大学物理电磁感应知识小结ppt课件
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大学物理电磁感应-PPT课件精选全文完整版
的磁场在其周围空间激发一种电场提供的。这
种电场叫感生电场（涡旋电场）
感生电场 E i
感生电场力 qEi
感生电场为非静 电性场强，故：
e E i dld dm t
Maxwell：磁场变化时，不仅在导体回路中 ，而且在其周围空间任一点激发电场，感生 电场沿任何闭合回路的线积分都满足下述关 系：
E id l d d m t d ds B td S d B t d S
线
形
状
电力线为闭合曲线
E感
dB 0 dt
电 场 的
为保守场作功与路径无关
Edl 0
为e非i 保守E 场感作d功l与路径dd有mt关
性
静电场为有源场
质
EdS
e0
q
感生电场为无源场
E感dS0
➢感生电动势的计算
方法一，由 eLE感dl
需先算E感
方法二， 由 e d
di
(有时需设计一个闭合回路)
2.感生电场的计算
Ei
dl
dm dt
L
当 E具i 有某种对称
性才有可能计算出来
例：空间均匀的磁场被限制在圆柱体内，磁感
强度方向平行柱轴，如长直螺线管内部的场。
磁场随时间变化，且设dB/dt=C >0，求圆柱
内外的感生电场。
则感生电场具有柱对称分布
Bt
此 E i 特点：同心圆环上各点大小相同，方向
磁通量 的变化
感应电流的 磁场方向
感应电流 的方向
电动势 的方向
➢ 楞次定律的另一种表述：
“感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因”
“原因”即磁通变化的原因，“效果”即感应电流的 场
大学普通物理学经典课件——电磁感应.ppt
B
R
E R
B r
E
E
E
r<R
B
R
B dS 0 S
H
L
dl
I
涡旋电场： E dl d B ds
L
dt S
一 位移电流
S2
S1
-+ -+
-+
L -+ I
-
dD dt
+ +
I
-
jc -
-
D
+
+ jc
+
B
AI
例 半经为R，相距 l(l R) 的圆形空气平板电容器，两端
L dI RI
dt
Idt LIdI RI2dt
2r R
l K
t Idt 1 LI 2 t RI 2dt
0
2
0
自感线圈磁能
电
电源反 回路电
源 作 功
抗自感 电动势 作的功
阻所放
出的焦 耳热
Wm
1 2
LI 2
自感线圈磁能
Wm
1 LI 2 2
I
L
L n2V , B nI
如图所示。设直导线中的电流强度为I，导线ab 长为L，a端到直导线的距离为d，求导线ab中的
动生电动势，并判断哪端电势较高。
a
《大学物理下教学课件》电磁感应课件
答案与解析
2.【答案】法拉第电磁感应定律：当磁场发生变化时 ，会在导体中产生电动势。楞次定律：闭合电路中感 应电流的方向总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化 。
1.【答案】电磁感应是指当磁场发生变化时，会在导 体中产生电动势，从而产生电流的现象。基本原理是 英国物理学家迈克尔·法拉第发现的法拉第电磁感应 定律，即变化的磁场会产生电场，从而在导体中产生 电动势。
答案与解析
5.【答案】实验步骤
将线圈连接到电流计 上。
准备一个线圈、一个 磁铁和一个电流计。
答案与解析
1
将磁铁快速插入线圈中，观察电流计的读数变化。
2
将磁铁缓慢插入线圈中，观察电流计的读数变化。
3
根据观察到的电流计读数变化，可以验证法拉第 电磁感应定律。
THANK YOU
感谢聆听
Байду номын сангаас
02
01
03
电磁感应实验装置
包括磁场线圈、导轨、滑线电刷、测量仪表等。
电源
提供稳定的直流电源或可调交流电源。
测量仪表
电流表、电压表、功率表等。
实验步骤与注意事项
实验步骤 1. 连接实验设备，确保电源连接正确，测量仪表调整至零位。
2. 打开电源，调整磁场线圈的电流，观察感应电动势的变化。
实验步骤与注意事项
《大学物理下教学课件》电磁 感应课件
目
CONTENCT
录
• 引言 • 电磁感应的基本原理 • 电磁感应的应用 • 实验：电磁感应现象的观察 • 习题与解答
01
引言
课程简介
课程名称
《大学物理下教学课件》
适用对象
大学物理专业学生
教学目标
通过学习电磁感应，使学生掌握电磁感应的基本原理、 定律及其应用。
大学物理《电磁学》PPT课件
电场性质
对放入其中的电荷有力的作用 ，且力的方向与电荷的正负有 关。
磁场性质
对放入其中的磁体或电流有力 的作用，且力的方向与磁极或
电流的方向有关。
库仑定律与高斯定理
库仑定律
描述真空中两个静止点电荷之间的相互作用 力，与电荷量的乘积成正比，与距离的平方 成反比。
高斯定理
通过任意闭合曲面的电通量等于该曲面内所包围的 所有电荷的代数和除以真空中的介电常数。
当导体回路在变化的磁场中或导体回路在恒定的磁场中运动时
，导体回路中就会产生感应电动势。
法拉第电磁感应定律公式
02
E = -n(dΦ)/(dt)。
法拉第电磁感应定律的应用
03
用于解释电磁感应现象，计算感应电动势的大小，判断感应电
动势的方向。
自感和互感现象分析
自感现象
当一个线圈中的电流发生变化时 ，它所产生的磁通量也会随之变 化，从而在线圈自身中产生感应 电动势的现象。
程称为磁化。随着外磁场强度的增大，铁磁物质的磁感应强度也增大。
03
铁磁物质的饱和现象
当铁磁物质被磁化到一定程度后，其内部磁畴的排列达到极限状态，此
时即使再增加外磁场强度，铁磁物质的磁感应强度也不会再增加，这种
现象称为饱和现象。
04
电磁感应与暂态过程
法拉第电磁感应定律及应用
法拉第电磁感应定律内容
01
06
现代电磁技术应用与发展趋势
超导材料在电磁领域应用前景
超导材料的基本特性：零电阻、完全抗磁性
超导磁体在MRI、NMR等医疗设备中的应用
超导电缆在电力传输中的优势及挑战
高温超导材料的研究进展及潜在应用
光纤通信技术发展现状及趋势
大学物理 电磁感应 课件 PPT
解：设DE中点为坐标原点，在DE上距原点为x处取线元dx,两长 直导线在dx处的磁场为
B
B1
B2
0I 2
[ r
1 l
x
r
1 l
] x
2
2
d i
vBdx
0 Iv [ 2 r
dx l
x
r
dx l
] x
l
2
2
i
2
d i
l
0 Iv ln
r l r
2
Example 1
设空间有磁场存在的圆柱形区域的半径为R=5cm，磁感应强度 对时间的变化率为dB/dt=0.2T/s，试计算离开轴线的距离r等于2cm、 5cm及10cm处的涡旋电场。
B dl 0 I
i
L
cP d
b
c
d
a
B dl a B dl b B dl c B dl d B dl
b
2a B dl 2BL
又：
0
I 0iL, 所以
B 0i
2
例题：一无限大平行板电容器极板间的电场强度为E，一 均匀磁场B与E垂直，现有一电子(-e,m)从负极出来，初 速度为零。求：电子刚好不能到达正极板的距离d。
求棒AC两端的电势差。
O
D
C
Ｂ A
复习
一、法拉第电磁感应定律 d
dt
二、动生电动势
闭合回路
i
v
B
dl
l
不闭合回路
b
i a v B dl
三、感生电动势
L
Ek
dl
d dt
四、感生电场与静电场
例行3放．置一一长矩直形导线线圈中，通线有圈正平弦面交与流长电直i导线I在m 同si一n w平,t面在内长，直求导任线一旁瞬平
B
B1
B2
0I 2
[ r
1 l
x
r
1 l
] x
2
2
d i
vBdx
0 Iv [ 2 r
dx l
x
r
dx l
] x
l
2
2
i
2
d i
l
0 Iv ln
r l r
2
Example 1
设空间有磁场存在的圆柱形区域的半径为R=5cm，磁感应强度 对时间的变化率为dB/dt=0.2T/s，试计算离开轴线的距离r等于2cm、 5cm及10cm处的涡旋电场。
B dl 0 I
i
L
cP d
b
c
d
a
B dl a B dl b B dl c B dl d B dl
b
2a B dl 2BL
又：
0
I 0iL, 所以
B 0i
2
例题：一无限大平行板电容器极板间的电场强度为E，一 均匀磁场B与E垂直，现有一电子(-e,m)从负极出来，初 速度为零。求：电子刚好不能到达正极板的距离d。
求棒AC两端的电势差。
O
D
C
Ｂ A
复习
一、法拉第电磁感应定律 d
dt
二、动生电动势
闭合回路
i
v
B
dl
l
不闭合回路
b
i a v B dl
三、感生电动势
L
Ek
dl
d dt
四、感生电场与静电场
例行3放．置一一长矩直形导线线圈中，通线有圈正平弦面交与流长电直i导线I在m 同si一n w平,t面在内长，直求导任线一旁瞬平
大学物理电磁学总结(精华)ppt课件(2024)
34
创新实验设计思路分享
组合实验法
将多个相关实验进行组合设计，以提高实验 效率和准确性。
对比实验法
通过对比不同条件下的实验结果，探究物理 现象的本质和规律。
仿真模拟法
利用计算机仿真技术模拟实验过程，以降低 成本和提高安全性。
2024/1/28
改进测量方法
针对传统测量方法的不足之处进行改进和创 新，提高测量精度和效率。
2024/1/28
23
自感和互感现象分析
自感现象是指一个线圈中的电 流发生变化时，在线圈自身中 产生感应电动势的现象。
互感现象是指两个相邻的线圈 中，一个线圈中的电流发生变 化时，在另一个线圈中产生感 应电动势的现象。
2024/1/28
自感和互感现象的产生都与磁 场的变化有关，它们是电磁感
应现象的重要组成部分。
麦克斯韦方程组可以推导出电磁波的存在和传播，是无线通信的理论基础 。
18
电磁波产生条件与传播方式
01
02
03
电磁波产生的条件是变 化的电场或磁场，即振 荡电路中的电荷或电流
。
电磁波的传播方式是横 波，电场和磁场相互垂 直且与传播方向垂直。
电磁波在真空中的传播 速度等于光速，且在不 同介质中的传播速度不
7
02
静电场与恒定电流
2024/1/28
8
静电场中的导体和电介质
静电场中的导体特性
静电感应现象
静电平衡条件
2024/1/28
9
静电场中的导体和电介质
导体表面电荷分布
电介质极化现象
电偶极子概念
2024/1/28
10
静电场中的导体和电介质
电介质极化机制
大学物理电磁感应知识小结
总之，磁通量
二、电动势
定义电动势ε：
m BdS 发生变化
把单位正电荷从负极板通过电 源内部移到正极板，
产生电磁感应现象
I
F ne
q
非静电场所作的功
A n e Fne d l
R
q
q
定义非静电场强：
E ne
Fne q
E dl (电源内) ne
电动势 方向：电源内部负极指向正极
普遍表达式 Ene dl
VS2r
Wm
1 2
L
I
2
1 2
r
0n2I
2V
12r0nInIV
1 2
BHV
以w通m电流WIV的mN匝12螺B绕H环为例12 B H
两W m 个线圈w m d 情V 况1 2 下B H d V
I1 I 2 H1, H2 HH1H2
B1, B2 BB1B2
W m 1 2 B H d V 1 2 B 1 B 2 H 1 H 2 d V
1 2
r 0 (H 1 2 H 2 2 2 H 1H 2 )d V
互感磁能
例1.两个形状相同的环，磁铁以相同的速率插入
问：哪一个
i 大？ 哪一个 I 大？
解： i
相同
I i
R
铜环I 大
当 R 0 I ？
若超导体 R0 I ?
i L IR 0 i L
d L d I dt dt
2 dL
i ?
dri
i
M
di dt
M m I
I
m设 M
I
m BdS
ab 0求I：c直d导r线中的电动势 a 2 r
0Ic
2
ab d r 例03I.电c流ln为ab
大学物理电磁学第十章电磁感应PPT课件
d Idq n2Rd 2 R R dR
dI在圆心处产生的磁场
16
dB20R dI120 dR
由于整个带电园盘旋转，在圆心产生的B为
BR2d R1
B 1 20( R2R 1)
穿过导体小环的磁通
R2
Bd 1 2 S 0( R 2R 1)r2
r R1
R
导体小环中的感生电动势
d d t1 20 (R 2R 1)r2d d t
本质 ：能量守恒定律在电磁感应现象上的具体体现
影响感生电流的因素 dm i
6
相对运动
dt R
B
切割磁力线
磁通量m变化
m变化的数量和方向 m变化的快慢
I感
I
•
v
感生电流
3. 电动势
Q
-Q
7
(1)电源
++ ++
仅靠静电力不能维持稳恒电流。
+ +
+ +
维持稳恒电流需要非静电力。
++ ++
F非
____________
r nˆ
B
o
d0
x
13
这是一个磁场非均匀且
随时间变化的题目。
h
r nˆ
1、求通过矩形线圈磁通 o
B
dBd cso s2 0rIbdx rx
d0
x
d d 0 0 a 2 a 2Bc do s sd d 0 0 a 2 a 22 0Ibx2 x h d 2 x
0Ibln 4
例1 有一水平的无限长直导线，线中通有交变电流 12
II0cost,导线距地面高为 h，D点在通电导线的
dI在圆心处产生的磁场
16
dB20R dI120 dR
由于整个带电园盘旋转，在圆心产生的B为
BR2d R1
B 1 20( R2R 1)
穿过导体小环的磁通
R2
Bd 1 2 S 0( R 2R 1)r2
r R1
R
导体小环中的感生电动势
d d t1 20 (R 2R 1)r2d d t
本质 ：能量守恒定律在电磁感应现象上的具体体现
影响感生电流的因素 dm i
6
相对运动
dt R
B
切割磁力线
磁通量m变化
m变化的数量和方向 m变化的快慢
I感
I
•
v
感生电流
3. 电动势
Q
-Q
7
(1)电源
++ ++
仅靠静电力不能维持稳恒电流。
+ +
+ +
维持稳恒电流需要非静电力。
++ ++
F非
____________
r nˆ
B
o
d0
x
13
这是一个磁场非均匀且
随时间变化的题目。
h
r nˆ
1、求通过矩形线圈磁通 o
B
dBd cso s2 0rIbdx rx
d0
x
d d 0 0 a 2 a 2Bc do s sd d 0 0 a 2 a 22 0Ibx2 x h d 2 x
0Ibln 4
例1 有一水平的无限长直导线，线中通有交变电流 12
II0cost,导线距地面高为 h，D点在通电导线的
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6
三、动生电动势的功能关系
洛伦兹力是产生动生电动势的根本原因 洛仑兹力究竟作不作功？
ia
Fe
Fm
7
B
v
电子的实际运动速度是 u v
F电v 子受e总(uv洛伦vv)兹 力Bv
r Fm
r Fm
F
(u
v)
F Fmu u v
b
洛伦兹力不做功
从FFrr两mm 个做做分负正力功功的，，功功功率率率角为为度FFr看rmm：((uvu洛v仑vvvv兹))力FFr也rmm不uvvr作功((。eeuvvvBvBv))vvuveevvBBuu
2.动生电动势的表达式 r
非静电场强：
r Ene
Fe e
运动导线ab产生的电动势
vv
v B
ba
a
(vv
v B)
d
r l
b
rr Ene d l
ba Blv
5
一d般i 情 (况vv：Bv（) 弯d lv曲导线，非均匀场）
整个导线 L上的动生电动势 i L di
蜒 闭合回路上的动生电动势 i d
v B1
B2 2
v dl vB1l
0I
(a b)
0 Ivl 2 a
I a
2i
vv
v B2
v dl
vB2l
0 Ivl 2 (a b)
i 1i 2i
v l b
0 Ivl ( 1 1 ) 2 a a b
0 Ivbl
2 a(a b)
10
例3.长直导线中通有变化电流I(t)，
（1）线圈不动，（2）线圈以v运动。求：i ?
解： d
(vr
r B)
d
r l
v 0I d r 2 r
ab
d
d l
v
0 I
dr
d 2 r
0Iv ln d l
2
d
I
v
r
a dl b
dl
o
r
电动势的方向由b指向a，a点电势高。
9
10
例2.长直导线通有恒定电流I，线圈以v 运动。求：图示状态的
i ?
解： B1
1i
0I
2a
vv
E Ec Ek
ÑÑl lEvEEvk cdddlvllv0Btv库 d仑SBvv场感：d生有Sr电源场无电：旋磁无场感源应有定旋律场普遍表达式
N i
N i
（a）
（b）
4
12-2 动生电动势
一、动生电动势
1.动生电动势的成因 自由电子受到的洛伦兹力
r Fm
(e)vv
v B
r
非静电力
导体内部产生静电场
r
E
方向ra→b
电子受到的静电力 Fe eE
5
a
B
Fe
v
Fm
b
平衡时 Fe Fm 电荷积累停止，ab两端形成稳定的电势差。
洛伦兹力是产生动生电动势的根本原因。
第十二章 电磁感应
12-1 电磁感应定律 12-2 动生电动势 12-3 感生电动势和感生电场 12-4 自感和互感 12-5 磁场的能量 磁能密度
1
12-1 电磁感应定律
2
一、电磁感应现象
1.
r B
不变
r S
变化
（导体回路中一部分切割磁力钱）
2.
r S
不变
r B 变化
（各种原因）
3.
r
r
不变 S 不变
总功率为零：洛仑兹力不作功。
此r 图的装置 就是一台发电机r，电能从何而来？
Fm 是电源中的非静电力 Fm 的宏观表现是ab中电流受的安培力
F安 euB nlSeuB IBl
7
ia
安培力使ab减速，机械能减少，电
能是从机械能转化来的。
r
要使ab匀速，必须有外力。
F安
rr
F外
r
F安r
P外 F外 v IBlv
v
为感生电场或有旋场。
Ek （非静电场） 感生电动势
i
v B 0
感生电场的方向：
t
感生电场产生的磁场阻碍原磁场的变化。
rl
感生电场和静电场的对比： （1）场的产生 Ek
（2）场的性质
（3）场对电荷的作用
12
二、电磁感应定律的普遍形式
13
vv v
普通情况下，空间电场是由库仑场和感生电场的叠加
vv
3
Ñ 普遍表达式 Ene d l
L
三、法拉第电磁感应定律
i
d m dt
大小： d m
dt
导体回路中感应电动势i 的大小与穿过
该回路的磁通量的变化率成正比。
方向：式中“－”号表示感应电动势的方向。 （由楞次定律给出）
d dt
0,
则
＜０
i
如图（a）
d dt
0,
则
＞０
i
如图（b）
(a)
(b) 3
若导体回路是由N匝串联而成，则
4
i
[d 1m dt
d 2m dt
...
d Nm dt
]
d dt
(
i
im
)
d
dt
m
m im 全磁通，磁通链
i
当每一匝线圈的磁通都相同时 m＝Nm
i
N
d m dt
感应电流
i i 1 dm
R R dt
方向与感应电动 势的方向一致
三、楞次定律
闭合回路中，感应电流的方向，总是使感应电流所产生的磁 场阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
(vv
v B)
d
v l
L
(vv
v B)
d
v l
L
6
二、电动势的计算
i
i
dm a (vvdBvt)d
b
v l
规vv定Bv积的分方路向径，的以方及向(dvvlv
方向
v B) d
考察该处
v l 的正负
电动势正负结果的讨论
i 0 说明电动势的方向与积分路径方向相同
i 0 说明电动势的方向与积分路径方向相反
rr B和S
之间夹角变化（线圈在磁场中转动）
rr
总之，磁通量 m
B d S 发生变化 产生电磁感应现象
v
二、电动势
I
Fne
定义电动势ε： 把单位正电荷从负极板通
q
过电源内部移到正极板，
非静电场所作的功
Ane
v
r
Fne d l
q
q
R
2
v
定义非(电静源内电) Er场ne 强d l：r Ev电ne动r势Fqner方向：电源内部负极指向正极
解：（1）i
v
d
v dt
m
m Bd S
xb x
0I l 2 r
d
r
0lI (t) ln r 2
xb x
r
I(t) x
0lI (t) ln x b
2
x
i
0l 2
ln
x
b x
d I (t) dt
11
dr
l v
b r
（2） i
0l 2
d dt
I
(t )
ln
x
b x
0l ln x b d I (t) 0lI (t) bv
11
2 x d t
2 x(x b)
12-3 感生电动势和感生电场
12
一、感生电动势 感生电场
v
Ñ v v
l Ek
dl
i
vv
dm d
vv BdS
B
d
v S
v B
dt dt
t
v 麦克斯韦：变化的磁场在其周围空间激
Ñ l Ek
v B t
dl
dS t
发一种具有闭合电场线的新的电场，称
P电
I2R I2
I
I
I (Blv) P外
b
可见，电能是从其他形式能量转化而来的。
8
rB vF外
洛伦兹力起到了能量转换的桥梁作用。 传递能量不提供能量。
8
9 例1.长直导线通恒定电流 I ，另一金属棒ab长 l，以速度v
平行直导线匀速运动，棒与直导线共面且垂直，且近端与导
线的距离为d，求棒中的动生电动势。