07第十章 电磁感应.doc

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07第十章 电磁感应

第十章 电磁感应 一、电磁感应现象 1.产生感应电流的条件 感应电流产生的条件是:穿过闭合电路的磁通量发生变化。 以上表述是充分必要条件。 当闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时,电路中有感应电流产生。这个表述是充分条件,但不是必要的。在导体做切割磁感线运动时用它判定比较方便。 2.感应电动势产生的条件 感应电动势产生的条件是:穿过电路的磁通量发生变化。 这里不要求闭合。无论电路闭合与否,只要磁通量变化了,就一定有感应电动势产生。这好比一个电源:不论外电路是否闭合,电动势总是存在的。但只有当外电路闭合时,电路中才会有电流。 3.关于磁通量和磁通量变化 如果在磁感应强度为B的匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面,其面积为S,则定义B与S的乘积为穿过这个面的磁通量,用Φ表示。Φ是标量,但是有方向(只分进、出该面两个方向)。单位为韦伯,符号为Wb。1Wb=1T(m2=1V(s=1kg(m2/(A(s2)。 可以认为磁通量就是穿过某个面的磁感线条数。 在匀强磁场磁感线垂直于平面的情况下,B=Φ/S,所以磁感应强度又叫磁通密度。 在匀强磁场中,当B与S的夹角为α时,有Φ=BSsinα(α是B与S的夹角)。 磁通量的变化ΔΦ=Φ2-Φ1有多种形式,主要有: ①S、α不变,B改变,这时ΔΦ=ΔB(Ssinα ②B、α不变,S改变,这时ΔΦ=ΔS(Bsinα ③B、S不变,α改变,这时ΔΦ=BS(sinα2-sinα1) 若B、S、α中有两个或三个同时变化时,就只能分别计算Φ1、Φ2,再求Φ2-Φ1了。 磁通量变化也是有方向的。当初、末状态的磁通量方向相反时,计算磁通量变化时应将初、末状态磁通量的大小相加。 例1.如图所示,矩形线圈沿a →b →c在条形磁铁附近移动,试判断穿过线圈的磁通量如何变化?如果线圈M沿条形磁铁从N极附近向右移动到S极附近,穿过该线圈的磁通量如何变化? 解:⑴在磁铁右端轴线附近由上到下移动时,穿过线圈的磁通量由方向向下减小到零,再变为方向向上增大。⑵线圈M沿条形磁铁轴线向右移动,穿过线圈的磁通量先增大再减小。 例2.如图所示,环形导线a中有顺时针方向的电流,a环外有两个同心导线圈b、c,与环形导线a在同一平面内。穿过线圈b、c的磁通量各是什么方向?穿过哪个线圈的磁通量更大? 解:b、c线圈所围面积内的磁通量有向里的也有向外的,但向里的更多,所以总磁通量都是向里的。由于穿过b、c线圈向里的磁通量相同而穿过b线圈向外的磁通量比穿过c线圈的少,所以穿过b线圈的总磁通量更大。 例3.如图所示,虚线圆a内有垂直于纸面向里的匀强磁场,虚线圆a外是无磁场空间。环外有两个同心导线圈b、c,与虚线圆a在同一平面内。穿过线圈b、c的磁通量哪个更大?当虚线圆a中的磁通量增大时,在相同时间内穿过线圈b、c的磁通量哪一个变化量更大? 解:与例2的情况不同,b、c线圈所围面积内都只有向里的磁通量,且大小始终是相同的。因此穿过它们的磁通量和磁通量变化都始终是相同的。 二、感应电流的方向 1.楞次定律 感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 楞次定律解决的是感应电流的方向问题。它关系到两个磁场:感应电流的磁场(新产生的磁场)和引起感应电流的磁场(原来就有的磁场)。前者和后者的关系不是“同向”或“反向”的简单关系,而是前者“阻碍”后者“变化”的关系。 在应用楞次定律时一定要注意:“阻碍”不等于“反向”;“阻碍”不是“阻止”。 楞次定律的应用应该严格按以下四步进行:⑴确定原磁场方向;⑵判定原磁场如何变化(增大还是减小);⑶确定感应电流的磁场方向(增反减同);⑷根据安培定则判定感应电流的方向。 “阻碍磁通量变化”是最本质的方法。无论什么原因,只要有感应电动势产生,用这种方法都能判定感应电流方向。 如果感应电流是由于相对运动引起的,那么感应电流引起的结果一定是“阻碍相对运动”的。楞次定律的这个结论与能量守恒定律是一致的:既然有感应电流产生,就有其它能转化为电能。又由于感应电流是由相对运动引起的,所以只能是机械能转化为电能,因此机械能减少。磁场力对物体做负功,是阻力,表现出的现象就是“阻碍”相对运动。 如果感应电流是由自身电流变化引起的,那么感应电流引起的结果一定是“阻碍自身电流变化”的,就是自感现象。 自感现象的应用和防止。 应用:日光灯电路图及原理:灯管、镇流器和启动器的作用。 防止:定值电阻的双线绕法。 2.右手定则。 对一部分导线在磁场中切割磁感线产生感应电流的情况,右手定则和楞次定律的结论是完全一致的。这时,用右手定则更方便一些。 例4.如图所示,有两个同心导体圆环。内环中通有顺时针方向的电流,外环中原来无电流。当内环中电流逐渐增大时,外环中有无感应电流?方向如何? 解:由于磁感线是闭合曲线,内环

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