大学物理电磁感应详解
大学物理中的磁场与电磁感应
大学物理中的磁场与电磁感应在大学物理课程中，磁场和电磁感应是重要的概念和研究领域。
磁场是由电荷运动引起的，并且与电流、磁矩和磁性物质有关。
电磁感应则是磁场作用下的电场变化引起的电流的现象。
本文将深入探讨磁场和电磁感应的基本概念、原理和应用。
一、磁场的基本概念磁场是由运动电荷所产生的力的场，它对运动电荷施加力的特性在磁场内用力线表示。
每条力线的方向都表示了磁场中的磁力的方向。
磁力线的形状是环绕着产生磁场的电流元。
通常我们用磁场强度B以及磁通量Φ表示磁场的强度和性质。
根据安培定律和毕奥-萨伐尔定律，磁场和电流之间存在密切的关系。
电流元产生的磁场是环绕电流元成环的，磁场的强度与电流元的长度、电流强度和距离都有关。
磁场在物理实验和应用中起着重要的作用，如在电动机、发电机和磁共振成像等设备中的应用。
二、电磁感应的基本原理电磁感应是指变化的磁场所引起的感应电动势和电流。
它是由法拉第的电磁感应定律所描述的。
电磁感应的基本原理可以总结为两点：一是磁场的变化必然会引起感应电势的产生，二是感应电势的大小和电路中的环路有关。
当磁场的磁通量Φ发生变化时，通过环路的电磁感应电动势ε可以表示为：ε = - dΦ/dt。
根据洛伦兹力的原理，感应电动势将产生电流流过电路。
这种电磁感应的现象使得电能和磁能之间可以相互转化。
三、磁场与电磁感应的应用磁场和电磁感应在许多应用中发挥着重要作用。
以下是几个典型的例子：1. 电动机和发电机：电动机利用电流通过磁场产生力矩，从而使机械能转化为电能。
而发电机则相反，利用机械能转化为电能，通过磁场感应产生电流。
2. 磁共振成像：磁共振成像是一种医学影像技术，利用强大的磁场和高频电磁辐射来观察人体的内部结构。
磁场通过感应电流形成图像，以便医生进行诊断。
3. 电磁感应炉：电磁感应炉是一种高效的加热设备，利用电磁感应产生的涡流在导体中产生热量。
它广泛应用于工业加热和金属熔化等领域。
4. 磁力计：磁力计是一种测量磁场强度和方向的仪器。
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
大学物理电磁感应的基本原理与法拉第定律剖析
大学物理电磁感应的基本原理与法拉第定律剖析在探索电磁感应之前，我们首先要了解电磁感应的基本原理以及法拉第定律。
电磁感应是指当导体中的磁场发生变化时，会在导体中产生电动势，从而产生电流。
法拉第定律则规定了电动势和磁通量变化之间的定量关系。
本文将深入探索电磁感应的基本原理以及法拉第定律的内涵。
第一部分：电磁感应的基本原理电磁感应的基本原理是基于磁场对导体中的自由电荷的作用。
当导体与磁场相对运动或者磁场发生变化时，导体中的自由电荷会受到磁力的作用，产生电动势。
这一原理被总结为法拉第电磁感应定律，即电动势的大小与导体中磁场变化的速率成正比。
第二部分：法拉第定律的表达式与意义法拉第定律以数学方式描述了电动势与磁通量变化之间的关系。
根据法拉第第一定律，电动势的大小与磁通量的变化速率成正比，并与导体的回路方向有关。
具体而言，法拉第第一定律可以用以下公式表示：ε = -dΦ/dt其中，ε表示电动势，dΦ/dt表示磁通量与时间的变化率。
法拉第第二定律则说明了导体中产生的感应电流与磁场变化之间的关系。
根据法拉第第二定律，感应电流的大小与电动势以及导体的电阻有关。
具体而言，法拉第第二定律可以用以下公式表示：I = ε/R其中，I表示感应电流，ε表示电动势，R表示导体的电阻。
通过法拉第定律，我们可以定量地计算感应电流的大小，并理解磁场变化对电动势和感应电流的影响。
这对于理解电磁感应的作用以及应用有重要意义。
第三部分：电磁感应的应用电磁感应的原理和法拉第定律在许多领域中得到了应用。
其中最重要的应用之一是发电机的工作原理。
发电机通过旋转线圈在磁场中产生变化的磁通量，从而产生电动势，最终转化为电流输出。
这种基于电磁感应原理的发电机已广泛应用于发电站、汽车发电机等各种领域。
除了发电机，电磁感应的原理也在电感和变压器中得到了应用。
电感是一种元件，通过将线圈绕在导体上来储存磁场能量。
当导体中的电流改变时，磁场也发生变化，从而引起感应电动势。
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。
大学物理电磁学电磁感应
二、 法拉第电磁感应定律
通过回路面积内的磁通量发生变化时，回路中产生 的感应电动势与磁通量对时间的变化率成正比。
1、数学表述
i
k
dΦm dt
在SI制中比例系数为1
i
dΦm dt
§12-1 电磁感应定律
对
N
匝线圈 i
N
dΦm dt
d (NΦm ) dt
令 Ψ NΦm 全磁通 磁通链数
洛仑兹力不提供能量， 他只起到了一个传递能量的 作用。
至此详谬得以解释
f0
v
v0 V f
§12-2 动生电动势
例1有力一线半运圆动形。金已属知导：线v在, B匀,强R磁. 场中作切割磁
求：动生电动势。
b
解：方法一
作辅助线 a b，形成闭合回路。
i i
0
a (v
b
半圆
B) dl
ab
2RBv
② 求电量
i dq 0 sin t
dt R
q
idt
0 sin tdt
0R
BS sin td (t) 2BS
0R
R
§12-2 动生电动势
求解动生电动势的步骤
1. 选择 dl 方向；
2. 确定 dl 所在处的 B 及 v 3. 确定 v × B 的方向； 4. 确定 dl 与 v × B 的夹角
B A
vC
§12-2 动生电动势
例3 一直导线CD在一无限长直电流磁场中作
切割磁力线运动。求：动生电动势。
解： 方法一
d (v B) dl
v
0I
sin
900 dl
I
cos1800
大学物理电磁感应现象与法拉第定律阐述
大学物理电磁感应现象与法拉第定律阐述电磁感应是电磁学中的重要概念，由迈克尔·法拉第在19世纪初提出的法拉第定律描述。
这一现象指出，当一个导体处于磁场中运动或者磁场的强度发生变化时，导体内会产生感应电流。
本文将详细介绍电磁感应现象以及法拉第定律的原理和应用。
一、电磁感应的基本原理电磁感应现象是指当导体运动于磁场中或磁场的强度发生变化时，在导体中就会产生感应电流。
这一现象是由磁场的磁力作用于运动中的导体电子所产生的。
电磁感应的基本原理可以归结为法拉第定律。
二、法拉第定律的阐述法拉第定律是描述电磁感应的基本定律，由迈克尔·法拉第于1831年提出。
根据法拉第定律，当一个闭合导路与磁场相连且磁场的磁通量发生变化时，导路中就会产生感应电流。
该感应电流的方向遵循楞次定律，即感应电流的方向使得它所产生的磁场与原磁场产生作用的磁场方向相反。
三、法拉第定律的数学表达法拉第定律可以用数学公式来表示。
根据法拉第定律，感应电动势的大小等于磁场的磁通量变化率。
数学上，法拉第定律可以表示为：ε = - dΦ/dt其中，ε代表感应电动势，Φ代表磁通量，t代表时间，dΦ/dt代表磁通量的变化率。
四、电磁感应现象的实际应用电磁感应现象在我们日常生活中有许多实际应用。
以下介绍几个常见的应用场景：1.发电机发电机是利用电磁感应现象产生电能的装置之一。
通过将导体绕在旋转的磁场中，可以产生感应电动势，从而驱动电流流动，进而产生电能。
这种原理广泛应用于发电厂、风力发电机等发电设备中。
2.变压器变压器是利用电磁感应现象改变电压的设备。
通过将交流电流通过一个线圈，产生变化的磁场，再经过另一个线圈，就能产生感应电动势。
这样，可以在输入输出线圈之间实现电压的转换，从而达到变压的效果。
3.感应加热感应加热是利用电磁感应原理进行加热的技术。
通过通过交流电源产生高频电磁场，当导体材料放在此电磁场中时，导体会产生感应电流，进而产生热量。
物理中的电磁感应知识点解析及解题技巧
物理中的电磁感应知识点解析及解题技巧在物理学中，电磁感应是指磁场的变化引起电场的变化，从而产生感应电流的现象。
电磁感应是一种常见的现象，在电动机、发电机等各个领域中都有广泛的应用。
本文将详细解析物理中的电磁感应知识点，并介绍一些解题技巧。
一、法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律是描述电磁感应现象的基本定律。
根据法拉第电磁感应定律，当磁通量变化时，感应电动势在导线中会产生感应电流。
具体而言，法拉第电磁感应定律可以用以下公式表示：ε = -dΦ/dt式中，ε代表感应电动势，Φ代表磁通量，t代表时间。
负号表示感应电动势的方向与磁通量变化的方向相反。
二、电磁感应中的重要概念1. 磁通量（Φ）：磁感线通过某一面积的总数，通常用磁通量来描述磁场的强弱。
2. 磁感应强度（B）：磁场对电流元产生的力的大小，也称为磁感应强度。
3. 磁场面积（A）：垂直于磁感线的平面的面积，取决于磁场的形状。
三、电磁感应的应用电磁感应在现实生活中有着广泛的应用，以下是一些常见的应用：1. 电磁感应发电机：电磁感应通过旋转磁场产生感应电流，从而驱动电机工作。
2. 电磁感应电磁炉：电磁感应可以使电磁炉快速加热食物。
3. 电磁感应制动器：电磁感应可以通过感应电流产生制动力，用于制动装置。
四、解题技巧1. 确定磁场方向：在解决电磁感应问题时，首先要确定磁场的方向。
可以通过箭头图、右手定则等方法判断磁场方向。
2. 计算磁通量：根据问题中给出的条件，计算磁场中的磁通量。
可以使用以下公式计算磁通量：Φ = B * A * cosθ式中，B代表磁感应强度，A代表磁场面积，θ代表磁场方向与磁感应强度方向之间的夹角。
3. 计算感应电动势：根据法拉第电磁感应定律，计算感应电动势，即ε = -dΦ/dt。
感应电动势的方向与磁通量变化的方向相反。
4. 计算感应电流：根据欧姆定律和电路中的电阻、电动势等参数，计算感应电流。
5. 分析物理意义：在解题过程中，要结合具体的物理意义进行分析，理解电磁感应现象的本质。
大学物理电磁感应的基本原理与法拉第定律
大学物理电磁感应的基本原理与法拉第定律电磁感应是物理学中重要的概念之一，也是许多现代科技的基础原理。
它描述了磁场与电流之间的相互作用，其中包括了法拉第定律的关键原理。
本文将从物理电磁感应的基本原理和法拉第定律的解释两个方面来阐述。
一、物理电磁感应的基本原理物理电磁感应指的是当磁场在导体中发生变化时，会诱导出电流产生。
这种现象最早由迈克尔·法拉第于1831年进行的实验中发现，被称为法拉第电磁感应现象。
其基本原理可以通过两个定律来解释，分别是斯涅尔定律和楞次定律。
1. 斯涅尔定律斯涅尔定律描述了当导体中的磁通量发生变化时，会在导体中感应出电动势。
磁通量Φ通过以下公式表示：Φ = B * A其中，B表示磁感应强度，A表示垂直于磁场方向的导体截面积。
斯涅尔定律可以表达为：ε = -dΦ/dt其中，ε表示感应电动势，dΦ/dt表示磁通量的变化率。
2. 楞次定律楞次定律是物理学家赫尔曼·楞次于1834年提出的，它阐明了电磁感应中的生成电流的方向。
根据楞次定律，通过导体的感应电动势和所诱导的电流产生磁场。
该磁场的方向会使导体内的感应电动势和电流产生相反的变化。
这意味着，电流的变化会生成与之相反方向的磁场，试图抵消电流变化。
二、法拉第定律的解释法拉第定律是物理学家迈克尔·法拉第根据他的电磁感应实验观察到的结果，提出的定律。
它描述了导体中感应电动势与电流的关系，被广泛应用于电磁感应的研究和应用。
法拉第定律可以表述为：导体中感应电动势的大小与导体电流的变化率成正比。
也就是说，当导体中的电流变化时，会产生感应电动势，其大小与电流变化的速率成正比。
这个比例常被称为电感系数，用字母L表示。
根据法拉第定律，感应电动势可以通过以下公式表示：ε = -L * dI/dt其中，ε表示感应电动势，L表示电感系数，dI/dt表示电流的变化率。
从法拉第定律可以看出，当电流发生变化时，感应电动势的方向与电流变化的方向相反。
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N
N S
v
回路静止而磁场变化使 回路中磁通量变化而产 生电流
回路某一部分相对磁场运 动或回路发生形变使回路 中磁通量变化而产生电流
3 首 页 上 页 下 页退 出
2、法拉第电磁感应定律
(１）感应电动势的概念
①从全电路欧姆定律出发——电路中有电流就必定有电动 势，故感应电流应源于感应电动势。
②从电磁感应本身来说：电磁感应直接激励的是感应电动势。
第十一章 电磁感应
§11-1 §11-2 §11-3 §11-4 §11-5 电磁感应定律 动生电动势 感生电动势 电子感应加速器 涡电流 自感与互感 磁场能量
磁悬浮列车
1 首 页 上 页 下 页退 出
前面所讨论的都是不随时间变化的稳恒场
场 静止电荷－－激发静电 即 磁场，稳恒电场 稳恒电流－－激发稳恒
我们现将研究随时间变化的磁场，电场，以进一步揭 示电与磁的联系。
稳恒－－ 不随时间变化， 注意区分 均匀－－ 不随位置变化，
非稳恒 场量是时间的函数 函数 非均匀－场量是位置的
2 首 页 上 页 下 页退 出
§11-1 电磁感应定律
一、 法拉第电磁感应定律
1、电磁感应现象：
两种情况：
1 (2 1 ) R
式1 , 2 中是t1 , t2 时刻回路中的磁通。 上式说明，在一段时间内，通过导线截面的电量与这段时间内 导线所围磁通的增量成正比。 ＊：如果能测出导线中的感应电量，且回路中的电阻为已知时， 那么由上面公式，即可算出回路所围面积内的磁通的变化量—— 磁通计就是根据这个原理设计的。
ƒe v
b fm E/
当 fe 与 fm平衡时,即有eE=evB,于是ab两端形成稳定的电 势差
U ab El vBl
如果把这段导体看成电源，那么电源中的非静电力就是洛 仑兹力，其电动势的大小，即为
Blv 方向由 v B 决定，即由 b a
i
11 首 页 上 页 下 页退 出
d ( N ) d dt dt
5 首 页 上 页 下 页退 出
式中=N 称作磁通匝链数，简称磁链。
(3）磁通计
如果闭合回路为纯电阻R 时，则回路中的感应电流为
1 d m Ii R dt
那么t1 ～ t2 时间内通过导线上任一截面的感应电量大小为
q
t2
t1
1 2 dm I i dt dt R 1 dt
2、动生电动势计算式的一般表示式
引入
f f E q e
非 k
m
＝ (ev B ) fm dl 于是 i _ dl _ e e
由电源电动势的定义
＿
＋
Ek dl
_
(v B) dl
式中 dl 是单位正电荷在磁场力作用下的位移。
如何定量计算感应电动势的大小？
4 首 感应定律 不论何种原因使通过回路面积的磁通量发 生变化时，回路中产生的感应电动势的大小 与磁通量对时间的变化率成正比。即
d K dt
①在SI制中 K=1
②式中的负号是楞次定律的数学表示 ③若为N 匝线圈，则
研究表明对应于磁通变化的两种方式，其产生电动势的非静 电力的实质是不同的。 一是磁场不变,回路的一部分相对磁场运动或回路面积发生 变化致使回路中磁通量变化而产生的感应电动势，谓之动生电 动势。 另一种情况是回路面积不变,因磁场变化使回路中磁通量变 化而产生的感应电动势,谓之感生电动势。
9 首 页 上 页 下 页退 出
B
fmv=qvB
载流子相对于导体的定向运 动速度u，所受洛仑兹力
f mu
F
fmu= quB
总洛仑兹力
u
f mv
v
13 首 页 上 页 下 页退 出
Ｆ＝ qvB＋ quB
载流子的合速度
V u v
B
总的洛仑兹力的功率为
f mu
F
P F V
(qv B qu B) (v u ) qv B v qu B v qv B u qu B u
在任意的稳恒磁场中，一个任意形状的导线线圈L(闭合的 或或不闭合的)在运动或发生形变时，各个线元的速度v 的大 小和方向都可能是不同的。这时，在整个线圈L中所产生的动 生电动势为
L
(v B) dl
12 首 页 上 页 下 页退 出
３、产生动生电动势过程中的能量转换 产生动生电动势的非静电力是洛仑兹力，说明洛仑兹力在 输运电荷的过程中作了功，可在§9-4中已交待因洛仑兹力总 是垂直于电荷的运动速度而不做功，这是一对矛盾 。 在运动导体中载流子具有随 导体本身的运动速度v，而受洛 仑兹力
一、动生电动势
1、动生电动势的经典电子理论解释
a
＋＋
b
fm
v
图中导线ab以v向右切割磁力线，导体中自由电子也以 v速向右运动。
则由 f m ev B 知电子将向下堆积，而a端将因缺
少电子而带正电，
10 首 页 上 页 下 页退 出
a
＋＋
k
于是在导体内就形成一个由 ab的附加电场E/， 电子又将受到一个电场力 fe e E 向上，
6 首 页 上 页 下 页退 出
二、楞次定律
１、定律内容：
闭合回路中产生的感应电流的方向，总是使得这感应电流 在回路中所产生的磁通去补偿（或反抗）引起感应电流的磁 通的变化。
*：注意其“补偿”的是磁通的变化，而不是磁通本身。
7 首 页 上 页 下 页退 出
2、感应电流方向的判断 确定外磁场方向→分析磁通量的增减△ m→运用“反 抗磁通量的变化”判断感应电流磁场的方向→运用右手缧 旋法则确定感应电流方向（即感应电动势方向）。
原
S
感
N N
v
S
3、楞次定律是能量守恒定律在电磁感应现象上的具体体现。
8 首 页 上 页 下 页退 出
§11-2 动生电动势
感应电动势的非静电力实质？
感生电动势
dB dS d (m ) d (B S ) ＝－ ( S B ) dt dt dt dt