第六章电磁感应
2020_2021学年新教材高中物理第六章电磁现象与电磁波第3节电磁感应现象第4节电磁波及其应用教案
第三节电磁感应现象第四节电磁波及其应用学习目标：1.[科学探究]通过观察演示实验，归纳、概括出产生感应电流的条件。
2.[科学态度与责任]了解电磁感应的应用。
3.[科学探究]了解麦克斯韦电磁场理论，观察演示实验了解电磁波的形成和传播。
4.[物理观念]了解电磁场的物质性。
5.[科学态度与责任]了解电视广播、电视、雷达的工作原理。
一、电磁感应现象的发现1．电磁感应法拉第把他发现的磁生电的现象叫作电磁感应现象，产生的电流叫感应电流。
2．发现电磁感应现象的意义(1)使人们对电与磁内在联系的认识更加完善，宣告了电磁学作为一门统一学科的诞生。
(2)使人们找到了磁生电的条件，开辟了人类的电气化时代。
二、产生感应电流的条件1．探究导体棒在磁场中运动是否产生电流(如图所示)：实验操作实验现象(有无电流)实验结论导体棒平行磁感线运动无闭合回路包围的面积变化时，回路中有感应电流；包围的面积不变时，回路中无感应电流导体棒切割磁感线运动有2.探究磁铁在通电螺线管中运动是否产生电流(如图所示)：实验操作实验现象(有无电流)实验结论N(或S)极插入线圈有线圈中的磁场变化时，线圈中有感应电流；线圈中的磁场不变时，线圈中无感应电流N(或S)极停在线圈中无N(或S)极从线圈中抽出有实验操作实验现象(线圈B中有无电流)实验结论开关闭合瞬间有线圈B中磁场变化时，线圈B中有感应电流；线圈B中磁场不变时，线圈B中无感应电流开关断开瞬间有开关保持闭合，滑动变阻器滑片不动无开关保持闭合，迅速移动滑动变阻器的滑片有感应电流产生的条件：只要穿过闭合回路的磁通量发生变化，闭合回路中就有感应电流产生。
三、电磁感应的应用1．汽车防抱死制动系统(ABS)(1)ABS系统的作用：为了防止汽车紧急制动时，因车轮被抱死，从而发生侧滑。
(2)ABS系统的组成：由轮速传感器、电子控制模块和电磁阀组成。
其中轮速传感器是利用电磁感应现象测量车轮转速的。
2．无线充电技术：又称为非接触式感应充电，是利用供电设备直接将电能传送给用电器的技术。
6- 电磁感应 电磁场(带答案)
增加,求空间涡旋电场的分布.
解：取绕行正方向为顺时针方向,作为感生电动势和涡旋电场的标定正方向,磁
通量的标定正方向则垂直纸面向里.
在 r<R 的区域,作半径为 r 的圆形回路,由
i
L Ei dl
S
B
dS
t
O R
B
5
并考虑到在圆形回路的各点上, Ei 的大小相等,方向沿圆周的切线.而在圆形回路内是匀强磁场,且 B 与 dS
为
，内部的磁能密度为
。
答案：µ0nI
0n2I 2 / 2
6-T 自感磁能 6、自感系数 L =0.3 H 的螺线管中通以 I =8 A 的电流时，螺线管存储的磁场能量 W = ． 答案：9.6J
6-T 动生电动势势 二、选择题
6-X 电磁感应现象
1
1、一导体圆线圈在均匀磁场中运动，能使其中产生感应电流的一种情况是（ ）
6-S 磁场能量 自感
5、一无限长同轴电缆是由两个半径分别为 R1 和 R2 的同轴圆筒状导体构成的,其间充满磁导率为μ的磁 介质,在内、外圆筒通有方向相反的电流 I.求单位长度电缆的磁场能量和自感系数.
解：对于这样的同轴电缆,磁场只存在于两圆筒状导体之间的磁介质内,由安培环路定理可求得磁场强
度的大小为
A IA r
L, .R
B IB r
R
(A) 两线圈的轴线互相平行。
（B）两线圈的轴线成 45°角。
K
(C) 两线圈的轴线互相垂直。
（D）两线圈的轴线成 30°角。
答案：C
6-X 感生电场
10、在感生电场中，电磁感应定律可写成 E K
L
dl
d dt
，式中 EK
电磁学(梁灿彬)第六章_电磁感应与暂态过程.
楞次定律是判断感应电动势方向电的磁感定应与律暂，态过程 但却是通过感应电流的方向来表达。从定律本 身看来，它只适用于闭合电路。
如果是开路情况，可以把它“配”成闭合 电路，考虑这时会产生什麽方向的感应电流， 从而判断出感应电动势的方向。
“阻碍”的意义：当磁通量沿某方向增加 时，感应电流的磁通量就与原来的磁通量方向 相反（阻碍它的增加）；当磁通量沿某方向减 少时，感应电流的磁通量就与原来的磁通量方 向相同（阻碍它的减少）。
拔出时情况可作同样的分析
本例和其它例子都表明：
当导体在磁场中运动时，导体中由于出现感 应电流而受到的磁场力（安培力）必然阻碍此 导体的运动。
这是楞次定律的第二种表述。
感应电动势遵从的规律?
电磁感应与暂态过程
大量精确的实验表明：导体回路中感应电动势 的大小与穿过回路的磁通量的变化率 d 成正 比,这个结论称为法拉第电磁感应定律。dt
用公式表示则
i
d
dt
k是比例常数,其值取决于有关量的单位的选择
如果磁通量Ф的单位用Wb（韦伯），时间单
位用S（秒），ε的单位用V（伏特），则
电磁感应与暂态过程
[实验二] 一个体积较大的线圈A与电流计G接成
闭合回路，另一个体积较小的线圈B与直流电源 和电键K串联起来组成另一回路，并把B插入线圈 A内，可以看到，在接通和断开K的瞬间，电流计 的指针突然偏转，并随即回到零点。若用变阻器 代替电键K，同样会观察到这个现象。从这个实 验可归纳出：相对运动本身不是线圈产生电流的 原因，应归结为线圈A所在处磁场的变化。
电磁学讲义
电磁感应与暂态过程
Electromagnetism Teaching materials
第六章 电磁感应与暂态过程
(完整版)电磁学(梁灿彬)第六章电磁感应与暂态过程
一个通电线圈和一根磁棒相当，那末，使 通电线圈和另一线圈作相对运动，我们将看到 完全相同的现象。那末，究竟是由于相对运动 还是由于线圈所在处磁场的变化使线圈中产生 电流？
[实验二] 一个体积较大的线圈A与电流计G接成
闭合回路，另一个体积较小的线圈B与直流电源 和电键K串联起来组成另一回路，并把B插入线圈 A内，可以看到，在接通和断开K的瞬间，电流计 的指针突然偏转，并随即回到零点。若用变阻器 代替电键K，同样会观察到这个现象。从这个实 验可归纳出：相对运动本身不是线圈产生电流的 原因，应归结为线圈A所在处磁场的变化。
5.能正确列出暂态过程有关的微分方程，掌握其 特解的形式，能对暂态现象做出定性分析。
§1 电磁感应
(electromagnetic induction)
一、电磁感应现象
1820年，奥斯特的发现第一次揭示了电流能够 产生磁，从而开辟了一个全新的研究领域。当时 不少物理家想到：既然电能够产生磁，磁是否也 能产生电呢？法拉第坚信磁能够产生电，并以他 精湛的实验技巧和敏锐的捕捉现象的能力，经过 十年不懈的努力，终于在1831年8月29日第一次观 察到电流变化时产生的感应现象。紧接着，他做 了一系列实验，用来判明产生感应电流的条件和 决定感应电流的因素，揭示了感应现象的奥秘。
电磁学讲义
Electromagnetism Teaching materials
第六章 电磁感应与暂态过程
2010级物理学专业
前言（Preface）
一、本章的基本内容及研究思路
已研究了不随时间变化的静电场和静磁场 各自的性质，现在开始研究随时间变化的电场 和磁场。本章从实验现象揭示出电磁感应现象 及其产生的条件，然后归纳得到法拉第电磁感 应定律和楞次定律，并逐步深入地讨论感应电 动势的起因和本质，在此基础上，研究自感、 互感、涡电流、磁场能量和暂态过程的基础知 识和实际应用等有关问题。电磁感应现象及其 规律是电磁学的重要内容之一，而电磁感应定 律则是全章的中心。
第六章 电磁感应与暂态过程习题及答案
第六章 电磁感应与暂态过程一、判断题1、若感应电流的方向与楞次定律所确定的方向相反，将违反能量守恒定律。
√2、楞次定律实质上是能量守恒定律的反映。
√3、涡电流的电流线与感应电场的电场线重合。
×4、设想在无限大区域内存在均匀的磁场，想象在这磁场中作一闭合路径，使路径的平面与磁场垂直，当磁场随时间变化时，由于通过这闭合路径所围面积的磁感通量发生变化，则此闭合路径存在感生电动势。
×5、如果电子感应加速器的激励电流是正弦交流电，只能在第一个四分之一周期才能加速电子。
√6、自感系数I L ψ=,说明通过线圈的电流强度越小，自感系数越大。
×7、自感磁能和互感磁能可以有负值。
×8、存在位移电流，必存在位移电流的磁场。
×9、对一定的点，电磁波中的电能密度和磁能密度总相等。
√ 10、在电子感应加速器中，轨道平面上的磁场的平均磁感强度必须是轨道上的磁感强度的两倍。
√11、一根长直导线载有电流I ，I 均匀分布在它的横截面上，导线内部单位长度的磁场能量为：πμ1620I 。
√12、在真空中，只有当电荷作加速运动时，它才可能发射电磁波。
√13、振动偶极子辐射的电磁波，具有一定方向性，在沿振动偶极子轴线方向辐射最强，而与偶极子轴线垂直的方向没有辐射。
×14、一个正在充电的圆形平板电容器，若不计边缘效应，电磁场输入的功率是⎪⎪⎭⎫⎝⎛=∙=⎰⎰C q dt d A d S P 22 。
(式中C 是电容，q 是极板上的电量，dA 是柱例面上取的面元)。
√二、选择题1、一导体棒AB 在均匀磁场中绕中点O 作切割磁感线的转动AB 两点间的电势差为： （A ）0（B ）1/2OA ωB （C ）-1/2AB ωB （D ）OA ωB A2、如图所示，a 和b 是两块金属板，用绝缘物隔开，仅有一点C 是导通的，金属板两端接在一电流计上，整个回路处于均匀磁场中，磁场垂直板面，现设想用某种方法让C 点绝缘，而同时让C 点导通，在此过程中（A ）电路周围的面积有变化。
电磁感应优秀课件
自感系数
电磁感应
对于一个任意的回路
L
d dt
d dI
dI dt
L
L
dI dt
L dΨ Ψ dI I
自感（系数）的物理意义：
① L dΨ Ψ dI I
在数值上等于回路中通过单位电流时， 通过自身回路所包围面积的磁通链数。
电磁感应
②
L
d
dt
d( LI ) L dI I dL
解： r R E涡 • dl L
B
•
dS
t
S
分布。 E
L E涡dl
S
B dS t
dB
R L E
d
t
E r
0
B E
E涡
2r
dB dt
r 2
E涡
r 2
dB dt
方向：逆时针
电磁感应
r R
L E涡 •
dl
S'
B t
•
dS
在圆柱体外，由于
l H • dl NI
H 2r NI
H NI 2r
I
R2 R1
B NI
2r
d
B
•
dS
NI
hdr
2r
h
r dr
电磁感应
d
B
•
dS
NI
hdr
2r
d
NIh 2
R2
R1
dr r
NIh ln( R2 )
2
R1
N N 2Ih ln( R2 )
2
R1
L
N 2h
ln(
R2
)
I 2
R1
电磁感应
第六章-自感式传感器
L0
L10
L20
m
0W
2
mr
rc
l2 c
l2
k1
k2
m0W 2mr rc2
l2
综上所述，螺管式自感传感器的特点： ①结构简单，制造装配容易； ②由于空气间隙大，磁路的磁阻高，因此灵敏度低 ，但线性范围大； ③由于磁路大部分为空气，易受外部磁场干扰； ④由于磁阻高，为了达到某一自感量，需要的线圈 匝数多，因而线圈分布电容大； ⑤要求线圈框架尺寸和形状必须稳定，否则影响其 线性和稳定性。
2
3
（2）单线圈是忽略
0
以上高次项，差动式是忽略
0
以上偶次项，
因此差动式自感式传感器线性度得到明显改善。
*另一种形式： Π型
6 自感式传感器
6.1 工作原理 6.2 变气隙式自感传感器 6.3 变面积式自感传感器 6.4 螺线管式自感传感器 6.5 自感式传感器测量电路 6.6 自感式传感器应用举例
第6章 电感式传感器
电感式传感器是建立在电磁感应基础上，利用 线圈自感或互感的改变来实现测量的一种装置。它 可对直线位移和角位移进行直接测量，也可通过一 定的敏感元件把振动、压力、应变、流量等转换成 位移量而进行测量。通常可由下列方法使线圈的电 感变化：
(1)改变几何形状； (2)改变磁路的磁阻； (3)改变磁芯材料的导磁率； (4)改变一组线圈的两部分或几部分间的耦合度。
1. 交流电桥 2. 变压器电桥 3. 自感传感器的灵敏度
（一）交流电桥式测量电路
分析：
• 衔铁在初始位置时，电桥平衡
L1
L2
L0
W 2m0S 20
• 若衔铁上移，则：
1 0 ,2 0
第1课+楞次定律-2022-2023学年高二物理同步精品课堂(沪科版2020上海选择性必修第二册)
阻碍怎样理解？ ①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” ②感应电流的机械效果------总是反抗（阻碍）引起感应电流的原因。 “来拒去留”
思考与讨论1:
S
N
理论分析 分析线圈的感应电流方向和受到安培力的方向
v
F安
S
NI
v F安
S
NI
F安
F安
能否阻止？ 不能阻止，只是减缓原磁场的磁 通量的变化过程
楞次定律：
（1）内容：
感应电流的磁场 引起感应电流的
总是 阻碍 磁通量的变化
（2）楞次定律的理解：
①结果如何? ——“阻碍”不是“阻止” 减慢变化“速度”
②电磁感应中的能量守恒
机械能减少 电能增加
甲S
N
N S
搞清两个磁场
乙S
丙N
N
S
丁N
S
课堂小结
如何判定感应电流的方向
楞次定律
磁通量变化
相对运动
增反减同
来拒去留
能量守恒
判断感应电流方向的步骤
N
课堂小结
明确原磁场方向
明确穿过闭合电路磁 通量是增加还是减少
根据楞次定律确定感 应电流的磁场方向
利用安培定则判 断感应电流方向
第六章 电磁感应定律
§6.1 楞次定律
判断以下情况线圈中有无感应电流？
N N
S S
要点回顾：产生感应电流的条件
N
B A
S
产生感应电流的条件: ①闭合电路； ②穿过电路的磁通量发生变化.
新课引入 如何判断感应电流的方向呢？
N
N
S
S
科学猜想：
- 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)。
第六章电磁感应电磁波
引题：电磁感应现象及其规律发现以来，人类对自然的认识和利用进入了新的阶段。
发电厂的核心技术之一是电磁感应原理的应用。
本章主要学习电磁感应的规律及应用。
通过对本章的学习，希望同学们能达到以下学习目标：
● 理解电磁感应的概念，掌握产生感应电流的条件。
●会用右手定则判断感应电流方向。
● 理解法拉第电磁感应定律，会用其计算感应电动势。
● 了解互感和自感现象。
第一节电磁感应
[教学目标]
1．了解电磁感应现象，知道感应电流的产生条件；
2．理解右手定则，能运用右手定则判断感应电流的方向；
3．理解法拉第电磁感应定律，能运用法拉第电磁感应定律进行简单计算。
[教学重点]
1．运用右手定则判断感应电流的方向。
2．法拉第电磁感应定律，以及运用法拉第电磁感应定律进行简单计算。
[教学难点]
1．运用右手定则判断感应电流的方向。
2．法拉第电磁感应定律，以及运用法拉第电磁感应定律解决实际问题。
[教学设计思路]
通过演示实验及对实验现象的分析总结出电磁感应现象产生的条件、规律——右手定则、法拉第电磁感应定律。
[教学资源]
实验器材：磁铁、原副线圈、示教万用表等；CAI教学课件。
[课时安排] 2课时
[教学过程]
导入新课
手摇式应急手电筒，没有内置电池，在家庭、办公室停电时，只需摇一摇，就可以用来照明。
你想知道它的奥秘吗？
新课教学
一、产生感应电流的条件
演示实验1：（参见教材图6-2）
实验现象：闭合导体回路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，回路中就有电流产生。
电流的方向遵从什么规律呢？
1．电磁感应现象利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应现象。
2．感应电流电磁感应现象中产生的电流叫做感应电流。
3．右手定则伸开右手，让大拇指跟四指垂直，并且在同一平面内；把右手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，大拇指指向导体运动方向，那么四指所指的方向就是感应电流的方向[参见教材图6-3(a)]。
例题1 abcd是一个金属框架，ab是可动边，框架平面与磁场垂直。
当ab 边向右滑动时，用右手定则确定检流计中的感应电流方向[参见教材图6-3（b）]。
解：根据右手定则，把右手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，大拇指指向导体运动方向，四指所指的方向为b到a的方向。
因此检流计中电流方向为d 到c。
演示实验2：（参见教材图6-4）
实验现象：当把磁铁插入线圈或从线圈中抽出时，电流计的指针发生偏转，表明线圈中有电流产生。
当磁铁和线圈相对静止时，指针不偏转，表明线圈中没有电流产生。
演示实验3：（参见教材图6-5）
实验现象：在关闭或打开开关S时，电流表指针发生偏转。
说明B线圈有感应电流产生。
若开关一直闭合，变阻器R滑片不动，则线圈A中的电流不变，此时指针也不偏转，说明线圈B中没有感应电流产生。
若闭合开关S后，让线圈A相对于线圈B运动，或滑动变阻器R滑片，则电流计指针偏转，说明线圈B中有感应电流产生。
在以上产生感应电流的三种情况中，穿过闭合导体回路的磁通量都发生了变化。
因此，可以得出一个结论：不论用什么方法，只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，回路中就会有感应电流产生。
这就是产生感应电流的条件。
4．产生感应电流的条件 穿过闭合导体回路的磁通量发生变化是产生感应电流的条件。
二、法拉第电磁感应定律
在电磁感应现象中，闭合导体回路中产生感应电流，说明回路中存在着电动势。
这个电动势叫做感应电动势，它是电磁感应的直接结果。
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。
2．感应电动势的方向 感应电动势的方向与感应电流的方向一致，可以用右手定则来判断。
当回路不闭合时，仍可发生电磁感应，但这时只能产生感应电动势而不能形成感应电流。
磁铁相对于线圈运动得越快，电流表指针偏转角度越大，回路中产生的感应电流和感应电动势就越大；磁铁相对于线圈运动得越快，穿过线圈的磁通量变化得越快（参见教材图6–4）。
由此不难得出，穿过线圈的磁通量变化得越快，产生的感应电动势就越大。
我们用磁通量的变化率来描述磁通量变化的快慢。
磁通量的变化率为t
ΔΔΦ，其中∆Φ 表示磁通量变化量，即∆Φ = Φ2 − Φ1，∆t 表示发生磁通量变化所用的时间。
3．法拉第电磁感应定律 电磁感应现象产生的感应电动势E 的大小跟线圈匝数N 成正比，跟穿过该回路的磁通量变化率成正比，这就是法拉第电磁感应定律。
t
N E ΔΔΦ= 在SI 中，∆Φ、∆t 、E 的单位分别是Wb （韦）、s （秒）、V （伏）。
例题2 线圈匝数为100，将磁铁的一极在0.5 s 内插入螺线管，在这段时间里线圈的磁通量由0增加至1.5×10−5 Wb 。
求：（1）螺线管两端产生的感应电动势有多大？（2）如果线圈和电流表的总电阻是3 Ω，则感应电流有多大（参见教材图6–4）？
解：（1）磁通量从0增加至1.5×10−5 Wb ，共用时0.5 s ，所以
55Δ(1.5100)Wb 1.510Wb --Φ=⨯-=⨯
∆t =0.5s
根据感应电动势计算公式，线圈两端产生的感应电动势为
5
3Δ 1.510100V 310V Δ0.5
E N t --Φ⨯==⨯=⨯ （2）回路中线圈和电流表的总电阻R +R i =3 Ω，所以回路中的感应电流是
3
3i 310A 10A 3
E I R R --⨯===+ 4．导体切割磁感线时感应电动势的计算
E=BL v
运用此公式时，要求磁感应强度B 、导线的运动速度v 与导线必须是相互垂直的。
随堂练习 p137 1
作业 p137 2
小结 本节学习了产生电磁感应现象的条件、判定感应电流方向的右手定则、法拉第电磁感应定律。
要求同学们能够运用右手定则判断感应电流的方向， 理解法拉第电磁感应定律并能运用法拉第电磁感应定律解决实际问题。
[板书设计]
参考电子演示文稿。