高二物理竞赛电磁感应电磁波课件.ppt

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1、电磁感应 电 磁 波,第 十二 章,本章目录,12.1 电磁感应现象 法拉第电磁感应定律,12.2 动生电动势 和感生电动势,12.4 自感应和互感应,*12.5 磁场的能量,*12.6 Maxwell电磁场理论简介,12.3 感生电动势 感生电场,一 掌握并能熟练应用法拉第电磁感应定律和楞次定律来计算感应电动势，并判明其方向.,二 理解动生电动势和感生电动势的本质.了解有旋电场的概念.,三 了解自感和互感的现象，会计算几何形状简单的导体的自感和互感.,本章教学基本要求,四 了解磁场具有能量和磁能密度的概念.,五 了解位移电流和麦克斯韦电场的基本概念以及麦克斯韦方程组（积分形式）的物理意义.,

2、法拉第简介,伟大的英国物理学家和化学家。主要从事电学、磁学、磁光学、电化学方面的研究，并在这些领域取得了一系列重大发现。他创造性地提出场的思想，是电磁理论的创始人之一。1831年发现电磁感应现象，后又相继发现电解定律，物质的抗磁性和顺磁性，以及光的偏振面在磁场中的旋转。,（麦可法拉第， 1791-1867 ）,12.1 电磁感应定律,电流,磁场,感应电流,1831 年法拉第,实验 1,实验 2,实验 3,变化,变化,变化,变化时回路中产生,结论, 10.1 电磁感应定律,一、电磁感应现象,当穿过闭合回路所围面积的磁通量发生变化时，回路中会产生感应电动势，且感应电动势正比于磁通量对时间变化率的负

3、值。,）闭合回路由 N 匝密绕线圈组成,磁通匝数（磁链）,2 ）若闭合回路的电阻为 R,感应电流为,时间内，流过回路的感应电荷,二 、电磁感应定律,感应电动势的方向,与回路取向相反,与回路取向相同,b 。,当线圈有 N 匝时,楞次定律是能量守恒定律的一种表现,维持滑杆运动必须外加一力，此过程为外力克服安培力做功转化为焦耳热。,正弦交流发电机,在匀强磁场中, 置有面积为 S 的可绕 轴转动的N 匝线圈 . 若线圈以角速度 作匀速转动. 求线圈 中的感应电动势.,解:,设 时,与 同向 , 则,令,则,可见，在匀强磁场中匀速转动的线圈内的感应电电流是时间的正弦函数。这种电流称交流电。,从现象到原因

4、,对电磁感应现象的进一步分析和理解:,电动势,闭合电路的总电动势,: 非静电的电场强度.,12.2 动生电动势,设杆长为,一、动生电动势,平衡时,解,一长为 的铜棒在磁感强度为 的均匀磁场中,以角速度 在与磁场方向垂直的平面上绕棒的一端转动，求铜棒两端的感应电动势.,（点 P 的电势高于点 O 的电势）,一导线矩形框的平面与磁感强度为 的均匀磁场相垂直.在此矩形框上,有一质量为 长为 的可移动的细导体棒 ; 矩形框还接有一个电阻 ,其值较之导线的电阻值要大得很多.若开始时,细导体棒以速度 沿如图所示的矩形框运动,试求棒的速率随时间变化的函数关系.,棒所受安培力,棒的运动方程为,则,计算得棒的速

5、率随时间变化的函数关系为,麦克斯韦尔假设 变化的磁场在其周围空间激发一种电场,这个电场叫感生电场 .,闭合回路中的感生电动势,12.3 感生电动势 感生电场,感生电场是非保守场,和 均对电荷有力的作用.,静电场是保守场,静电场由电荷产生；感生电场是由变化的磁 场产生。,例 4 设有一半径为R ,高度为h 的铝圆盘, 其电导率为 . 把圆盘放在磁感强度为 的均匀磁场中, 磁场方向垂直盘面.设磁场随时间变化, 且 为一常量.求盘内的感应电流值.（圆盘内感应电流自己的磁场略去不计）,则圆环中的感生电动势的值为,代入已知条件得,又,所以,于是圆盘中的感应电流为,又,的长圆柱型均匀磁场激发的 场.,电子

6、感应加速器,由洛伦兹力和牛顿第二定律，有,其中，BR为电子轨道所在处的磁感强度.,涡电流,感应电流不仅能在导电回路内出现，而且当大块导体与磁场有相对运动或处在变化的磁场中时，在这块导体中也会激起感应电流。这种在大块导体内流动的感应电流，叫做涡电流，简称涡流。,应用 热效应、电磁阻尼效应。,一 自感电动势 自感,穿过闭合电流回路的磁通量,1）自感,若线圈有 N 匝，磁链:,自感,无铁磁质时，自感仅与线圈形状，磁介质及 N 有关。,12.4 自感应和互感应,2）自感电动势,自感,如图的长直密绕螺线管,已知 , 求其自感 。 （忽略边缘效应）,3）自感的计算方法,自感测量方法,4 ）自感的应用稳流，

7、 LC 谐振电路，滤波电路，感应圈等。,二、互感电动势 互感,在 电流回路中所产生的磁通量,在 电流回路 中所产生的磁通量,互感系数,问：下列几种情况互感是否变化？ 1）线框平行直导线移动； 2）线框垂直于直导线移动； 3）线框绕 OC 轴转动； 4）直导线中电流变化.,2 ）互感电动势,例1 两同轴长直密绕螺线管的互感 有两个长度均为l,半径分别为r1和r2（ r1r2 ）,匝数分别为N1和N2的同轴长直密绕螺线管.求它们的互感 .,设半径为 的线圈中通有电流 , 则,代入 计算得,则,则穿过半径为 的线圈的磁通匝数为,解 设长直导线通电流,例 2 在磁导率为 的均匀无限大的磁介质中, 一无

8、限长直导线与一宽长分别为 和 的矩形线圈共面,直导线与矩形线圈的一侧平行,且相距为 . 求二者的互感系数.,若导线如左图放置, 根据对称性可知,得,引入：,电容器充电，储存电场能量,电流激发磁场，也要供给能量，所以磁场具有能量。当线圈中通有电流时，在其周围建立了磁场，所储存的磁能等于建立磁场过程中，电源反抗自感电动势所做的功。,电场能量密度,*12.5 磁场的能量,自感线圈磁能,回路电阻所放出的焦耳热,电源作功,电源反抗自感电动势作的功,磁场的能量,磁场能量密度,磁场能量,自感线圈磁能,例 如图同轴电缆,中间充以磁介质,芯线与圆筒上的电流大小相等、方向相反. 已知 , 求单位长度同轴电缆的磁能和自感. 设金属芯线内的磁场可略.,解由安培环路定律可求 H,则,单位长度壳层体积内,取柱壳体元,求电感的2种方法,1、定义法,2、能量法,