大物物理教程 第2版 课件 5-1 电磁感应现象及其基本规律.ppt

第*页南昌航空大学科技学院大学物理本章首先从实验中总结出电磁感应现象的普遍规律——法拉第电磁感应定律，然后从理论上阐明产生的原因。再进一步讨论自感、互感、磁能。MichaelFaraday,1791-1867英国物理学家、化学家，自学成才的典范。1831年法拉第总结出以下五种情况都可产生感应电流：变化着的电流，运动着的恒定电流，在磁场中运动着的导体， 变化着的磁场，运动着的磁铁。§5-1电磁感应现象及其基本规律1820年奥斯特发现电流的磁效应，自然提出磁能否产生电呢？英国的法拉第于1821年9月3日发现“电磁转动”制成世界上第一台电动机。1822年，他在日记中写道“把磁转变成电”。后经10年实验终于在1831年取得成功，1831年11月24日，法拉第正式在英国皇家学会宣布了“电磁感应现象”。实验分为两类：（1831年10月1日实验）回路不动，周围磁场变化（1831年10月17日实验）磁场不变，回路相对磁场运动NS①线圈静止，磁铁（或载流线圈）插入或拔出线圈；或磁铁（或载流线圈）静止，线圈插入或拔出。线圈中都要产生电流。问题：线圈中的电流是由于相对运动还是线圈所在处的磁场的变化引起的？①回答不了这个问题。②两静止线圈，一线圈通以稳恒电流，在接通或断开的瞬时，另一个线圈中有电流。显然无相对运动，是线圈A处的磁场发生变化引起的。AB1.实验从①、②可知，不管用什么方法，只要使线圈处的磁场发生变化，线圈中就有电流产生。这种认识是否完全呢？③B不变，线圈的形状或面积发生变化，也可产生电流。④当B和S都不变，让线圈在磁场中转动，也可观察到有电流产生。以上B、S和θ的变化有一个共同点，就是它们都使穿过线圈的磁通量发生了变化。θB××××××××××××v感应电动势比感应电流更能本质地反映电磁感应现象。当穿过回路的磁通量发生变化时，回路中就产生感应电动势。2.产生感应电流的条件当穿过线圈的磁通量发生变化时，回路中就产生感应电流。由磁通量变化而引起的电动势称为感应电动势。1833年楞次指出：感应电流自身产生的磁通总是反抗引起感应电流的原磁通的变化。§5.1.2楞次定律即当磁通增加时，感应电流的磁通与原来磁通的方向相反（阻止它的增加），当磁通减少时，感应电流的磁通与原来磁通的方向相同（阻止它的减少）。也可用它来判断回路中感应电动势的方向（与电流同向）。也可从能量的角度来分析：把外力的功转化为电能，以热能释放。感应电流的方向取楞次定律规定的方向是能量守恒的必然结果。磁棒插入线圈或从线圈中拔出时，外力必须克服斥力或引力做功，变成了感应电流在线圈中的焦耳热。楞次定律也可表述为：感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因。楞次定律的应用---判断感应电流方向的步骤：①判明穿过闭合回路的磁通量沿什么方向，发生什么变化（增加还是减少）；②判定感应电流激发的磁场沿什么方向（与原磁场反向还是同向；③用右手定则从感应电流产生的磁场方向确定感应电流的方向。1.表述从实验中总结出：闭合电路中的感应电动势ε与穿过回路的磁通量的变化率成正比，即法拉第电磁感应定律§5.1.3法拉第电磁感应定律闭合导体“?”号体现了感应电动势的方向，对N匝线圈串联而成的回路，法拉第电磁感应定律在SI中，K=1Ψ为磁通匝链(磁链)或全磁通。若闭合电路的电阻为R,则感应电流为若各匝线圈的磁通量都相同2.感应电动势的方向:统一由楞次定律来判断设t1时刻磁通为?1，t2时刻磁通为?2，则在t2－t1时间内回路某截面中通过的电量:解题步骤:1.确定回路的正方向(一般使磁通量为正)；2.取微元，求出3.积分求出：4.求得：5.指出电动势的方向(由楞次定律判断)。注意：例1：直导线通交流电置于磁导率为?的介质中，求与其共面的N匝矩形回路中的感应电动势解：设当I?0时电流方向如图已知其中I0和?是大于零的常数设回路L方向如图建坐标系如图在任意坐标x处取一面元交变的电动势(“－”号表示?与所选的正方向相反，沿逆时针方向。)解：建立坐标系如图，取线框顺时针方向为正，在x处取dx宽的面积元，则dS