磁 第五讲(P) 法拉第定律

第十三章电磁感应

电磁感应的基本规律:楞次定律、法拉第定律;着重讨论动生电动势;介绍自感、互感、磁能.

一.教学内容会判定感应电动势的方向;理解法拉第定律,会用法拉第定律求电动势;理解动生电动势,会计算动生电动势;了解感生电动势、自感、互感、磁能.

二.教学要求三.重点、难点重点:法拉第电磁感应定律、动生电动势难点:对涡旋电场的认识.电磁感应定律的发现,不但找到了磁生电的规律,而且更重要的是揭示了电和磁的联系,为电磁理论奠定了基础,并且开辟了人类使用电能的道路,成为电磁理论发展的第一个重要里程碑.法拉第(当时在英国皇家研究所做化学工作)坚信自然力的统一,认为磁也能生电.他想:既然电荷可感应周围的导体使之带电,磁铁可感应铁磁物质使之磁化,为什么磁场不可以在周围导体中感应出电流来呢?经过十年不懈的探索,终于在1831.8.29日发现了导体中的感应电流!M.Faraday一.电磁感应现象的发现§13.1电磁感应定律1820年,丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应:电流周围存在磁场,欧姆定律的微分形式:电磁？NSI法拉第所做实验(1831.8.29日):kBA法拉第为什么那样惊喜?这两个实验成功的关键在哪里?是什么使磁针、指针偏转了?新观点变化磁场产生电场!遗憾(教训):亨利(J.Henry)(美)科拉顿(瑞士)二.楞次定律任何电磁感应所产生的结果总是和产生电磁感应的原因相对抗;or感应电流所引起的通过回路所包围曲面的磁通量总是阻碍原磁通量的变化.补偿(抵抗、阻碍)回路磁通量的变化通过回路的磁通量变化例1.

如图示,判断感应电流的方向:NSII例2.

在匀强磁场中有一U形导线框,导线ab沿U形线框向右运动,判断感应电流的方向.ab电磁感应的条件:结果:NSI

·SNNSNSNSNS违反能量守恒定律不违反能量守恒定律感应的结果总是与引起感应电流的原因相对抗。I为什么“抵抗”?思考:—本质:能量守恒楞次定律是能量守恒在电磁感应现象中的体现.三.法拉第电磁感应定律回路中所产生的感应电动势等于通过回路所包围曲面的磁通量的时间变化率的负值法拉第电磁感应定律:感应电流:感应电动势:说明(1)—磁通链数(总磁通量);(2)瞬时关系(3)规定:感应电动势的方向如:?—对求时间t的导数,并非除以t!表示感应电动势的方向解:分析设回路L绕向:

顺时针确定S正法向:

x+-要求规定:

回路L的绕向与曲面S

的正法向成右旋关系!指定曲面S的正法向ab求:感应电动势导线ab(长l

)沿U形线框以速度v运动.

例3.在匀强磁场中,方向与L绕向相反,(1)(2)(3)(4)步骤方向与L绕向相同;方向与L绕向相反.B即逆时针:ab(与绕向无关)求Idba例4.

一无限长直电流旁平行的放一矩形导线框(和直电流在同一平面内).已知长直电流强度I=kt(k>0的为常数),线框长为a,宽为b,靠近直电流的边到直电流的距离为d.求:线框中的感应电动势解:回路绕向:顺时针

曲面正法向:向里

xodx

x

—逆时针例5.

接上题,若I不变,线框沿垂直于长直电流的方向以速度v

向右运动.设t=0时刻,线框靠近直电流的边到直电流的距离为d,速度为.求:t=0时刻,线框中的感应电动势dIbaxodx

x解:是时间的函数吗?T时刻思考:I变,又运动,如何求?解:设L逆时针绕L求:回路中任一时刻的感应电动势例6.均匀磁场与导体回路所在平面法线的夹角=300,磁感应强度的大小B

=

kt,(k为常数),导线ab(长

)以匀速率向右滑动.§13.2电磁感应的本质一.电源的电动势1.电源:ab导体若,会出现什么现象?电源的作用:+-R

在电源内部,不断把正点荷从负极板搬向正极板.

存在非静电力非静电场非静电场强电源:

产生和维持导体两端有一定电势差的装置或把其它形式能量转化为电能的装置.2.电源的电动势—表示电源将其它形式的能量转为电能的本领定义:电源的电动势感应电动势感生电动势动生电动势二.动生电动势用场研究电磁感应—由于导体在磁场中运动而产生的感应电动势1.产生动生电动势的原因+-abBab导线中的电子受洛沦兹力:非静电力—洛仑兹力:

非静电场的强度等于单位正电荷受的非静电力(洛沦兹力):2.动生电动势的计算方法方向:ab(b点电势高)Bcd如图,一段导线ab在匀强磁场中做切割磁力线运动,ab中是否有动生电动势?

大小:方向与积分方向相反abB解:思考ab例1.如图,求回路bacd中的动生电动势.注意:一般,动生电动势=?方法Ⅰ:用电动势的定义求动生电动势的一般方法:L运动产生的动生电动势:导线上任一小段

处的非静电场的场强:处的磁感应强度导线中的动生电动势:注意：(1)

慎用的适用条件:①匀强磁场或沿导线,不变;②三者互相垂直；

③导线上各点,不变.

(2)画出的方向(3)一般,都是变量(并非的方向).沿导线积分(4)动生电动势的方向指定积分方向:,与积向相同；,与积向相反。的速度方法Ⅱ:由法拉第电磁感应定律求(计算

时,有时须设计一个闭回路)例2.长为l的铜棒绕o点以角速度

在均匀磁场B中转动,B与转动平面垂直。解:

方法Ⅰ:

由电动势的定义求求:铜棒中动生电动势oa积分方向:oa电动势方向：ao

方法Ⅱ:

由法拉第电磁感应定律求要计算,

需设计一闭合回路!oa动生电动势只与运动导体有关,

故可构建一扇形回路L:oabob？ACD提示:思考:在匀强磁场中,导线ACD

绕A点旋转,如何求

?

思考如图,有无感应电动势?(1)导线垂直于磁场运动(2)车轮旋转判断有无动生电动势的方法:(1)从动生(切割磁力线);(2)法拉第定律.Ibda例3.

一无限长直电流旁平行的放一矩形导线框(和直电流在同一平面内)。已知长直电流强度I=

常数,线框长为a,宽为b,靠近直电流的边到直电流的距离为d。

中有无电动势?运动时,线框当线框以速度求:线框中的电动势解:三.感生电动势—由于磁场变化产生的感应电动势变化磁场感生电场(涡旋电场)涡旋电场的定义:涡旋电场静电场产生原因不同:性质不同:思考如图,有无感应电动势?说明:(1)涡旋电场与导体是否存在无关!(2)一般感生、动生电动势同时存在.(3)涡旋电场的方向1.长为的金属杆以恒速度平行于一长直导线运动,长直导线2.在均匀磁场中,导线