第四章 电磁感应

F洛 F vB e
于是动生电动势就是
E FL BLv
与法拉第电磁感应定律得到的结果一致.
4.6 互感和自感
在法拉第的实验中两个线圈并没有用导 线连接，当一个线圈中的电流变化时，在另 一个线圈中为什么会产生感应电动势呢？
一、互感现象
1、 当一个线圈中电流变化，在另一个线圈中产生 感应电动势的现象，称为互感。互感现象中产生 的感应电动势，称为互感电动势。 2、互感现象不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈 之间,且可发生于任何两个相互靠近的电路之间.
a L b c L d
v
四、反电动势
此电动势阻碍电路中原 来的电流. 故称之为反电动势
V
安 培 力 方 向 转动速度方向
S
N
电
动
机
电动机线圈的转动产生感应电动势是反电
动势。这个电动势是削弱了电源电流, 阻
碍线圈的转动.
线圈要维持原来的转动就必须向电动机提
供电能，电能转化为机械能。
正因为反电动势的存在,所以对电动机,欧
3、速度V为平均值（瞬时值），E就为平均值（瞬时值）。
感应电动势
Φ E BLv t
B
L
v
公式BLv中的L指的是切割磁感线的有效长度。
在上图中E=BLv，L是圆弧切割磁感线的有效长度。
公式 ① E n
公式 ②
t
的区别和联系
E BLv sin
区别： 1、一般来说， ①求出的是平均感应电动势，E和某 段时间或者某个过程对应，而②求出的是瞬时感应 电动势，E和某个时刻或者某个位置对应。 2、①求出的是整个回路的感应电 动势，而不是回路中某部分导体的 电动势。回路中感应电动势为零时， 但是回路中某段导体的感应电动势 不一定为零。如上图。
演示实验一：通电自感
I原 I感
A1、A2是规格完全一样的灯泡。 闭合电键S，调节变阻器R，使A1、 A2亮度相同，再调节R1，使两灯正
常发光，然后断开开关S。重新闭 合S，观察到什么现象？
现象：灯泡A2立刻正常发光，跟线圈L串联的灯泡 A1逐渐亮起来。 分析： 穿过线圈的电流I 增大 S接通 线圈产生感应电动势
激发 感应电流磁场
阻碍怎样理解？
从磁通量变化的角度来看:阻碍磁通量变化，通过 “反抗”与 “补偿”来实现阻碍， “ 增反减同”
使用楞次定律的步骤：
１、判断引起感应电流的原磁场的方向。 ２、判断磁通量的变化情况。 ３、利用楞次定律得出感应电流磁场的方向。 ４、根据右手螺旋定则判断感应电流的方向。 增反减同。
穿过线圈的磁通量增大 A1灯逐渐亮
阻碍电流增大
演示实验2：断电自感 接通电路，待灯泡A正常 发光。然后断开电路，观察 到什么现象？
I原A I原L I感L
现象： S断开时，A 灯突然闪亮一下才熄灭。
分析 S断开 通过线圈的电流I 减小 线圈产生感应电动势 灯逐渐熄灭
穿过圈的磁通量减小 阻碍电流减小（补偿）
反抗
甲
S
乙
S
补偿
N
N
楞次定律另一表述：感应电流的磁场 总要阻碍引起感应电流的相对运动。 S N
S
N
从导体和磁体的相对运动的角度来看:阻碍线圈和 磁体的相对运动， “来拒去留”
P11 思考与讨论 结论：外力克服磁体和螺线管之间作用力做 功的过程就是能量转化和守恒的过程;否则将 无法转化或能量不守恒。楞次定律的实质是 产生感应电流的过程必须遵守能量守恒定律
自感现象
变压器、电动机等器材都有很大的线圈，当电路 中的开关断开时，会产生很大的自感电动势，使得开 关的金属片之间产生电火花，烧蚀接触点，甚至引起 人身伤害。 因此，电动机等大功率用电 器的开关应该装在金属壳中。最 好使用油浸开关，即把开关的接 触点浸在绝缘油中，避免出现电 火花
自感现象的危害与防止：在切断自 感系数很大、而电流又很强的电路 瞬间形成电弧，必须采用特制的安 全开关；精密线绕电阻为了消除使 用过程中电流变化引起的自感现象， 采用双线绕法。
姆定律不成立.
如果电动机因机械阻力过大而停止转动， 这时就没有了反电动势，线圈电阻一般都
很小，线圈中电流会很大，电动机会烧毁。
这时，应立即切断电源，进行检查。
线圈匀速转动切割: n匝面积为S的线圈在B中以角度速ω绕线 圈平面内的任意轴,产生的感应电动势:
(1)线圈平面与磁感线平行时,感应电动势最大,
P23 思考与讨论
1、电源断开时，通过线圈L的电流减小，这时会出现 感应电动势。感应电动势的作用是使线圈L中的电流减 小得更快些还是更慢些？ 更慢些！ 2、产生感应电动势的线圈可以看做一个电源，它能向外供电， 由于开关已经断开，线圈提供的感应电流将沿什么途径流动？ 沿线圈直接流过灯泡！ 3、开关断开后，通过灯泡的感应电流与原来通过它的电流方向 是否一致？ 方向相反 4、开关断开后，通过灯泡的感应电流是否有可能比原来更大？ 为了使实验效果更明显，对线圈L有什么要求？ 有可能比原来大！
E nBS
(2)线圈平面与磁感线垂直时,感应电动势最小,
E0
(3)线圈平面与磁感线夹角为θ时,
E nBS cos
以上结论与面积的形状无关.
导体棒转动切割： 长为L的导体棒在磁感应强度为B的匀强磁 场中以ω匀速转动，产生的感应电动势：
(1)以端点为轴:
1 1 2 E BL BL L BLv中点 2 2
实验结论 结论1：当原磁通量增加时，感应电流磁场与
原磁场方向相反，来实现阻碍原来磁 通量的增加。
结论2：当原磁通量减少时，感应电流磁场与
原磁场方向相同，来实现阻碍原磁通 量的减少。
归纳： 感应电流的磁场总要阻碍原磁通 量的变化。 楞次定律
甲
S
乙
S
N
N
N S
S N
理解运用提高
原磁场 引起 闭合电路磁通量的变化 阻碍 产生 感应电流
N极插入线圈
N极停在线圈中
S极插入线圈
S极停在线圈中
N极从线圈抽出
S极从线圈抽出
归纳：在这个实验中，什么情况下能够产生感应电流？ 磁场运动时能产生感应流
由实验1和实验2得： 结论：无论是导体运动，还是磁场运动， 只要导体和磁场之间发生切割磁感线的相 对运动，闭合电路中就有电流产生． 实验1 ：面积变化——磁通量变化——产生电流
Δφ 磁通量的变化率 Δt
讨论：磁通量大，磁通量变化一定大吗？
磁通量变化大，磁通量的变化率一定大吗？
磁通量的变化率和磁通量、磁通量的变化量不同。 磁通量为零，磁通量的变化率不一定为零;
磁通量的变化量大，磁通量的变化率也不一定大。
（与速度、速度的变化量和加速度的关系类比）
二、法拉第电磁感应定律：
1、内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过这 一电路的磁通量变化率△Φ/ △t成正比．
3.感应电动势的种类
动生电动势（导体切割引起）
感生电动势（磁场变化引起）
感应电动势 互感电动势（线圈磁场变化引起）
自感电动势（自身线圈磁场变化引起）
3.影响感应电动势的大小的因素 实验1
感应电动势的大小跟磁通量变化和所用时间都 有关，即与磁通量的变化率有关. 即当磁通量 变化快时电动势大，变化慢时电动势小。
3、利用互感现象，可以把能 量从一个线圈传递到另一个 线圈。因此，互感现象在电 工技术和电子技术中有广泛 的应用。
二、自感现象
1、由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应 现象，叫自感现象。 2、自感现象中产生的电动势叫自感电动势。 自感电动势的作用：阻碍导体中原来的电流变化。 注意： “阻碍”不是“阻止”，电流原来怎么 变化还是怎么变，只是变化变慢了，即对电流的 变化起延迟作用。
4.4
法拉第电磁感应定律
一、感应电动势
1．感应电动势：在电磁感应现象中产生的电 动势叫做感应电动势，产生感应电动势的那 部分导体相当于电源．
a R b v R E b a r S v N a L G b b a E r G
2．感应电动势与感应电流：
感应电动势是形成感应电流的必要条件，有感应 电动势不一定存在感应电流（要看电路是否闭 合），有感应电流一定存在感应电动势．
磁通量的变化
感应电流的磁场 与原磁场的关系
操作
G
V S _
N
V
S N
V N
S
V S
_ G
N
I_
G +
I_
G +
项目
I
+
I
+
原磁场的方向 向下 （ B0 ） 线圈中磁通量Φ 增大 的变化 B与B0的方向关系 相反
向下 减小 相同
向上 增大 相反
向上 减小 相同
感应电流磁场的 向上 向下 向下 向上 方向 （ B ） 感应电流的方向 逆时针 顺时针 顺时针 逆时针
2、数学表达式
E t
若有n匝线圈，则相当于有n个电源串联，总电动势为：
En t
注意：公式中Δφ应取绝对值，不涉及正负，感应 电流的方向另行判断。
三、导体作切割磁感线运动
如图所示闭合线圈一部分导体ab处于匀强磁场 中，磁感应强度是B，ab以速度v匀速切割磁感 线，求产生的感应电动势
实验1 ： 机械能转化为电能 实验2 ： 机械能转化为电能 实验3 ： 电能转移为电能
电磁感应过程实际上也 是能量守恒的过程！
4.3 楞次定律
做如图所示的实验，有没有产生感应电流？ 方向能不能确定呢？ 甲
S
原磁场
N
原磁通量 原磁通量变化 感应电流 感应电流磁场
实验内容： 感应电流的方向
操作
第四章 电磁感应
4.1 划时代的发现
1、奥斯特梦圆“电生磁” 2、法拉第心系“磁生电”