大學(xué)物理《電磁感應(yīng)》

1、第12章 電磁感應(yīng)121 法拉第電磁感應(yīng)定律12.1.1 法拉第電磁感應(yīng)定律靜電場(chǎng)、穩(wěn)恒電流的磁場(chǎng)不隨時(shí)間而變化什么現(xiàn)象？什么規(guī)律？如果電場(chǎng)、磁場(chǎng)隨時(shí)間而變化 法拉第電磁感應(yīng)定律是總結(jié)大量實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出的 ，典型的實(shí)驗(yàn)有：法拉第電磁感應(yīng)定律.rm 當(dāng)條形磁鐵在線圈回路內(nèi)相對(duì)線圈回路運(yùn)動(dòng)時(shí)，在線圈回路中會(huì)產(chǎn)生電流，而當(dāng)磁鐵與線圈保持相對(duì)靜止時(shí)，則回路中無電流。實(shí)驗(yàn)一當(dāng)載流主線圈 相對(duì)于副線圈 運(yùn)動(dòng)時(shí)，線圈 回路內(nèi)有電流 產(chǎn)生。2. 當(dāng)載流主線圈相對(duì)于副線圈靜止時(shí)，若主線圈的電流變化，則副線圈回路中也有電流產(chǎn)生。電壓表實(shí)驗(yàn)二 將閉合回路置于恒磁場(chǎng)B中，當(dāng)導(dǎo)體棒ab在導(dǎo)體軌道上滑行時(shí)，回路中出現(xiàn)電流。

2、 當(dāng)穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化時(shí)，不管這種變化是由什么原因產(chǎn)生的，回路中有電流產(chǎn)生。這一現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)現(xiàn)象。結(jié)論： 線圈中產(chǎn)生的電流稱為感應(yīng)電流，與感應(yīng)電流對(duì)應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)稱為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。實(shí)驗(yàn)三abcd法拉第電磁感應(yīng)定律當(dāng)穿過閉合導(dǎo)體回路所包圍面積的磁通量發(fā)生變化時(shí)，在回路中都會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) ，在國際單位制下兩點(diǎn)說明： 2.式中的負(fù)號(hào)反映了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)總是反抗回路中 磁通量的變化。1.N匝線圈串聯(lián)的情況感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向：由電勢(shì)低處指向電勢(shì)高處，為感應(yīng)電流的方向。12.1.2 楞次定律 當(dāng)穿過閉合導(dǎo)體回路所圍面積的磁通量發(fā)生變化時(shí)，在回路中就會(huì)有感應(yīng)電流產(chǎn)生，該感應(yīng)電流的方向總是使它自己所激發(fā)的

3、磁場(chǎng)反抗任何引發(fā)電磁感應(yīng)的原因. 法拉第電磁感應(yīng)定律中的負(fù)號(hào)，正是體現(xiàn)了這種“反抗”。 楞次定律：+-I SN 長江三峽水電站的大壩壩頂總長3035m，壩頂高程185m，正常蓄水位175m，總庫容 ，共裝26臺(tái)單機(jī)容量為70萬kw的發(fā)電機(jī)組.交流發(fā)電機(jī)原理.rm122 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì) 感生電動(dòng)勢(shì)12.2.1 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)按產(chǎn)生原因電動(dòng)勢(shì)分為兩類 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì) 感生電動(dòng)勢(shì) 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)感生電動(dòng)勢(shì)恒定磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體導(dǎo)體不動(dòng)，磁場(chǎng)發(fā)生變化產(chǎn)生的原因 正負(fù)電荷積累在導(dǎo)體內(nèi)建立電場(chǎng) 達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，不再有宏觀定向運(yùn)動(dòng)，則洛侖茲力-洛侖茲力就是非靜電力。 洛侖茲力就是非靜電力。 -非靜電場(chǎng)強(qiáng)為 1.若 三個(gè)量中任意

4、兩個(gè)量平行，則 。當(dāng)導(dǎo)體棒切割磁力線時(shí)，產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)。 2. 說明方向與 相反。說明：動(dòng)生電動(dòng)勢(shì).rm力位移解 例1 一長為 的銅棒在磁感強(qiáng)度為 的均勻磁場(chǎng)中, 以角速度 在與磁場(chǎng)方向垂直的平面上繞棒一端轉(zhuǎn)動(dòng)，求銅棒兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì). （點(diǎn) P 的電勢(shì)高于點(diǎn) O 的電勢(shì)） 方向 O P+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +oP+ 例2 如圖，銅棒 OA 長為 L，在方向垂直于屏幕內(nèi)的磁場(chǎng) 中，沿逆時(shí)針方向繞 O 軸轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度為，求銅棒中的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)。 解：（解法一）：+（解法二）：由法拉第電

5、磁感應(yīng)定律，得由楞次定律得動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的方向?yàn)椋捍┻^它的磁通量為取扇形面積OCA，其面積為逆時(shí)針即例3 一長直導(dǎo)線中通電流 I ，有一長為L 的金屬棒與導(dǎo)線垂直共面。當(dāng)棒以速度v 平行與長直導(dǎo)線勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，求棒產(chǎn)生的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)。+l解：IavBdl A12.2.2 感生電動(dòng)勢(shì) 靜止的導(dǎo)體或?qū)w回路,當(dāng)它所處的磁場(chǎng)發(fā)生變化時(shí), 導(dǎo)體或?qū)w回路中所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱為感生電動(dòng)勢(shì)。變化磁場(chǎng)感生電場(chǎng)靜止電荷感應(yīng)電流激發(fā)產(chǎn)生作用非靜電力（一）感生電動(dòng)勢(shì)（二）麥克斯韋的假設(shè)感生電場(chǎng)（渦旋電場(chǎng)） 式中 S 是以 L 為邊界的曲面。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可得非靜電場(chǎng)強(qiáng)L 一般情況下，空間電場(chǎng)為， 所以有電磁場(chǎng)的基

6、本方程之一結(jié)論：（1）變化的磁場(chǎng)能夠激發(fā)電場(chǎng)。（3）感生電場(chǎng)的場(chǎng)線是閉合曲線，表明感生電場(chǎng)為渦旋場(chǎng)，所以又稱為“渦旋電場(chǎng)”。 （2） 感生電場(chǎng)的環(huán)路積分不為零，所以感生電 場(chǎng)是非保守場(chǎng)。 當(dāng)大塊金屬處于變化的磁場(chǎng)中或相對(duì)于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在它們的內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流在導(dǎo)體內(nèi)流動(dòng)的形式呈閉合的渦旋狀，所以稱為渦電流，簡稱渦流。 應(yīng)用：1.電磁爐.rm危害： 變壓器.rm3.渦流加熱.rm2.磁阻尼.rm導(dǎo)體12.3 自感 互感12.3.1 自感（1）自感 若線圈有 N 匝自感 自感L 的國際單位為H，稱為亨利 1mH=10-3H, 1H=10-6H 無鐵磁質(zhì)時(shí)，自感僅與線圈形狀、磁介質(zhì)及 N

7、 有關(guān).（2）自感電動(dòng)勢(shì) 當(dāng)時(shí)自感的利弊鎮(zhèn)流器.rm12.3.2 互 感M稱為互感系數(shù)簡稱互感單位：亨利（H）互感M是表明兩耦合回路互感強(qiáng)弱的物理量 互感僅與兩個(gè)線圈形狀、大小、匝數(shù)、相對(duì)位置以及周圍的磁介質(zhì)有關(guān).根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，若M 保持不變，則：互感電動(dòng)勢(shì) ：式中的負(fù)號(hào)表示：在一個(gè)回路中引起的互感電動(dòng) 勢(shì)要反抗另一個(gè)回路中的電流變化。 利用互感現(xiàn)象的原理可制成變壓器、感應(yīng)圈等。 SLRI自感電動(dòng)勢(shì)：回路方程：兩邊乘以Idt:12.4 磁場(chǎng)的能量電源反抗自感電動(dòng)勢(shì)作的功自感線圈的磁能長直螺線管為例：磁場(chǎng)能量密度：自感線圈的磁能：磁場(chǎng)能量12.5 麥克斯韋方程組 12.5.1 位移電流穩(wěn)恒電流時(shí)的安培環(huán)路定理：對(duì)非穩(wěn)恒情況：對(duì)S1面對(duì)S2面出現(xiàn)矛盾而穿過極板的電位移通量：傳導(dǎo)電流位移電流位移電流： 通過電場(chǎng)中某一截面的位移電流等于通過該截面電位移通量對(duì)時(shí)間的變化率。 電場(chǎng)中某一點(diǎn)位移電流密度等于該點(diǎn)電位移矢量對(duì)時(shí)間的變化率。 位移電流的本質(zhì)是變化的電場(chǎng) 麥克斯韋提出位移電流假設(shè)定義全電流：全電流安培環(huán)路定理： 磁場(chǎng)強(qiáng)度沿任意閉合回路的環(huán)流等于穿過此閉合回路所包圍曲面的全電流。結(jié)論：傳導(dǎo)電流和位