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1、变化的磁场和变化的电场第一页，共六十一页。（优选）变化的磁场和变化的电场.第二页，共六十一页。电磁感应知识结构电磁感应知识结构变化电场产生磁场变化电场产生磁场变化磁场产生电场变化磁场产生电场位移电流位移电流法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律按产生原按产生原因分类因分类按激发方按激发方式分类式分类第三页，共六十一页。电流的磁效应电流的磁效应磁的电效应磁的电效应电生磁电生磁10.1 电磁感应电磁感应法拉第的实验：法拉第的实验：磁铁与线圈有相对运动，线圈中产生电流磁铁与线圈有相对运动，线圈中产生电流 一线圈电流变化，在附近其它线圈中产生电流一线圈电流变化，在附近其它线圈中产生电流电磁感应实验的结论
2、电磁感应实验的结论当穿过一个闭合导体回路所限定的面积的磁通量发生当穿过一个闭合导体回路所限定的面积的磁通量发生变化时，回路中就出现感应电流变化时，回路中就出现感应电流变变变变产生电磁感应产生电磁感应一一. 电磁感应现象电磁感应现象第四页，共六十一页。二二. 电动势电动势电源电源将单位正电荷从电源负极推向电源正极的将单位正电荷从电源负极推向电源正极的过程中，非静电力所作的功过程中，非静电力所作的功定义定义 表征了电源非静电力作功本领的大小表征了电源非静电力作功本领的大小反映电源将其它形式的能量转化为电反映电源将其它形式的能量转化为电 能本领的大小能本领的大小电动势的性质电动势的性质（1 1）电动
3、势与外电路及电路开、关无关）电动势与外电路及电路开、关无关（2 2）电动势的方向从负极通过电源内部指向正极）电动势的方向从负极通过电源内部指向正极（3 3）电动势是有正负的标量）电动势是有正负的标量+-第五页，共六十一页。对闭合电路对闭合电路非静电场非静电场可以认为：电源在其内部建立了一个非静电场可以认为：电源在其内部建立了一个非静电场非静电场和静电场一样对电荷作用，但它仅存在在电源内部非静电场和静电场一样对电荷作用，但它仅存在在电源内部类比静电场类比静电场第六页，共六十一页。三三. 电磁感应定律电磁感应定律（1 1）法拉第的实验规律表达式）法拉第的实验规律表达式感应电动势的大小与通过导体回路
4、感应电动势的大小与通过导体回路的磁通量的变化率成正比的磁通量的变化率成正比负号表示电动势的方向负号表示电动势的方向（2 2）电动势的大小）电动势的大小（3 3）确定电动势的方向的方法）确定电动势的方向的方法I 规定绕行方向规定绕行方向 L，电动势与该方向一致时为正，否则为负，电动势与该方向一致时为正，否则为负II 确定确定 的正负的正负III 根据法拉第定律确定电动势的方向根据法拉第定律确定电动势的方向第七页，共六十一页。如如 3 5LSNSN如如 -3 -5LLSN如如 5 3SN如如 -3 -5L第八页，共六十一页。(1) 若回路是若回路是 N 匝密绕线圈匝密绕线圈(2) 若闭合回路中电阻
5、为若闭合回路中电阻为R感应电荷感应电荷讨论讨论磁链磁链每每匝线圈产生的磁通量不同时，磁匝线圈产生的磁通量不同时，磁链如何计算？链如何计算？思考思考:非导体回路磁通量变化非导体回路磁通量变化,是否产生是否产生感应电动势感应电动势,是否产生感应电流是否产生感应电流？第九页，共六十一页。闭合回路中的感应电流的方向总是企图使感应电流产生的磁通量闭合回路中的感应电流的方向总是企图使感应电流产生的磁通量去补偿（反抗）引起感应电流的磁通量的变化去补偿（反抗）引起感应电流的磁通量的变化三三. 楞次定律楞次定律1 感应电流的作用感应电流的作用磁通量变化磁通量变化 感应电动势感应电动势 感应电流感应电流感应电流也
6、产生磁场感应电流也产生磁场 磁通量磁通量 2 楞次定律楞次定律3 楞次定律的作用楞次定律的作用楞次定律主要是用来确定楞次定律主要是用来确定感应电动势的方向感应电动势的方向SN第十页，共六十一页。例例 匀强磁场中，导线可在导轨上滑动，当导线向右运动时匀强磁场中，导线可在导轨上滑动，当导线向右运动时解解在在 t 时刻时刻回路中感应电动势回路中感应电动势求求若磁场变化若磁场变化回路磁通量增加电动势逆时针方向回路磁通量增加电动势逆时针方向第十一页，共六十一页。两个同心圆环，已知两个同心圆环，已知 r1r2,大线圈中通有电大线圈中通有电流流 I ,当小圆环绕直径以当小圆环绕直径以 转动时转动时解解大圆环
7、在圆心处产生的磁场大圆环在圆心处产生的磁场 通过小线圈的磁通量通过小线圈的磁通量 例例感应电动势感应电动势求求小圆环中的感应电动势小圆环中的感应电动势第十二页，共六十一页。在无限长直载流导线的磁场中，有一运动的导体线框，导体线框在无限长直载流导线的磁场中，有一运动的导体线框，导体线框与载流导线共面与载流导线共面解解通过面积元的磁通量通过面积元的磁通量 （方向顺时针方向）（方向顺时针方向） 例例求求 线框中的感应电动势线框中的感应电动势第十三页，共六十一页。10.2 感应电动势感应电动势本节主要讨论前两种不同情况本节主要讨论前两种不同情况 相对于实验室参照系，若磁场不变，而导体回路运动（切割磁相
8、对于实验室参照系，若磁场不变，而导体回路运动（切割磁场线）场线） 动生电动势动生电动势相对于实验室参照系，若导体回路静止，磁场随时间变化相对于实验室参照系，若导体回路静止，磁场随时间变化 感生电动势感生电动势磁通量变化磁通量变化产生感应电动势可以分为三种情况产生感应电动势可以分为三种情况磁场不变，回路变化磁场不变，回路变化磁场变化，回路不变磁场变化，回路不变磁场变化，回路变化磁场变化，回路变化磁通量变化磁通量变化 感应电动势感应电动势第十四页，共六十一页。一一. 动生电动势动生电动势单位时间内导线切割的磁场线数单位时间内导线切割的磁场线数电子受洛伦兹力电子受洛伦兹力 非静电力非静电力非静电场非
9、静电场+I-x第十五页，共六十一页。 动生电动势动生电动势+- 动生电动势的方向动生电动势的方向方向方向第十六页，共六十一页。应用应用磁场中的运动导线成为电源，非静电力是洛伦兹力磁场中的运动导线成为电源，非静电力是洛伦兹力讨论讨论(1) 注意矢量之间的关系注意矢量之间的关系注意两个角度注意两个角度第十七页，共六十一页。(2) 对于运动导线回路，电动势存在于整个回路对于运动导线回路，电动势存在于整个回路(法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律)第十八页，共六十一页。(3) 感应电动势的功率感应电动势的功率设电路中感应电流为设电路中感应电流为I I导线受安培力导线受安培力导线匀速运动导线匀速运动电路
10、中感应电动势提供的电能电路中感应电动势提供的电能是由外力做功所消耗的机械能是由外力做功所消耗的机械能转换而来的转换而来的(4) 感应电动势做功，感应电动势做功，洛伦兹力不做功？洛伦兹力不做功？洛伦兹力做功为零洛伦兹力做功为零第十九页，共六十一页。例例在匀强磁场在匀强磁场 B 中，长中，长 R 的铜棒绕其一端的铜棒绕其一端 O 在垂直于在垂直于B 的平面内转动，角速度为的平面内转动，角速度为 OR求求 棒上的电动势棒上的电动势解解方法一方法一 (动生电动势动生电动势):dl方向方向O点电势高！点电势高！第二十页，共六十一页。 ORdl方法二方法二(法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律):在在 d
11、t 时间内导体棒切割磁场线时间内导体棒切割磁场线方向由楞次定律确定方向由楞次定律确定第二十一页，共六十一页。例例在半径为在半径为R 的圆形截面区域内有匀强磁场的圆形截面区域内有匀强磁场 B ，一直导线，一直导线垂直于磁场方向以速度垂直于磁场方向以速度 v 扫过磁场区扫过磁场区求求 当导线距区域中心轴垂直距离为当导线距区域中心轴垂直距离为 r 时的动生电动势时的动生电动势解解方法一方法一 ：动生电动势：动生电动势第二十二页，共六十一页。方法二方法二 ：法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律在在 dt 时间内导体棒切割磁场线时间内导体棒切割磁场线方向由楞次定律确定方向由楞次定律确定第二十三页，共六十
12、一页。二二. 感生电动势感生电动势实验证明：实验证明：当磁场变化时，静止导体中也出现感应电动势当磁场变化时，静止导体中也出现感应电动势麦克斯韦提出：麦克斯韦提出：无论有无导体或导体回路，变化的磁场都将在其周围空间产生无论有无导体或导体回路，变化的磁场都将在其周围空间产生具有闭合电场线的电场，并称此为感生电场或有旋电场具有闭合电场线的电场，并称此为感生电场或有旋电场1 涡旋电场（涡旋电场（感生电场或有旋电场感生电场或有旋电场）涡旋电场的性质：涡旋电场的性质：（1）涡旋电场的电力线是闭合线，非保守力场）涡旋电场的电力线是闭合线，非保守力场（2）涡旋电场对电荷有力的作用）涡旋电场对电荷有力的作用（3
13、）涡旋电场的存在不依赖导体）涡旋电场的存在不依赖导体第二十四页，共六十一页。涡旋电场力充当电源中的非静电力涡旋电场力充当电源中的非静电力感生电动势感生电动势由法拉第定律由法拉第定律2 感生电动势感生电动势q在变化磁场激发的涡旋电场中在变化磁场激发的涡旋电场中L当当 q 沿沿 L 绕一周，涡旋电场所作的功绕一周，涡旋电场所作的功第二十五页，共六十一页。感生电场与变化磁场之间的关系感生电场与变化磁场之间的关系讨论讨论感生感生电场与电场与静电场的比静电场的比较较场源场源环流环流静电荷静电荷变化的磁场变化的磁场通量通量静电场为保守场静电场为保守场感生感生电场为非保守场电场为非保守场静电场为有源场静电场
14、为有源场感生感生电场为无源场电场为无源场( (闭合电场线闭合电场线) )(1) 感生感生电场是无源有旋场电场是无源有旋场( (磁生电磁生电) )第二十六页，共六十一页。 (2) 感生电场与磁场的变化率成左螺旋关系感生电场与磁场的变化率成左螺旋关系空间存在变化磁场空间存在变化磁场在空间存在感生电场在空间存在感生电场(3) 既有动生、又有感生电动势，则总感应电动势为既有动生、又有感生电动势，则总感应电动势为( (导体不闭合导体不闭合) )( (导体闭合导体闭合) )第二十七页，共六十一页。设一个半径为设一个半径为R 的长直载流螺线管，的长直载流螺线管，内部磁场强度为内部磁场强度为，若，若为大于零为
15、大于零的恒量。求管内外的感应电场。的恒量。求管内外的感应电场。(4) 轴对称分布的变化磁场产生的感应电场轴对称分布的变化磁场产生的感应电场感应电场方向为切向感应电场方向为切向第二十八页，共六十一页。例例一被限制在半径为一被限制在半径为 R 的无限长圆柱内的均匀磁场的无限长圆柱内的均匀磁场 B ， B 均均匀增加，匀增加，B 的方向如图所示。的方向如图所示。求求 导体棒导体棒MN、CD的感生电动势的感生电动势解解方法一方法一(用感生电场计算用感生电场计算):方法二方法二(用法拉第电磁感应定律用法拉第电磁感应定律):(补逆时针回路补逆时针回路 OCDO)过中心直径的电动势为过中心直径的电动势为0！
16、第二十九页，共六十一页。由于变化磁场激起感生电场，则在导体内产生感应电流。由于变化磁场激起感生电场，则在导体内产生感应电流。交变电流交变电流高频感应加热原理高频感应加热原理这些感应电流的流线呈闭合的涡旋状，故称涡电流这些感应电流的流线呈闭合的涡旋状，故称涡电流(涡流涡流)交变电流交变电流减小电流截面，减少涡流损耗减小电流截面，减少涡流损耗整块整块铁心铁心彼此绝缘彼此绝缘的薄片的薄片电磁阻尼电磁阻尼三三. 涡流涡流第三十页，共六十一页。10.3 自感自感 互感互感一一. 自感现象自感现象 自感系数自感系数 自感电动势自感电动势线圈电流变化线圈电流变化穿过自身磁通变化穿过自身磁通变化在线圈中产生感应电动势在线圈中产生感应电动势自感电动势遵从法拉第定律自感电动势遵从法拉第定律1. 自感现象自感现象即即第三十一页，共六十一页。根据毕根据毕 萨定律穿过线圈自身总的磁通量与电流萨定律穿过线圈自身总的磁通量与电流 I 成正比成正比若自感系数是一不变的常量若自感系数是一不变的常量 自感具有使回路电流保持不变的性质自感具有使回路电流保持不变的性质 电磁惯性电磁惯性自感系数自感系数自感电动势自感电动势讨论
