大学物理-电磁感应3
大学物理实验电磁感应与电路
大学物理实验电磁感应与电路大学物理实验——电磁感应与电路引言：电磁感应是电磁学中一项重要的基础理论，其应用广泛，从发电机到电子设备，都离不开电磁感应的原理。
本次物理实验旨在通过实际的电路实验，深入了解电磁感应的基本原理和相关电路的应用。
实验一：电磁感应的基本原理实验目的：通过观察实验现象，探究电磁感应的基本原理。
实验器材：直流电源、螺线管、磁铁、导线、电流表、电压表。
实验步骤：1. 将螺线管连接到直流电源上，调整电源电压为一定值。
2. 将导线贴近螺线管两端的磁铁。
3. 记录电流表和电压表的读数，并观察螺线管的状况。
实验结果及分析：实验中，当导线靠近螺线管时，电流表和电压表均有读数。
这是由于导线移动时，磁铁的磁场线通过螺线管，产生电磁感应现象。
根据法拉第电磁感应定律，磁场变化会产生感应电动势，进而产生电流。
通过调节电源电压，我们可以观察到电流和电压的变化。
实验二：电磁感应的应用——发电机实验目的：通过自制简易发电机，了解电磁感应在发电过程中的应用。
实验器材：磁铁、铜线、铁芯、直流电灯泡。
实验步骤：1. 将铜线绕在铁芯上，形成线圈。
2. 将线圈两端连接到直流电灯泡。
3. 将磁铁靠近线圈，并旋转磁铁。
实验结果及分析：实验中，当磁铁靠近线圈并旋转时，灯泡会发出微弱的光亮。
这是因为磁铁的旋转引起了线圈中的磁场变化，从而产生了感应电动势，驱动了电流的流动，使灯泡亮起。
这就是发电过程中电磁感应的应用。
实验三：电路中的电感实验目的：通过实验验证电感在电路中的作用。
实验器材：直流电源、电感线圈、电容、电阻。
实验步骤：1. 将电感线圈连接到电路中。
2. 依次连接电容和电阻。
3. 调节电源电压，记录电流表和电压表的读数。
实验结果及分析：实验中，当电感线圈与电容和电阻连接在一起时，电流表和电压表的读数均有所变化。
这是由于电感在电路中对电流的变化有阻碍作用，产生了阻抗。
通过调节电源电压，我们可以观察到电流和电压的变化，进而验证电感在电路中的作用。
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
大学物理-第12章--电磁感应
× × × ×
× ×××
r n ×L × × × ×
× × ××× × R
×××××
×
B
×× ×× ×× ××
当r < R
时： L E感 dl
S
B
dS
t
等式左边 L E感 dl L E感dl cos 00
× × × ×
导线内每个自由电子
受到的洛仑兹力为：
fm e(v B)
非静电力
?++ + ++
B
v
fm
在导线内部产生的静电场方向
ab
E
a
++ + ++
电子 受的静电力
fe
fe eE
平衡时： fe fm
此时电荷积累停止，
fm
ab 两端形成稳定的电势差。 b
★ 洛仑兹力是产生动生电动势的根本原因.
B
v
2、动生电动势的表达式
S 1 hL 2
磁通
m
1 hLB 2
B
t
0
o B h
C D
i
dm dt
1 hL dB 1 hL B 2 dt 2 t
L
讨论 只有CD导体存在时，
电动势的方向由C指向D
加圆弧连成闭合回路，
由楞次定理知：感生电流的
方向是逆时针方向……..
1 B hL
1 2 t
B SOCD t
？
铁芯
磁场 B
线圈
电 子束
环形 真空室
五、感生电场计算举例
例 12-5. 半径为R的长直螺线管内的磁场，以dB/dt 速
大学物理中的磁场与电磁感应实验
大学物理中的磁场与电磁感应实验磁场与电磁感应实验在大学物理教学中占据着重要的地位。
通过这些实验可以帮助学生深入理解和巩固电磁学知识，培养实际操作能力和科学思维能力。
本文将介绍几个常见的大学物理实验，包括磁场和电磁感应的实验原理、实验步骤以及实验装置。
实验一：磁场的测量磁场是指周围空间中存在的磁力作用力线。
学生可以通过磁感应线测量仪，如霍尔效应磁力计，来测量磁场的强度和方向。
实验原理：通过霍尔效应磁力计可以测量磁场的大小和方向。
当磁感应线垂直于霍尔效应磁力计的导线时，将在导线两侧产生电势差。
通过测量这个电势差，可以计算出磁场的强度。
实验步骤：1. 将霍尔效应磁力计用夹子固定在桌面上，确保它的导线与桌面平行。
2. 将指南针放在磁感应线测量仪的导线附近，使指南针指向仪器的导线。
3. 通过改变带电的领导者的位置和方向，记录下每个位置的电势差。
4. 根据电势差的变化，计算出磁场的强度和方向。
实验装置：- 霍尔效应磁力计- 指南针- 带电的领导者实验二：电磁感应的现象电磁感应是指导体内感应出电流的现象。
在这个实验中，学生可以通过改变磁场中的磁通量来观察电流的产生和变化。
实验原理：当导体穿过磁场时，磁通量发生变化，导致感应电流的产生。
根据法拉第电磁感应定律，磁通量的变化率与感应电势的大小成正比。
实验步骤：1. 将一根通电的导线穿过一个磁铁，形成一个线圈。
2. 使用一个示波器来测量感应电势随时间的变化。
3. 改变磁场的强度和方向，并记录下感应电势的变化。
4. 根据记录的数据分析磁场对感应电势的影响。
实验装置：- 磁铁- 通电的导线- 示波器实验三：电磁铁的制作与应用电磁铁是利用电磁感应原理制造的一种可以产生强大磁场的装置。
学生可以通过自制电磁铁，并利用它展示电磁感应的应用。
实验原理：当电流通过导线时，会产生磁场，如果将导线绕成线圈，那么就可以增强磁场的强度。
这就是电磁铁的工作原理。
实验步骤：1. 使用绝缘铜线将铁芯绕成线圈。
大学物理 第三篇 电磁感应(法拉第电磁感应定律 )
ox
普遍
.
把感应电动势分为两种基本形式 动生电动势 motional emf 感生电动势 induced emf
下面 从场的角度研究电磁感应 电磁感应对应的场是电场
它可使静止电荷运动 研究的问题是：
动生电动势的非静电场？ 感生电动势的非静电场？性质？
.
§2 动生电动势
一. 典型装置
l
导线 ab在磁场中运动
非静电力－－洛仑兹力
Ef Km qvqqBv vB B
a B
vB dl e v
fm
i
a
v
B
dl
b
a
b
i vBdl vBl>0
i
ba
b
.
讨论
d i dt 适用于一切产生电动势的回路
i vBdl 适用于切割磁力线的导体
di bav B dl i d i
z
B
例 在空间均匀的磁场中 BBz
若绕行方向取如图所示的回路.方.向.L. .L. .
按约定 磁通量为正 即 BS
由
i
d
dt
dB S < 0 dt
负号 电动势的方向
S i
说明 与所设的绕行方向相反 .
若绕行方向取如图所示的方向L
..
均.匀.磁场. B.
.
按约定 磁通量取负
. . S. . . . .
BS
. . .L. . . .
NN BdS N
Bds
d a
N
I
ldx
S
S
d 2 x
NIl da
2 ln d
L
2N I0lsintlndda
I ds l
电磁感应大学物理中磁场变化引起的感应电流
电磁感应大学物理中磁场变化引起的感应电流电磁感应是大学物理中的一个重要概念，在磁场变化的情况下引起的感应电流更是其中的一个重要方面。
本文将探讨磁场变化引起的感应电流，并分析其原理和应用。
一、磁场变化引起的感应电流磁场是由磁体所产生的，当磁体的磁场发生变化时，就会引起周围的导体中产生电流，这种现象被称为磁场变化引起的感应电流。
磁场变化引起的感应电流遵循法拉第电磁感应定律，即导体中感应电动势的大小与导体所受磁场变化率成正比。
当导体中存在闭合回路时，感应电动势将引起感应电流的产生。
二、磁场变化引起的感应电流的原理磁场变化引起的感应电流的原理可以通过法拉第电磁感应定律来解释。
根据该定律，当导体中的磁场变化时，磁场被导体截面变化的导线会在导线两端产生感应电动势，从而引起感应电流的产生。
具体来说，当磁场对导体产生垂直变化时，感应电动势的大小由磁场变化的速率和导线的长度决定。
如果导体是闭合回路，感应电流将沿着回路的路径流动，形成感应电流回路。
三、磁场变化引起的感应电流的应用磁场变化引起的感应电流在日常生活和工业生产中有着广泛的应用。
1.电动机：电动机利用磁场变化引起的感应电流产生的磁力来转动。
当电流通过导线产生磁场，与磁场相互作用产生力矩，从而使电动机转动。
2.变压器：变压器利用磁场变化引起的感应电流，将交流电的电压进行升高或降低。
当变压器的一侧通过交流电流产生变化的磁场时，另一侧的线圈就会感应出相应的电动势，从而输出相应的电压。
3.发电机：发电机是利用磁场变化引起的感应电流产生电能的装置。
通过使导体与磁场相互运动或磁场与导体相对运动，可以产生感应电动势，从而生成电能。
4.感应炉：感应炉利用高频交变电磁场对金属导体产生感应电流，从而产生高温。
感应炉在金属加热和熔炼等工业领域有着广泛应用。
四、总结电磁感应中磁场变化引起的感应电流是一个重要的物理现象。
磁场的变化会引起导体中的感应电动势，从而产生感应电流。
该现象在电动机、变压器、发电机和感应炉等领域有着重要的应用。
大学物理中的电磁感应电动势和磁感应强度的计算
大学物理中的电磁感应电动势和磁感应强度的计算电磁感应中的电动势和磁感应强度计算1. 介绍电磁感应在大学物理中，电磁感应是一个重要的概念。
它指的是通过磁场的变化产生电动势的现象。
根据法拉第电磁感应定律，导线中的电动势等于磁通量的变化率乘以导线的匝数。
2. 电动势的计算公式根据法拉第电磁感应定律，一个导体中的电动势（ξ）可以用以下公式计算：ξ = -dΦ/dt其中ξ表示电动势，dΦ表示磁通量的变化，dt表示时间的变化。
负号表示电动势的方向与磁通量变化的方向相反。
3. 磁感应强度的计算公式磁感应强度（B）是一个磁场对空间中各点带电粒子或电流的作用力大小的量度。
根据安培环路定律，一个闭合回路的磁通量等于该回路内的电流与回路面积的乘积。
B = Φ/S其中B表示磁感应强度，Φ表示通过闭合回路的磁通量，S表示闭合回路的面积。
4. 电动势和磁感应强度的实际应用在实际应用中，电动势和磁感应强度的计算非常重要。
它们可以用来解释各种电磁现象，如发电机的原理、感应电动势和变压器的工作原理等。
5. 电动势和磁感应强度的计算例子举个例子来说明电动势和磁感应强度的计算。
假设有一个导线环路，通过它的磁通量随时间变化。
我们可以根据电动势的计算公式来求解这个导线环路中的电动势。
另外，如果我们已知一个闭合回路内的电流和回路面积，我们可以根据磁感应强度的计算公式来求解磁感应强度。
6. 结论电磁感应是大学物理中一个重要的概念，涉及电动势和磁感应强度的计算。
电动势可以通过磁通量的变化来计算，而磁感应强度可以通过磁通量与闭合回路面积的比值来计算。
它们在实际应用中具有广泛的意义，可以用来解释各种电磁现象。
在学习和应用中，遵循正确的计算公式和方法是非常重要的。
大学物理中的电磁感应磁场变化引起的电场现象
大学物理中的电磁感应磁场变化引起的电场现象电磁感应是指通过磁场的变化来引发电场现象的一种物理现象。
电磁感应是电磁学的基础理论之一，也是现代科学和工程技术的重要组成部分。
在大学物理教学中，电磁感应是一个重要的研究领域，其中磁场变化所引起的电场现象尤为引人注目。
一、法拉第电磁感应定律电磁感应现象最早是由英国物理学家迈克尔·法拉第在19世纪初发现的。
根据法拉第电磁感应定律，当一个线圈或导体环路中的磁通量发生变化时，会在导体中感应出电动势，从而产生电流。
这个定律表明，通过磁场的变化可以引起电场的现象。
二、磁场变化引发的电场现象1. 纳什效应在变化的磁场中，导体会受到电磁感应的影响，产生感应电流。
根据欧姆定律，导体中的感应电流将会引起感应电场，即纳什效应。
纳什效应广泛应用于发电机、变压器等电器设备中，在能量转换和传输中起着重要的作用。
2. 涡旋电场效应当导体内部的磁场变化时，会形成涡旋电场。
这种涡旋电场会产生感应电流，并且根据法拉第电磁感应定律，感应电流的大小与磁场变化的速率成正比。
涡旋电场效应在电磁感应中起到重要的作用，特别是在感应加热、涡流制动等领域。
3. 瞬变电磁感应现象磁场的突然变化会引起瞬变电磁感应现象。
在瞬变过程中，磁场的变化速率很大，导致电场的产生。
这种瞬变电场会引发电火花、击穿和放电等现象。
瞬变电磁感应现象也是电磁场理论中一个重要的研究方向。
三、电磁感应在实际应用中的意义电磁感应研究的成果在现代科学和工程技术中得到了广泛的应用。
以下是一些实际应用领域：1. 发电机和变压器根据电磁感应原理，电动机和变压器等设备能够将机械能转化为电能或者将电能从一处传输到另一处。
这些设备的运行离不开电磁感应。
2. 电动工具和电动汽车电动工具和电动汽车的发展，离不开磁场变化引发的电场现象。
通过电磁感应原理，电动工具和电动汽车能够将电能转化为机械能，实现工作和行驶。
3. 磁悬浮列车磁悬浮列车是一种基于电磁感应原理的交通工具，通过磁场变化引发的电场现象，使列车浮起并行驶在磁轨上，具有高速、无摩擦的特点。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
充满磁导率为 的磁介质。
解： 设电缆通电流 I ，则
I
B
2 r
(R1 r R2 )
R2 R1
通过长为 l 一段电缆截面的磁通
Φ s B dS
I
rl
R2 I ldr Il ln R2
R1 2 r
2 R1
L Φ l ln R2 I 2 R1
12 1
2 21
Ψ21 N2Φ21 M21I1
同理，回路2中通电流I2， 产生穿过回路1的全磁通
Ψ12 N1Φ12 M12I2
比例系数 M12 M21 M
称为两线圈的互感系数。它仅与
两回路的形状，相对位置，周围磁 介质有关。与I1、I2无关。
M 的单位与 L 相同。
I1
I2
Ψ21 M I1 Ψ12 M I2
《大学物理简明教程》
第11章 电磁感应
自感 互感 磁场的能量
例1. 长为l 的螺线管，横截面为S ，线圈总匝数为N ，管中磁
介质的磁导率为 ，求自感系数。
解： 设螺线管通电流 I
管内磁场 B N I
N
BS
I
l
l
通过线圈的全磁通
Ψ N NBS N 2 IS
l
螺线管的自感系数
L
Ψ I
N2 l
解：（1）设螺线管通电流I1
管内磁场
l
N1
B
N1 l
I1
通过副线圈的全磁通
S
N2
Ψ21 N2BS
N1 N 2 I1S l
互感系数 M Ψ21 N1N2S 2.51105 H
I1
l
《大学物理简明教程》
第11章 电磁感应
（2）回路2中的互感电动势
21
M
dI1 dt
2.51105 10
l2
M2
M L1L2
自感 互感 磁场的能量
L2
N22S
l
一般情况下： M k L1L2 0 k 1
k 称为“耦合系数”，由两线圈的相对位置确定
《大学物理简明教程》
第11章 电磁感应
自感 互感 磁场的能量
例3. 自感分别ห้องสมุดไป่ตู้L1 和L2 ，互感为M的两线圈串联。如果两线圈
的磁通互相加强，称为顺接（图a），如果两磁通互相削弱，称
《大学物理简明教程》
11.3.2 互感应 (1) 互感现象
第11章 电磁感应
自感 互感 磁场的能量
K
G R
当一个载流回路中的电流变化时，在另一回路中产生
感生电动势的现象 —— 互感现象。
互感电动势
《大学物理简明教程》
(2) 互感系数
第11章 电磁感应
自感 互感 磁场的能量
如图，设回路1中通电流I1， 产生穿过回路2的全磁通
《大学物理简明教程》
第11章 电磁感应
自感 互感 磁场的能量
(3) 互感电动势
当回路1中的电流 I1 变化时，在回路2中引起的互感电 动势为
21
dΨ21 dt
M
dI1 dt
当回路2中的电流 I2 变化时，在回路1中引起的互感电 动势为
12
dΨ12 dt
M
dI 2 dt
互感系数: 反映两耦合回路互感的强弱
《大学物理简明教程》
第11章 电磁感应
自感 互感 磁场的能量
例3. 设在一长 l =1m，横断面积 S = 10 cm2，密绕N1=1000
匝线圈的长直螺线管中部，再绕 N2= 20 匝的线圈。（1）计 算互感系数；（2）若回路1中电流的变化率为 10 A/s，求回路
2中引起的互感电动势；（3）M 和 L1、 L2的关系。
为反接（图b）。计算在这两种接法下两线圈的等效总自感。
L1 M L2
L1 M L2
（图a）
合开 电电
A
健健
L
IL
B
K
IL
R
A
L
B
o
t
《大学物理简明教程》
第11章 电磁感应
自感 互感 磁场的能量
当通过一个回路的电流变化时，引起穿过回路包围面积的全磁
通变化，从而在回路自身产生感应电动势的现象叫自感现象
(2) 自感系数
一个N 匝线圈, 通电流 I 全磁通
N
B
S
I
Ψm NΦ NBS I
l
NΦ LI L NΦ
I
L — 自感系数 单位: H (亨利)
注意 一个线圈的自感系数 L , 由线圈的形状、大小、匝
数、周围介质分布等因素决定，与 I 无关。
《大学物理简明教程》
第11章 电磁感应
自感 互感 磁场的能量
(3)自感电动势
当通过线圈的电流变化时, 线圈自身产生的感应电动 势(自感电动势)
第11章 电磁感应
自感 互感 磁场的能量
第11章
电磁感应 电磁场
《大学物理简明教程》
第11章 电磁感应
自感 互感 磁场的能量
电磁感应(3)
主要内容：
自感与互感 磁场的能量
《大学物理简明教程》
第11章 电磁感应
自感 互感 磁场的能量
§11.3 自感和互感 磁场的能量
11.3.1 自感应
闭打
(1) 自感现象
L
d dt
d(LI ) dt
L
dI dt
I
dL dt
若 L 不变, dL 0 ,则 dt
L
L
dI dt
负号表示自感电动势总是要阻 碍线圈回路本身电流的变化。
自感系数: 描述线圈电磁惯性大小的物理量
《大学物理简明教程》
第11章 电磁感应
自感 互感 磁场的能量
（4）自感现象的防止和应用
● 电器设备中，常利用线圈的自感起稳定电流的作用。
例如，日光灯的镇流器就是一个带有铁芯的自感线圈。
● 电工设备中，常利用自感作用制成自耦变压器或扼流圈。
● 电子技术中，利用自感和电容器可以组成谐振电路或滤波 电路等。
● 在具有相当大的自感和通有较大电流的电路中，当切断电 源的瞬间，开关处将发生强大的火花,产生弧光放电现象， 亦称电弧。
电弧发生的高温，可用来冶炼、熔化、焊接和切割熔点高 的金属，温度可达2000℃以上。但也有破坏开关、引起火灾 的危险。因此通常都用油开关，即把开关放在绝缘性能良好 的油里，以防止发生电弧。
S
2.51104 v
自感 互感 磁场的能量
l
N1
N2
（3）M与L1、L2的关系
两线圈的互感系数 M Ψ 21 N1N2 S
I1
l
而两线圈各自的自感系数
L1
N12 l
S,
L2
N22 l
S
《大学物理简明教程》
M N1N2 S
l
第11章 电磁感应
L1
N12S
l
L1L2
2 N12 N22S 2
S
N2 l2
lS
L n2V
V
lS
为线圈体积
n N l
《大学物理简明教程》
◎ 求 L 的步骤
第11章 电磁感应
① 设线圈中通有电流 I
S
②求B
③ 求全磁通 N
④ 自感系数 L N I
自感 互感 磁场的能量
N l
《大学物理简明教程》
第11章 电磁感应
自感 互感 磁场的能量
例2. 求长为 l 一段同轴电缆的自感系数。电缆由两个“无限