第15章电磁感应_大学物理张三慧第三版

1、实验成绩评定方法实验成绩评定方法实验部分总计实验部分总计15分，分成三部分：分，分成三部分：1、三次实验（伏安法测电阻、惠斯通电桥测电、三次实验（伏安法测电阻、惠斯通电桥测电阻、电势差计测电源电动势）基本分：阻、电势差计测电源电动势）基本分：6分分2、实验报告（、实验报告（2个）：个）：4分分3、实验三、实验三“电势差计测电源电动势电势差计测电源电动势”： 正确写出计算公式、电路图正确写出计算公式、电路图2分，正确连线分，正确连线2分，分，正确测出一组数据正确测出一组数据1分分电电 流流磁磁 场场产产 生生?一、电磁感应现象一、电磁感应现象 当穿过闭合回路的磁通量发生变化时，不管当穿过闭合回路

2、的磁通量发生变化时，不管这种变化是由什么原因的，回路中有电流产生。这种变化是由什么原因的，回路中有电流产生。称为称为电磁感应现象电磁感应现象。 电磁感应现象中产生的电流称为电磁感应现象中产生的电流称为感应电流感应电流，相应的电动势称为相应的电动势称为感应电动势感应电动势。结论结论电源的电动势：电源转化能量本领的大小，电源的电动势：电源转化能量本领的大小，单位正电荷从负极移向正极的过程中，非单位正电荷从负极移向正极的过程中，非静电力做的功静电力做的功用楞次定律判断感应电流方向二、楞次定律二、楞次定律感感BBiINSB感感BBiINSB感应电流产生的磁通，总是感应电流产生的磁通，总是阻碍阻碍原磁通

3、量的原磁通量的变化变化。dtdim 三、法拉第电磁感应定律三、法拉第电磁感应定律通过回路面积内的磁通量发生变化时，回路中产通过回路面积内的磁通量发生变化时，回路中产生的感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比。生的感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比。dtdimk 在在SI制中比例系数为制中比例系数为1负号表示感应电动势总负号表示感应电动势总是阻碍磁通量的变化是阻碍磁通量的变化单位单位:伏特（伏特（1V=1Wb/s）对对N匝线圈匝线圈dtdNmi dt)N(dm 令令mN 感应电流感应电流dtdRNRImii 全磁通全磁通称为称为磁通链数磁通链数或或dtdi感应电动势感应电动势00ddt0i绕

4、绕向向相相反反与与表表示示绕绕向向相相同同与与表表示示L0L0tidd判断判断 i 的方向的方向: 先规定回路正向（满足关系右手螺旋），先规定回路正向（满足关系右手螺旋），从而确定磁通量从而确定磁通量(及变化率及变化率)的正负，再得感应电动势的正负，再得感应电动势的正负。若的正负。若 为正，则与规定的回路方向相同。若为正，则与规定的回路方向相同。若 为为负，则相反。负，则相反。00ddt0iLL感应电动势方向的判定感应电动势方向的判定感应电流产生的感应电流产生的条件条件感应电流的感应电流的方向方向 感应电动势的感应电动势的大小大小I感感应应电电流流发发生生变变化化回回路路中中的的磁磁通通量量

5、m感应电流产生的磁通，总是感应电流产生的磁通，总是阻碍阻碍原磁通量的原磁通量的变化变化楞次定律楞次定律dtdim 小结：小结：例例1.已知螺绕环已知螺绕环n=500匝匝/m、S=0.02m2、电、电流每秒降低流每秒降低20A。求线圈。求线圈A(R=1W W、N=5匝匝)的感应电动势和感应电流；的感应电动势和感应电流；IIGASBm线圈A的SnI0dtdNmidtdInSN0BRIii 选择回路的绕行方向，确定回路中的磁感应选择回路的绕行方向，确定回路中的磁感应 强度强度 B B ；idtdNmi4. . 由由求出求出 ；2. . 由楞次定律判定感应电流的方向。由楞次定律判定感应电流的方向。应用

6、法拉第电磁感应定律解题的方法应用法拉第电磁感应定律解题的方法3. . 由由求回路中的磁通量求回路中的磁通量 ； SdBmm 线圈内磁场变化线圈内磁场变化导体或线圈在磁场中运动导体或线圈在磁场中运动两类实验现象两类实验现象感应电动势感应电动势感生电动势感生电动势动生电动势动生电动势产生原因、规律不相同产生原因、规律不相同都遵从电磁感应定律都遵从电磁感应定律dtdmiBlvdtdxBl指向:Iiv abab低电势b指向高电势alSBm通过线圈回路的lxBGlvi 电动势电动势非静电力非静电力非静电力非静电力动生电动势动生电动势?动生电动势的成因动生电动势的成因+B ab+导体内每个自由电子受导体内

7、每个自由电子受到的洛仑兹力为：到的洛仑兹力为：)(BeFm 非静电力非静电力它驱使电子沿导线由它驱使电子沿导线由a向向b移动。移动。mF由于洛仑兹力的作用使由于洛仑兹力的作用使 b 端出现过剩负电荷，端出现过剩负电荷， a 端出现过剩正电荷端出现过剩正电荷 。洛仑兹力洛仑兹力f 作非静电力作非静电力+B ab+mF电子受的静电力电子受的静电力 EeFe 平衡时：平衡时：meFF 此时电荷积累停止，此时电荷积累停止，ba,两端形成稳定的电势差。两端形成稳定的电势差。洛仑兹力洛仑兹力是产生动生电动势的根本原因是产生动生电动势的根本原因.方向方向ba 。在导线内部产生静电在导线内部产生静电场场EeF

8、由电动势定义由电动势定义: Lkil dE BveFEmk 运动导线运动导线ab产生的动生电动势为产生的动生电动势为: abkil dBvl dE)( 三三 动生电动势的一般公式动生电动势的一般公式)(BeFm 非静电力非静电力kE为非静电场强为非静电场强 。 定义定义Blv低电势b指向高电势av ablabbaldBv动生动生电动势指向:沿 方向。BvIiabdlvB0cos90sin0abdlvBlBvd)(di金属棒上总电动势为金属棒上总电动势为22100iddLBllBlBvLL例例长为长为L的铜棒，在磁感强度为的铜棒，在磁感强度为 的均匀磁场中以角速的均匀磁场中以角速度度 在与磁场方

9、向垂直的平面内绕棒的一端在与磁场方向垂直的平面内绕棒的一端o 匀速转动，匀速转动，求棒中的动生电动势。求棒中的动生电动势。Blv 取线元取线元 ，方向沿，方向沿o指向指向Ald解：解：方向为方向为A0，即，即o点电势较高。点电势较高。lvBd另解：另解：S L221LS tBLtdd21dd2iBS 221BL 法拉第圆盘发电机（法拉第圆盘发电机（P414例例15.1） 铜盘铜盘在磁场中转动。在磁场中转动。BRBR221讨论讨论 dtdim bail dBv)( 均匀磁场均匀磁场非均匀磁场非均匀磁场计算动生电动势计算动生电动势分分 类类方方 法法平动平动转动转动例例 已知已知:LB, 求求:

10、l dBd )()90cos(90sin00 dlBdlB sin dlB sin sinLB+LB l dB 解：解：Ex3:求矩形线圈的感应电动势abdIvADCBdldIvb002ADdlvB0cos90sin0ADDAl dBvbdIv200AB0CDbadIv20bdlvB00cos90sinCBBCl dBvDACDBCABABCDAaddIbv1120+LB sinLB 典型结论典型结论特例特例+B +B +0 LB 闭合线圈平动闭合线圈平动 v0 dtdim 均匀磁场均匀磁场 平动平动 sinLBi 闭合线圈平动闭合线圈平动直导线平动直导线平动0 i 一一. . Maxwell

11、定义定义-随时间变化的磁场产生的电场随时间变化的磁场产生的电场叫感生电场叫感生电场. .dtdmidtdl dEmlrl dElridtd SdB有一半圆形金属导线在匀强磁场中作切割磁力线有一半圆形金属导线在匀强磁场中作切割磁力线运动运动求：动生电动势。求：动生电动势。+R B思考：思考：.,RB 已知：已知：ab0 i 作辅助线作辅助线ab，形成闭合回路。，形成闭合回路。RBvab2 半圆半圆方向：方向：ba 方法一方法一解：解：一一.互感现象互感现象二二.互感系数互感系数MI1C1C2I221212IM 12121IM dtdIMdtd2121212dtdIMdtd1212121M-由由N

12、,S,l, 及其相对位置决定。及其相对位置决定。单位单位H亨利。亨利。 M = M12=M21因因I I1 1变而在线圈变而在线圈C C2 2产生产生 ；反之亦然。反之亦然。一一.自感现象自感现象因因I I变而在线圈自身产生变而在线圈自身产生 L LI二二.自感系数自感系数LLI单位单位: H亨利亨利L由由N,S,l, 决定决定 三三.自感电动势自感电动势 dtdILdtdL例例. .已知长螺线管已知长螺线管,l,S,N求求:自感系数自感系数 LINBSINmILnSNISnINVn2l0isqSd Edtdld EmL0Sd Bsdtdl d BeL0016.7 16.7 麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组(P441)(P441)变化的电场产生磁场变化的电场产生磁场变化的磁场变化的磁场产生电场产生电场两种