大学物理基础中册课件教学课件 ppt 作者 刘炳胜 李海宝 郭铁梁 主编第13章上课件.pptx

大学物理基础（中） 第13章 电磁感应(上) 第13章 电磁感应 13.1电磁感应定律13.2动生电动势13.3感生电动势13.4自感和互感13.5暂态过程13.6磁场能量基本要求掌握法拉第电磁感应定律。理解动生电动势及感生电动势。了解感生（涡旋）电场的概念。了解自感系数和互感系数。了解RL电路的暂态过程。了解磁场能量密度的概念。基本要求重点难点重点：法拉第电磁感应定律，动生电动势。难点：感生电场。重点难点13.1 电磁感应定律法拉第通量法则1法拉第电磁感应定律2楞次定律3涡电流及其典型效应413.1 电磁感应定律图13.1 Michael Faraday13.1 电磁感应定律法拉第是英国物理学家和化学家，1791年9月22日出生于英国萨里郡纽因顿，1867年8月25日逝世。 法拉第主要从事电学、磁学、磁光学、电化学方面的研究，并在这些领域取得了一系列重大发现。13.1.1 法拉第通量法则13.1.1.1 电磁感应现象的发现到目前为止，我们研究的电场和磁场分别是由静电荷和运动电荷（电流）产生的。1820年，奥斯特发现电流的磁效应，从一个侧面揭示了长期以来一直认为是彼此独立的电现象和磁现象之间的联系，引起了相反方向的探索。图13.2 Faraday发现电磁感应现象所用的线圈，原物现存于英国伦敦皇家研究所13.1.1 法拉第通量法则13.1.1.2 电磁感应现象运动着的磁铁运动着的恒定电流变化着的电流或变化的磁场在磁场中运动着的导体 13.1.1 法拉第通量法则图13.3 电磁感应现象13.1.1 法拉第通量法则13.1.1.3 法拉第通量法则法拉第实验说明，变化的磁场会在线圈中感应出电流。线圈就像连着一个电动势的源。实验上发现，感应电动势取决于穿过线圈的磁通量变化率。即回路上感应电动势的大小与通过回路的磁通量的变化率成正比。13.1.2 法拉第电磁感应定律13.1.2.1 定律表述数学表达式： （13.1）13.1.2 法拉第电磁感应定律13.1.2.2 方向的确定任何情况下，无论回路的绕行方向怎样选择， 总与 的正负相反，这已为大量的实验所证明，也是法拉第电磁感应定律中负号的来由。图13.4 右手螺旋定则13.1.2 法拉第电磁感应定律图13.5 感应电动势的方向与 的变化之间的关系13.1.2 法拉第电磁感应定律图13.6 感应电动势方向的判断13.1.2 法拉第电磁感应定律【例题13.1】一无限长直导线，通电流为I，在它旁边放有一矩形金属框，边长分别为a、b，电阻为R，如图所示。当线圈绕 轴转过180°时，试求流过线框截面的感应电量。图13.7 例题13.1用图13.1.2 法拉第电磁感应定律【解】通电直导线在周围产生的磁感应强度为开始时的磁通量13.1.2 法拉第电磁感应定律同理，当线圈绕 轴转过180o时的磁通量为因此13.1.3 楞次定律图13.8 Lenz，Heinrich Friedrich Emil13.1.3 楞次定律楞次是俄国物理学家和地球物理学家，1804年2月24日诞生于爱沙尼亚。16岁以优异成绩考入家乡的道帕特大学。1828年被挑选为俄国圣彼得堡科学院的初级科学助理，1830年被选为圣彼得堡科学院通讯院士，1834年选为院士。曾长期担任圣彼得堡大学物理数学系主任，后来由教授会选为第一任校长。13.1.3 楞次定律13.1.3.1 楞次定律从电磁感应实验可以看到，感应电流产生的磁场起着阻碍磁棒运动的作用，或者说起着反抗磁棒的磁场在线圈空间发生变化的作用。13.1.3 楞次定律13.1.3.2 考虑楞次定律后电磁感应定律的表达式法拉第电磁感应定律写为或13.1.3 楞次定律13.1.3.3 用楞次定律判定感应电动势的方向1834年，楞次在总结了法拉第的资料后，提出了另一种直接判断感应电流方向的方法，从而根据感应电流的方向可以说明感应电动势的方向。图13.9 用楞次定律判定感应电流的方向13.1.3 楞次定律用楞次定律来判断感应电流的方向，可按照下面的步骤：（1.）定义面积矢量S的正方向n，如图13.10所示；（2）假设B是均匀的，取B和S的点积。（3）通过微分得到磁通的时间变化率 ，存在三种可能：13.1.3 楞次定律(4)确定感应电流的磁场欲阻碍原磁通变化所取的方向（与原磁场反向还是同向）；(5)根据右手螺旋定则从感应电流的磁场方向最后确定出感应电流的方向。图13.10用右手定则确定感生电流的方向13.1.3 楞次定律13.1.3.4 楞次定律是能量守恒定律的必然结果楞次定律符合能量转化与守恒定律。在磁棒插入或抽出的过程中，闭合线圈里会产生感应电流。因为电路中有电阻，所以通过电磁感应获得的电能要转化热量散发掉。图13.11 楞次定律与能量守恒定律13.1.3 楞次定律下面举例说明利