电场和磁场三教学用优秀PPT.ppt
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1、电场和磁场三教学用你现在浏览的是第一页,共47页电磁感应现象的发现是电磁学发展史上的一个重要成就,它进一电磁感应现象的发现是电磁学发展史上的一个重要成就,它进一步揭示了自然界电现象与磁现象之间的联系。步揭示了自然界电现象与磁现象之间的联系。在理论上在理论上,它为揭示电与磁之间的相互联系和转化奠定实,它为揭示电与磁之间的相互联系和转化奠定实验基础,促进了电磁场理论的形成和发展;验基础,促进了电磁场理论的形成和发展;在实践上在实践上,它为人类获取巨大而廉价的电能开辟了道路,标志,它为人类获取巨大而廉价的电能开辟了道路,标志着一场重大的工业和技术革命的到来。着一场重大的工业和技术革命的到来。你现在浏
2、览的是第二页,共47页法拉第法拉第(Michael Faraday 17911867)伟大的英国物理学家和化学家。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方面的研究,并在这些领域取得了一系列重大发现。列重大发现。他创造性地提出场的思想,是电磁理论的他创造性地提出场的思想,是电磁理论的创始人之一。创始人之一。1831年发现电磁感应现象,后又相继发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,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。以及光的偏振面在磁场中的旋转。你现在
3、浏览的是第三页,共47页、电磁感应现象电磁感应现象1)、电磁感应现象的发现)、电磁感应现象的发现1820年,年,Oersted发现了电流的磁效应发现了电流的磁效应1831年年11月月24日,日,Faraday发现电磁感应现象发现电磁感应现象1834年,年,Lenz在分析实验的基础上,总结出了判断感在分析实验的基础上,总结出了判断感应电流分向的法则应电流分向的法则18451845年年,NeumannNeumann借借助助于于安安培培的的分分析析,从从矢矢势势的的角角度度推推出了电磁感应电律的数学形式。出了电磁感应电律的数学形式。你现在浏览的是第四页,共47页一一 电磁感应现象电磁感应现象你现在浏
4、览的是第五页,共47页 当穿过闭合回路所围当穿过闭合回路所围面积的磁通量发生变化时,面积的磁通量发生变化时,回路中会产生感应电动势,回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化率的负值量对时间变化率的负值.二二 电磁感应定律电磁感应定律国际单位制国际单位制韦伯韦伯伏特伏特你现在浏览的是第六页,共47页2)、)、电磁感应的几个典型实验电磁感应的几个典型实验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你现在浏览的是第七页,
5、共47页感生电流与磁感应强度的大感生电流与磁感应强度的大小、方向,与截面积小、方向,与截面积S变化变化大小有关大小有关。感生电流与磁感应强度的大小、感生电流与磁感应强度的大小、方向,与线圈转动角速度大小方向,与线圈转动角速度大小方向有关。方向有关。通过一个闭合回路所包围的面积的磁通量发生变化时,不管这种变通过一个闭合回路所包围的面积的磁通量发生变化时,不管这种变化是由什么原因引起的,回路中就有电流产生,这种现象称为化是由什么原因引起的,回路中就有电流产生,这种现象称为电磁电磁感应现象感应现象。感应电流感应电流:由于通过回路中的磁通量发生变化,而在回路中产生的:由于通过回路中的磁通量发生变化,而
6、在回路中产生的电流。电流。感应电动势感应电动势:由于磁通量的变化而产生的电动势叫感应电动:由于磁通量的变化而产生的电动势叫感应电动势。势。3)、结论)、结论你现在浏览的是第八页,共47页、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2)、电动势方向)、电动势方向:1)、内容:)、内容:当穿过闭合回路所包围面积的磁通量发生变化时,不论这种变化是什当穿过闭合回路所包围面积的磁通量发生变化时,不论这种变化是什么原因引起的,回路中都有感应电动势产生,并且感应电动势正比于么原因引起的,回路中都有感应电动势产生,并且感应电动势正比于磁通量对时间变化率
7、的负值。磁通量对时间变化率的负值。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你现在浏览的是第九页,共47页确定回路绕行方向;规定电动势的方向与回路的绕行方向一致时确定回路绕行方向;规定电动势的方向与回路的绕行方向一致时为正。为正。根据回路的绕行方向,按右手螺旋法则定出回路所包围面积的正法线根据回路的绕行方向,按右手螺旋法则定出回路所包围面积的正法线方向;在根据回路所包围面积的正法线方向,确定磁通量的正负;方向;在根据回路所包围面积的正法线方向,确定磁通量的正负;根据磁通量变化率的正负来确定感应电动势的方向。根据磁通量变化率的正负来确定感应电动势的方向。你现在浏览的
8、是第十页,共47页你现在浏览的是第十一页,共47页磁通链数磁通链数:3、讨论:、讨论:若有若有N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你现在浏览的是第十二页,共47页闭合回路中的闭合回路中的感应电流感应电流感应电量感应电量t1时刻磁通量为时刻磁通量为1,t2时刻磁通量为时刻磁通量为2回路中的感应电量只与磁通量的变化有关,而与磁通量回路中的感应电量只与磁通量的变化有关,而与磁通量的变化率无关。的变化率无关。用途:测磁通计。用途:测磁通
9、计。你现在浏览的是第十三页,共47页、楞次定律、楞次定律楞次(楞次(Lenz,Heinrich Friedrich Emil)楞次是俄国物理学家和地球物理学家,生于爱楞次是俄国物理学家和地球物理学家,生于爱沙尼亚的多尔帕特。早年曾参加地球物理观测沙尼亚的多尔帕特。早年曾参加地球物理观测活动,发现并正确解释了大西洋、太平洋、印活动,发现并正确解释了大西洋、太平洋、印度洋海水含盐量不同的现象,度洋海水含盐量不同的现象,1845年倡导组织年倡导组织了俄国地球物理学会。了俄国地球物理学会。1836年至年至1865年任圣彼年任圣彼得堡大学教授,兼任海军和师范等院校物理学得堡大学教授,兼任海军和师范等院校
10、物理学教授。教授。楞次主要从事电学的研究。楞次定律对充实、完善电磁感应规律是楞次主要从事电学的研究。楞次定律对充实、完善电磁感应规律是一大贡献。一大贡献。1842年,楞次还和焦耳各自独立地确定了电流热效应的年,楞次还和焦耳各自独立地确定了电流热效应的规律,这就是大家熟知的焦耳规律,这就是大家熟知的焦耳楞次定律。他还定量地比较了不楞次定律。他还定量地比较了不同金属线的电阻率,确定了电阻率与温度的关系;并建立了电磁铁同金属线的电阻率,确定了电阻率与温度的关系;并建立了电磁铁吸力正比于磁化电流二次方的定律。吸力正比于磁化电流二次方的定律。你现在浏览的是第十四页,共47页1、内容:、内容:闭合回路中感
11、应电流的方向总是使得它所激发的磁场来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。阻止引起感应电流的磁通量的变化。1834年楞次提出一种判断感应电流的方法,再由感应电流来判年楞次提出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。断感应电动势的方向。演示演示你现在浏览的是第十五页,共47页2、应用:判断感应电动势的方向、应用:判断感应电动势的方向问题:问题:将磁铁插入非金属环中,环内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?环有无感生电动势?有无感应电流?环内将发生何种现象内将发生何种现象有感生电动势存在,有电场存在将有感生电动势存在
12、,有电场存在将引起介质极化,而无感生电流。引起介质极化,而无感生电流。非金属环非金属环你现在浏览的是第十六页,共47页二、电磁感应现象的应用、电磁流量计、涡电流你现在浏览的是第十七页,共47页涡电流涡电流1)、涡电流)、涡电流大块导体处在变化磁场中,或者相对大块导体处在变化磁场中,或者相对于磁场运动时,在导体内部也会产生于磁场运动时,在导体内部也会产生感应电流感应电流。这些感应电流在大块导体内的。这些感应电流在大块导体内的电流流线呈闭合的涡旋状,被称为电流流线呈闭合的涡旋状,被称为涡电流涡电流或或涡流。涡流。2)、涡流的热效应)、涡流的热效应电阻小,电流大,能电阻小,电流大,能够产生大量的热量
13、。够产生大量的热量。3)、应用)、应用高频感应炉高频感应炉加热加热真空无按触加热真空无按触加热你现在浏览的是第十八页,共47页4)、涡流的阻尼作用)、涡流的阻尼作用当铝片摆动时,穿过运动铝片的磁通量是当铝片摆动时,穿过运动铝片的磁通量是变化的,铝片内将产生涡流。根据楞次定变化的,铝片内将产生涡流。根据楞次定律感应电流的效果总是反抗引起感应电流律感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因。因此铝片的摆动会受到阻滞而停的原因。因此铝片的摆动会受到阻滞而停止,这就是止,这就是电磁阻尼电磁阻尼。应用:电磁仪表中使用的阻尼电键应用:电磁仪表中使用的阻尼电键 电气火车中的电磁制动器电气火车中的电磁制动器5)
14、、涡流的防止)、涡流的防止用相互绝缘叠合起来的、电阻率较高用相互绝缘叠合起来的、电阻率较高的硅钢片代替整块铁芯,并使硅钢片平的硅钢片代替整块铁芯,并使硅钢片平面与磁感应线平行;面与磁感应线平行;选用电阻率较高的材料做铁心。选用电阻率较高的材料做铁心。你现在浏览的是第十九页,共47页、电子感应加速器、电子感应加速器原理:原理:在电磁铁的两磁极间放一个真空室,电磁铁是由交流在电磁铁的两磁极间放一个真空室,电磁铁是由交流电来激磁的。电来激磁的。当磁场发生变化时,两极间任意闭合回路的磁通发生变化,激当磁场发生变化时,两极间任意闭合回路的磁通发生变化,激起感生电场,电子在感生电场的作用下被加速,电子在起
15、感生电场,电子在感生电场的作用下被加速,电子在Lorentz力作用下将在环形室内沿圆周轨道运动。力作用下将在环形室内沿圆周轨道运动。你现在浏览的是第二十页,共47页、交流发是电机原理:、交流发是电机原理:面积为面积为S的线圈有的线圈有N匝,放在均匀磁场匝,放在均匀磁场B中,可绕中,可绕OO轴轴转动,若线圈转动的角速度为转动,若线圈转动的角速度为,求线圈中的感应电动,求线圈中的感应电动势。势。解:设在解:设在t=0时,线圈平面的正法线时,线圈平面的正法线n方向与磁感应方向与磁感应强度强度B的方向平行,那么,在时刻的方向平行,那么,在时刻t,n与与B之间的夹之间的夹角角=t,此时,穿过匝线圈的磁通
16、量为:,此时,穿过匝线圈的磁通量为:由电磁感应定律可得线圈中的感应电动势为:由电磁感应定律可得线圈中的感应电动势为:令令m=NB,则,则 i=msint令令=2f,则,则 i=msin2fti 为时间的正弦函数,为正弦交流电,简称交流电。为时间的正弦函数,为正弦交流电,简称交流电。演示演示你现在浏览的是第二十一页,共47页闭合回路,电流为闭合回路,电流为I,回路形状不变,没有铁磁质时,根据,回路形状不变,没有铁磁质时,根据Biot-Savart定律,定律,B I,F F=BS,则有,则有 =LI 称称 L为为自感系数自感系数,简称自感或电感。简称自感或电感。单位:亨利、单位:亨利、H当一个线圈
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