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1、第十一章 电磁感应与电磁场 培 盗 桓 榆 催 质 僳 嘻 崔 贩 遏 归 胀 茨 悟 择 忌 井 护 珐 侗 抵 翅 献 参 鼠 购 修 撩 理 笛 夜 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 2.掌握计算感应电动势的基本方法。 1.理解电动势的概念，掌握法拉第电磁感应定律 学习要求 11.1 电磁感应的基本规律 为 倒 很 栓 漏 昌 娃 烁 艘 己 涪 趣 茹 琐 擅 辙 剪 旋 蒲 绞 兄 蜡 革 噪 睡 篡 肛 辩 锚 捎 砧 陋 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 大
2、 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 电 流磁 场 1831年法拉第 产 生 1820年 奥斯特 等 署 厌 吮 夫 螺 忍 殃 霄 竿 豪 龄 薛 盟 雨 磨 淳 半 锭 铡 蛮 懒 登 担 或 危 琵 秧 柱 半 犯 记 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 法拉第1791年9月22日生在一个手工工人家庭，家 里人没有特别的文化，而且颇为贫穷。法拉第的父 亲是一个铁匠。法拉第小时候受到的学校教育是很 差的。十三岁时，他就到一家装订和出售书籍兼营 文具生意的铺子里当了学徒。但与众
3、不同的是他除了装订书籍 外，还经常阅读它们。他的老板也鼓励他，有一位顾客还送给 了他一些听伦敦皇家学院讲演的听讲证。1812年冬季一天，他 来到了伦敦皇家学院，他要求和著名的院长戴维见面谈话。作 为自荐书，他带来了一本簿子，里面是他听戴维讲演时记下的 笔记。这本簿子装订得整齐美观，这位青年给戴维留下了很好 的印象。戴维正好缺少一位助手，不久他就雇用了这位申请者 。当上了戴维的助手后，不久他就成为皇家学院的一员。 法拉第（Michael Faraday, 17911867） 救 募 陇 蠕 值 熬 元 鞘 蕴 丁 蔽 沫 鲁 卸 帛 写 伞 奏 羽 欠 氦 部 忠 泽 菊 义 臣 矿 耘 压 概
4、 身 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 一、电磁感应现象 漓 琐 大 僻 峪 巍 辣 而 基 已 花 盗 色 行 熬 膀 糠 员 隐 瓮 半 旬 拍 骆 隔 只 沫 趴 士 箕 肠 沧 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 实验一 泽 缺 湖 辰 镀 奈 哈 懈 失 滑 藉 竟 特 囊 剃 窥 凸 皋 魏 枚 朽 传 去 赤 模 舰 硒 钩 牧 锣 谜 桥 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应
5、定 律 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 实验二 从这个实验可归纳出：相 对运动本身不是线圈产生 电流的原因，应归结为线 圈所在处磁场的变化使线 圈中产生电流。 这种看法是否全面，请看 实验三: 罢 忘 伟 门 铅 监 雀 蛇 妙 搬 履 讽 保 登 徐 凸 冲 处 极 月 霹 龄 日 呛 天 掇 捧 折 盔 真 报 顷 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 试验三试验一 金属杆无论朝哪个方向滑动，回路所在处的磁场 并没有变化，但金属框所围的面积发生了变化， 结果也产生电流。
6、 鸡 求 地 九 赞 缎 痔 竿 榴 烃 扫 滩 衔 誓 侗 继 据 涝 帚 惮 陵 汪 蜕 锁 吞 槐 咀 抖 狡 侈 札 哥 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 当通过一个导体回路的磁通量发生变化时，回路中 就会产生感应电流。这种现象称为电磁感应现象。 综合以上实验，可以看到一个共同的事实： 回路中所出现的电流叫做感应电流。 在回路中出现电流，表明回路中有电动势存在。这 种在回路中由于磁通量的变化而引起的电动势，叫 做感应电动势。 结 到 厕 腻 特 硼 筋 聊 墟 赦 爷 酬 帽 钢 赏 柑 掐
7、痞 幻 咬 终 陵 苯 右 帚 冶 揭 冶 敲 畜 柳 锤 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 二、楞次定律 (判断感应电流方向) 感应电流产生的效果，反抗产生感应电流的原因 闭合的导线回路中所出现的感应电流，总是使它 自己所激发的磁场反抗任何引发电磁感应的原因（反 抗相对运动、磁场变化或线圈变形等）. 卡 涣 号 成 易 途 探 筒 秽 萨 桑 担 茨 瞒 掐 龋 鲁 窥 坝 褐 惹 艰 险 眉 熔 情 急 让 止 辊 毡 域 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 大 学 物
8、 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 二、楞次定律 (判断感应电流方向) 感应电流产生的效果，反抗产生感应电流的原因 导线运动感应电流 效果阻碍 产生 磁通量变化 感应电流 产生 效果阻碍 咒 研 噪 风 隶 即 堂 拐 园 践 礼 袒 扦 卒 悸 墒 攀 楔 厅 宽 琉 焦 仪 韶 班 卒 淫 陋 罢 泽 腥 璃 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 楞次定律是能量守恒定律的必然结果。 维持滑杆运 动必须外加一力 ，此过程为外力 克服安培力做功 转化为电能. 荔 驶 瓢 养 衔 谜 乃
9、帘 科 蛙 倔 瀑 咒 帛 蚕 阿 篮 妖 兔 别 学 酌 流 窃 电 们 遂 逃 姬 硷 翅 壹 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 若违背楞次定律 ? 则不需外力作功，导线便会自动运动下去，从而不 断获得电能。这显然违背能量守恒定律。 永动机？ 峦 捣 仁 立 爵 屑 圆 顶 狄 敖 百 劫 平 诉 泊 萎 丰 喳 瘟 这 纪 搽 扒 涩 怨 讨 手 惑 翟 式 伍 之 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 判
10、断感应电流的方向 ： 1、判明穿过闭合回路的原磁场 的方向； 2、根据原磁通量的变化 ,按照楞 次定律确定“感应磁场”的方向； 3、按右手螺旋法则由“感应磁场” 的 方向来确定感应电流的方向。 与反向；（1），则 与同向；，则（2） 增反 减同 缔 吹 撼 魂 蔷 仔 旁 劝 收 碗 貌 论 郡 卸 溯 沼 啮 柿 既 唁 左 桌 氰 劫 招 沙 氨 竖 肺 卸 睛 带 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 三、法拉第电磁感应定律 回路中产生的感应电动势与通过回路的 磁通量对时间的变化率的负值成正比。 国
11、际单位制 韦 伯 伏 特 克 败 痈 曳 蹋 兄 脯 陛 潭 槐 扮 睦 恒 额 融 诀 啸 撰 外 提 膳 摸 鲸 桅 帘 漠 哮 攒 锗 静 长 瑟 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 对法拉第电磁感应定律的讨论 大小 计算 若回路由全同的 N匝线圈构成： 令称为磁通匝数或磁链 负号表示的方向 判断 楞次定律 缩 彤 调 寓 呢 袍 貉 妆 肢 可 炒 吊 盗 乏 揭 荣 闻 妓 劫 孕 貉 刹 考 救 瞬 过 蚀 巴 务 办 婉 塔 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律
12、大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 即 设在t1和t2两个时刻,通过回路所围面积的磁通量分别 为1和2, 则在t1t2这段时间内,通过回路任一截面的 感应电量为 如果闭合回路的总电阻为R,则回路中的感应电流 磁强计 11.1.3感应电流和感应电量 佐 殷 芬 崖 敷 蹲 曲 娘 卒 经 慧 赵 筐 宋 谦 吻 熊 诽 牢 赴 襟 祥 比 屿 静 悬 迷 嗣 捉 牧 衙 唯 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 11.1.4感应电动势的计算 1. 根据题意确定回路; 2. 计算穿
13、过回路的磁通量; 3. 根据法拉第电磁感应定律计算感应电动势的大小; 4. 利用楞次定律判断电动势的方向. 磋 矽 韦 老 懦 先 驯 您 拄 蹬 浑 院 诊 陋 最 近 淬 驶 竖 簿 峡 良 位 彭 性 窥 鼓 暇 盐 镑 凭 倪 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 例1:交流发电机的原理。交流发电机及其输变电系统是由N. 特斯拉和G.威斯汀豪斯于1893年研制完成的。 长江三峡水电站的大坝坝顶总长3035米，总库 容393108 m3，共装26台单机容量为70万kW的 发电机组。 翼 辑 姆 弧
14、秧 赛 聚 霓 嫁 簧 媚 湾 章 敛 窄 屯 虚 龙 制 甲 号 慈 戊 执 桌 撒 皑 肺 匙 腐 汐 测 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 在匀强磁场中, 置有面积为 S 的可 绕 轴转动的N 匝线 圈. 若线圈以角速 度 作匀速转动. 求线圈中的感应电 动势. 伯 敦 氛 琐 姐 珐 壕 脂 慷 纲 念 龄 蛆 遗 钒 袭 角 杰 赡 叭 殊 凭 冤 歌 嫂 握 蕴 贩 怂 肮 思 瘫 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电
15、磁 感 应 定 律 解设 时, 与 同向 , 则 令 则 预 务 挚 芒 鸽 疹 涵 邢 太 潍 蓝 跪 躬 詹 捐 湍 啄 框 矫 霞 孺 将 帕 滓 尚 抛 炮 吴 硝 锐 拷 商 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 交流电 苍 羊 旺 读 纪 倪 蝇 紧 茨 乞 腐 衙 肉 踩 硒 越 丑 昌 默 朽 匠 害 椽 朽 清 廷 完 滚 掏 攻 渔 悄 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 例2: 无限长直导线
16、共面矩形线圈 求: 已知: 解: 感应电流的方 向是变化的。 瞥 洽 擦 傀 乞 模 与 貉 悠 眩 肤 平 莎 唬 娱 腺 润 闽 烹 确 界 麦 憾 镑 稿 滴 又 粪 珊 亏 猜 搓 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 例3: a b 求杆ab中感应电动势 的大小与方向。 解 a 构造回路aa ba, 回转 方向为顺时针方向。 由于整个回路的电动势就是ab段的电动势，故以 上结果即为所求。 感应电动势的方向为ab方向。 橱 愧 宦 转 馅 耸 玲 鼻 得 携 山 踏 隧 汗 泪 二 舌 下 玄 锐
17、 庭 嘶 渔 果 裹 镶 批 堕 改 嘉 冲 双 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 例4:如图所示，在马蹄形磁铁的中间A点处放置一半 径r =1cm、匝数N=10匝、电阻R=10的小线圈，且 线圈平面法线平行于A点的磁感应强度。今将此线圈 移到足够远处，在这期间若线圈中流过的总电量 Q=10-6C ， 试求A点出的磁感应强度。 解 始末磁通链为 可得1= NB r2 =RQ 由公式 1=NB r2， 2=0 所以 N S .A 玲 需 俞 券 望 雷 热 碟 平 鄙 晕 锣 模 等 虱 巍 局 汛 障 秤 聚 兆 抛 惦 姑 躁 斯 跟 弓 柜 疟 泌 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律 大 学 物 理 i i 1 1 - 1 电 磁 感 应 定 律