大学物理电磁感应知识小结PPT课件

.,1,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）,2,产生电磁感应现象,二、电动势,定义电动势：,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,.,3,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,4,全磁通，磁通链,方向与感应电动势的方向一致,i,（a）,.,12-2动生电动势,5,一、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ab,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,.,6,一般情况：（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,7,三、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,.,8,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。,9,.,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：,10,.,I(t),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,11,.,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,12,（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）,13,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：,14,.,例2.（上题中）螺线管中横放一金属细棒MN，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。,15,.,12-4自感和互感,一、自感电动势自感,先亮,后亮,突亮,突亮,16,1.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,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,.,17,二、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，称互感现象，产生的电动势称互感电动势。,当I1变化时，产生变化的,穿过线圈2的磁通链21,线圈2感应电动势,同理,线圈1感应电动势,可证明,互感系数,单位：亨利,互感系数与形状大小，匝数；相对位置；周围磁介质分布有关。,计算互感系数,设I1,M,.,18,L1与L2两线圈串联,（a）线圈顺接,有,两个子线圈激发磁场彼此加强,（b）线圈反接,两个子线圈激发磁场彼此减弱,.,12-5磁场的能量磁能密度,一、自感磁能,1.K导向1,电源抵抗自感电动势L所做功转化为能量储存在线圈中，称自感磁能WL。,2.切断电源，K导向2，i由I变为0。,做正功,自感磁能,19,做负功,.,二、互感磁能,互感磁能,20,系统总能量,（当I1,I2反号时互感磁能为负）,推广到K个线圈,.,三、磁场的能量,以通电流I的N匝螺绕环为例,21,磁能密度,说明磁能储存在磁场中。,.,两个线圈情况下,互感磁能,22,.,例1.两个形状相同的环，磁铁以相同的速率插入,大？,哪一个,大？,当,0,？,若超导体,例2.超导环面垂直外磁场，问转动900后,问：哪一个,解：,23,相同,铜环I大,圆心处,解：,转前,转动900后,.,例3.电流为,的矩形线圈旁有一长直导线，,求：直导线中的电动势,解：,设,24,.,例4.电