高二物理竞赛课件： 电磁感应.ppt
第6章 电磁感应 电磁波,6.1 电磁感应基本定律6.2 动生电动势 感生电动势6.3 自感和互感6.4 磁场的能量6.5 麦克斯韦方程组6.6 电磁场与人类文明,一、电磁感应现象,静电场、稳恒电流的磁场,不随时间而变化,如果随时间而变化,什么现象？、什么规律？,三个实验现象,当穿过一个闭合导体回路所围面积的磁通量发生变化时（不论这种变化是由什么原因引起的），在回路中就有电流产生该现象称为电磁感应现象。,产生的电流称为感应电流,相应的电动势为感应电动势。,结论：,二、法拉第电磁感应定律,法拉第电磁感应定律：,通过回路所围面积的磁通量发生变化时，回路中就有感应电动势产生，而感应电动势正比于磁通量的对时间变化率的负值。,(1) 若回路是 N 匝密绕线圈,(2) 若闭合回路中电阻为R,(3)感应电荷为,讨论：,磁通链数,1.由法拉第电磁感应定律判定,三、楞次定律,2.楞次定律,确定感应电动势方向的方法：,步骤:,a.先任意规定一个方向为回路的正方向，且回路所围面积的正法线与其构成右手螺旋；,b.确定磁通量的正负,c.由法拉第电磁感应定律确定感应电动势的方向,若为正，则与回路正向一致，若为负，则相反。,闭合回路中感应电流的方向，总是使它所产生的磁场去反抗引起感应电流的原来磁通量的变化。,反抗变化,长直导线通有交流电I=I0sint,其中I0和是大于零的常数,在长直导线旁平行放置一N匝矩形线圈,线圈平面与直导线共面.已知线圈长为l,宽为b,线圈靠近直线的一边距导线的距离为d.,解：,通过面积元dS的磁通量,（选顺时针方向为正）,例1:,求：线框中的感应电动势,通过整个线圈的磁通量,通过N匝线圈的磁通量,则回路中的感应电动势,解：,例2:,求：线圈中的感应电动势,穿过单匝线圈的磁通量,穿过N匝线圈的磁通量,由法拉第电磁感应定律得,如图所示，在均匀磁场中面积为S，匝数为N的平面线圈，以角速度绕垂直于磁感应强度 的轴OO匀速转动, 当t=0时,线圈平面法线 与 之间的夹角为 。,在任意时刻t,线圈平面法线 与 之间的夹角为,令：,交流发电机的制造原理,法拉第电磁感应定律：,通过回路所围面积的磁通量发生变化时，回路中就有感应电动势产生，而感应电动势正比于磁通量的对时间变化率的负值。,小结：,楞次定律：,闭合回路中感应电流的方向，总是使它所产生的磁场去反抗引起感应电流的原来磁通量的变化。,N 匝密绕线圈：,感应电流：,感应电荷：,M.法拉第(17911869)伟大的物理学家、化学家、19世纪最伟大的实验大师。右图为法拉第用过的螺绕环,楞次， (18041865年),楞次是俄国物理学家和地球物理学家，生于爱沙尼亚的多尔帕特。早年曾参加地球物理观测活动，发现并正确解释了大西洋、太平洋、印度洋海水含盐量不同的现象，1845年倡导组织了俄国地球物理学会。1836年至1865年任圣彼得堡大学教授，兼任海军和师范等院校物理学教授。楞次主要从事电学的研究。1832年当他知道了法拉第研究“磁生电”取得了成功，很受鼓舞，也开始进行一系列电磁实验。1833年楞次把他的工作总结在论动电感应引起的电流的方向一文中，指出感应电流的方向是这样确定的：它所产生的磁场方向与引起感应的原磁场的变化方向相反。这对充实、完善电磁感应规律是一大贡献。后被称为楞次定律，这一定律表明，电磁感应现象也是尊从能量守恒定律的。1842年，几乎在同时，楞次还和焦耳各自独立地确定了电流热效应的规律，这就是大家熟知的焦耳楞次定律。他还定量地比较了不同金属线的电阻率，确定了电阻率与温度的关系；并建立了电磁铁吸力正比于磁化电流二次方的定律。楞次除发表过一些论文外，还著有物理学手册一书，于1864年出版。,一、自感现象 自感系数 自感电动势,线圈电流变化,穿过自身磁通变化,在线圈中产生感应电动势,当, 自感电动势 遵从法拉第定律,1.自感现象,2.自感系数,根据毕 萨定律,穿过线圈自身的磁通量 与,电流 I 成正比,自感系数,若回路周围不存在铁磁质, 且回路大小、形状及周围磁介质分布不变,自感电动势,3.自感电动势,L,(3) L 与线圈的形状、大小、匝数、以及周围磁介质的分布 情况有关。若回路周围不存在铁磁质, 与 I 无关,(1) 负号：楞次定律的数学表述,(2) 自感具有使回路电流保持不变的性质, 电磁惯性,说明：,(4) L 的单位：亨利，用 H 表示,例1,两个“无限长”同轴圆筒状导体组成同轴电缆,设内外半径分别为 R1 和R2，电流由内筒流走，外筒流回。,求 电缆单位长度上的自感,解,由安培环路定理可知,二、互感现象 互感系数 互感电动势,线圈 1 中的电流变化,引起线圈 2 的磁通变化,线圈 2 中产生感应电动势,穿过线圈 2,线圈1 中电流 I1,的磁通量正比于,1.互感现象,2.互感系数,穿过线圈 1,线圈2中电流 I2,的磁通量正比于,若两线圈结构、相对位置及其周围介质分布不变时,3.互感电动势,互感系数,且,说明：,当电流变化一定时，互感电动势就取决于互感系数，M越大，互感电动势也越大。M 是表征两个回路相互感应强弱的物理量。,解：设螺线管通稳恒电流 I1、I2 ， 则,一般,例2:,两个长度为l，半径R相同的同轴长直螺线管，它们的匝数密度分别为n1 和 n2 ，管内磁介质的磁导率为。,求： （1）两线圈的自感系数L1、L2,（2）两线圈的互感系数M,同理：,(1) 可以证明：,(2) 两个线圈的互感与各自的自感有一定的关系,说明：,k 为两线圈的耦合系数,改变两线圈的相对位置,可改变两线圈之间的耦合程度。,k =1 两线圈为完全耦合：,k =0 两线圈间无相互影响：,小结：,线圈电流变化,穿过自身磁通变化,在线圈中产生感应电动势,自感电动势：,线圈 1 的电流变化,引起线圈 2 的磁通变化,线圈 2 中产生感应电动势,互感电动势：,互感系数,自感系数,L,
