第八章电磁感应PPT讲稿.ppt

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1、第八章电磁感应第1页，共23页，编辑于2022年，星期三第八章第八章 电磁感应电磁感应8.1 电磁感应的基本规律电磁感应的基本规律 电磁感应的基本现象电磁感应的基本现象感应电流与感应电流与N-S的的磁性、速度有关磁性、速度有关与有无磁介质与有无磁介质速度、电源极速度、电源极性有关性有关与有无磁介质与有无磁介质开关速度、电开关速度、电源极性有关源极性有关第2页，共23页，编辑于2022年，星期三感生电流与感生电流与 的大的大小、方向，与截面小、方向，与截面积积 变化大小有关。变化大小有关。感生电流与感生电流与 的大小、的大小、方向，与线圈转动角方向，与线圈转动角速度速度 大小方向有关。大小方向有

2、关。实实验验表表明明：穿过线圈所包围面积内的磁通量发生变化时，在穿过线圈所包围面积内的磁通量发生变化时，在回路中产生的电流叫感生电流，叫做电磁感应现象。回路中产生的电流叫感生电流，叫做电磁感应现象。在载流线圈内加铁芯前后在载流线圈内加铁芯前后 有变化，而有变化，而 不变。不变。说明感生电流只与说明感生电流只与 有关。有关。第3页，共23页，编辑于2022年，星期三叙述：闭合回路中感应电流的方向总是使得它所叙述：闭合回路中感应电流的方向总是使得它所激发的磁场来阻止引起感应电流的磁通量的变化。激发的磁场来阻止引起感应电流的磁通量的变化。感应电流的效果，感应电流的效果，总是反抗引起感总是反抗引起感应

3、电流的原因。应电流的原因。这个原因包括引这个原因包括引起磁通量变化的起磁通量变化的相对运动或回路相对运动或回路的形变。的形变。楞次定律楞次定律1834年楞次提出另一种判断感应电流的方法，年楞次提出另一种判断感应电流的方法，再由感应电流来判断感应电动势的方向。再由感应电流来判断感应电动势的方向。第4页，共23页，编辑于2022年，星期三感应电流产生的磁场力（安培力），将反抗外力。感应电流产生的磁场力（安培力），将反抗外力。即可以说外力反抗磁场力做功，从而产生感应电流即可以说外力反抗磁场力做功，从而产生感应电流转化为电路中的焦耳热，这是符合能量守恒规律的转化为电路中的焦耳热，这是符合能量守恒规律的

4、否则只需一点力开始使否则只需一点力开始使导线移动，若洛仑兹力导线移动，若洛仑兹力不去阻挠它的运动，将不去阻挠它的运动，将有无限大的电能出现，有无限大的电能出现，显然，这不符合能量显然，这不符合能量守恒定律！守恒定律！第5页，共23页，编辑于2022年，星期三判断各图中感应电动势的方向判断各图中感应电动势的方向将磁铁插入非金属环中，环内有将磁铁插入非金属环中，环内有无感生电动势？有无感应电流？无感生电动势？有无感应电流？环内将发生何种现象环内将发生何种现象有感生电动势存在，有电场存在有感生电动势存在，有电场存在将引起介质极化，而无感生电流。将引起介质极化，而无感生电流。第6页，共23页，编辑于2

5、022年，星期三 法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律单位单位:1V=1Wb/s 与与 L 反向反向 与与L 同向同向电动势方向电动势方向:叙述叙述:导体回路中的感应电动势导体回路中的感应电动势的大小与穿过导体回路的磁通量的大小与穿过导体回路的磁通量的变化率成正比的变化率成正比.国际单位制中国际单位制中 k=1负号表示感应电动势负号表示感应电动势总是反抗磁通的变化总是反抗磁通的变化d/dt=(N/Am)m2 s 1=Nm/C=V第7页，共23页，编辑于2022年，星期三 与与 L 反向反向 与与L 同向同向第8页，共23页，编辑于2022年，星期三同一物理问题选不同的同一物理问题选不同的 L方

6、向，但结果相同。方向，但结果相同。第9页，共23页，编辑于2022年，星期三磁通链数磁通链数:若有若有N匝线圈，它们彼此串联，总电动势等于各匝匝线圈，它们彼此串联，总电动势等于各匝线圈所产生的电动势之和。令每匝的磁通量为线圈所产生的电动势之和。令每匝的磁通量为 1、2、3 若每匝磁通量相同若每匝磁通量相同第10页，共23页，编辑于2022年，星期三8.2 动生电动势动生电动势 导体在磁场中运动时产生导体在磁场中运动时产生的感应电动势叫动生电动势的感应电动势叫动生电动势等于导线单位时间切割磁力线的条数等于导线单位时间切割磁力线的条数动生电动势可看成是动生电动势可看成是由洛仑兹力引起的。由洛仑兹力

7、引起的。非静电力非静电力第11页，共23页，编辑于2022年，星期三每个电子受的洛仑兹力每个电子受的洛仑兹力洛仑兹力对电子做功的代数和为零洛仑兹力对电子做功的代数和为零对电子做正功对电子做正功反抗外力做功反抗外力做功洛仑兹力的作用并不提供能量，而只是传递洛仑兹力的作用并不提供能量，而只是传递能量，即外力克服洛仑兹力的一个分量能量，即外力克服洛仑兹力的一个分量 所所做的功，通过另一个分量做的功，通过另一个分量 转换为动生电流转换为动生电流的能量。实质上表示能量的转换和守恒。的能量。实质上表示能量的转换和守恒。发电机的工作原理就是靠洛仑兹力将机械能转换为电能。发电机的工作原理就是靠洛仑兹力将机械能

8、转换为电能。结论结论第12页，共23页，编辑于2022年，星期三 动生电动势的功率动生电动势的功率 截面积为截面积为S长为长为 l 的导线的导线所受洛仑兹力的一个分量所受洛仑兹力的一个分量产生感应电流的外力产生感应电流的外力动生电动势的功率：动生电动势的功率：另一方面另一方面为使棒运动为使棒运动,外力的功率外力的功率可可看看出出消消耗耗机机械械能能转转换换为为电电能能的的关关系系第13页，共23页，编辑于2022年，星期三例题一：如图所示，导体棒例题一：如图所示，导体棒 oa 做做切割磁力线运动求感应电动势？切割磁力线运动求感应电动势？或者用法拉第电磁感应定律或者用法拉第电磁感应定律第14页，

9、共23页，编辑于2022年，星期三例题二：法拉第电机，设铜盘的半径为例题二：法拉第电机，设铜盘的半径为 R，角角速度为速度为。求盘上沿半径方向产生的电动势。求盘上沿半径方向产生的电动势。可视为无数铜棒一端在圆心，可视为无数铜棒一端在圆心，另一端在圆周上，即为并联，另一端在圆周上，即为并联，因此其电动势类似于一根铜棒因此其电动势类似于一根铜棒绕其一端旋转产生的电动势。绕其一端旋转产生的电动势。第15页，共23页，编辑于2022年，星期三8.3 感生电动势和感应电场感生电动势和感应电场穿过导体回路的磁通量穿过导体回路的磁通量发生发生变化时，在回路中产生的感变化时，在回路中产生的感应电动势称为感生电

10、动势应电动势称为感生电动势.感生电动势感生电动势实验发现这个感生电动势的大小、方向实验发现这个感生电动势的大小、方向与导体的种类和性质无关，仅由变化的与导体的种类和性质无关，仅由变化的磁场本身引起。磁场本身引起。Maxwell 敏锐地感觉到敏锐地感觉到感生电动势的现象预示着有关电磁场的感生电动势的现象预示着有关电磁场的新的效应。新的效应。即使不存在导体回路，变化的磁即使不存在导体回路，变化的磁场在其周围空间也激发一种电场场在其周围空间也激发一种电场它提供一种非静电力能产生它提供一种非静电力能产生 ，这电场叫做涡旋电场。这电场叫做涡旋电场。第16页，共23页，编辑于2022年，星期三涡旋电场、位

11、移电流都是奠定电磁场存在的理论基础。涡旋电场、位移电流都是奠定电磁场存在的理论基础。涡旋电场涡旋电场（从电磁感应定律寻求涡旋电场与变化磁场的关系）（从电磁感应定律寻求涡旋电场与变化磁场的关系）电源电动势的定义电源电动势的定义感应电场感应电场有旋电场有旋电场库仑场库仑场第17页，共23页，编辑于2022年，星期三*显然，涡旋电力线是无头无尾的闭合曲线，所以显然，涡旋电力线是无头无尾的闭合曲线，所以 称之为有旋电场。类似于磁力线。称之为有旋电场。类似于磁力线。*涡旋电场永远和磁感应强度矢量的变化连在一起。涡旋电场永远和磁感应强度矢量的变化连在一起。*S 面是面是 L 曲线所包围的面，曲线所包围的面

12、，L的的 绕行方向与绕行方向与 S 面的法线方向成面的法线方向成 右手螺旋关系。右手螺旋关系。*涡旋电场与静电场相比涡旋电场与静电场相比相同处：相同处：对电荷都有作用力。对电荷都有作用力。若有导体存在都若有导体存在都能形成电流能形成电流不相同处：不相同处：涡旋电场不是由电荷激发，涡旋电场不是由电荷激发，是由变化磁场激发。是由变化磁场激发。涡旋电场电力线不是有头有尾，涡旋电场电力线不是有头有尾，是闭合曲线。是闭合曲线。第18页，共23页，编辑于2022年，星期三例题三例题三 用感应电动势测铁磁质中的磁感应强度用感应电动势测铁磁质中的磁感应强度N2 线圈的总电阻是线圈的总电阻是R，产生的电流为：产

13、生的电流为：冲击电流计的最大偏转冲击电流计的最大偏转与通过它的电量成正比与通过它的电量成正比铁磁样品做的环铁磁样品做的环S表示环的截面积表示环的截面积当合上当合上N1线圈的开关，电流增大，线圈的开关，电流增大，它在铁环中的磁场增强，在它在铁环中的磁场增强，在N2 线圈线圈中有感应电动势产生。中有感应电动势产生。第19页，共23页，编辑于2022年，星期三N1线圈电流增大到线圈电流增大到 I 所需时间所需时间为为 ，则在同一时间内通过，则在同一时间内通过N2回路的电量为回路的电量为:用冲击电流计测量用冲击电流计测量 q 就就可算出磁感应强度。可算出磁感应强度。这是一种测量磁介质中磁感应强度的方法

14、。这是一种测量磁介质中磁感应强度的方法。第20页，共23页，编辑于2022年，星期三例题四：电子感应加速器例题四：电子感应加速器在磁场中安置一环形管真在磁场中安置一环形管真空管作为电子运行的轨道。空管作为电子运行的轨道。当磁场发生变化时，就会沿当磁场发生变化时，就会沿管道方向产生感应电场，射管道方向产生感应电场，射入的电子就会被加速。入的电子就会被加速。设环形真空管的轴线半径设环形真空管的轴线半径为为 R，求磁场作正弦变化时求磁场作正弦变化时沿真空管轴线的感应电场？沿真空管轴线的感应电场？RL第21页，共23页，编辑于2022年，星期三轨道环内的磁场等于它围绕轨道环内的磁场等于它围绕面积内磁场

15、平均值的一半。面积内磁场平均值的一半。第22页，共23页，编辑于2022年，星期三目录目录例题三例题三 用感应电动势测用感应电动势测铁磁质中的磁感应强度铁磁质中的磁感应强度例题四例题四 电子感应加速器电子感应加速器第八章第八章 电磁感应电磁感应8.2 动生电动势动生电动势 动生电动势动生电动势 动生电动势的功率动生电动势的功率8.3 感生电动势和感应电场感生电动势和感应电场8.1 电磁感应的基本规律电磁感应的基本规律 电磁感应的基本现象电磁感应的基本现象 楞次定律楞次定律 法拉第法拉第电磁感应规律电磁感应规律例题二法拉第电机例题二法拉第电机例题一磁场中旋转导体棒例题一磁场中旋转导体棒 涡旋电场涡旋电场 感生电动势感生电动势作业：作业：10.3，10.5，10.10第23页，共23页，编辑于2022年，星期三