大学物理演示(赵)电磁感应

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1、 法拉第法拉第（Michael Faraday, 1791-1867），伟大的英国物理学），伟大的英国物理学家和化学家家和化学家.他创造性地提出场的他创造性地提出场的思想，磁场这一名称是法拉第最思想，磁场这一名称是法拉第最早引入的早引入的.他是电磁理论的创始人他是电磁理论的创始人之一，于之一，于1831年发现电磁感应现年发现电磁感应现象，后又相继发现电解定律，物象，后又相继发现电解定律，物质的抗磁性和顺磁性，以及光的质的抗磁性和顺磁性，以及光的偏振面在磁场中的旋转偏振面在磁场中的旋转.磁铁与闭合回路之间磁铁与闭合回路之间存在相互运动存在相互运动闭合回路中一段导体作切闭合回路中一段导体作切割磁力

2、线运动割磁力线运动RNooiBne闭合线圈在不变的磁场闭合线圈在不变的磁场中转动中转动第十四章第十四章 电磁感应电磁感应 14-1 14-1 电磁感应定律电磁感应定律* *14.1.114.1.1电磁感应现象电磁感应现象( (导体回路中一部分切割磁力钱导体回路中一部分切割磁力钱) )变化S2 2）不变B1 1）不变S变化（各种原因）B3 3）不变B不变S之间夹角变化和SB（线圈在磁场中转动）SdB磁通量总之总之发生变化发生变化感应电流感应电流电磁感应现象电磁感应现象电动势电动势定义：定义：把单位正电荷从负极板通过电源内部移到正极板，把单位正电荷从负极板通过电源内部移到正极板，非静电场所作的功非

3、静电场所作的功, 即即普遍表达式普遍表达式静电场为保守场，静电场为保守场，线不闭合线不闭合E说明稳恒电路中必须有非静电场力作功！说明稳恒电路中必须有非静电场力作功！电源电源+EneE14.1.2 14.1.2 电源电源 电动势电动势neAq定义非静电场强：定义非静电场强：neneFEqneFdrqneEdr()电源内方向：电源内部负极方向：电源内部负极正极正极电动势电动势LnerdE则idtd0式中式中“”则iodtd,如图（）如图（）如图（）如图（）导体回路是匝串联而成导体回路是匝串联而成 则则dtdNi叫磁通链，式中，单位伏特iiddt(a)(a)(b)(b)14.1.314.1.3法拉弟

4、电磁感应定律法拉弟电磁感应定律导体回路中感应电动势导体回路中感应电动势 的大小与穿过该回路的磁的大小与穿过该回路的磁通量的变化率通量的变化率 成正比，其数学表达式为成正比，其数学表达式为dtdidtdi14.1.414.1.4楞次定律楞次定律闭合回路中，感应电流的流动方向，总是使该电流激闭合回路中，感应电流的流动方向，总是使该电流激发的磁场去阻碍引起感应电流的磁通量的变化发的磁场去阻碍引起感应电流的磁通量的变化如图所示如图所示（）（）（）（）图图N NN N14.2动生电动势动生电动势典型装置如图典型装置如图NSBvlabB均匀磁场均匀磁场导线导线abab在磁场中运动电动势怎么计算？在磁场中运

5、动电动势怎么计算？1.1.中学知道的方法：中学知道的方法：iBl 右手法则定方向右手法则定方向abi2. 2. 由法拉第电磁感应定律由法拉第电磁感应定律 Blx t ixBltt ddddBl负号说明电动势方向与所设方向相反负号说明电动势方向与所设方向相反任意时刻，回路中的磁通量是任意时刻，回路中的磁通量是L3.3.由电动势与非静电场强的积分关系由电动势与非静电场强的积分关系非静电力洛仑兹力非静电力洛仑兹力fmmfqB KqBEBq Bld ()aibBl deaBb设电源电动势的方向是上式的积分方向设电源电动势的方向是上式的积分方向 ibaB lBl d00正号说明：电动势方向与所设方向一致

6、正号说明：电动势方向与所设方向一致tidd1)1)式式 ibaBl d仅适用于切割磁力线的导体仅适用于切割磁力线的导体适用于一切回路适用于一切回路中的电动势的计算（与材料无关）中的电动势的计算（与材料无关）2)2)式式对洛伦兹力是非静电力而不做功的讨论：对洛伦兹力是非静电力而不做功的讨论： 自由电子受总洛伦兹力：自由电子受总洛伦兹力：Fe uBv电子受洛伦兹力的功率：电子受洛伦兹力的功率：VFP总的洛伦兹力不对自由电子做功总的洛伦兹力不对自由电子做功 , Buef洛伦兹力起能量转化的作用，洛伦兹力起能量转化的作用，它只传递能量，不提供能量。它只传递能量，不提供能量。 0f:f 为使棒以为使棒以

7、 v 匀速运动匀速运动, 施加外力施加外力 克服洛伦兹力的克服洛伦兹力的一个分力一个分力ff u veuBe Buvv0() ()ffu v0ff vvufff0f14.3 14.3 感生电动势和感生电场感生电动势和感生电场不论回路的形状及导体性质和温度如何，只要磁场变不论回路的形状及导体性质和温度如何，只要磁场变化导致穿过回路磁通量发生了变化，在回路产生了感化导致穿过回路磁通量发生了变化，在回路产生了感生电动势生电动势dtdi麦克斯韦提出：变化的磁场在其周围空间激发一种新麦克斯韦提出：变化的磁场在其周围空间激发一种新的电场，称为感生电场或有旋场，用的电场，称为感生电场或有旋场，用 表示表示k

8、EikldE dldtklBEdldSt dB dSdtBdSt变化的均匀磁场)(tBB sdtBl dELkabkEkEc2)(2rdttdBrEk内rdttdBEk)(21内2)(2RdttdBrEk外rRdttdBEk1)(212外涡旋电场是非保守场涡旋电场是非保守场不能引入电势概念！不能引入电势概念！例：同一时刻 b、c 两点间电动势可有很多值。外kE外kEbcbc弧0dddktlEL 感生感生电场是电场是非非保守场保守场 和和 均对电荷有力的作用均对电荷有力的作用.kE静E感生电场和静电场的感生电场和静电场的对比对比0d LlE静 静静电场是保守场电场是保守场 静静电场由电荷产生；电

9、场由电荷产生； 感生感生电场是由变化的磁场电场是由变化的磁场产生产生 .求：求：?iI Ia ab bc cvaIB201)(202baIBl dBvi11cvB1aIvc20l dBvi22cvB2)(20baIvc21iii)11(20baaIvc)(20baaIvbc例：例：I I(t)(t)a ab bc c求：求：?idtdi?r rdrdrSdBcdrrIbaa20baardrIc20abaIcln20dtdidttdIabac)()ln2(0如果加如果加?ivv例：例：解解lBdvLllB0di0dLEB lv2i12EBLi() ddEBlv 例例1 一长为一长为 的铜棒在磁感

10、强度为的铜棒在磁感强度为 的均匀的均匀磁场中磁场中,以角速度以角速度 在与磁场方向垂直的平面上绕在与磁场方向垂直的平面上绕棒的一端转动，棒的一端转动，求求铜棒两端的感应电动势铜棒两端的感应电动势. LB+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +oPB（点点 P 的电势高于点的电势高于点 O 的电势）的电势） 方向方向 O PiEvld 例例2 矩形框与矩形框与 的均匀磁场相垂直的均匀磁场相垂直.框上框上,有一质有一质量为量为 长为长为 的可移动的细导体棒的可移动的细导体棒,矩形框还接有一矩形框还接有

11、一个电阻个电阻 .若开始时若开始时,细导体棒以速度细导体棒以速度 试求棒的速率试求棒的速率随时间变化的函数关系随时间变化的函数关系. mlBR0v解解 如图建立坐标如图建立坐标棒所受安培力棒所受安培力Rv22lBIBlF方向沿方向沿 轴反向轴反向oxF+lRBvoxMNiEBlv棒中棒中且由且由MNI棒的运动方程为棒的运动方程为Rvv22ddlBtm则则ttlB022ddmRvvvv0tlB)(22emR0vv 例例 3 半径为半径为R ,高度为高度为h 的铝圆盘的铝圆盘,电导率电导率 . 均匀磁场均匀磁场, 磁场方向垂直盘面磁场方向垂直盘面.求求:盘内的感应电流值盘内的感应电流值.（圆盘内感