大学物理 课件 第11章 电磁感应

电磁感应第11章一、电源的电动势电容的放电过程：I

放电时，电流逐渐减小，原因是极板的电荷逐渐减少。

如果要维持极板的电荷量，用某种力把正电荷从负极板移到正极板，这种力称为非静电力。能提供非静电力的这种装置称为电源。11.1电磁感应定律电源电动势定义：

单位正电荷绕闭合回路一周时，非静电力所作的功称为电源的电动势。其中：非静电力电场强度：+++---说明2、电动势的方向从负极内部到正极的方向。1、若外电路无非静电场强3、电动势的单位与电势单位相同。1、二、电磁感应现象2、

金属杆左右滑动时,电流计指针偏转。

磁铁插入或抽出时，电流计指针偏转。

当穿过闭合回路所围面积的磁通量发生变化时，无论这种变化是什么原因引起的，回路中都有感应电动势产生，并且感应电动势正比于磁通量对时间变化率的负值。数学表达式：三、电磁感应定律文字表述:说明：（1）定律只适用于单匝线圈回路。对N匝相同线圈：——称为磁链（磁通匝数）

（2）若回路的电阻为R，则回路中电流为

练习1

尺寸相同的铁环与铜环所包围的面积中，通以相同变化率的磁通量，当不计环的自感时，环中［］

(A)感应电动势不同．

(B)感应电动势相同，感应电流相同．

(C)感应电动势不同，感应电流相同．

(D)感应电动势相同，感应电流不同．

(D)四、楞次定律

定律内容：感应电流的方向，总是企图使感应电流本身产生的磁通量去补偿或反抗引起感应电流的磁通量的变化。说明

1、感应电流的方向：产生的磁场反抗磁通量的变化，而不是磁通量本身。

宏观表象：反抗相对运动、反抗磁场变化等。

2、用此定律来确定电动势或感应电流的方向。(b)若减小

若增加

思考：用楞次定律判断以下两种情况下电动势的方向.练习2

如图所示．一个圆形线环，它的一半放在一分布在方形区域的匀强磁场中，另一半位于磁场之外，磁感应强度的方向垂直指向纸内．欲使圆线环中产生逆时针方向的感应电流，应使

(A)线环向右平移．(B)线环向上平移．

(C)线环向左平移．(D)磁场强度减弱．

(C)

练习3

两根无限长平行直导线载有大小相等方向相反的电流I，并各以dI/dt的变化率增长，一矩形线圈位于导线平面内(如图)，则［］

(A)线圈中无感应电流．

(B)线圈中感应电流为顺时针方向．

(C)线圈中感应电流为逆时针方向．

(D)线圈中感应电流方向不确定．

(B)11.2动生电动势与感生电动势

1、定义：磁场不变，导体在磁场中运动而产生的感应电动势。一、动生电动势............................................................abvl+_电子所受洛仑兹力:2、成因非静电场强:

由电动势定义：

若积分结果大于0，则电动势方向沿积分路径方向；反之，则电动势与积分路径方向相反。............................................vlab电动势方向由b指向

a动生电动势的方向：方向

练习1

如图长度为

l

的直导线ab在均匀磁场中以速度

v移动，直导线ab中的电动势为

(A)Blv

(B)Blv

sina

(C)Blv

cosa

(D)0

(D)

练习2

如图长度为

l

的直导线ab在均匀磁场中以速度移动，直导线ab中的电动势为

(A)Blv．

(B)Blv

sina．

(C)Blv

cosa．

(D)0．

(C)例1

一长直导线载有电流I，长度为b的金属杆CD与导线垂直，相对位置如图．CD杆以速度

平行直线电流运动，求CD杆中的感应电动势，并判断C、D两端哪端电势较高？解：建立如图坐标系，取磁感强度向外为正，则在x处的磁感强度为由C指向D取线元dx,则dx上的电动势dxCD杆中的感应电动势为方向由C指向D，D端电势高dxOAvdl

例2

长度为L的金属棒在匀强磁场B中绕逆时针转动,角速度为,求感应电动势的大小和方向.解：由确定电动势方向为由A指向O，由O指向A取线元dl,则dl上的电动势1、感生电动势:导体不动,因磁场变化而产生的感应电动势。二、感生电动势2、感生电场假设

麦克斯韦假设：变化的磁场要在其周围激发一种电场，这个电场是非静电力场，称之为感生电场。由电动势定义

说明：与静电场的比较1）产生的机制不同1、相同点：都对电荷有作用力.2、不同点：

静电场由电荷产生，而感生电场由变化磁场产生2）静电场为保守场，，其电场线不闭合;感生电场不是保守场,其电场线闭合,呈旋涡状,故称有旋电场,I

例2如图，通电长直导线与矩形线圈共面，且与长直导线平行，当长直导线中通有电流I=I0e-kt(k为正值常量)时，求

线圈中的电动势大小.abL

解：建立图示坐标系，在矩形线圈中取面元dS=Ldx,该处磁感应强度的大小为：xdxxo由法拉第电磁感应定律，电动势大小通过矩形线圈的磁通量为IabLxdxxo11.4自感应与互感应只要使穿过回路的F

发生变化，就会产生电磁感应现象。变化原因:回路本身电流变化邻近回路电流变化回路1:12——自感电动势——互感电动势一、自感应1.自感现象

回路中电流发生变化，而在自身回路中引起感应电动势的现象称为自感现象，所产生的电动势称为自感电动势.KA1A2(a)KA(b)其中：L称为自感系数，简称自感。

一闭合回路，设其中电流为I，根据比奥—萨伐尔定律，此电流在空间任意一点所产生的磁感强度都与I成正比，因此，穿过回路本身所围面积的磁通量与I成正比，即：

定义：自感系数在数值上等于回路中的电流为一个单位时穿过此回路所围面积的磁通量。2.自感系数根据电磁感应电律，自感电动势为：

若回路的形状、大小及介质磁导率不变，则L为常量。3.自感电动势1、L是回路本身“电磁惯性”大小的量度，仅与回路的大小、形状、匝数及磁介质有关，与I和dI/dt无关。说明

2、若线圈有N匝，则用磁链代替磁通量。3、单位：亨利（H）

1亨利=1韦伯/安培。二、互感应1.互感现象12

两个耦合的回路，当其中一个回路的电流变化时，在另一回路中产生变化的磁通，从而产生感应电动势的现象，称为互感现象.所产生的电动势称为互感电动势.2、互感系数

2）

M12、M21与两回路形状、大小、匝数、相对位置及周围介质有关。说明

1）互感系数是表明互感强弱或电路耦合程度的物理量。

3)理论和实践都证明：M12=M21=M

4)单位与自感系数相同。3、互感电动势说明1）“—”号表示在一线圈中激起的要反抗另一线圈中电流的变化。2）M的求法：设一线圈中电流为I,求出在此电流影响下另一线圈中的,两者比值即为略解建立如图坐标系，设长直导线通电流I1，x处磁感强度：例1

如图，一无限长直导线与一矩形线圈共面，直导线与矩形线圈的一侧平行，且相距为d，求二者的互感。通过矩形线圈的磁通量：根据互感系数定义得：Il思考：若直线与线框如右图放置，二者互感系数又如何？11.5磁场能量K未闭合时:线圈中没有磁场一、自感磁能RK+-+-1

阻止螺线管中磁场建立,电源能量的一部分用来克服作功，一部分消耗在R上。

K闭合后，回路中电流:

0

I0研究

I变化时的能量变化RK