第8章-電磁感應與電磁場

電流磁場電磁感應感應電流

1831年法拉第閉合回路變化實驗產生產生?問題的提出1第8章電磁感應與電磁場

§8.1

電磁感應的基本定律

§8.2

動生電動勢

§8.3

自感2預習要點領會電源電動勢的定義及其物理意義，弄清電動勢指向的規(guī)定.領會楞次定律，注意應用楞次定律判斷感應電動勢指向的方法.什么是法拉第電磁感應定律及其數(shù)學表達式.3§8.1電磁感應的基本定律一、電磁感應現(xiàn)象1820年,奧斯特發(fā)現(xiàn):

電流磁效應電流產生磁場對稱性→磁的電效應？?1831年,法拉第經過了十年不懈的探索，發(fā)現(xiàn)電磁感應現(xiàn)象產生4英國物理學家和化學家，電磁理論的創(chuàng)始人之一.他創(chuàng)造性地提出場的思想，最早引入磁場這一名稱.1831年發(fā)現(xiàn)電磁感應現(xiàn)象，后又相繼發(fā)現(xiàn)電解定律，物質的抗磁性和順磁性，及光的偏振面在磁場中的旋轉.法拉第（MichaelFaraday，1791－1867）5電磁感應現(xiàn)象B變K②①發(fā)現(xiàn)實驗規(guī)律：磁場增加和磁場減小產生的電流方向（感應電動勢）相反第一種：磁場變化，產生電流。6③S變B④θ變wn0θ第二種：回路的面積或取向改變，產生電流。7由于磁通量的變化而產生電流的現(xiàn)象稱為電磁感應現(xiàn)象。感應電流與原電流本身無關，而是與原電流的變化有關。電磁感應原因：線圈中磁通量發(fā)生改變

→導致產生感應電動勢！8+–在回路中有穩(wěn)恒電流流動就不能單靠靜電場，必須有非靜電力把正電荷從負極板搬到正極板才能在導體兩端維持有穩(wěn)恒的電勢差。靜電力欲使正電荷從高電位到低電位。非靜電力欲使正電荷從低電位到高電位。二、電源電動勢9非靜電力:能不斷分離正負電荷使正電荷逆靜電場力方向運動.電源：提供非靜電力的裝置.非靜電電場強度

:為單位正電荷所受的非靜電力.+++---+非靜電力與非靜電場強的關系:10電動勢的定義：單位正電荷繞閉合回路運動一周，非靜電力所做的功.電動勢：+++---+11

電源電動勢大?。旱扔趯挝徽姾蓮呢摌O經電源內部移至正極時非靜電力所作的功.

電動勢指向：從電源負極經內電路指向電源正極，即電勢升高的方向。電源電動勢1213三.楞次定律1833年，楞次總結出：閉合回路中感應電流的方向，總是使得它所激發(fā)的磁場來阻止或補償引起感應電流的磁通量的變化.磁通量變化產生感應電流阻礙導線運動產生感應電流阻礙楞次定律是能量轉換和能量守恒定律在電磁感應現(xiàn)象上的具體體現(xiàn)。(判斷感應電流方向)14判斷感應電流的方向：

1、判明穿過閉合回路內原磁場的方向；2、根據(jù)原磁通量的變化,按照楞次定律的要求確定感應電流的磁場的方向；3、按右手法則由感應電流磁場的方向來確定感應電流的方向。15NS用楞次定律判斷感應電流方向NS16SB感方向:I感方向:順時針①.改變面積②.矩形線圈下移BB感方向:I感方向:順時針I(yè)感B感I感B感fm

,fm

,17四.法拉第電磁感應定律

m

當穿過閉合回路所圍面積的磁通量發(fā)生變化時，回路中會產生感應電動勢，且感應電動勢正比于磁通量對時間變化率的負值.在SI制中K=1韋伯伏特18（1）閉合回路由

N

匝密繞線圈組成磁通匝數(shù)（磁鏈）（2）若閉合回路的電阻為R

，感應電流為在t1到t2時間間隔內通過導線任一截面的感應電荷19在無限長直載流導線的磁場中，有一運動的導體線框，導體線框與載流導線共面，求線框中的感應電動勢。（8-3）解通過面積元的磁通量（方向順時針方向）例20例8-1設有由金屬絲繞成的細螺繞環(huán),其中沒有鐵芯(μr

=1),每米長度上的匝數(shù)n=5000,截面積S=2×10-3m2,金屬絲的兩端和電源以及可變電阻串聯(lián)成一閉合回路.在環(huán)上再繞一線圈A,其匝數(shù)N=5,電阻R=2Ω,如圖所示.調節(jié)可變電阻使通過螺繞環(huán)的電流I每秒降低20A.(1)求線圈A中產生的感應電動勢ε的大小及感應電流I;(2)求2秒內通過線圈A的感應電荷q;(3)確定通過電流計G的感應電流的方向.21(3)確定通過電流計G的感應電流的方向:(2)求2秒內通過線圈A的感應電荷q:解:(1)通過線圈A的磁通量:線圈A中產生的感應電流:線圈A中產生的感應電動勢:22

例8-2試證明在均勻磁場中，面積為為S、匝數(shù)為N的線圈以角速度繞垂直于的軸線勻速轉動時，(1)線圈中的感應電動勢按正弦規(guī)律變化;(2)若線圈自成閉合回路,電阻為R,則在一周內外力矩所做的功等于感應電流所放出的焦耳熱

.解(1)在任一時刻t23令(2)感應電流放出的焦耳熱為線圈所受磁場的作用力矩的大小為24外力矩所做的功即在一周內外力矩所做的功等于感應電流所放出的焦耳熱,可見在電磁感應現(xiàn)象中是遵從能量守恒定律的.25作業(yè):8-3;8-626線圈內磁場變化兩類實驗現(xiàn)象感生電動勢動生電動勢產生原因、規(guī)律不相同都遵從電磁感應定律導線或線圈在磁場中運動感應電動勢27（1）穩(wěn)恒磁場中的導體運動，或者回路面積變化、取向變化等

動生電動勢

（2）導體不動，磁場變化

感生電動勢引起磁通量變化的原因

§8.2動生電動勢產生原因、規(guī)律不相同都遵從電磁感應定律28一動生電動勢

在磁場中,導體棒以v

沿金屬導軌向右運動,棒內的自由電子被帶著以速度v向右運動，因而每個自由電子都受到洛倫茲力的作用.

vab它驅使電子沿導線由a向b移動。由于洛侖茲力的作用使b

端出現(xiàn)過剩負電荷，

a端出現(xiàn)過剩正電荷。非靜電力29ab段中的非靜電性場強為

vab洛侖茲力是產生動生電動勢的根本原因.電動勢方向:

30均勻磁場非均勻磁場計算動生電動勢分類方法平動轉動動生電動勢的定義法拉第電磁感應定律31

一般情況上的動生電動勢整個導線L上的動生電動勢

導線是曲線

,磁場為非均勻場。導線上各長度元上的速度

、各不相同32動生電動勢解題方法1.確定導體處磁場B；2.確定v和B的夾角q1；3.確定v×B的與dl的夾角q2；4.分割導體元dl，求導體元上的電動勢5.由動生電動勢定義求解。33例已知:求:+++++++++++++L

均勻磁場平動解：由動生電動勢定義計算34+++++++++++++L

典型結論特例++++++++++++++++++++++++++++++35均勻磁場閉合線圈平動利用法拉第電磁感應定律計算36例有一半圓形金屬導線在勻強磁場中作切割磁力線運動。已知：求：動生電動勢。+++++++++++++++++++R作輔助線，形成閉合回路方向：解：方法一利用法拉第電磁感應定律計算37+例有一半圓形金屬導線在勻強磁場中作切割磁力線運動。已知：求：動生電動勢。解：方法二++++++++++++++++++R方向：由動生電動勢定義計算38均勻磁場轉動例7-3如圖，長為L的銅棒在磁感應強度為的均勻磁場中，以角速度繞O軸轉動。求：棒中感應電動勢的大小和方向。39解：方法一取微元方向由動生電動勢定義計算40方法二作輔助線，形成閉合回路OACO符號表示方向沿AOCAOC、CA段沒有動生電動勢利用法拉第電磁感應定律計算41例7-4一直導線ab在一無限長直電流磁場中作切割磁力線運動。求：動生電動勢。dlIx解：方法一非均勻磁場方向42方法二dlI作輔助線，形成閉合回路abcd方向43例8-3三角形金屬框abc放在均勻磁場中，平行于邊ab，如圖。當金屬框繞ab邊以角速度ω轉動時，求各邊的動生電動勢和回路abc中的總感應電動勢。44例：長度為L的銅棒在磁感應強度為B的均勻磁場中，以角速度

繞O軸沿逆時針方向轉動.求：(1)棒中感應電動勢的大小和方向；(2)如果將銅棒換成半徑為L的金屬圓盤，求盤心與邊緣間的電勢差。0A解：方法一取微元u電動勢的方向:A→045方法二作輔助線，形成閉合回路OACO0AuCθ符號表示方向沿AOCAOC、CA段沒有動生電動勢46(2)將銅棒換成金屬圓盤，可看作是由無數(shù)根并聯(lián)的金屬棒OA組合而成，故盤心O與邊緣A之間的動生電動勢仍為47作業(yè);8-8;8-948§8.3自感應

一、自感電動勢通電線圈由于自身電流的變化而引起本線圈磁通量的變化，并在回路中激起感應電動勢的現(xiàn)象，叫自感現(xiàn)象。這時的電動勢

i稱之為自感電動勢。49

當線圈中電流發(fā)生變化時，線圈中的磁通量發(fā)生變化，在線圈中產生自感電動勢.自感系數(shù)寫成等式：由法拉第電磁感應定律可知：而線圈的磁鏈與線圈中的電流I成正比定義1自感系數(shù)SI制中，L的單位是亨利(H).50L的意義：

自感系數(shù)在數(shù)值上等于回路中通過單位電流時，通過自身回路所包圍面積的磁通鏈數(shù)。若I=1A，則L的計算L只與線圈本身的形狀、大小、線圈匝數(shù)、磁導率有關;與電流無關(鐵心線圈除外)。51b.自感電動勢若回路幾何形狀、尺寸不變，周圍介質的磁導率不變(1)負號是楞次定律的數(shù)學表示自感電動勢的方向總是阻礙回路電流的變化則

L>0，

I感阻礙電流I的變化；則

L<0，I感也阻礙電流I的變化；52(2)因為

L∝L，L的存在總是阻礙電流的變化，

所以自感電動勢是反抗電流的變化,而不是反抗電流本身。