高二物理競賽課件：電磁感應(yīng)

第6章電磁感應(yīng)電磁波

6.1電磁感應(yīng)基本定律6.2動生電動勢感生電動勢6.3自感和互感6.4磁場的能量6.5麥克斯韋方程組6.6電磁場與人類文明

一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象靜電場、穩(wěn)恒電流的磁場不隨時間而變化如果隨時間而變化什么現(xiàn)象？、什么規(guī)律？三個實驗現(xiàn)象NS×××××××××××××××FmAB當(dāng)穿過一個閉合導(dǎo)體回路所圍面積的磁通量發(fā)生變化時（不論這種變化是由什么原因引起的），在回路中就有電流產(chǎn)生——該現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)現(xiàn)象。產(chǎn)生的電流稱為感應(yīng)電流相應(yīng)的電動勢為感應(yīng)電動勢。結(jié)論：6.1電磁感應(yīng)基本定律

二、法拉第電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律：

通過回路所圍面積的磁通量發(fā)生變化時，回路中就有感應(yīng)電動勢產(chǎn)生，而感應(yīng)電動勢正比于磁通量的對時間變化率的負值。在國際單位制中

(1)若回路是

N

匝密繞線圈(2)若閉合回路中電阻為R(3)感應(yīng)電荷為討論：磁通鏈數(shù)1.由法拉第電磁感應(yīng)定律判定三、楞次定律2.楞次定律確定感應(yīng)電動勢方向的方法：步驟:a.先任意規(guī)定一個方向為回路的正方向，且回路所圍面積的正法線與其構(gòu)成右手螺旋；b.確定磁通量的正負c.由法拉第電磁感應(yīng)定律確定感應(yīng)電動勢的方向,若為正，則與回路正向一致，若為負，則相反。

閉合回路中感應(yīng)電流的方向，總是使它所產(chǎn)生的磁場去反抗引起感應(yīng)電流的原來磁通量的變化。反抗Φ變化長直導(dǎo)線通有交流電I=I0sinωt,其中I0和ω是大于零的常數(shù),在長直導(dǎo)線旁平行放置一N匝矩形線圈,線圈平面與直導(dǎo)線共面.已知線圈長為l,寬為b,線圈靠近直線的一邊距導(dǎo)線的距離為d.解：通過面積元dS的磁通量（選順時針方向為正）

例1:求：線框中的感應(yīng)電動勢通過整個線圈的磁通量通過N匝線圈的磁通量則回路中的感應(yīng)電動勢解：例2:求：線圈中的感應(yīng)電動勢穿過單匝線圈的磁通量穿過N匝線圈的磁通量由法拉第電磁感應(yīng)定律得如圖所示，在均勻磁場中面積為S，匝數(shù)為N的平面線圈，以角速度ω繞垂直于磁感應(yīng)強度

的軸OO′勻速轉(zhuǎn)動,當(dāng)t=0時,線圈平面法線

與

之間的夾角為

。RiOO′ωNBenα在任意時刻t,線圈平面法線

與

之間的夾角為令：交流發(fā)電機的制造原理法拉第電磁感應(yīng)定律：

通過回路所圍面積的磁通量發(fā)生變化時，回路中就有感應(yīng)電動勢產(chǎn)生，而感應(yīng)電動勢正比于磁通量的對時間變化率的負值。小結(jié)：楞次定律：

閉合回路中感應(yīng)電流的方向，總是使它所產(chǎn)生的磁場去反抗引起感應(yīng)電流的原來磁通量的變化。N

匝密繞線圈：感應(yīng)電流：感應(yīng)電荷：M.法拉第(1791~1869)偉大的物理學(xué)家、化學(xué)家、19世紀最偉大的實驗大師。右圖為法拉第用過的螺繞環(huán)楞次Ленц，милий

Христианович

(1804

~1865年)

楞次是俄國物理學(xué)家和地球物理學(xué)家，生于愛沙尼亞的多爾帕特。早年曾參加地球物理觀測活動，發(fā)現(xiàn)并正確解釋了大西洋、太平洋、印度洋海水含鹽量不同的現(xiàn)象，1845年倡導(dǎo)組織了俄國地球物理學(xué)會。1836年至1865年任圣彼得堡大學(xué)教授，兼任海軍和師范等院校物理學(xué)教授。楞次主要從事電學(xué)的研究。1832年當(dāng)他知道了法拉第研究“磁生電”取得了成功，很受鼓舞，也開始進行一系列電磁實驗。1833年楞次把他的工作總結(jié)在《論動電感應(yīng)引起的電流的方向》一文中，指出感應(yīng)電流的方向是這樣確定的：它所產(chǎn)生的磁場方向與引起感應(yīng)的原磁場的變化方向相反。這對充實、完善電磁感應(yīng)規(guī)律是一大貢獻。后被稱為楞次定律，這一定律表明，電磁感應(yīng)現(xiàn)象也是尊從能量守恒定律的。

1842年，幾乎在同時，楞次還和焦耳各自獨立地確定了電流熱效應(yīng)的規(guī)律，這就是大家熟知的焦耳——楞次定律。他還定量地比較了不同金屬線的電阻率，確定了電阻率與溫度的關(guān)系；并建立了電磁鐵吸力正比于磁化電流二次方的定律。楞次除發(fā)表過一些論文外，還著有《物理學(xué)手冊》一書，于1864年出版。一、自感現(xiàn)象自感系數(shù)自感電動勢線圈電流變化穿過自身磁通變化在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢當(dāng)——自感電動勢遵從法拉第定律1.自感現(xiàn)象2.自感系數(shù)6.3自感和互感根據(jù)畢—薩定律穿過線圈自身的磁通量Φ

與電流I

成正比——自感系數(shù)若回路周圍不存在鐵磁質(zhì),且回路大小、形狀及周圍磁介質(zhì)分布不變自感電動勢3.自感電動勢L(3)L與線圈的形狀、大小、匝數(shù)、以及周圍磁介質(zhì)的分布

情況有關(guān)。若回路周圍不存在鐵磁質(zhì),與I無關(guān)(1)負號：楞次定律的數(shù)學(xué)表述(2)自感具有使回路電流保持不變的性質(zhì)——

電磁慣性說明：(4)L的單位：亨利，用H表示例1兩個“無限長”同軸圓筒狀導(dǎo)體組成同軸電纜,設(shè)內(nèi)外半徑分別為R1

和R2，電流由內(nèi)筒流走，外筒流回。求電纜單位長度上的自感解由安培環(huán)路定理可知二、互感現(xiàn)象互感系數(shù)互感電動勢線圈1中的電流變化引起線圈2的磁通變化線圈2中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢穿過線圈2線圈1中電流

I1

的磁通量正比于1.互感現(xiàn)象2.互感系數(shù)穿過線圈1線圈2中電流I2

的磁通量正比于若兩線圈結(jié)構(gòu)、相對位置及其周圍介質(zhì)分布不變時3.互感電動勢——互感系數(shù)且說明：當(dāng)電流變化一定時，互感電動勢就取決于互感系數(shù)，M越大，互感電動勢也越大。M

是表征兩個回路相互感應(yīng)強弱的物理量。解：設(shè)螺線管通穩(wěn)恒電流

I1、I2

，則一般

例2:兩個長度為l，半徑R相同的同軸長直螺線管，它們的匝數(shù)密度分別為n1

和

n2，管內(nèi)磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率為。求：（1）兩線圈的自感系數(shù)L1、L2

（2）兩線圈的互感系數(shù)MlS同理：I2

I1

(1)可以證明：(2)兩個線圈的互感與各自的自感有一定的關(guān)系說明：k為兩線圈的耦合系數(shù)改變兩線圈的相對位置,可改變兩線圈