物理 電磁感應(yīng)

第十章電磁感應(yīng)1電流磁場(chǎng)電磁感應(yīng)感應(yīng)電流

1831年法拉第閉合回路變化實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生產(chǎn)生?問(wèn)題的提出2法拉第所研究的課題廣泛多樣，按編年順序排列,有如下各方面：鐵合金研究，氯和碳的化合物，電磁轉(zhuǎn)動(dòng)，氣體液化，光學(xué)玻璃，苯的發(fā)明，電磁感應(yīng)現(xiàn)象（1831）；不同來(lái)源的電的同一性（1832）；電化學(xué)分解，靜電學(xué)，電介質(zhì)，氣體放電，光、電和磁，抗磁性，“射線(xiàn)振動(dòng)思想“，重力和電，時(shí)間和磁性（1857年起）。

相傳法拉第的老師戴維，一個(gè)譽(yù)滿(mǎn)全球、世界公認(rèn)的大化學(xué)家在瑞士日內(nèi)瓦養(yǎng)病時(shí)，有人問(wèn)他一生中最偉大的發(fā)現(xiàn)是什么，他絕口不提自己發(fā)現(xiàn)的鈉、鉀、氯、氟等元素，卻說(shuō)：“我最偉大的發(fā)現(xiàn)就是法拉第！”

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電磁感應(yīng)定律一.法拉第電磁感應(yīng)定律4R12εGmΦ當(dāng)回路

1中電流發(fā)生變化時(shí)，在回路

2中出現(xiàn)感應(yīng)電流。51、產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況1、磁棒插入或抽出線(xiàn)圈時(shí)，線(xiàn)圈中產(chǎn)生感生電流；2、放在穩(wěn)恒磁場(chǎng)中的導(dǎo)線(xiàn)框，一邊導(dǎo)線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)線(xiàn)框中有電流。

3、線(xiàn)圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)，線(xiàn)圈中產(chǎn)生感生電流；4、

兩個(gè)位置固定的相互靠近的線(xiàn)圈，當(dāng)其中一個(gè)線(xiàn)圈上電流發(fā)生變化時(shí)，也會(huì)在另一個(gè)線(xiàn)圈內(nèi)引起電流；共同特點(diǎn)：當(dāng)通過(guò)回路的磁通量變化時(shí)，回路中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。2.線(xiàn)圈內(nèi)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)1.導(dǎo)線(xiàn)在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)3.磁場(chǎng)變化6導(dǎo)體回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，與穿過(guò)導(dǎo)體回路的磁通量對(duì)時(shí)間的變化率成正比。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小2、電磁感應(yīng)定律1）內(nèi)容及表達(dá)式7dt時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)任一截面的感應(yīng)電量2）.單匝的感應(yīng)電流4).N匝線(xiàn)圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)—磁通鏈3）.感應(yīng)電量8二、楞次定律(判斷感應(yīng)電流方向)1.表述：閉合回路中感應(yīng)電流的方向，總是使得它所激發(fā)的磁場(chǎng)來(lái)阻止或補(bǔ)償引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。2.用楞次定律判斷電流方向9a、判明穿過(guò)閉合回路內(nèi)原磁場(chǎng)的方向；b、根據(jù)原磁通量的變化,按照楞次定律的要求確定感應(yīng)磁場(chǎng)的方向；c、按右手法則由感應(yīng)電流磁場(chǎng)的方向來(lái)確定感應(yīng)電流的方向。

用楞次定律判斷電流方向的步驟10在無(wú)限長(zhǎng)直載流導(dǎo)線(xiàn)旁有相同大小的四個(gè)矩形線(xiàn)圈，分別作如圖所示的運(yùn)動(dòng)。判斷回路中是否有感應(yīng)電流。有有無(wú)有

113.應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律解題的方法（1）在回路上先任意規(guī)定一個(gè)繞行方向（2）求回路中的磁通量fm

（3）利用求出（4）方向或者用楞次定律判斷電流方向12ab例1：解：矩形框?qū)w的一邊ab可以平行滑動(dòng)，長(zhǎng)為，整個(gè)矩形回路放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為，方向與其平面垂直的均勻磁場(chǎng)中，如圖所示。若導(dǎo)線(xiàn)ab以勻速率向右運(yùn)動(dòng)，求閉合回路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)設(shè)導(dǎo)線(xiàn)ab與固定邊的距離為x回路正向如圖穿過(guò)回路的磁通量為：abod方向：與回路的正方向相反閉合回路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：13例2:無(wú)限長(zhǎng)直導(dǎo)線(xiàn)共面矩形線(xiàn)圈求:

已知:解:設(shè)abcda方向?yàn)檎较蚍较螂Scoswt正負(fù)發(fā)生變化141.電動(dòng)勢(shì)非靜電力電源電動(dòng)勢(shì)

把單位正電荷從負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移到正極非靜電力所作的功。負(fù)載非靜電場(chǎng)強(qiáng)電動(dòng)勢(shì)是標(biāo)量，但有供電方向。規(guī)定：三、動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)提供非靜電力的裝置叫電源152.動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的一般表達(dá)式Bv（1）楞次定律163.計(jì)算動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的方法（1）在導(dǎo)體上任取線(xiàn)元（3）由動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)定義求解（2）確定和

的夾角和的方向從而確定與之間的夾角則矢量式可轉(zhuǎn)化為標(biāo)量式17例3：已知：求：解：ε的方向?yàn)榉较?。由左向?8例4：已知：求：解：設(shè)時(shí)，t時(shí)刻交流發(fā)電機(jī)的原理感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的幅值方向隨時(shí)間發(fā)生變化19Maxwell假設(shè)：變化的磁場(chǎng)在其周?chē)臻g會(huì)激發(fā)一種渦旋狀的電場(chǎng)，稱(chēng)為渦旋電場(chǎng)或感生電場(chǎng)。四、感生電動(dòng)勢(shì)和渦旋電場(chǎng)導(dǎo)體回路不動(dòng),由于磁場(chǎng)變化而引起磁通量改變產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。1.感生電動(dòng)勢(shì)由電動(dòng)勢(shì)定義由法拉第電磁感應(yīng)定律202.

幾點(diǎn)說(shuō)明：（2）式中“一”號(hào)反映了與成左螺旋關(guān)系

（1）磁感應(yīng)強(qiáng)度B是位置、時(shí)間的函數(shù)

（4）利用此式可以解決兩類(lèi)問(wèn)題（3）感生電場(chǎng)的環(huán)流不等于0，說(shuō)明感生電場(chǎng)不是保守場(chǎng)。因此，在感生電場(chǎng)中，不能象靜電場(chǎng)那樣引入電勢(shì)的概念。21起源靜電場(chǎng)

E感生電場(chǎng)

E感由靜止電荷激發(fā)由變化的磁場(chǎng)激發(fā)電力線(xiàn)電力線(xiàn)為非閉合曲線(xiàn)電力線(xiàn)為閉合曲線(xiàn)電場(chǎng)的性質(zhì)為保守場(chǎng)作功與路徑無(wú)關(guān)為非保守場(chǎng)作功與路徑有關(guān)靜電場(chǎng)為有源場(chǎng)感生電場(chǎng)為無(wú)源場(chǎng),有旋場(chǎng)3.渦旋電場(chǎng)與靜電場(chǎng)的比較相同點(diǎn)：都是電場(chǎng)，都對(duì)電荷有作用力不同點(diǎn)：22oRB解：磁場(chǎng)均勻增加，圓形磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)、外E感線(xiàn)為一系列同心圓；作半徑為r

的環(huán)形路徑;例6長(zhǎng)直密繞螺線(xiàn)管中通交變電流，如圖放置一導(dǎo)體棒L。若某時(shí)刻，求棒的電動(dòng)勢(shì)？分析：用先求，然后再求電動(dòng)勢(shì)23方向ε的方向由a→b。為逆時(shí)針?lè)较颉?4動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)感生電動(dòng)勢(shì)特點(diǎn)磁場(chǎng)不變，閉合電路的整體或局部在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致回路中磁通量的變化閉合回路的任何部分都不動(dòng)，空間磁場(chǎng)發(fā)生變化導(dǎo)致回路中磁通量變化25例5：在均勻磁場(chǎng)B中，一長(zhǎng)為L(zhǎng)的導(dǎo)體棒繞一端o點(diǎn)以角速度w

轉(zhuǎn)動(dòng)，求導(dǎo)體棒上的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)。w

oLB解1：由動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)定義計(jì)算dlvv和B的夾角l導(dǎo)體元上的電動(dòng)勢(shì)為:l導(dǎo)體元的速度為:整個(gè)導(dǎo)體棒的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)為:方向指向o點(diǎn)。26解2：利用法拉第電磁感應(yīng)定律計(jì)算ovBω扇形面積：假想扇形回路，由邊緣沿導(dǎo)體棒指向o?；芈分兄挥袑?dǎo)體棒部分產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)方向與規(guī)定方向相反，規(guī)定順時(shí)針?lè)较驗(yàn)榛芈氛较?7一、電動(dòng)勢(shì)把單位正電荷從負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移到正極非靜電力所作的功。二、法拉第電磁感應(yīng)定律楞次定律回路內(nèi)感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)總是企圖阻止或補(bǔ)償回路中磁通量的變化。（1）楞次定律三、動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)在穩(wěn)恒磁場(chǎng)中，由于導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。28四、感生電動(dòng)勢(shì)導(dǎo)體回路不動(dòng)，由于磁場(chǎng)變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。感生電場(chǎng)在變化的磁場(chǎng)周?chē)嬖谝粋€(gè)變化的電場(chǎng)感生電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式感生電場(chǎng)與變化磁場(chǎng)關(guān)系29電磁爐作為廚具市場(chǎng)的一種新型灶具。它打破了傳統(tǒng)的明火烹調(diào)方式采用磁場(chǎng)感應(yīng)電流（又稱(chēng)為渦流）的加熱原理，電磁爐是通過(guò)電子線(xiàn)路板組成部分產(chǎn)生交變磁場(chǎng)、當(dāng)用含鐵質(zhì)鍋具底部放置爐面時(shí)，鍋具即切割交變磁力線(xiàn)而在鍋具底部金屬部分產(chǎn)生交變的電流（即渦流），渦流使鍋具鐵分子高速無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，分子互相碰撞、摩擦而產(chǎn)生熱能（故：電磁爐煮食的熱源來(lái)自于鍋具底部而不是電磁爐本身發(fā)熱傳導(dǎo)給鍋具，所以熱效率要比所有炊具的效率均高出近1倍）使器具本身自行高速發(fā)熱，用來(lái)加熱和烹飪食物，從而達(dá)到煮食的目的。具有升溫快、熱效率高、無(wú)明火、無(wú)煙塵、無(wú)有害氣體、對(duì)周?chē)h(huán)境不產(chǎn)生熱輻射、體積小巧、安全性好和外觀(guān)美觀(guān)等優(yōu)點(diǎn)，能完成家庭的絕大多數(shù)烹飪?nèi)蝿?wù)。因此，在電磁爐較普及的一些國(guó)家里，人們譽(yù)之為"烹飪之神"和"綠色爐具"。

電磁爐不適用的鍋

銅、鋁、陶、玻璃材料的鍋和容器，因?yàn)樗鼈兊姆肿佣疾皇谴判苑肿樱荒茉诖艌?chǎng)的作用下產(chǎn)生碰30電磁鐵是利用載流鐵心線(xiàn)圈產(chǎn)生的電磁吸力來(lái)操縱機(jī)械裝置，以完成預(yù)期動(dòng)作的一種電器。它是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的一種電磁元件。電磁鐵主要由線(xiàn)圈、鐵心及銜鐵三部分組成，鐵心和銜鐵一般用軟磁材料制成。鐵心一般是靜止的，線(xiàn)圈總是裝在鐵心上。開(kāi)關(guān)電器的電磁鐵的銜鐵上還裝有彈簧，如圖所示電磁鐵的組成當(dāng)線(xiàn)圈通電后，鐵心和銜鐵被磁化，成為極性相反的兩塊磁鐵，它們之間產(chǎn)生電磁吸力。當(dāng)吸力大于彈簧的反作用力時(shí)，銜鐵開(kāi)始向著鐵心方向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)線(xiàn)圈中的電流小于某一定值或中斷供電時(shí)，電磁吸力小于彈簧的反作用力，銜鐵將在反作用力的作用下返回原來(lái)的釋放位置。311.閉合開(kāi)關(guān)K，銜鐵被電磁鐵吸下來(lái)，動(dòng)觸片同時(shí)與兩個(gè)靜觸點(diǎn)接觸，使a、b間連通。這時(shí)彈簧被拉長(zhǎng)，觀(guān)察到工作電路被接通，小燈泡L發(fā)光。2.斷開(kāi)開(kāi)關(guān)K，電磁鐵失去磁性，對(duì)銜鐵無(wú)吸力。銜鐵在彈簧的拉力作用下回到原來(lái)的位置，動(dòng)觸片與靜觸點(diǎn)分開(kāi)。工作電路被切斷，小燈泡L不發(fā)光。3.說(shuō)明工作電路和控制電路這兩電路之間是互相獨(dú)立的。實(shí)用上工作電