大学物理电磁感应知识小结教案分析.ppt

* 第十二章 电磁感应 12-1 电磁感应定律 12-2 动生电动势 12-4 自感和互感 12-5 磁场的能量 磁能密度 12-3 感生电动势和感生电场 12-1 电磁感应定律 一、电磁感应现象 （导体回路中一部分切割磁力钱） 2. 1. 3. 总之，磁通量 发生变化 之间夹角变化（线圈在磁场中转动） 不变 不变 不变 变化 不变 变化 （各种原因） * 产生电磁感应现象 二、电动势 定义电动势ε： 把单位正电荷从负极板通过电源内部移到正极板， 非静电场所作的功 * 定义非静电场强： 电动势? 方向：电源内部负极指向正极 普遍表达式 三、法拉第电磁感应定律 导体回路中感应电动势?i 的大小与穿过该回路的磁通量的变化率成正比。 方向：式中“－”号表示感应电动势的方向。（由楞次定律给出） 大小： 如图（a） 如图（b） (a) (b) 若导体回路是由N匝串联而成，则 三、楞次定律 闭合回路中，感应电流的方向，总是使感应电流所产生的磁场阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 感应电流 当每一匝线圈的磁通都相同时 * 全磁通，磁通链 方向与感应电动势的方向一致 i （a） N i （b） N 12-2 动生电动势 * 一、动生电动势 1.动生电动势的成因 自由电子受到的洛伦兹力 非静电力 导体内部产生静电场 方向a→b 电子受到的静电力 平衡时 电荷积累停止，ab两端形成稳定的电势差。 洛伦兹力是产生动生电动势的根本原因。 2.动生电动势的表达式 非静电场强： 运动导线ab产生的电动势 * 一般情况：（弯曲导线，非均匀场） 整个导线 L上的动生电动势 闭合回路上的动生电动势 二、电动势的计算 规定积分路径的方向 方向 考察该处 的方向，以及 的正负 电动势正负结果的讨论 说明电动势的方向与积分路径方向相同 说明电动势的方向与积分路径方向相反 洛伦兹力不做功 电子受总洛伦兹力 * 三、动生电动势的功能关系 洛伦兹力是产生动生电动势的根本原因 洛仑兹力究竟作不作功？ 电子的实际运动速度是 从两个分力的功率角度看：洛仑兹力也不作功。 做正功，功率为 做负功，功率为 总功率为零：洛仑兹力不作功。 此图的装置 就是一台发电机，电能从何而来？ 是电源中的非静电力 的宏观表现是ab中电流受的安培力 * 安培力使ab减速，机械能减少，电能是从机械能转化来的。 要使ab匀速，必须有外力。 可见，电能是从其他形式能量转化而来的。 洛伦兹力起到了能量转换的桥梁作用。 传递能量不提供能量。 例1.长直导线通恒定电流 I ，另一金属棒ab长 l，以速度 平行直导线匀速运动，棒与直导线共面且垂直，且近端与导线的距离为d，求棒中的动生电动势。 解： 电动势的方向由b指向a，a点电势高。 * 例2.长直导线通有恒定电流I，线圈以v 运动。求：图示状态的 解： * I(t) x b l r dr 例3.长直导线中通有变化电流I(t)， （1）线圈不动，（2）线圈以v运动。求： （2） 解： （1） r * 12-3 感生电动势和感生电场 麦克斯韦：变化的磁场在其周围空间激发一种具有闭合电场线的新的电场，称为感生电场或有旋场。 一、感生电动势 感生电场 * （非静电场） 感生电场的方向： 感生电动势 感生电场产生的磁场阻碍原磁场的变化。 感生电场和静电场的对比： （1）场的产生 （2）场的性质 （3）场对电荷的作用 二、电磁感应定律的普遍形式 普通情况下，空间电场是由库仑场和感生电场的叠加 电磁感应定律普遍表达式（积分形式） * 库仑场：有源无旋场 感生电场：无源有旋场 （微分形式） 例1.半径R的长载流螺线管内，磁感应强度以 变化率增加，求螺线管内、外感生电场。 解： 由对称性：磁场轴对称，感生电场也应是轴对称，即感生电场线是以管中心为轴的一系列同心圆。 感生电场的方向： 由楞次定律，为逆时针的各点切线方向。 管内： 管外： * 例2.（上题中）螺线管中横放一金属细棒 M N，棒长为l 。求棒中的感生电动势。 解： 方法1： 方法2： 涡旋电场是非保守场不能引入电势概念！ 同一时刻M，N两点间电势差可有很多值。 * 12-4 自感和互感 一、自感电动势 自感 先亮 后亮 突亮 突亮 * 1. 自感现象 当线圈中电流发生变化时，通过其自身的全磁通就会发生变化，于是线圈内产生了感应电动势。现象称自感现象，电动势称自感电动势。 L为自感系数 单位：亨利Ｈ 自感系数：与线圈的形状，大小，匝数以及周围磁介质的情况，与电流 I 无关。 2.自感电动势 3.计算自感系数 设I L 4.应用：低通滤波器 * 二、互感电动势 互感 一个线圈中的电流发生变化时，在它周围产生变化的磁场，从而使附近的另一个线圈产生感应电动势