《大学物理》课件—06电磁感应
合集下载
【高等教育】大学物理电磁感应课件
dt
?
2. 通过回路的电量大小：q
m
R
3. 感应电动势可分为：动生电动势和感生电动势。
(请看录像 )
Chapte作r 1者2：杨电茂田磁 感 应
2 动生电动势
Chapte作r 1者2：杨电茂田磁 感 应
一、动生电动势
非静电力：洛沦兹力 fv
fv qv B
非静电力场强：
Ek
fv q
vB
三、两种形式的感应电动势
()
电源电动势： Ei Ek dl ()
动生电动势：磁场不变，导体位置或回
感应电动势
路形状发生变化。
感生电动势： 磁场变化，导体位置或回
路形状不变。
Chapte作r 1者2：杨电茂田磁 感 应
1.
法拉第电磁感应定律：Ei
dm
dt
规定回路正绕向
m (t) ?
Ei
dm
课堂练习 如图，无限长载流直导线与正方形导线框共面 且相对位置不变，导线中电流以恒定速率J0增长，已知a、 b，求导线框内的感应电动势。
提示 穿过导线框的磁通量：
m
B dS
0 Ia 2
ln(1
a b
)
S
Ei
dm
dt
dI dt
J0
答案：
Ei
0aJ 0 2
ln(
a
a
b)
I(t)
Fe Ei v fv B
()
()
Ei Ek dl (v B) dl
()
()
Chapte作r 1者2：杨电茂田磁 感 应
☻
可以证明：Ei
() (v B)dl
d
dt
，只不过此处
?
2. 通过回路的电量大小：q
m
R
3. 感应电动势可分为：动生电动势和感生电动势。
(请看录像 )
Chapte作r 1者2：杨电茂田磁 感 应
2 动生电动势
Chapte作r 1者2：杨电茂田磁 感 应
一、动生电动势
非静电力：洛沦兹力 fv
fv qv B
非静电力场强：
Ek
fv q
vB
三、两种形式的感应电动势
()
电源电动势： Ei Ek dl ()
动生电动势：磁场不变，导体位置或回
感应电动势
路形状发生变化。
感生电动势： 磁场变化，导体位置或回
路形状不变。
Chapte作r 1者2：杨电茂田磁 感 应
1.
法拉第电磁感应定律：Ei
dm
dt
规定回路正绕向
m (t) ?
Ei
dm
课堂练习 如图，无限长载流直导线与正方形导线框共面 且相对位置不变，导线中电流以恒定速率J0增长，已知a、 b，求导线框内的感应电动势。
提示 穿过导线框的磁通量：
m
B dS
0 Ia 2
ln(1
a b
)
S
Ei
dm
dt
dI dt
J0
答案：
Ei
0aJ 0 2
ln(
a
a
b)
I(t)
Fe Ei v fv B
()
()
Ei Ek dl (v B) dl
()
()
Chapte作r 1者2：杨电茂田磁 感 应
☻
可以证明：Ei
() (v B)dl
d
dt
，只不过此处
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
大学物理电磁感应课件
通过线圈的磁通链数为
2b N 0I adx N 0Ia ln 2b
b 2 x
2 b
所以，线圈与长导线的互感为
M N 0a ln 2 I 2
图(b)中，直导线两边的磁感应强度方向相反且以导 线为轴对称分布，通过矩形线圈的磁通链为零，所 以M＝o.这是消除互感的方法之一.
两个有互感耦合的线圈串联后等效于一个自感线圈， 但其等效自感系数不等于原来两线圈的自感系数之 和.见图10.14，其中图10.14(a)的联接方式叫顺接， 其联接后的等效自感L为
“电磁惯性”。
4、自感的利弊 自感现象在电工、电子技术中有广泛的应用。如日 光灯镇流器,自感与电容组成的谐振电路和滤波器等。
但过大的自感电动势也是造成回路短路的原因。 *计算自感系数的步骤 ①先求自感线圈中的B值；
②再求通过 1 匝线圈的m 及 N 匝的 m ； ③最后由定义求 L m I 。
11.4.2 互感应
身电流的变化而引起
L
本线圈所围面积里磁 通的变化，并在回路
ii
中激起感应电动势的
现象，叫自感现象。
2、自感系数 一个密绕的N匝线圈，每一匝可近似看成一条闭合 曲线,线圈中电流激发的穿过每匝的磁通近似相等， 叫自感磁通，记作Φ自
B
I
则通过N匝线圈的磁通为
自 N 自
式中称之为磁链
(1)L的引入
设回路中电流为I，如果回路的几何形状及大小不变， 且回路中又无铁磁物质，则实验表明穿过该回路的
如图10.12，两个邻近的线圈(1)和线圈(2)分别通有电 流I1和I2.当其中一个线圈的电流发生变化时，在另一 个线圈中会产生感生电动势.这种因两个载流线圈中 的电流变化而相互在对方线圈中激起感应电动势的 现象叫互感应现象.
大学物理课件 电磁感应
. B. . .
OA
1 2
BL21
OB
1 2
BL22
AB
OB
OA
1 2
B(
L22
L21 )
例4. 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 ( B) dl
I
B
0I sin 900 dl cos1800 2l
l
dl
0I dl 2l
方向：由楞次定律可知为顺时针方向 abc d
8 - 2 动生电动势和感生电动势
一、动生电动势
m B dS B dS cos
S
S
磁场不变,由于导体在磁场中运动而
使回路面积或面积取向发生变化而产生
的感应电动势。
. . . . . v.t . . . .B . . . . . . . . . . . . . . . l. . v. . . ...............
C
D
ab
0I 2
aa b
dl l
方向 D C
0I ln a b
2
b
方法二: 作辅助线，形成闭合回路CDEF
m B • dS BdS
S
S
0 Ir ln a b
2
a
I
方向 D C
X
i
d m dtCFra bibliotekD( 0 I ln a b ) dr a
b
2 a dt
0 I ln a b
电流
产生 磁场
电磁感应
实验 1831年法拉第
产生
闭合回路 m 变化
感应电流
法拉第(Michael Faraday, 1791-1867)，伟大的英国物理 学家和化学家.他创造性地提出 场的思想，磁场这一名称是法 拉第最早引入的.他是电磁理论 的创始人之一，于1831年发现 电磁感应现象，后又相继发现 电解定律，物质的抗磁性和顺 磁性，以及光的偏振面在磁场 中的旋转.
《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。
大学物理电磁感应电磁场和电磁波PPT课件
③ 连接MN成一回路 常数ddt 0
NM MN NM MN2RvB
例4 已知如图 求 的大小和方向
解：
fg
① 用动生电动势公式
I
v
l2
设回路方向： e—f—g—h—e
x e l1 h
effggh he
fghe0
ef hg (v B )d l(v B )d l
作匀速转动. 求线
圈中的感应电动势.
N
enO
'
B
iR
O
已知 S, N,, 求 .
解 设 t 0 时,
en与
B同向
,
则
t
N
N NB co S ts
enO
'
B
dNBSsint
dt
ω
令 mNBS
则 msint
O
iR
msint
金属块
发接 生高 器频
抽真空 金 属 电 极
阻
尼 摆N
S
涡电流加热金属电极
＊12-3 自感和互感
自感现象
L
R
通过线圈的电流变化
时，线圈自身会产生感应 现象.
一 自感电动势 自感 穿过闭合电流回路的磁通量
ΦLI
（1）自感 LΦI
若线圈有 N 匝，
IB
磁通匝数 N Φ自感 L I
一 电磁感应现象 磁铁相对线圈运动
通电线圈相对线圈 运动
磁场中运动的导体所产生的感应现象
二 电磁感应定律
电流通断时所产生的
当穿过闭合回路所围 感应现象
面积的磁通量发生变化时，
回路中会产生感应电动势，
(大学物理 课件)电磁感应定律
G
磁铁与线圈相对运动时的电磁感应现象
G
磁铁与线圈相对运动时的电磁感应现象
G
磁铁与线圈相对运动时的电磁感应现象
G
磁铁与线圈相对运动时的电磁感应现象
G
磁铁与线圈相对运动时的电磁感应现象
G
磁铁与线圈相对运动时的电磁感应现象
金属棒在磁场中作切割磁力线运动时 的电磁感应现象
S
G
N
S
G
N
在磁场中作切割磁力线运动时的电磁感应现象
金属棒在磁场中作切割磁力线运动时 的电磁感应现象
S N
G
当回路1中的电流变化时，在回路2中出现感应电流
BATTERY
G
回路2
电池
回路1
当回路1中的电流变化时， 在回路2中出现感应电流。
BATTERY
G
回路2
电池
回路1
当回路1中的电流变化时， 在回路2中出现感应电流。
BATTERY
G
回路2
电池
1 d R dt
Ii
7、 楞次定律
1 . 表述 感应电动势方向----感应电流在回路中产生的磁场总是 阻碍引起感应电动势的磁通量的变化 2. 应用 用楞次定律判断感应电流感应或电动势的方向，分为 三个步骤： （1）判断磁通沿什么方向，发生什么变化（增加或减 少）；
（2）根据楞次定律来确定感应电流所激发的磁场沿什 么方向
距离直导线 x 处的磁感应强度为：
B
x I
dx
0I
2 x
a d b
通过图中阴影部分面积的磁通量为：
d BdS
0I
2 x
adx
通过整个线圈的磁通量为：
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
- 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)。
例 6-1 如图所示，通电长直导线与一矩形线圈共
面,且线圈的一边与直导线平行。当长直导线中通有电
流 I I0sint 时， 求线圈中的感应电动势。
ab
I
已知： a，b，l ，I I0sint
求： i 解：在距长直导线 r 处
l
o r dr
r
B 0I
2πr dΦ B ds 0I ldr
2πr
Φ ab 0I ldr 0Il ln a b
a 2πr
2π a
上页 下页 返回 帮助
第六章 教学基本要求
第六章 电磁感应
即： Φ 0I0l ln a b sint
2π a
由法拉第电磁感应定律得，线圈中感应电动势为：
i
dΦ dt
0 I 0l
2π
ln
a
b a
cost
可见：感应电动势随时间周期性变化，周期为
B
IN
第六章 电磁感应 S
注意：① 楞次定律是通过判定感应电流方向来判定感应电 动势方向的。 ② 楞次定律判定的是感应电流的方向，即它适用于闭合 回路。如果是开路，通常把它设想为闭合回路，考虑这时会 产生什么方向的感应电流，并以此来确定感应电动势方向。
上页 下页 返回 帮助
第六章 教学基本要求
第六章 电磁感应
第六章 教学基本要求
第六章 电磁感应
二、法拉第电磁感应定律
当穿过闭合回路所围面积的磁通量发生变化时， 回路中就有感应电动势产生，感应电动势正比于磁通 量对时间变化率的负值。
i
k
dΦ dt
在SI中 k 1
则
i
dΦ dt
上页 下页 返回 帮助
第六章 教学基本要求
第六章 电磁感应
上页 下页 返回 帮助
感生电动势
上页 下页 返回 帮助
第六章 教学基本要求
第六章 电磁感应
一、动生电动势
如图所示
d B d S Bldx
电动势的大小为
i
d dt
Bl
dx dt
Blv
由楞次定律可以判定，导线上电动势的方 向由a指向b，即a端电势高于 b端电势。
上页 下页 返回 帮助
第六章 教学基本要求
第六章 电磁感应
第六章 电磁感应
说明
1.当非静电力存在于整个回路中时，整个回路中的 总电动势为
l EK dl
2.电动势是标量。
通常把电源内从负极到正极的指向规定为电动
势的方向。
3.电动势的单位：V
上页 下页 返回 帮助
第六章 教学基本要求
第六章 电磁感应
法拉第（Michael Faraday, 1791-1867），伟大的英国物理学 家和化学家。他创造性地提出场 的思想，磁场这一名称是法拉第 最早引入的。他是电磁理论的创 始人之一，于1831年发现电磁感 应现象，后又相继发现电解定律， 物质的抗磁性和顺磁性，以及光 的偏振面在磁场中的旋转。
3. 用楞次定律判断感应电流的方向，感应电 动势的方向与它一致，是电势升高的方向，即从 低电势经内电路指向高电势。
上页 下页 返回 帮助
第六章 教学基本要求
第六章 电磁感应
按照磁通量变化方式的不同 ，将感应电动势 分为两类：
①稳恒磁场中的导体运动 ，或者回路面积
变化等
动生电动势
②导体不动，磁场变化
第六章 教学基本要求
第六章 电磁感应
说明
① 负号表示电动势的方向
② 闭合回路由 N 匝密绕线圈组成时
磁链
i
N
dΦ dt
d(NΦ) dt
d
dt
即：
NΦ
③ 若闭合回路的电阻为 R ，感应电流为
Ii
i
R
N R
dΦ dt
上页 下页 返回 帮助
第六章 教学基本要求
三、楞次定律
闭合回路中感应电流的 方向，总是使它的磁场阻碍 引起感应电流的磁通量的变 化。（即：反抗相对运动、 磁场变化或线圈变形等。）
上页 下页 返回 帮助
第六章 教学基本要求
第六章 电磁感应
一、电磁感应现象
实验一：导线作切割磁感应线运动
上页 下页 返回 帮助
第六章 教学基本要求
第六章 电磁感应
实验二：磁铁与线圈间有相对运动
上页 下页 返回 帮助
第六章 教学基本要求
第六章 电磁感应
实验三：电六章 电磁感应
教学基本要求
一、掌握法拉第电磁感应定律和楞次定律，能 计算简单问题的感应电动势。
二、掌握动生电动势和感生电动势。了解感生 电场。能计算简单的动生电动势问题。
三、理解自感系数和互感系数。 *四、了解磁场能量和磁场能量密度的概念。
*五、 理解电磁波的形成过程以及电磁波的性质， 了解各种无线电波的性质和用途。
上页 下页 返回 帮助
第六章 教学基本要求
第六章 电磁感应
二、电源的电动势
定义：在电源内，把单位正电荷从负极移到正 极的过程中，非静电力所做的功称为电源的电动势。
A
q
非静电力 所做的功
()
()
A () FK dl () qEK dl
()
() EK dl
上页 下页 返回 帮助
第六章 教学基本要求
2 ，这种电动势称为交变电动势。
作业：P119：6-1；6-3
上页 下页 返回 帮助
第六章 教学基本要求
第六章 电磁感应
复习
1. 产生感应电流的条件：穿过闭合回 路所围面积的磁通量发生变化
2. 感应电动势的计算：法拉第电磁感应定律
i
N
dΦ dt
感应电流为
Ii
i
R
N R
dΦ dt
负号表方向，通常把大小和方向分开考虑。
动生电动势的非静电力来源
F (e)v B
上页 下页 返回 帮助
第六章 教学基本要求
一、电源
R
第六章 电磁感应
非静电力
A
+ +
FK
静电力
B
-
F
-
+
正极
负极-
如果要在导体中形成稳恒电流，必须在其中维持不随时
间变化的电场，也就是在导体的两端维持恒定的电势差，产
生和维持这个电势差的装置称为电源 。
上页 下页 返回 帮助
第六章 教学基本要求
第六章 电磁感应
第六章 教学基本要求
第六章 电磁感应
第六章 电磁感应
上页 下页 返回 帮助
第六章 教学基本要求
第六章 电磁感应
第六章 电磁感应
第一节 电源的电动势
第二节 电磁感应定律
第三节 动生电动势
第四节 感生电动势
第五节 自感和互感
*第六节 磁场的能量
*第七节 电磁波
上页 下页 返回 帮助
第六章 教学基本要求
第六章 电磁感应
用楞次定律判断感应电流的方向，步骤为：
上页 下页 返回 帮助
第六章 教学基本要求
第六章 电磁感应
① 确定原磁场的方向； ② 判断穿过闭合导体回路的磁通量的变化趋势； ③ 根据楞次定律确定感应电流的磁场的方向； ④ 运用右手螺旋定则判定感应电流的方向。
上页 下页 返回 帮助
第六章 教学基本要求