第十二章 电磁感应优秀PPT.ppt

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1、电电 流流磁磁 场场产产 生生感应电流感应电流 1831年法拉第年法拉第闭合回路闭合回路变化变化实验实验产生产生12-1 12-1 电磁感应定律电磁感应定律第一页，本课件共有57页一一.电磁感应现象电磁感应现象第二页，本课件共有57页变化变化变化变化变化变化变化时回路中产生变化时回路中产生结论结论第三页，本课件共有57页二二 电磁感应定律电磁感应定律当穿过闭合回路所围面积当穿过闭合回路所围面积的磁通量发生的磁通量发生变化变化时，回时，回路中会产生感应电动势，路中会产生感应电动势，且感应电动势正比于磁通且感应电动势正比于磁通量对时间变量对时间变化率的负值化率的负值.第四页，本课件共有57页1）闭

2、合回路由闭合回路由 N 匝密绕线圈组成匝密绕线圈组成 磁通匝数（磁链）磁通匝数（磁链）2）若闭合回路的电阻为若闭合回路的电阻为 R，感应电流为，感应电流为时间内，流过回路的电荷时间内，流过回路的电荷 感应电流感应电流与回路中与回路中磁通量随时间的变化率磁通量随时间的变化率有关有关,变化率变化率越大越大,感应电流越强感应电流越强;但但感应电荷感应电荷只与回路中只与回路中磁通量的变化磁通量的变化量量有关有关,而与磁通量随时间的变化率而与磁通量随时间的变化率(即变化的快慢无关即变化的快慢无关)无无关关.第五页，本课件共有57页 感应电动势的方向感应电动势的方向N与回路取向相与回路取向相反反（与回路成

3、与回路成右右螺旋）螺旋）第六页，本课件共有57页N当线圈有当线圈有 N 匝时匝时与回路取向相与回路取向相同同第七页，本课件共有57页2023/2/26二二.楞次定律楞次定律(判断感应电流方向判断感应电流方向)感应电流的感应电流的效果效果效果效果反抗引起感应电流的反抗引起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阻碍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阻碍阻碍第八页，本课件共有57页NS 闭合的导线回路中所闭合的导线回路中所出现的感应电流，总是使出现的感应电流，总是使它自己所激发的磁场它自己所激发的磁场反抗反抗任何引发电磁感应的原因任何引发电磁感应的原因（反抗相对运动

4、、磁场变（反抗相对运动、磁场变化或线圈变形等）化或线圈变形等）.第九页，本课件共有57页2023/2/26NSNS用楞次定律判断感应电流方向第十页，本课件共有57页 楞次定律是能量守楞次定律是能量守恒定律的一种表现恒定律的一种表现 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服安培力做功转化为焦耳热.机械能机械能焦耳热焦耳热 楞次定律楞次定律 闭合的导线回路中所出现的感应电流，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原因.+第十一页，本课件共有5

5、7页 例例 在匀强磁场中在匀强磁场中,置有面积为置有面积为 S 的可绕的可绕 轴转动的轴转动的N 匝线圈匝线圈.若线圈以角速度若线圈以角速度 作匀速转动作匀速转动.求求线圈线圈 中的感应电动势中的感应电动势.第十二页，本课件共有57页已知已知求求解解设设 时时,与与 同向同向,则则令令则则第十三页，本课件共有57页 可见可见,在匀强磁场中匀速在匀强磁场中匀速转动的线圈内的感应电电流转动的线圈内的感应电电流是时间的正弦函数是时间的正弦函数.这种电流这种电流称称交流电交流电.第十四页，本课件共有57页引起磁通量变化的原因引起磁通量变化的原因 1）稳恒磁场中的导体运动）稳恒磁场中的导体运动,或者回路

6、面积或者回路面积变化、取向变化等变化、取向变化等 动生电动势动生电动势 2）导体不动，磁场变化）导体不动，磁场变化 感生电动势感生电动势 电动势电动势+-I 闭合电路的总电动势闭合电路的总电动势 :非静电的电场强度非静电的电场强度.12-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势第十五页，本课件共有57页+OP设杆长为设杆长为 一一 动生电动势动生电动势动生电动势的动生电动势的非非静电力场来源静电力场来源 洛伦兹力洛伦兹力-+平衡时平衡时第十六页，本课件共有57页解解 例例1 一长为一长为 的铜棒在磁感强度为的铜棒在磁感强度为 的均匀的均匀磁场中磁场中,以角速度以角速度 在与磁场方向垂直

7、的平面上绕在与磁场方向垂直的平面上绕棒的一端转动，棒的一端转动，求求铜棒两端的感应电动势铜棒两端的感应电动势.+oP（点点 P 的电势高于点的电势高于点 O 的电势）的电势）方向方向 O P第十七页，本课件共有57页 例例2 一导线矩形框的平面与磁感强度为一导线矩形框的平面与磁感强度为 的均的均匀磁场相垂直匀磁场相垂直.在此矩形框上在此矩形框上,有一质量为有一质量为 长为长为 的的可移动的细导体棒可移动的细导体棒 ;矩形框还接有一个电阻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其值较之导线的电阻值要大得很多.若开始时若开始时,细导体细导体棒以速度棒以速度 沿如图所示的矩形框运动沿如

8、图所示的矩形框运动,试求棒的速率试求棒的速率随时间变化的函数关系随时间变化的函数关系.解解 如图建立坐标如图建立坐标棒所受安培力棒所受安培力方向沿方向沿 轴反向轴反向+棒中棒中且由且由第十八页，本课件共有57页方向沿方向沿 轴反向轴反向棒的运动方程为棒的运动方程为则则计算得计算得棒的速率随时间变化的函数关系为棒的速率随时间变化的函数关系为+第十九页，本课件共有57页 例例 3 圆盘发电机圆盘发电机 一半径为一半径为 、厚、厚度度 的铜圆盘的铜圆盘,以角速率以角速率 ,绕通过盘心绕通过盘心 垂直的金属轴垂直的金属轴 转动转动,轴的半径为轴的半径为 ,且且 圆盘放在磁感强度圆盘放在磁感强度 的均匀

9、的均匀磁场中磁场中,的方向亦与盘面垂直的方向亦与盘面垂直.有两个集电刷分别与有两个集电刷分别与圆盘的边缘和转轴相连圆盘的边缘和转轴相连.试计算它们之间的电势差试计算它们之间的电势差,并指并指出何处的电势较高出何处的电势较高.第二十页，本课件共有57页已知已知求求.解解 因为因为 ，所以不计圆盘厚度所以不计圆盘厚度.如图取线元如图取线元则则（方法一）（方法一）第二十一页，本课件共有57页圆盘边缘的电势高于中圆盘边缘的电势高于中心转轴的电势心转轴的电势.解解.第二十二页，本课件共有57页.已知已知求求（方法二）（方法二）则则 解解 取一虚拟的闭和回取一虚拟的闭和回路路 并去取其绕并去取其绕向与向与

10、 相同相同.第二十三页，本课件共有57页 设设 时点时点 与点与点 重合即重合即则则 时刻时刻方向与回路方向与回路 绕向绕向相反相反,即盘缘的电势高于中心即盘缘的电势高于中心.第二十四页，本课件共有57页二二 感生电动势感生电动势 产生感生电动势的非静电场产生感生电动势的非静电场 感生电场感生电场 麦克斯韦尔假设麦克斯韦尔假设 变化的磁场在其周围空间激发变化的磁场在其周围空间激发一种电场一种电场,这个电场叫感生电场这个电场叫感生电场 .闭合回路中的感生电动势闭合回路中的感生电动势第二十五页，本课件共有57页 感生感生电场是电场是非非保守场保守场 和和 均对电荷有力的作用均对电荷有力的作用.感生

11、电场和静电场的感生电场和静电场的对比对比 静静电场是保守场电场是保守场 静静电场由电荷产生；电场由电荷产生；感生感生电场是由变化的磁场电场是由变化的磁场产生产生.第二十六页，本课件共有57页 例例 4 设有一半径为设有一半径为R,高度为高度为h 的铝圆盘的铝圆盘,其电其电导率为导率为 .把圆盘放在磁感强度为把圆盘放在磁感强度为 的均匀磁场中的均匀磁场中,磁场方向垂直盘面磁场方向垂直盘面.设磁场随时间变化设磁场随时间变化,且且 为一常量为一常量.求盘内的感应电流值求盘内的感应电流值.（圆盘内感应电流自（圆盘内感应电流自己的磁场略去不计）己的磁场略去不计）第二十七页，本课件共有57页已知已知求求解

12、解 如图取一半径为如图取一半径为 ,宽宽度为度为 ,高度为高度为 的圆的圆环环.则圆环中的感生电动势的值为则圆环中的感生电动势的值为代入已知条件得代入已知条件得又又所以所以第二十八页，本课件共有57页由计算得圆环中电流由计算得圆环中电流于是圆盘中的感应电流为于是圆盘中的感应电流为第二十九页，本课件共有57页 是有旋场是有旋场不能引入电势概念不能引入电势概念感生电场（有旋电场）感生电场（有旋电场）由静止电荷产生由静止电荷产生由变化磁场产生由变化磁场产生线是线是“有头有尾有头有尾”的，的，是一组闭合曲线是一组闭合曲线静电场（库仑场）静电场（库仑场）是保守场（无旋场）是保守场（无旋场）可以引入电势概

13、念可以引入电势概念起于正电荷而终于负电荷起于正电荷而终于负电荷线是线是“无头无尾无头无尾”的的第三十页，本课件共有57页动生电动势动生电动势感生电动势感生电动势特特点点磁场不变，闭合电路的整体磁场不变，闭合电路的整体或局部在磁场中运动导致回或局部在磁场中运动导致回路中磁通量的变化路中磁通量的变化闭合回路的任何部分都不动，闭合回路的任何部分都不动，空间磁场发生变化导致回路空间磁场发生变化导致回路中磁通量变化中磁通量变化原原因因由于由于B的变化引起的变化引起回路中回路中 变化变化非静电力即洛仑兹力，非静电力即洛仑兹力，由洛仑兹力对运动电荷由洛仑兹力对运动电荷作用而产生电动势作用而产生电动势变化磁场

14、在它周围空间激发变化磁场在它周围空间激发感生电场，非静电力即感生感生电场，非静电力即感生电场力，由感生电场力对电电场力，由感生电场力对电荷作用而产生电动势荷作用而产生电动势结结论论其方向由其方向由的积分方向决定的积分方向决定沿沿的的来来源源非非静静电电力力由于由于S、的变化的变化引起回路中引起回路中 变化变化其方向由其方向由的积分方向决定的积分方向决定沿沿第三十一页，本课件共有57页互感电动势互感电动势 互感互感 在在 电流回电流回路中所产生的磁通量路中所产生的磁通量 在在 电流回路电流回路 中所产生的磁通量中所产生的磁通量 互感仅与两个线圈形状、大小、匝数、相互感仅与两个线圈形状、大小、匝数

15、、相对位置以及周围的磁介质有关对位置以及周围的磁介质有关（无铁磁质时为常无铁磁质时为常量量）.注意注意1）互感系数）互感系数（理论可证明理论可证明）12-3 互感互感第三十二页，本课件共有57页2023/2/26 互感系数互感系数问：问：下列几种情况互感是否变化下列几种情况互感是否变化？1）线框平行直导线移动；）线框平行直导线移动；2）线框垂直于直导线移动；）线框垂直于直导线移动；3）线框绕）线框绕 OC 轴转动；轴转动；4）直导线中电流变化）直导线中电流变化.OC2）互感电动势）互感电动势 第三十三页，本课件共有57页 例例1 两同轴长直密绕螺线管的互感两同轴长直密绕螺线管的互感 有两个长有

16、两个长度均为度均为l,半径分别为半径分别为r1和和r2（r1 R时时,*此时此时,第五十三页，本课件共有57页二二 电磁场电磁场 麦克斯韦电磁场方程的积分形式麦克斯韦电磁场方程的积分形式 磁场高斯定理磁场高斯定理 安培环路定理安培环路定理 静电场环流定理静电场环流定理 静电场高斯定理静电场高斯定理稳恒情况下稳恒情况下:第五十四页，本课件共有57页方方程程的的积积分分形形式式麦麦克克斯斯韦韦电电磁磁场场1）有旋电场）有旋电场麦克斯韦假设麦克斯韦假设2）位移电流）位移电流第五十五页，本课件共有57页对于静电场和稳恒磁场对于静电场和稳恒磁场,其基本规律为其基本规律为:静电场静电场稳恒磁场稳恒磁场变变第五十六页，本课件共有57页(Hd为为Id产生的磁场产生的磁场)左旋左旋右右旋旋对称美对称美第五十七页，本课件共有57页