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东北大学大学物理课件第九章 电磁感应剖析

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【高等教育】大学物理电磁感应课件

【高等教育】大学物理电磁感应课件
dt
?
2. 通过回路的电量大小：q
m
R
3. 感应电动势可分为：动生电动势和感生电动势。
(请看录像 )
Chapte作r 1者2：杨电茂田磁 感 应
2 动生电动势
Chapte作r 1者2：杨电茂田磁 感 应
一、动生电动势
非静电力：洛沦兹力 fv
fv qv B
非静电力场强：
Ek
fv q
vB
三、两种形式的感应电动势
()
电源电动势： Ei Ek dl ()
动生电动势：磁场不变，导体位置或回
感应电动势
路形状发生变化。
感生电动势： 磁场变化，导体位置或回
路形状不变。
Chapte作r 1者2：杨电茂田磁 感 应
1.
法拉第电磁感应定律：Ei
dm
dt
规定回路正绕向
m (t) ?
Ei
dm
课堂练习 如图，无限长载流直导线与正方形导线框共面 且相对位置不变，导线中电流以恒定速率J0增长，已知a、 b，求导线框内的感应电动势。
提示 穿过导线框的磁通量：
m
B dS
0 Ia 2
ln(1
a b
)
S
Ei
dm
dt
dI dt
J0
答案：
Ei
0aJ 0 2
ln(
a
a
b)
I(t)
Fe Ei v fv B
()
()
Ei Ek dl (v B) dl
()
()
Chapte作r 1者2：杨电茂田磁 感 应
☻
可以证明：Ei
() (v B)dl
d
dt
，只不过此处

大学物理电磁感应(PPT课件)

大学物理电磁感应(PPT课件)



B Ek dl (v B) dl

(2) 只有一段导体在磁场中运 动，没有闭合回路
× ×
×B
++
× (3) 若 v // B ，则 v B 0 i 0 （导体没有切割磁力线） ×
此时AB是一开路电源
× × ×A
fe eE
dΦ 1. i只与 成正比，而不是与Φ或dΦ成正比。 dt 2 .设回路中电阻为R，则
1 dΦ Ii R R dt 1 dq dΦ dq R Ii dt 设在t1和 t2 时刻，通过回路的磁通量分别为1和 2， 则在t1 t2时间内，通过回路任一截面的感应电量为：

B
i的指向是从B到A，即A点的电势比B点的高。
例17.4 在磁感应强度为B的均匀磁场中一根长为L 的导体棒OA在垂直于磁场的平面上以角速度 绕固 定轴O旋转，求导体棒上的动生电动势。 × × × 解：磁场均匀但导体棒上各处v不 × v A 相同。在距O端为l 处取一线元dl， × × l× × A dl i (v B) dl （dl 方向为O A） O
i 0
0
d 0 dt
感应电动势的方向与绕行方向相同
n
i
B
S N
i 0
d 0 dt
感应电动势的方向与绕行方向相同
n
i
B
S N
0 i 0
d 0 dt
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
B
B
I
S
v
S
I
N
N
说 明
动生电动势方向：A O O端电势高

大学物理电磁感应课件

大学物理电磁感应课件

通过线圈的磁通链数为
2b N 0I adx N 0Ia ln 2b
b 2 x
2 b
所以，线圈与长导线的互感为
M N 0a ln 2 I 2
图(b)中，直导线两边的磁感应强度方向相反且以导 线为轴对称分布，通过矩形线圈的磁通链为零，所 以M＝o.这是消除互感的方法之一.
两个有互感耦合的线圈串联后等效于一个自感线圈， 但其等效自感系数不等于原来两线圈的自感系数之 和.见图10.14，其中图10.14(a)的联接方式叫顺接， 其联接后的等效自感L为
“电磁惯性”。
4、自感的利弊 自感现象在电工、电子技术中有广泛的应用。如日 光灯镇流器,自感与电容组成的谐振电路和滤波器等。
但过大的自感电动势也是造成回路短路的原因。 *计算自感系数的步骤 ①先求自感线圈中的B值；
②再求通过 1 匝线圈的m 及 N 匝的 m ； ③最后由定义求 L m I 。
11.4.2 互感应
身电流的变化而引起
L
本线圈所围面积里磁 通的变化，并在回路
ii
中激起感应电动势的
现象，叫自感现象。
2、自感系数 一个密绕的N匝线圈，每一匝可近似看成一条闭合 曲线,线圈中电流激发的穿过每匝的磁通近似相等， 叫自感磁通，记作Φ自
B
I
则通过N匝线圈的磁通为
自 N 自
式中称之为磁链
(1)L的引入
设回路中电流为I，如果回路的几何形状及大小不变， 且回路中又无铁磁物质，则实验表明穿过该回路的
如图10.12，两个邻近的线圈(1)和线圈(2)分别通有电 流I1和I2.当其中一个线圈的电流发生变化时，在另一 个线圈中会产生感生电动势.这种因两个载流线圈中 的电流变化而相互在对方线圈中激起感应电动势的 现象叫互感应现象.

大学物理课件 电磁感应

大学物理课件 电磁感应

. B. . .
OA
1 2
BL21
OB
1 2
BL22
AB
OB
OA
1 2
B(
L22
L21 )
例4. 一直导线CD在一无限长直电流磁场中作切 割磁力线运动。求：动生电动势。
解： 方法一
d ( B) dl
I
B
0I sin 900 dl cos1800 2l
l
dl
0I dl 2l
方向：由楞次定律可知为顺时针方向 abc d
8 - 2 动生电动势和感生电动势
一、动生电动势
m B dS B dS cos
S
S
磁场不变,由于导体在磁场中运动而
使回路面积或面积取向发生变化而产生
的感应电动势。
. . . . . v.t . . . .B . . . . . . . . . . . . . . . l. . v. . . ...............
C
D
ab
0I 2
aa b
dl l
方向 D C
0I ln a b
2
b
方法二: 作辅助线，形成闭合回路CDEF
m B • dS BdS
S
S
0 Ir ln a b
2
a
I
方向 D C
X
i
d m dtCFra bibliotekD( 0 I ln a b ) dr a
b
2 a dt
0 I ln a b
电流
产生 磁场
电磁感应
实验 1831年法拉第
产生
闭合回路 m 变化
感应电流
法拉第(Michael Faraday, 1791-1867)，伟大的英国物理 学家和化学家.他创造性地提出 场的思想，磁场这一名称是法 拉第最早引入的.他是电磁理论 的创始人之一，于1831年发现 电磁感应现象，后又相继发现 电解定律，物质的抗磁性和顺 磁性，以及光的偏振面在磁场 中的旋转.

《大学物理下教学课件》电磁感应课件

《大学物理下教学课件》电磁感应课件

答案与解析
2.【答案】法拉第电磁感应定律：当磁场发生变化时 ，会在导体中产生电动势。楞次定律：闭合电路中感 应电流的方向总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化 。
1.【答案】电磁感应是指当磁场发生变化时，会在导 体中产生电动势，从而产生电流的现象。基本原理是 英国物理学家迈克尔·法拉第发现的法拉第电磁感应 定律，即变化的磁场会产生电场，从而在导体中产生 电动势。
答案与解析
5.【答案】实验步骤
将线圈连接到电流计 上。
准备一个线圈、一个 磁铁和一个电流计。
答案与解析
1
将磁铁快速插入线圈中，观察电流计的读数变化。
2
将磁铁缓慢插入线圈中，观察电流计的读数变化。
3
根据观察到的电流计读数变化，可以验证法拉第 电磁感应定律。
THANK YOU
感谢聆听
Байду номын сангаас
02
01
03
电磁感应实验装置
包括磁场线圈、导轨、滑线电刷、测量仪表等。
电源
提供稳定的直流电源或可调交流电源。
测量仪表
电流表、电压表、功率表等。
实验步骤与注意事项
实验步骤 1. 连接实验设备，确保电源连接正确，测量仪表调整至零位。
2. 打开电源，调整磁场线圈的电流，观察感应电动势的变化。
实验步骤与注意事项
《大学物理下教学课件》电磁 感应课件
目
CONTENCT
录
• 引言 • 电磁感应的基本原理 • 电磁感应的应用 • 实验：电磁感应现象的观察 • 习题与解答
01
引言
课程简介
课程名称
《大学物理下教学课件》
适用对象
大学物理专业学生
教学目标
通过学习电磁感应，使学生掌握电磁感应的基本原理、 定律及其应用。

物理版课件第九章电磁感应第2讲

物理版课件第九章电磁感应第2讲

达到稳定值经历的时间大于t0
√C.若线圈中插入铁芯，上述过程中电路达到
图8
稳定时电流值仍为I
D.若将线圈匝数加倍，上述过程中电路达到稳定时电流值仍为I
变式3 (2018·南京市三模)如图9所示，电源电动势为E，其内阻r不可忽略，L1、 L2是完全相同的灯泡，线圈L的直流电阻不计，电容器的电容为C.下列说法正确 的是
2.说明 (1)当 ΔΦ 仅由 B 的变化引起时，则 E＝nΔΔBt·S；当 ΔΦ 仅由 S 的变化引起时，则 E＝nBΔ·ΔtS；当 ΔΦ 由 B、S 的变化同时引起时，则 E＝nB2S2－ΔtB1S1≠nΔBΔ·tΔS. (2)磁通量的变化率ΔΔΦt 是 Φ－t 图象上某点切线的斜率.
例1 (2018·常州市一模)如图2甲所示，单匝正方形线框abcd的电阻R＝0.5 Ω，边长 L＝20 cm，匀强磁场垂直于线框平面，磁感应强度B随时间t的变化规律如图乙所 示.求：
运动时，则下列说法正确的是
A.金属棒a、b两端点间的电势差为0.2 V
√B.水平拉金属棒的力的大小为0.02 N
√C.金属棒a、b两端点间的电势差为0.32 V
D.回路中的发热功率为0.06 W
图6
变式2 (多选)两条平行虚线间存在一匀强磁场，磁感应强度方向与纸面垂直.边
长为0.1 m、总电阻为0.005 Ω的正方形导线框abcd位于纸面内，cd边与磁场边界
D.环中产生的感应电动势大小为2 V
图11
12345
2.(2018·东台创新学校月考)一单匝矩形线框置于匀强磁场中，线框平面与磁场
方向垂直.先保持线框的面积不变，将磁感应强度在1 s时间内均匀地增大到原
来的两倍.接着保持增大后的磁感应强度不变，在1 s时间内，再将线框的面积

高考物理总复习 第九章 第1节 电磁感应现象 楞次定律课件


C．ab 向左运动，同时增大磁感应强度 B
D．ab 向右运动，同时增大磁感应强度 B 和 θ 角(0°<θ<90°)
ppt精选
13
解析：设此时回路面积为 S，据题意，磁通量 Φ＝BScos θ，对 A，S 增大，θ 减小，cos θ 增大，则 Φ 增大，A 正确；对 B，B 减小，θ 减小，cos θ 增大，Φ 可能不变，B 错误；对 C，S 减 小，B 增大，Φ 可能不变，C 错误；对 D，S 增大，B 增大，θ 增大，cos θ 减小，Φ 可能不变，D 错误。
电流表的变化
C．将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接，往线圈
中插入条形磁铁后，再到相邻房间去观察电流表的变化
D．绕在同一铁环上的两个线圈，分别接电源和电流表，在给
线圈通电或断电的瞬间，观察电流表的变化
ppt精选
11
解析：只形成闭合回路，回路中的磁通量不变化，不会产生感 应电流，A、B、C 错误；给线圈通电或断电瞬间，通过闭合回 路的磁通量变化，会产生感应电流，能观察到电流表的变化，D 正确。 答案：D
ppt精选
2
第1节
电磁感应现象 楞次定律
电磁感应现象
1．磁通量
[必备知识]
(1)定义：磁场中穿过磁场某一面积S的 磁感线条数定义为穿
过该面积的磁通量。
(2)公式：Φ＝ BS 。
(3)单位：1 Wb＝ 1 T·m2 。
(4)磁通量是标量，但有正负之分，若规定磁感线从正面穿
入时磁通量为正，则磁感线从反面穿入时磁通量为负。
ppt精选
16
[典题例析] (2014·盐城模拟)某同学设计了一个电磁冲击钻，其原理示意 图如图 9－1－3 所示，若发现钻头 M 突然向右运动，则可能是

大物课件11电磁感应


----变化的磁场产生电场
(1)S面是L环路包围的任意曲面
(2)S正方向与L环绕方向成右手螺旋法则
讨论：(1)静电场与感生电场
静止电荷产生的静电场: 电场线起始于
正电荷，终止于负电荷，环流为零
1
E dS q
S静
0
L E静 dl 0 ----保守力场
变化的磁场产生的感生电场: 电场线闭
2
d 21 dt
d 21 dI1
dI1 dt
M 21
方法二：
(1) 约定 与线圈平面法线满足右手螺旋
(2) 先任意假定 的正方向，判断法线方
向，尽可能让法线与B方向一致
(3)判断的正负， 0
(4)判断 d
d
的正负，
0
n
dt
dt
(5)根据 d 判断 的正负
dt
(6)若正，则与假定一致
N
若负，则与假定相反
讨论：
(1) 闭合回路电阻为R时有
x l1
2 x
d dr c
r
线框中的感应电动势为
i
d dt
0 Il1l2 2x(x l2 )
dx dt
0Il1l2v
I a l2 b
2x(x l2 )
由楞次定律知i 的方向为 l1
顺时针方向
dc
动生、感生电动势
一、 电动势的表达式
d
i
dt
二、 电动势对应的非静电力？ 正极
负极 Ene dl
R
,r
A
BA
BA
B
U AB Ir
IR Ir
U AB Ir
U AB
感应电流对应的电动势？
二、法拉弟电磁感应定律

大学物理第9章


）时，
一、动生电动势
i ( v B ) d l vB dl sin 1 cos 2



4.动生电动势计算方法及举例
① 确定导体处磁场 B 和dl 的方向;
②确定 v 和 B 的夹角1；
③确定 v×B 的与 dl 的夹角 2；
④分割导体元dl，求导体元上的电动势d i



v o
ω


i



B

由楞次定律可判断动生电动势的方向沿导体棒指向O。
• 27 •
与用动生电动势的方法计算的结果相同。
例2:（补充） 在通有电流 I 的无限长载流直导线旁，距 a 垂直放置一长为 L 以速度v 向上运动的导体棒，求导体 棒中的动生电动势。
解1：由动生电动势定义计算 由于在导体棒处的磁感 应强度分布是非均匀的，导 体上各导体元产生的动生电 动势也是不一样的，分割导 体元 dx 。 导体元处的磁场 B 为：
B
v
I o a x dx L B x
0I
2 x
v和B的夹角 1 / 2 v×B的与dx的夹角 • 28 •
v×B的方向沿－x。

一、动生电动势
i ( v B ) d l
vB dl sin 1 cos 2



B 的夹角； 2 为 v×B 与 dl 的夹角。 讨论特殊情形：
1 为v与





Fm



大学物理第九章+电磁感应


S
的频率传送到放大器和
话筒。
17
9-1 电磁感应
通过改变拾音器中导
线的匝数即可改变线
N
圈回路中的感应电流
S
和感应电动势的大
N
小，这样可以控制线
线圈
圈对弦振荡的相对灵
敏度，因此使用电吉
他能更好地控制声音。
S
金属吉他弦
磁体
18
三、Lentz定律
1. Lentz定律的表述
闭合回路中感应电流的方向，总是使得它所激发的磁 场的磁通量阻碍引起感应电流的原磁通量的变化。
感应电动势的方向dΦ
dt
dΦ = Φ(t + dt) −Φ(t)
B
B
N
N
ε i 与回路选择无关
24
9-1 电磁感应
4. 感应电流和感应电量
设闭合导体回路的负载为R，电动势为ε，则感应电流
I = ε = − 1 dΦ
R
R dt
在时间间隔t2-t1内，流过的感应电荷为
感应电流——电磁感应现象中产生的电流。 感应电动势——电磁感应现象中产生的的电动势。
产生感应电动势才是电磁感应的实质
15
9-1 电磁感应
思考题2 电吉他的工作原理
(1)电吉他是怎样 利用弦的振动来 发音的？(2)通过 什么方法可以调 节电吉他的发音 频率？（3）是什 么使电吉他的声 音如此优美呢？
• 磁体能使邻近铁块感应带 磁
• …… • 所以, 磁也可能产生电 8
9-1 电磁感应定律
1834 楞次(Lenz)
楞次定律
1845 诺埃曼(Neumann) 电磁感应数学表达
1864 麦克斯韦(Maxwell) 麦克斯韦电磁场理论
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假设以被实验验证。
b
从中看出：
只有做切割磁力线运动时
动
d 动 ，其中
d
(v
B)
动 dl
(vB
sin
)
cosdl
L
方向： v B l
动生电动势的计算
1 电磁感应定律---适于闭合回路
a）某时刻 t （t） B dS
b）i
d
dt
d S B dS
dt S
c）方向： 楞次定律
2a）定当义法B---常C用且于导求体解平一动段时不闭i 合导（体v
h l2 h
0i 2x
l1dx
a
d
0 i0 l1
h ln
l2
sint
2
h
x dx
i
dm
dt
0i0l1 ln h l2 cost
2
h
两类实验现象 导线或线圈在磁场中运动 线圈内磁场变化
感应电动势 动生电动势 感生电动势
产生原因、规 律不相同
都遵从电磁感应定律
§9-2 动生电动势与感生电动势
一、动生电动势
动生电动势是由于导体或导体回路在恒定磁场中
运动而产生的电动势。
? 非静电力 产生 a
G i vl
动生电动势
m B S BLx
动
d m dt
BLv
方向：楞次定律
b
补充内容：电源电动势
电源
恒定电势差
稳恒电场
E ' 非静电场 E
静电场
恒定电势差
电荷 q从 B 出发绕行一周，场力的功为
G
而激发的电动势。
电磁感应
动生电动势 非静电力 洛仑兹力
? 感生电动势 非静电力
2、 麦克斯韦假设： 变化的磁场在其周围空间会激发一种涡旋状的电场，
称为涡旋电场或感生电场。记作 E或涡 E感
感生电动势 非静电力 感生电场力
由电动势的定义 i E涡 dl
l
由法拉第电磁感应定律
i
பைடு நூலகம்
d
dt
i
E涡
l
求动生电动势
I v
A
x dx
a
L
解：
d i
(v
B) dl
0I vdx
B
2x
方向逆x轴
i
aL
a di
aL
a
0I 2x
vdx
0I v ln a L
2
a
1）
B
60o
v
2）
R O
B v
3） B
l
l
v
30o
4） a
Il
v
R b
二、感生电动势和感生电场
1、感生电动势
S
N
由于磁场发生变化
一、法拉第电磁感应定律
1、基本电磁感应现象 2、电磁感应现象的产生条件
通过某一闭合回路的磁通量随时间发生变化， 闭合回路产生电磁感应现象。
3、法拉第电磁感应定律 不论任何原因使通过回路面积的磁通量发生变
化，回路中产生的感应电动势与磁通量对时间的变 化率成正比。
即： K d
dt
式中为K 比例系数，在（SI）中K 取1，则：
不是积分回路线元上的磁感应强度的变化率
i
E涡
l
dl
(
S
B t
dS )
③
E涡与
B t
构成左旋关系。
B
t E涡
B
E涡
t
应明确以下几点：
无论在真空中 （或是介质中）是否有导体 存在，只要dB ，0就有 ；EK
在dB 的0 空间有导体时， 对E自K 由 电子提供作 用力，称为涡旋电场力； FK (e)EK
闭合回路中感应电流的方向，总是使得它所激发 的磁场来阻止或补偿引起感应电流的磁通量的变化。
感应电流的效果反抗引起感应电流的原因
a
感应电流
v f
b 感应电流
产生
阻碍 产生 阻碍
导线运动 磁通量变化
判断感应电流的方向：
1、判明穿过闭合回路内原磁场 的方向；
2、根据原磁通量的变化,m
v f
平衡时 Fe f
b
此时电荷积累停止，ab 两端形成稳定的电势差。
洛仑兹力是产生动生电动势的根本原因。
动生电动势的公式
非静电力 f (e )v B
定义 E为k 非静电场强
Ek
f e
v B
由电动势定义 i Ek dl
运动导线ab产生的动生电动势为：
a
i Ek dl (v B ) dl
dl
d
dt
d dt
(
S
B
dS )
S
B t
dS
讨论
i
E涡
l
dl
(
S
B t
dS )
①此式反映变化磁场和感生电场的相互关系，即感生
电场是由变化的磁场产生的。 ②S 是以L为边界的任一曲面。
S 的法线方向应选得与曲线L
S L
S
的积分方向成右手螺旋关系
B t 是曲面上的任一面元上磁感应强度的变化率
第九章 电磁感应
（本章研究电磁感应现象的基本规律、两类感应现象及磁场的能量）
§9-1 电磁感应定律 §9-2 动生电动势与感生电动势 §9-4 自感应与互感应 §9-5 磁场的能量
基本内容
电磁感应定律
动生电动势
感生电动势
涡旋电场 位移电流
麦克斯韦方程组
自感 互感 电磁场能量
§9-1 电磁感应定律
B） dl
Blv
相垂直的分量起作用
l
b）对d非i 均（匀v磁场B中）一dl段导线（i 或导（l 线v在磁B）场中dl转动）
方向： v B 顺着 l
应用举例
例1 导线L在匀强磁场中绕O以做匀速转动 求：i
A
dL L
O
方向均指向A
L
i Bvdl Bldl
L
0
1 BL2
2
方向：OA
例 如图 已知I，L，v
按照楞次定律的要求确定感
应电流的磁场的方向； 3、按右手法则由感应电流磁场的
方向来确定感应电流的方向。
m B感与B反向 m B感与B同向
B感 B感
S
Ii
N
B
S
Ii
N
B
[例] 无限长直导线 i i0 sint
共面矩形线圈 abcd
h l2
b
c
已知: l1 l2 h 求: i
i
l1
解:
m
B
dS
d
dt
若线圈密绕N 匝，则：
N d d
dt dt
其中 N叫磁通链。
式中的负号反映了感应电动势的方向。（楞次定律）
感应电流：
i N d
R R dt
感应电量：
在t1 到t2 时间间隔内通过导线任一截面的感应电量：
(dq Idt )
t2
q Idt
t1
1 R
(1
2
)
二、楞次定律 (判断感应电流方向)
B B
A q (E E') dl q E dl
A
A
A
q E' dl q E dl
B
B
L
q E' dl q E' dl
A +++++
E E’ -----
B
A
L
A
E' dl
qL
当 q 1 A
故是在非静电场作用下，使单位正电荷绕行一周时，非
静电场所做的功
动生电动势的成因
导线内每个自由电子受到的 洛仑兹力为:
f (e )v B
a++ + ++
B v
非静电力
f
它驱使电子沿导线由a 向b 移动。 b
由于洛仑兹力的作用使b 端出现过剩负电荷，a 端出 现过剩正电荷 。
在导线内部产生静电场 E
方向ab
a++ + ++
Fe B
电子受的静电力
Fe eE