大学物理ii-11-1电磁感应定律.ppt
第十一章第十一章 电磁感应与电磁场电磁感应与电磁场2.2.掌握掌握计算感应电动势的基本方法。计算感应电动势的基本方法。1.1.理解理解电动势的概念，掌握法拉第电磁感应定律电动势的概念，掌握法拉第电磁感应定律学习要求学习要求11.1 11.1 电磁感应的基本规律电磁感应的基本规律电电 流流磁磁 场场1831年法拉第年法拉第产产 生生18201820年年奥斯特奥斯特 法拉第1791年9月22日生在一个手工工人家庭，家里人没有特别的文化，而且颇为贫穷。法拉第的父亲是一个铁匠。法拉第小时候受到的学校教育是很差的。十三岁时，他就到一家装订和出售书籍兼营文具生意的铺子里当了学徒。但与众不同的是他除了装订书籍外，还经常阅读它们。他的老板也鼓励他，有一位顾客还送给了他一些听伦敦皇家学院讲演的听讲证。1812年冬季一天，他来到了伦敦皇家学院，他要求和著名的院长戴维见面谈话。作为自荐书，他带来了一本簿子，里面是他听戴维讲演时记下的笔记。这本簿子装订得整齐美观，这位青年给戴维留下了很好的印象。戴维正好缺少一位助手，不久他就雇用了这位申请者。当上了戴维的助手后，不久他就成为皇家学院的一员。法拉第法拉第（Michael Faraday,17911867）一、电磁感应现象一、电磁感应现象实验一实验一实验二实验二从这个实验可归纳出：相从这个实验可归纳出：相对运动本身不是线圈产生对运动本身不是线圈产生电流的原因，应归结为线电流的原因，应归结为线圈所在处磁场的变化使线圈所在处磁场的变化使线圈中产生电流。圈中产生电流。这种看法是否全面，请看这种看法是否全面，请看 实验三实验三:试验三试验三试验一试验一金金属属杆杆无无论论朝朝哪哪个个方方向向滑滑动动，回回路路所所在在处处的的磁磁场场并并没没有有变变化化，但但金金属属框框所所围围的的面面积积发发生生了了变变化化，结果也产生电流。结果也产生电流。当通过一个导体回路的磁通量发生当通过一个导体回路的磁通量发生变化时，变化时，回路中回路中就会产生感应电流。这种现象称为就会产生感应电流。这种现象称为电磁感应现象电磁感应现象。综合以上实验，可以看到一个共同的事实：综合以上实验，可以看到一个共同的事实：回路中所出现的电流叫做回路中所出现的电流叫做感应电流感应电流。在回路中出现电流，表明回路中有电动势存在。这在回路中出现电流，表明回路中有电动势存在。这种在回路中由于磁通量的变化而引起的电动势，叫种在回路中由于磁通量的变化而引起的电动势，叫做做感应电动势感应电动势。二、楞次定律二、楞次定律 (判断感应电流方向判断感应电流方向)感应电流产生的感应电流产生的效果效果，反抗产生感应电流的反抗产生感应电流的原因原因 闭合的导线回路中所出现的感应电流，总是使它闭合的导线回路中所出现的感应电流，总是使它自己所激发的磁场反抗任何引发电磁感应的原因（反自己所激发的磁场反抗任何引发电磁感应的原因（反抗相对运动、磁场变化或线圈变形等）抗相对运动、磁场变化或线圈变形等）.二、楞次定律二、楞次定律 (判断感应电流方向判断感应电流方向)感应电流产生的感应电流产生的效果效果，反抗产生感应电流的反抗产生感应电流的原因原因导线运动导线运动感应电流感应电流效果阻碍效果阻碍产生产生磁通量变化磁通量变化感应电流感应电流产生产生效果阻碍效果阻碍楞次定律是能量守恒定律的必然结果。楞次定律是能量守恒定律的必然结果。维持滑杆运维持滑杆运动必须外加一力，动必须外加一力，此过程为外力克此过程为外力克服安培力做功转服安培力做功转化为电能化为电能.若违背楞次定律若违背楞次定律?则不需外力作功，导线便会自动运动下去，从而不则不需外力作功，导线便会自动运动下去，从而不断获得电能。这显然违背能量守恒定律断获得电能。这显然违背能量守恒定律。永动机？永动机？判断感应电流的方向：判断感应电流的方向：1、判明穿过闭合回路的原磁场、判明穿过闭合回路的原磁场 的方向；的方向；2、根据原磁通量的变化、根据原磁通量的变化,按照楞按照楞次定律确定次定律确定“感应磁场感应磁场”的方向；的方向；3、按右手螺旋法则由、按右手螺旋法则由“感应磁场感应磁场”的的 方向来确定感应电流的方向。方向来确定感应电流的方向。与与反向；反向；（1 1），则，则与与同向；同向；，则，则（2 2）增反增反 减同减同三、法拉第电磁感应定律三、法拉第电磁感应定律回路中产生的感应电动势与通过回路的回路中产生的感应电动势与通过回路的磁通量对时间的变化率的负值成正比。磁通量对时间的变化率的负值成正比。国际单位制国际单位制韦韦 伯伯伏伏 特特对法拉第电磁感应定律的讨论对法拉第电磁感应定律的讨论大小大小计算计算若回路由全同的若回路由全同的N匝线圈构成：匝线圈构成：令令 称为称为磁通匝数磁通匝数或或磁链磁链负号表示负号表示的的方向方向判断判断楞次定律楞次定律即即设在设在t1和和t2两个时刻两个时刻,通过回路所围面积的磁通量分别通过回路所围面积的磁通量分别为为 1和和 2,则在则在t1t2这段时间内这段时间内,通过回路任一截面的通过回路任一截面的感应电量感应电量为为如果闭合回路的总电阻为如果闭合回路的总电阻为R,则回路中的则回路中的感应电流感应电流磁强计感应电流和感应电量感应电流和感应电量感应电动势的计算感应电动势的计算1.1.根据题意确定回路根据题意确定回路;2.2.计算穿过回路的磁通量计算穿过回路的磁通量;3.3.根据法拉第电磁感应定律计算感应电动势的大小根据法拉第电磁感应定律计算感应电动势的大小;4.4.利用楞次定律判断电动势的方向利用楞次定律判断电动势的方向.例例1:交流发电机的原理。交流发电机及其输变电系统是由交流发电机的原理。交流发电机及其输变电系统是由N.特斯拉和特斯拉和G.威斯汀豪斯于威斯汀豪斯于1893年研制完成的。年研制完成的。长江三峡水电站的大坝坝顶总长长江三峡水电站的大坝坝顶总长3035米，总库米，总库容容393 108 m3，共装，共装26台单机容量为台单机容量为70万万kW的发电机组。的发电机组。在匀强磁场中在匀强磁场中,置有面积为置有面积为 S 的可的可绕绕 轴转动的轴转动的N 匝线匝线圈圈.若线圈以角速若线圈以角速度度 作匀速转动作匀速转动.求求线圈中的感应电线圈中的感应电动势动势.解解设设 时时,与与 同向同向,则则令令则则交流电交流电例例2:无限长直导线无限长直导线共面矩形线圈共面矩形线圈求求:已知已知:解解:感应电流的方感应电流的方向是变化的。向是变化的。例例3:3:ab求杆求杆abab中感应电动势中感应电动势的大小与方向。的大小与方向。解解a构造回路构造回路aa aa ba,ba,回回转方向为顺时针方向。转方向为顺时针方向。由于整个回路的电动势就是由于整个回路的电动势就是abab段的电动势，故以段的电动势，故以上结果即为所求。上结果即为所求。感应电动势的方向为感应电动势的方向为abab方向。方向。例例4:如图所示，在马蹄形磁铁的中间如图所示，在马蹄形磁铁的中间A点处放置一半点处放置一半径径r=1cm、匝数、匝数N=10匝、电阻匝、电阻R=10 的小线圈，且线的小线圈，且线圈平面法线平行于圈平面法线平行于A点的磁感应强度。今将此线圈移点的磁感应强度。今将此线圈移到足够远处，在这期间若线圈中流过的总电量到足够远处，在这期间若线圈中流过的总电量Q=10-6C，试求试求A点出的磁感应强度。点出的磁感应强度。解解 始末磁通链为始末磁通链为可得可得 1=NB r2=RQ由公式由公式 1=NB r2，2=0所以所以NS.A
