第7章--电磁感应.pptx

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第第77章章电磁感应电磁感应（变化的（变化的磁场和磁场和变化的电场）变化的电场）1法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律2动生电动势动生电动势3感生电动势感生电动势感生电场感生电场4自感自感互感现象互感现象5磁场能量磁场能量电电流流磁磁场场产产生生电磁感应电磁感应反映了物质世界对称的反映了物质世界对称的美美感应电流感应电流产生产生闭合回路闭合回路变化变化1831年法拉第年法拉第实验实验1820年奥斯特发现电流具有磁效应年奥斯特发现电流具有磁效应当时物理学家就想当时物理学家就想:

磁是否会有磁是否会有电效应？

电效应？

法拉第以精湛的实验和敏锐的观察法拉第以精湛的实验和敏锐的观察力，经十年努力于力，经十年努力于1831年首次观年首次观察到电流变化时产生的感应现象。

察到电流变化时产生的感应现象。

电磁感应现象从实验上回答了这个问题电磁感应现象从实验上回答了这个问题*电源电源电源电源:

将其他形式的能量转变电能的装置将其他形式的能量转变电能的装置说明说明将其他形式将其他形式的的能量能量转变转变为电能的能力为电能的能力表征电源本领的表征电源本领的物理量物理量*电动势的定义电动势的定义+-bbaa非静电力作功非静电力作功伏伏低低高高转换方式转换方式正方向正方向单位单位电源的电动势电源的电动势1法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律电势差的定义式电势差的定义式电动势的定义式电动势的定义式电动势和电动势和电势差的电势差的比较比较电源的电动势电源的电动势1法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律18311831年年法法拉拉第第发发现现，当当通通过过闭闭合合回回路路的的磁磁力力线线根根数数（即即磁磁通通量量）变变化化时时，回回路路里里就就会会产产生生感应电流感应电流.一、电磁感应现象一、电磁感应现象一、电磁感应现象一、电磁感应现象从产生的原因上分为两大类从产生的原因上分为两大类第一类第一类第二类第二类当穿过一个闭合导体回路的当穿过一个闭合导体回路的磁通量磁通量发生变化时，回路发生变化时，回路中就产生电流，这种现象叫中就产生电流，这种现象叫电磁感应现象电磁感应现象，所产生的电，所产生的电流叫流叫感应电流。

感应电流。

1）分析上述两类产生电磁感应现象的）分析上述两类产生电磁感应现象的共同原因共同原因是：

回路中是：

回路中磁通磁通随时间发生了随时间发生了变化变化2）电磁感应产生的电动势叫）电磁感应产生的电动势叫感应电动势感应电动势。

3）第一类产生的感应电动势称）第一类产生的感应电动势称感生电动势感生电动势第二类产生的感应电动势称第二类产生的感应电动势称动生电动势动生电动势二、二、电磁感应规律电磁感应规律1.法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律式中式中负号负号表示表示感应电动势阻碍磁通量的变化感应电动势阻碍磁通量的变化（楞次定律楞次定律）当穿过闭合回路所围面积的磁通量发生变化时，回当穿过闭合回路所围面积的磁通量发生变化时，回路中都会建立起感应电动势，且此感应电动势路中都会建立起感应电动势，且此感应电动势正比于正比于磁通量对时间变化率的负值磁通量对时间变化率的负值。

法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律注：

注：

若回路是若回路是NN匝密绕线圈匝密绕线圈在国际单位制中：

在国际单位制中：

k=1磁通链数磁通链数二、电磁感应规律二、电磁感应规律2.楞次定律楞次定律感应电流总是阻止磁通量的变化感应电流总是阻止磁通量的变化闭合回路中闭合回路中感应电流的磁场感应电流的磁场总是要总是要反抗反抗引起引起感应电流的磁通量的变化感应电流的磁通量的变化。

规定回路绕行方向规定回路绕行方向确定确定的正负。

的正负。

与与夹角夹角9090oo，00，否则，否则00。

确定确定的正负。

的正负。

由由，确定，确定的正负。

的正负。

，其方向与回路绕行，其方向与回路绕行方向相同，否则相反。

方向相同，否则相反。

0nBSSNN三、感应电动势方向的判断三、感应电动势方向的判断1.1.由电磁感应定律判断电动势方向由电磁感应定律判断电动势方向右手螺旋右手螺旋法线方向法线方向SSNNNNSSNNSS感应电动势的方向与绕行方向相同感应电动势的方向与绕行方向相同感应电动势的方向与绕行方向相同感应电动势的方向与绕行方向相同感应电动势的方向与绕行方向相反感应电动势的方向与绕行方向相反2.用楞次定律判断感应电流方向用楞次定律判断感应电流方向NSNS2.设回路中电阻为设回路中电阻为R，则，则设在设在t1和和t2时刻，通过回路的磁通量分别为时刻，通过回路的磁通量分别为1和和2，则在则在t1t2时间内，通过回路任一截面的感应电量为：

时间内，通过回路任一截面的感应电量为：

q只与磁通量的改变量有关，与磁通量改变快慢无关。

只与磁通量的改变量有关，与磁通量改变快慢无关。

说说明明例例1.设有长方形回路放置在稳恒磁场中，设有长方形回路放置在稳恒磁场中，ab边可以左边可以左右滑动，如图磁场方向与回路平面垂直，设导体以速右滑动，如图磁场方向与回路平面垂直，设导体以速度度v向右运动，求回路上感应电动势的大小及方向。

向右运动，求回路上感应电动势的大小及方向。

解：

解：

取取顺顺时针为回路绕向，时针为回路绕向，负号负号表示感应电动势的方向沿表示感应电动势的方向沿逆逆时针方向。

时针方向。

abcd设设ab=l，da=x，则通过回路，则通过回路的磁通量为的磁通量为xo也可以用也可以用楞次定律楞次定律来判断感应电动势的方向。

来判断感应电动势的方向。

注意：

注意：

一段导体在磁场中运动时，也可以用一段导体在磁场中运动时，也可以用右手定则右手定则来判断动生电动势的方向。

来判断动生电动势的方向。

解：

解：

设回路设回路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在任意坐标x处取一处取一面元面元例例2.如图所示，一长直导线通有电流如图所示，一长直导线通有电流I，在与它相距，在与它相距d处有一矩形处有一矩形线圈，线圈，此线圈以速度此线圈以速度v沿垂直长直导线方向沿垂直长直导线方向向右运动，求这时线圈中的感应电动势。

向右运动，求这时线圈中的感应电动势。

（方向为顺时针）（方向为顺时针）v解：

解：

一一导线被弯成半径为导线被弯成半径为R的三段的三段圆弧圆弧,分别位于三个坐标平面内分别位于三个坐标平面内.均匀磁场沿均匀磁场沿X轴正向轴正向,磁感应磁感应强度随时间的变化率为强度随时间的变化率为k（k0）,则回路则回路abca中感应电动势大小中感应电动势大小为为,圆弧圆弧bc中感应电流中感应电流的方向为的方向为.XYZabcoL,i感应电动势感应电动势bc中感应电流方向中感应电流方向：

从：

从c到到b例例3.金属圆环半径金属圆环半径r=10cm,电阻电阻R=1,水平放水平放置置.若地球磁场磁感应强度的竖直分量为若地球磁场磁感应强度的竖直分量为510-5T,则将环面翻转一次则将环面翻转一次,沿环流过任沿环流过任一横截面的电量一横截面的电量q=.解：

解：

L设回路设回路L正方向如图正方向如图例例4.2动生电动势动生电动势一、动生电动势的非静电力一、动生电动势的非静电力矩形导体回路，可动边为导体矩形导体回路，可动边为导体棒棒ab，长，长l，以以匀速运动。

匀速运动。

棒中自由电子随棒以棒中自由电子随棒以运动，运动，所受洛仑兹所受洛仑兹力为力为电动势：

电动势：

单位正电荷经电源内单位正电荷经电源内部从负极移到正极的过程部从负极移到正极的过程中，非静电力所作的功。

中，非静电力所作的功。

badc+Ii产生动生电动势的非静电力是洛仑兹力。

产生动生电动势的非静电力是洛仑兹力。

2动生电动势动生电动势二、动生电动势二、动生电动势由电动势定义：

由电动势定义：

由电动势的定义，此种情形引起动由电动势的定义，此种情形引起动生电动势的非静电力是洛伦兹力。

生电动势的非静电力是洛伦兹力。

非静电力场强（非静电力场强（单位正电荷所受的力）单位正电荷所受的力）:

动生电动势为：

动生电动势为：

+1、动生电动势动生电动势只存在于只存在于运动运动的导体上，不运动的的导体上，不运动的导体没有动生电动势。

导体没有动生电动势。

结结论论2、电动势的产生、电动势的产生并不要求导体必须构成回路并不要求导体必须构成回路，构，构成回路仅是形成电流的必要条件。

成回路仅是形成电流的必要条件。

3、要产生动生电动势，导体必须切割磁感线。

、要产生动生电动势，导体必须切割磁感线。

导线导线AB在单位时间内在单位时间内扫过的面积为：

扫过的面积为：

ABCDAB通过这面积的磁感线数为：

通过这面积的磁感线数为：

动生电动势等于：

动生电动势等于：

运动导线在单位时间内切割的磁感线条数运动导线在单位时间内切割的磁感线条数动生电动势：

动生电动势：

讨讨论论

（1）

（2）只有一段导体在磁场中运只有一段导体在磁场中运动，没有闭合回路动，没有闭合回路ABv-+此时此时AB是一开路电源是一开路电源（导体没有切割磁力线）（导体没有切割磁力线）2动生电动势动生电动势三、动生电动势的计算三、动生电动势的计算方法方法二：

二：

方法方法一：

一：

仅适用于切割磁力线的导体仅适用于切割磁力线的导体1）式式2）式式适用于一切回路适用于一切回路中的电动势中的电动势的计算（与材料无关）的计算（与材料无关）如如图，导体图，导体棒棒ab在均匀磁场中运动且在均匀磁场中运动且与例与例1得到同样得到同样结果结果例例1.设有长方形回路放置在稳恒磁场中，设有长方形回路放置在稳恒磁场中，ab边可以左边可以左右滑动，如图磁场方向与回路平面垂直，设导体以速右滑动，如图磁场方向与回路平面垂直，设导体以速度度v向右运动，求回路上感应电动势的大小及方向。

向右运动，求回路上感应电动势的大小及方向。

解：

解：

取取顺顺时针为回路绕向，时针为回路绕向，负号负号表示感应电动势的方向沿表示感应电动势的方向沿逆逆时针方向。

时针方向。

abcd设设ab=l，da=x，则通过回路，则通过回路的磁通量为的磁通量为xo例例5.如图所示，一长直导线通有电流如图所示，一长直导线通有电流I，在与它相距，在与它相距d处有一矩形线圈处有一矩形线圈ABCD，此线圈以速度，此线圈以速度v沿垂直长直导沿垂直长直导线方向向右运动，求这时线圈中的感应电动势。

线方向向右运动，求这时线圈中的感应电动势。

v解：

解：

此线圈此线圈AB和和CD边不产生电动势，边不产生电动势，只有只有AD和和BC边产生电动势边产生电动势沿沿ADCB方向方向与例与例2得到同样得到同样结果结果解：

解：

设回路设回路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在任意坐标x处取一处取一面元面元例例2.如图所示，一长直导线通有电流如图所示，一长直导线通有电流I，在与它相距，在与它相距d处有一矩形处有一矩形线圈，线圈，此线圈以速度此线圈以速度v沿垂直长直导线方向沿垂直长直导线方向向右运动，求这时线圈中的感应电动势。

向右运动，求这时线圈中的感应电动势。

（方向为顺时针）（方向为顺时针）v例例6.如如图图所所示示，一一长长直直导导线线中中通通有有电电流流I=10A，在在其其附附近近有有一一长长l=0.2m的的金金属属棒棒AB，以以v=2m/s的的速速度度平平行行于于长长直直导导线线作作匀匀速速运运动动，如如棒棒的的近近导导线线的的一一端端距离导线距离导线d=0.1m，求金属棒中的动生电动势。

，求金属棒中的动生电动势。

解解由于金属棒处在通电由于金属棒处在通电导线的导线的非均匀磁场非均匀磁场中，因中，因此必须将金属棒分成很多此必须将金属棒分成很多长度元长度元dx，这样在每一个，这样在每一个dx处的磁场可以看作是均处的磁场可以看作是均匀的，其磁感应强度的大匀的，其磁感应强度的大小为小为IlvxABddx式中式中x为长度元为长度元dx与长直导线之间的距离与长直导线之间的距离i的指向是从的指向是从B到到A，即，即A点的电势比点的电势比B点的高。

点的高。

由由于于所所有有长长度度元元上上产产生生的的动动生生电电动动势势的的方方向向都都是是相相同同的的，所所以金属棒中的总电动势为以金属棒中的总