电磁学多媒体教学市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

电磁学电磁学多媒体教学课件多媒体教学课件西安电子科技大学理学院西安电子科技大学理学院1第五章 电磁感应第1页第五章第五章 电磁感应电磁感应1 电磁感应定律电磁感应定律2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势3 互感和自感互感和自感2第五章 电磁感应第2页1 电磁感应定律电磁感应定律 法拉第法拉第（Michael Michael Faraday,1791-1867Faraday,1791-1867），伟大英国），伟大英国物理学家和化学家物理学家和化学家.他创造性地提出他创造性地提出场思想，磁场这一名称是法拉第最场思想，磁场这一名称是法拉第最早引入早引入.他是电磁理论创始人之一，他是电磁理论创始人之一，于于18311831年发觉电磁感应现象，后又年发觉电磁感应现象，后又相继发觉电解定律，物质抗磁性和相继发觉电解定律，物质抗磁性和顺磁性，以及光偏振面在磁场中旋顺磁性，以及光偏振面在磁场中旋转转.3第五章 电磁感应第3页1 电磁感应定律电磁感应定律 当穿过回路所围曲面磁通量当穿过回路所围曲面磁通量发生改变，回路上要产生感应发生改变，回路上要产生感应电动势。电动势。B B 变变,回路形状或方位变回路形状或方位变,都会都会产生感应电动势产生感应电动势.一、电磁感应现象一、电磁感应现象NSVNSI（t）B4第五章 电磁感应第4页1 电磁感应定律电磁感应定律二、法拉第定律二、法拉第定律 当穿过闭合回路磁通量发生改变当穿过闭合回路磁通量发生改变时，回路中电动势等于磁通量随时间时，回路中电动势等于磁通量随时间改变率反号。即：改变率反号。即：多匝导体线圈感应电动势：多匝导体线圈感应电动势：感应电流：感应电流：磁链磁链只有感应电流时流过导线电荷电量只有感应电流时流过导线电荷电量5第五章 电磁感应第5页1 电磁感应定律电磁感应定律例：直导线通交流电例：直导线通交流电 置于磁导率为置于磁导率为 介质中介质中求：与其共面求：与其共面N N匝矩形回路中感应电动势匝矩形回路中感应电动势解：设当解：设当I I 0 0时，电流方向如图时，电流方向如图已知已知其中其中 I I0 0 和和 是大于零常数是大于零常数设回路设回路L L方向如图，方向如图，建坐标系如图建坐标系如图在任意坐标处取一面元在任意坐标处取一面元6第五章 电磁感应第6页1 电磁感应定律电磁感应定律xdx7第五章 电磁感应第7页1 电磁感应定律电磁感应定律三、楞次定律三、楞次定律 感应电流有确定方向，它所产生磁场方向总是在抵感应电流有确定方向，它所产生磁场方向总是在抵消或赔偿引发感应电流磁通量改变方向上。消或赔偿引发感应电流磁通量改变方向上。楞次定律是能量守恒定律在电磁感应中表达。楞次定律是能量守恒定律在电磁感应中表达。维持滑杆运动必须外加维持滑杆运动必须外加一力，此过程为外力克服一力，此过程为外力克服安培力做功转化为焦耳热安培力做功转化为焦耳热.机械能机械能焦耳热焦耳热+8第五章 电磁感应第8页2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势引发磁通量改变原因引发磁通量改变原因 1 1）稳恒磁场中导体运动）稳恒磁场中导体运动,或者回路面积改变、取向或者回路面积改变、取向改变等改变等 动生电动势动生电动势 2 2）导体不动，磁场改变）导体不动，磁场改变 感生电动势感生电动势 电动势电动势+-I 闭合电路总电动势闭合电路总电动势 :非静电电场强度非静电电场强度.9第五章 电磁感应第9页2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势一、动生电动势一、动生电动势+OP设杆长为设杆长为 动生电动势动生电动势非非静电力场起源静电力场起源 洛伦兹力洛伦兹力-+平衡时平衡时10第五章 电磁感应第10页2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势求动生电动势普通步骤：求动生电动势普通步骤：（1 1）要求一积分路线方向，即）要求一积分路线方向，即方向。方向。（2 2）任取）任取线元，考查该处线元，考查该处方向方向以及以及正负正负（3 3）利用）利用计算电动势计算电动势说明电动势方向与积分路线方向相同说明电动势方向与积分路线方向相同说明电动势方向与积分路线方向相反说明电动势方向与积分路线方向相反11第五章 电磁感应第11页2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势解解 例例1 一长为一长为 铜棒在磁感强度为铜棒在磁感强度为 均匀磁场均匀磁场中中,以角速度以角速度 在与磁场方向垂直平面上绕棒一端在与磁场方向垂直平面上绕棒一端转动，转动，求求铜棒两端感应电动势铜棒两端感应电动势.+oP（点（点 P 电势高于点电势高于点 O 电势）电势）方向方向 O P12第五章 电磁感应第12页2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势 例例2 一导线矩形框平面与磁感强度为一导线矩形框平面与磁感强度为 均匀磁均匀磁场相垂直场相垂直.在此矩形框上在此矩形框上,有一质量为有一质量为 长为长为 可移动可移动细导体棒细导体棒 ;矩形框还接有一个电阻矩形框还接有一个电阻 ,其值较之其值较之导线电阻值要大得很多导线电阻值要大得很多.若开始时若开始时,细导体棒以速度细导体棒以速度 沿如图所表示矩形框运动沿如图所表示矩形框运动,试求棒速率随时间改变函试求棒速率随时间改变函数关系数关系.解解 如图建立坐标如图建立坐标棒所受安培力棒所受安培力方向沿方向沿 轴反向轴反向+棒中棒中且由且由13第五章 电磁感应第13页2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势方向沿方向沿 轴反向轴反向棒运动方程为棒运动方程为则则计算得计算得棒速率随时间改变函数关系为棒速率随时间改变函数关系为+14第五章 电磁感应第14页2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势二、感生电动势二、感生电动势 麦克斯韦尔假设麦克斯韦尔假设 改变磁场在其周围空间激发一个电场改变磁场在其周围空间激发一个电场,这个电场叫感生电场这个电场叫感生电场 .闭合回路中感生电动势闭合回路中感生电动势 产生感生电动势非静电场产生感生电动势非静电场 感生电场感生电场15第五章 电磁感应第15页2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势 感生感生电场是电场是非非保守场保守场 和和 均对电荷有力作用均对电荷有力作用.感生电场和静电场感生电场和静电场对比对比 静静电场是保守场电场是保守场 静静电场由电荷产生；电场由电荷产生；感生感生电场是由改变磁场电场是由改变磁场产生产生.16第五章 电磁感应第16页2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势感生电场计算步骤感生电场计算步骤:(a)(a)过考查点作一回路过考查点作一回路,要求其绕行方向要求其绕行方向.(b)(b)用右手螺旋法则定出回路所围面用右手螺旋法则定出回路所围面法线方向法线方向,即即方向方向or计算出计算出感生电场方向与回路绕行方向一致感生电场方向与回路绕行方向一致感生电场方向与回路绕行方向相反感生电场方向与回路绕行方向相反（c c）计算磁通量及随时间改变计算磁通量及随时间改变（d d）计算环路积分，利用）计算环路积分，利用17第五章 电磁感应第17页例例 如图中，线段如图中，线段abab内感生电动势内感生电动势 解：补上两个半径解：补上两个半径oa和和bo与与ab组成回路组成回路obaooab因为因为所以有：所以有：2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势18第五章 电磁感应第18页三三 涡电流涡电流 感应电流不但能在导电感应电流不但能在导电回回 路内出现，路内出现，而且当而且当大大块导体块导体与磁场有相对运动与磁场有相对运动或处于改变磁场中时，在或处于改变磁场中时，在这块导体中也会激起感应这块导体中也会激起感应电流电流.这种在大块导体内流这种在大块导体内流动感应电流动感应电流,叫做叫做涡电流涡电流 ,简称涡流简称涡流.应用：应用：热效应、电磁阻尼效应热效应、电磁阻尼效应.2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势19第五章 电磁感应第19页3 互感和自感互感和自感一一 互感系数互感系数 在在 电流回电流回路中所产生磁通量路中所产生磁通量 在在 电流回路电流回路 中所产生磁通量中所产生磁通量 互感仅与两个线圈形状、大小、匝数、相互感仅与两个线圈形状、大小、匝数、相对位置以及周围磁介质相关对位置以及周围磁介质相关（无铁磁质时为常量无铁磁质时为常量）.注意注意20第五章 电磁感应第20页3 互感和自感互感和自感 互感系数互感系数问：问：以下几个情况互感是否改变以下几个情况互感是否改变？1 1）线框平行直导线移动；）线框平行直导线移动；2 2）线框垂直于直导线移动；）线框垂直于直导线移动；3 3）线框绕）线框绕 OC 轴转动；轴转动；4 4）直导线中电流改变）直导线中电流改变.OC互感电动势互感电动势 21第五章 电磁感应第21页3 互感和自感互感和自感例例 在一个无限长直线旁边有一个矩形线圈，几何尺寸和在一个无限长直线旁边有一个矩形线圈，几何尺寸和相对位置如图所表示。试求互感系数。相对位置如图所表示。试求互感系数。abl解：设长直导线载流解：设长直导线载流I I1 1，则有：，则有：矩形线圈中磁通量为矩形线圈中磁通量为rdrI22第五章 电磁感应第22页3 互感和自感互感和自感二二 自感系数自感系数穿过闭合电流回路磁通量穿过闭合电流回路磁通量1）自感）自感 若线圈有若线圈有 N 匝，匝，自感自感 磁通匝数磁通匝数 无铁磁质时无铁磁质时,自感仅与线圈形状、磁介质及自感仅与线圈形状、磁介质及 N 相关相关.注意注意23第五章 电磁感应第23页3 互感和自感互感和自感当当时，时，2）自感电动势）自感电动势 自感自感单位：单位：1 亨利亨利（H）=1 韦伯韦伯/安培安培（1 Wb/A）24第五章 电磁感应第24页3 互感和自感互感和自感 例例 如图长直密绕螺线管如图长直密绕螺线管,已知已知 ,求求其自感其自感 .（忽略边缘效应）（忽略边缘效应）解解 先设电流先设电流 I 依据安培环路定理求得依据安培环路定理求得 H B .25第五章 电磁感应第25页3 互感和自感互感和自感（普通情况可用下式普通情况可用下式测量自感测量自感）26第五章 电磁感应第26页3 互感和自感互感和自感 例例 有两个同轴圆筒形导体有两个同轴圆筒形导体,其半径分别为其半径分别为 和和 ,经过它们电流均为经过它们电流均为 ,但电流流向相反但电流流向相反.设在两圆设在两圆筒间充满磁导率为筒间充满磁导率为 均匀磁介质均匀磁介质,求求其自感其自感 .解解 两圆筒之间两圆筒之间 如图在两圆筒间取一长如图在两圆筒间取一长为为 面面 ,并将其分成并将其分成许多小面元许多小面元.则则27第五章 电磁感应第27页3 互感和自感互感和自感即即由自感定义可求出由自感定义可求出单位长度自感为单位长度自感为28第五章 电磁感应第28页电磁学电磁学多媒体教学课件多媒体教学课件西安电子科技大学理学院西安电子科技大学理学院29第五章 电磁感应第29页