通量為rdrI22第五章———電磁磁感應(yīng)§3互感和和自感二自感系系數(shù)穿過閉合電流回路的磁通量1）自感

若線圈有N匝，自感

磁通匝數(shù)無鐵磁質(zhì)時,自感僅與線圈形狀、磁介質(zhì)及

N

有關(guān).注意23第五章———電磁磁感應(yīng)§3互感和和自感當(dāng)時，2）自感電動勢勢自感單位：1亨利（H）=1韋伯/安培（1Wb/A）24第五章———電磁磁感應(yīng)§3互感和和自感例如圖的長直密繞螺線管,已知,求其自感.（忽略邊緣效應(yīng)）解先設(shè)電流

I

根據(jù)安培環(huán)路定理求得H

B.25第五章———電磁磁感應(yīng)§3互感和和自感（一般情況可用下式測量自感）26第五章———電磁磁感應(yīng)§3互感和和自感例有兩個同軸圓筒形導(dǎo)體,其半徑分別為和,通過它們的電流均為,但電流的流向相反.設(shè)在兩圓筒間充滿磁導(dǎo)率為的均勻磁介質(zhì),求