電磁感應(yīng)與暫態(tài)過程

1、第七章 電磁感應(yīng)與暫態(tài)過程一 電磁感應(yīng)與暫態(tài)過程教學(xué)內(nèi)容1法拉第電磁感應(yīng)定律（1）電磁感應(yīng)現(xiàn)象（2）法拉第電磁感應(yīng)定律2楞次定律（1）楞次定律的兩種表述（2）考慮楞次定律后法拉第電磁感應(yīng)定律的表達(dá)式3動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)（1）動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)與洛侖茲力（2）動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算（3）交流發(fā)電機(jī)基本原理4感生電動(dòng)勢(shì)（1）感生電動(dòng)勢(shì)與感生電場(chǎng)（2）感生電場(chǎng)的性質(zhì)（3）感生電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算（4）電子感應(yīng)加速器5自感和互感（1）自感現(xiàn)象（2）自感系數(shù)和自感電動(dòng)勢(shì)（3）互感現(xiàn)象（4）互感系數(shù)和互感電動(dòng)勢(shì)（5）互感線圈的串聯(lián)（6）感應(yīng)圈6渦電流（1）渦電流熱效應(yīng)的應(yīng)用與危害（2）電磁阻力（3）趨膚效應(yīng)7磁場(chǎng)能量（1）自感磁能（2

2、）互感磁能（3）磁能密度8暫態(tài)過程（1）RL電路的暫態(tài)過程（2）RC電路的暫態(tài)過程（3）RLC電路的暫態(tài)過程說明與要求：1本章介紹電磁感應(yīng)現(xiàn)象、規(guī)律及應(yīng)用。2本章重點(diǎn)是1、3、4、5節(jié)，難點(diǎn)是感生電場(chǎng)概念及RLC電路的暫態(tài)過程。3RLC電路只要求列出方程，給出結(jié)果，講清物理意義。電流計(jì)內(nèi)容可在實(shí)驗(yàn)課中研究。二、電磁感應(yīng)與暫態(tài)過程教學(xué)目標(biāo)節(jié)次內(nèi)容目標(biāo)層次1法拉第電磁感應(yīng)定律1電磁感應(yīng)現(xiàn)象2法拉第電磁感應(yīng)定律知識(shí)：1感應(yīng)電流2感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)3磁鏈理解：1產(chǎn)生的條件2產(chǎn)生的條件3的含義簡(jiǎn)單應(yīng)用：根據(jù)，由法拉第電磁感應(yīng)定律求或綜合應(yīng)用：1已知求及2由求或2楞次定律1楞次定律2考慮楞次定律后電磁感應(yīng)定律表示

3、式知識(shí)：1由的方向確定的方向2楞次定律是能量守恒定律的體現(xiàn)理解：1楞次定律的含義2代數(shù)量與正負(fù)的含義3回路繞行方向與回路法線方向之間存在的右手螺旋關(guān)系4中負(fù)號(hào)的含義5楞次定律判斷感應(yīng)電流方向的步驟簡(jiǎn)單應(yīng)用：由楞次定律判斷與的方向綜合應(yīng)用：由，計(jì)算的大小和方向3動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)1動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和洛侖茲力2動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算3交流發(fā)電機(jī)的原理知識(shí)：1動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的概念2引起變化的各種原因理解：1中的非靜電力是洛侖茲力2的正負(fù)與電勢(shì)的高低3洛侖茲力不做功，但它起著能量傳遞的意義4交流發(fā)電機(jī)的原理簡(jiǎn)單應(yīng)用：1由洛侖茲力推導(dǎo)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)公式2確定動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)公式中各量的方向及電勢(shì)的高低綜合應(yīng)用：1根據(jù)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)公式，計(jì)算

4、的大小和方向；2根據(jù)法拉第定律，計(jì)算的大小和方向4感生電動(dòng)勢(shì)1感生電場(chǎng)和感生電動(dòng)勢(shì)2感生電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算3電子感應(yīng)加速器知識(shí)：1感生電動(dòng)勢(shì)的概念2電子感應(yīng)加速器理解：1產(chǎn)生的條件2假說的實(shí)質(zhì)3的性質(zhì)4與的異同5、的關(guān)系簡(jiǎn)單應(yīng)用：根據(jù)電動(dòng)勢(shì)的定義和電磁感應(yīng)定律，推導(dǎo)公式的表示式綜合應(yīng)用：1用感生電動(dòng)勢(shì)公式求2用法拉第電磁感應(yīng)定律求5自感與互感1自感現(xiàn)象2自感系數(shù)和自感電動(dòng)勢(shì)3互感現(xiàn)象4互感系數(shù)和互感電動(dòng)勢(shì)5互感線圈的串聯(lián)6感應(yīng)圈知識(shí)：1與的單位2兩線圈的耦合系數(shù)的取值范圍3感應(yīng)圈理解：1自感現(xiàn)象與2互感現(xiàn)象與3與的意義4與屬于5互感線圈串聯(lián)的順逆連接簡(jiǎn)單應(yīng)用：1推導(dǎo)2推導(dǎo)綜合應(yīng)用：1求與2求3求6渦

5、電流1渦流熱效應(yīng)的應(yīng)用與危害2電磁阻尼3超膚效應(yīng)知識(shí)：超膚效應(yīng)理解：1渦電流屬于感應(yīng)電流2的熱效應(yīng)的危害與應(yīng)用3的磁效應(yīng)的應(yīng)用7磁場(chǎng)能量1自感磁能2互感磁能3磁能密度知識(shí)：1與推導(dǎo)過程2是一個(gè)普適式理解：1含有自感與互感電路中的功能關(guān)系2與推導(dǎo)過程的物理思想3定域在場(chǎng)中簡(jiǎn)單應(yīng)用：1根據(jù)求2根據(jù)求綜合應(yīng)用：根據(jù)的分布，利用積分方法求8暫態(tài)過程1串聯(lián)電路的暫態(tài)過程2串聯(lián)電路的暫態(tài)過程知識(shí)：1穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)2微分方程特解與通解理解：1穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)的意義2時(shí)間常數(shù)及其意義3初始條件的含義4暫態(tài)過程中暫態(tài)量的變化規(guī)律簡(jiǎn)單應(yīng)用：結(jié)合具體電路，確定暫態(tài)過程的初始條件綜合應(yīng)用：建立與暫態(tài)電路的微分方程三 電磁感應(yīng)與

6、暫態(tài)過程重難點(diǎn)分析重點(diǎn)：法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律，動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)的能量。難點(diǎn)：感生電場(chǎng)的概念及感生電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算，磁場(chǎng)能量的計(jì)算及暫態(tài)過程的理解。（一）電磁感應(yīng)現(xiàn)象采用實(shí)驗(yàn)歸納的方法得出：當(dāng)穿過閉合線圈的磁通量發(fā)生變化時(shí)，線圈中就產(chǎn)生電流，這種現(xiàn)象就稱為電磁感應(yīng)現(xiàn)象。電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電流稱為感應(yīng)電流，形成感應(yīng)電流的電動(dòng)勢(shì)稱為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的條件是：穿過回路的磁通量（不論什么原因）發(fā)生了變化。在一個(gè)回路里，假若有磁通量穿過，但磁通量并沒有變化，則此回路中是沒有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的。由于穿過一個(gè)回路的磁通量可表示為：式中為磁感應(yīng)強(qiáng)度，為回路上的有向面積元，為與的夾角，所以

7、無論、中任意一個(gè)量的變化，均將引起穿過回路的磁通量的變化，從而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。如果導(dǎo)體回路閉合，則產(chǎn)生感應(yīng)電流：如果導(dǎo)體開路，則只產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。（二）楞次定律楞次定律是確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向的實(shí)驗(yàn)定律，它通過判斷感應(yīng)電流的方向從而確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向。楞次定律有兩種表述，第一種表述為閉合回路中感應(yīng)電流的方向，總是企圖使感應(yīng)電流本身所產(chǎn)生的穿過回路的磁通量，去阻礙引起感應(yīng)電流的磁通的變化；第二種表述為當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中由于出現(xiàn)感應(yīng)電流而受到的磁場(chǎng)力，必然阻礙此導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)。（三）法拉第電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律的數(shù)學(xué)表示式為，應(yīng)用此定律時(shí)注意：1、是個(gè)代數(shù)量，規(guī)定回路的繞行方向與回路的

8、法矢量之間構(gòu)成右手螺旋關(guān)系，當(dāng)?shù)姆较蚺c的方向之間成銳角時(shí)值為正，即；反之，值為負(fù)，即；2、的大小與的大小及無直接關(guān)系，的大小只決定于的變化率；3、中負(fù)號(hào)是在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正方向與磁通量的正方向構(gòu)成右手螺旋關(guān)系時(shí)楞次定律的數(shù)學(xué)表示，將它引入公式以后，不僅可以計(jì)算電動(dòng)勢(shì)的大小，而且還包含對(duì)其方向的判斷。（四）動(dòng)生電動(dòng)撕口感生電動(dòng)勢(shì)1特點(diǎn)。動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)是磁場(chǎng)不變，閉合回路的整體或局部在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致磁通量的變化所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)；感生電動(dòng)勢(shì)是閉合回路的任何部分都不動(dòng)，而空間磁場(chǎng)發(fā)生變化導(dǎo)致回路中磁通量的變化所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)。2非靜電力。動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)中的非靜電力是洛侖茲力；感生電動(dòng)勢(shì)中的非靜電力是變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生的

9、感生電場(chǎng)力。3主要應(yīng)用實(shí)例。動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)主要應(yīng)用于發(fā)電機(jī)技術(shù)；感生電動(dòng)勢(shì)主要應(yīng)用于電子感應(yīng)加速度器及感應(yīng)加熱技術(shù)。4計(jì)算方法。動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)可以利用動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)公式計(jì)算，也可以利用電磁感應(yīng)定律計(jì)算；感生電動(dòng)勢(shì)可以利用感生電動(dòng)勢(shì)公式計(jì)算，也可以利用電磁感應(yīng)定律計(jì)算。（五）感生電場(chǎng)1感生電場(chǎng)的性質(zhì)。麥克斯韋假設(shè)，變化的磁場(chǎng)在其周圍空間激發(fā)電場(chǎng)，這種電場(chǎng)稱為感生電場(chǎng)。感生電場(chǎng)的性質(zhì)由感生電場(chǎng)的通量和環(huán)量所滿足的規(guī)律決定。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律和麥克斯韋的假說，感生電場(chǎng)的通量和環(huán)量所滿足的規(guī)律為上述兩個(gè)方程說明感生電場(chǎng)是無源有旋場(chǎng)。2感生電場(chǎng)與靜電場(chǎng)的異同共同點(diǎn)：感生電場(chǎng)與靜電場(chǎng)都對(duì)電荷有力的作用不同點(diǎn)：（1

10、）感生電場(chǎng)與靜電場(chǎng)的產(chǎn)生機(jī)制不同（2）感生電場(chǎng)與靜電場(chǎng)的性質(zhì)不同（3）感生電場(chǎng)與靜電場(chǎng)的場(chǎng)線的特點(diǎn)不同（六）磁場(chǎng)的能量磁場(chǎng)能量密度：磁場(chǎng)能量：真空中磁場(chǎng)能量：四 檢測(cè)題（一）公式類1法拉第電磁感應(yīng)定律的數(shù)學(xué)表示式。2動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)公式。3感生電動(dòng)勢(shì)公式。4自感電動(dòng)勢(shì)公式。5互感電動(dòng)勢(shì)公式。6磁場(chǎng)能量密度公式。7串聯(lián)暫態(tài)電路的時(shí)間常數(shù)。8串聯(lián)暫態(tài)電路的時(shí)間常數(shù)。（二）概念類1電磁感應(yīng)現(xiàn)象。2感生電場(chǎng)。3自感現(xiàn)象。4互感現(xiàn)象。5渦電流。6趨膚效應(yīng)。7暫態(tài)過程。8時(shí)間常數(shù)。（三）計(jì)算題類1有一長(zhǎng)為的金屬棒，在垂直于紙面向里的均勻磁場(chǎng)中，以中心點(diǎn)為軸（軸線與平行），沿逆時(shí)針方向以角速度轉(zhuǎn)動(dòng)。計(jì)算棒的兩個(gè)端點(diǎn)到中心點(diǎn)的電勢(shì)差和，以及棒兩端的電勢(shì)差。2有一無限長(zhǎng)導(dǎo)結(jié)載有穩(wěn)恒電流，旁邊有一矩形導(dǎo)體線圈，當(dāng)線圈以速度離開導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)到如圖7-1所示的位置時(shí)，求此線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向。圖7-13有一長(zhǎng)為的金屬棒，在垂直于紙面各里的均勻磁場(chǎng)中，沿逆時(shí)針方向繞距端處的點(diǎn)為軸（軸線與平行），