第八章--电磁感应-电磁场1.ppt

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1、本章内容教学内容：教学内容：教学重点：教学重点：教学难点：教学难点：电动势的计算电动势的计算电磁感应定律电磁感应定律法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势第一节电磁感应现象法拉第的实验几种典型实验NSGLNSGLNSGLGLKLGLKLGLKLGSNGSNGSNGSN法拉第电磁感应定律续上如果闭合回路的电阻为如果闭合回路的电阻为R,那么根据闭合电路欧那么根据闭合电路欧姆定律回路中的感应电流为：姆定律回路中的感应电流为：利用上式及利用上式及I=dq/dt，可计算在时间间隔可计算在时间间隔 内内,通过回路的感应电荷为：通过回路的感应电荷为：分别是分别是t2

2、,t1时刻穿过回路面积的磁通量时刻穿过回路面积的磁通量 对于给定电阻对于给定电阻R的闭合回路来说的闭合回路来说,如从实验中如从实验中测出流过的电荷测出流过的电荷q,就可以知道回路内磁通量的就可以知道回路内磁通量的变化变化.这就是这就是磁强计磁强计的设计原理的设计原理.楞次定律续要求第一节动生电动势切割磁力线动生电动势公式应用举例例由此可得金属棒上总电动势为由此可得金属棒上总电动势为动生电动势的方向为由动生电动势的方向为由O点点 P点点.例例1(P302)一根长为一根长为L的铜棒在磁感强度为的铜棒在磁感强度为B的均匀磁的均匀磁场中场中,以角速度以角速度 在与磁场方向垂直的平面内绕棒的在与磁场方向

3、垂直的平面内绕棒的一端一端O 匀速转动匀速转动,如图所示如图所示,求棒中的感应电动势求棒中的感应电动势.解：解：在铜棒上距在铜棒上距O点为点为l处取线处取线元元dl,其方向沿其方向沿O指向指向A,其运动其运动速度的大小为速度的大小为v=l 显然显然 、相互垂直相互垂直,所以所以 上的动生电动势为上的动生电动势为oP例例2(P302)导线矩形框的平面与磁感强度为导线矩形框的平面与磁感强度为B的的均匀磁场相垂直均匀磁场相垂直,矩形框中还接了一个电阻矩形框中还接了一个电阻R，一根质量为一根质量为m长为长为l的导体棒以初速度的导体棒以初速度 沿如图沿如图所示的矩形框运动所示的矩形框运动,试求棒的速率随

4、时间变化的试求棒的速率随时间变化的函数关系函数关系.解：解：在某时刻导体棒上的在某时刻导体棒上的动生电动势为动生电动势为 作用在导体棒上的安培力为作用在导体棒上的安培力为得得由牛顿第二定律由牛顿第二定律 取积分取积分例例3(P303)一半径为一半径为R1的薄铜圆盘的薄铜圆盘,以角速度以角速度 绕过盘心与盘面垂直的轴转动绕过盘心与盘面垂直的轴转动.轴的半径为轴的半径为R2，圆盘放在磁感强度为圆盘放在磁感强度为B的均匀磁场中的均匀磁场中,B与盘面与盘面垂直垂直.有两个集电刷分别与圆盘的边缘与轴相连有两个集电刷分别与圆盘的边缘与轴相连,试计算它们之间的电势差试计算它们之间的电势差,并指出哪点电势高并

5、指出哪点电势高.解：解：在铜盘沿径矢取线元在铜盘沿径矢取线元dr,其动生电动势为其动生电动势为 圆盘边缘与轴间电动势为圆盘边缘与轴间电动势为 在铜盘取虚拟回路在铜盘取虚拟回路MLNOM,通过该闭合回路通过该闭合回路的磁通量为的磁通量为 设设t=0时时M与与N重合重合,则则由法拉第电磁感应定律由法拉第电磁感应定律动生电动势的方向由动生电动势的方向由a指向指向c，即，即例例4 如图所示如图所示,直角三角形导线框直角三角形导线框abc置于磁感应置于磁感应强度为强度为B的均匀磁场中的均匀磁场中,以角速度以角速度绕绕ab边为轴转边为轴转动动,ab边平行于边平行于B,求各边的动生电动势及回路求各边的动生电

6、动势及回路abc中的总感应电动势中的总感应电动势.解解:在在ac边上边上在在bc边上边上动生电动势的方向由动生电动势的方向由b指向指向c，即，即即即在在ab边上边上abc回路中的总感应电动势为回路中的总感应电动势为 事实上事实上,当导线框以当导线框以ab为轴转动时为轴转动时,通过回路通过回路abc面积的磁通量面积的磁通量始终为零始终为零，由法拉第电磁感应定律，由法拉第电磁感应定律直接可知直接可知,总感应电动势为零总感应电动势为零.感生电动势时变磁场感生电场续上方向感生电场和静电场的对比感生电场和静电场的对比 和和 均对电荷有力的作用均对电荷有力的作用.相同点：相同点：不同点：不同点：产生的源不

7、同产生的源不同:静电场由静止电荷产生静电场由静止电荷产生;感感生电场是由变化的磁场产生生电场是由变化的磁场产生.性质不同性质不同:静电场是有源、保守场静电场是有源、保守场;感生感生电场是无源、非保守场电场是无源、非保守场 电场线不同电场线不同:静电场的电场线不闭合；感静电场的电场线不闭合；感生电场的电场线是闭合的生电场的电场线是闭合的.解解:由题意可知由题意可知,感生电场是轴对称感生电场是轴对称的的,根据根据有有故故例例5 在半径在半径R=0.1m的圆柱形空间中存在着均匀磁场的圆柱形空间中存在着均匀磁场B,B的方向与柱的轴线平行的方向与柱的轴线平行.若若B的变化的变化 ,求在求在r=0.05m

8、处的感生电场的电场强度为多大处的感生电场的电场强度为多大?例例 6 在时间间隔在时间间隔(0,t0 )中中,如图所示长直导线通如图所示长直导线通以以I=kt的变化电流的变化电流,方向向上方向向上,式中式中I为瞬时电流为瞬时电流,k为常量为常量,在此导线近旁平行且共面地放一长方在此导线近旁平行且共面地放一长方形线圈形线圈,长为长为l,宽为宽为a,线圈的一边与导线相距为线圈的一边与导线相距为d,设磁导率为设磁导率为的磁介质充满整个空间的磁介质充满整个空间,求任一时求任一时刻线圈中的感应电动势刻线圈中的感应电动势.解：解：长直电流产生的磁场为长直电流产生的磁场为线圈中面积元的磁通量为线圈中面积元的磁

9、通量为 由法拉第电磁感应定律由法拉第电磁感应定律,线线圈中感应电动势的大小为：圈中感应电动势的大小为：线圈中总的磁通量为线圈中总的磁通量为 根据楞次定律，根据楞次定律，为了反抗穿过线圈包围为了反抗穿过线圈包围面积的垂直图画向里的面积的垂直图画向里的磁通量的增加，线圈中磁通量的增加，线圈中感应电动势的绕行方向感应电动势的绕行方向是逆时针的是逆时针的.感应电动势的方向感应电动势的方向电子感应加速器全貌电子感应加速器全貌电子感应加速器的一部分电子感应加速器的一部分感应加速器 它的柱形电磁铁在两极间产生磁场。在磁它的柱形电磁铁在两极间产生磁场。在磁场中安置一个环形真空管道作为电子运行的场中安置一个环形

10、真空管道作为电子运行的轨道。当磁场发生变化时，就会沿管道方向轨道。当磁场发生变化时，就会沿管道方向产生感应电场。射入其中的电子就受到这感产生感应电场。射入其中的电子就受到这感应电场的持续作用而被不断加速。应电场的持续作用而被不断加速。四、涡电流四、涡电流 感应电场力可以在整块金属内部引起闭合感应电场力可以在整块金属内部引起闭合涡旋状的感应电流涡旋状的感应电流,这种这种电流叫做电流叫做涡流涡流。铁芯铁芯 交交流流电电源源涡流涡流 应用应用 感应加热感应加热：利用涡流的热效应进行加热的方法：利用涡流的热效应进行加热的方法 高频交高频交流电源流电源精品课件精品课件！精品课件精品课件！本堂课小结本堂课小结1，法拉第电磁感应定律，法拉第电磁感应定律2，楞次定律反映了能量守恒定律，楞次定律反映了能量守恒定律3，动生电动势，动生电动势4，感生电动势，感生电动势作业：作业：8-6，8-8