《大學(xué)物理：第8章 電磁感應(yīng)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《大學(xué)物理：第8章 電磁感應(yīng)（34頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、12 法拉第法拉第（Michael Faraday, 1791-1867），偉大的英國(guó)物理學(xué)），偉大的英國(guó)物理學(xué)家和化學(xué)家家和化學(xué)家.他創(chuàng)造性地提出場(chǎng)的他創(chuàng)造性地提出場(chǎng)的思想，磁場(chǎng)這一名稱是法拉第最思想，磁場(chǎng)這一名稱是法拉第最早引入的早引入的.他是電磁理論的創(chuàng)始人他是電磁理論的創(chuàng)始人之一，于之一，于1831年發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)年發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，后又相繼發(fā)現(xiàn)電解定律，物象，后又相繼發(fā)現(xiàn)電解定律，物質(zhì)的抗磁性和順磁性，以及光的質(zhì)的抗磁性和順磁性，以及光的偏振面在磁場(chǎng)中的旋轉(zhuǎn)偏振面在磁場(chǎng)中的旋轉(zhuǎn).34一一 電磁感應(yīng)現(xiàn)象電磁感應(yīng)現(xiàn)象2022-6-15NSBv二二 楞次定律楞次定律 閉合的導(dǎo)線回路中所閉合
2、的導(dǎo)線回路中所出現(xiàn)的感應(yīng)電流，總是使出現(xiàn)的感應(yīng)電流，總是使它自己所激發(fā)的磁場(chǎng)反抗它自己所激發(fā)的磁場(chǎng)反抗任何引發(fā)電磁感應(yīng)的原因任何引發(fā)電磁感應(yīng)的原因（反抗相對(duì)運(yùn)動(dòng)、磁場(chǎng)變（反抗相對(duì)運(yùn)動(dòng)、磁場(chǎng)變化或線圈變形等）化或線圈變形等）.F6NBSvNSBv用楞次定律判斷感應(yīng)電流方向II7 當(dāng)穿過閉合回路所圍當(dāng)穿過閉合回路所圍面積的磁通量發(fā)生變化時(shí)，面積的磁通量發(fā)生變化時(shí)，回路中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，回路中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，且感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)正比于磁通且感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)正比于磁通量的時(shí)間變化率量的時(shí)間變化率.三三 電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)定律tkddiE國(guó)際單位制國(guó)際單位制1k韋伯韋伯iE伏特伏特8 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)
3、的方向0ddtNB0iEiE與回路取向相與回路取向相反反tddiE0（ 與回路成與回路成右右螺旋）螺旋）B2022-6-15NB00ddt當(dāng)線圈有當(dāng)線圈有 N 匝時(shí)匝時(shí)tNddiEtddiE0iEiE與回路取向相與回路取向相同同10RNooiBne 例例1 在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中, 置有面積為置有面積為 S 的可繞的可繞 軸轉(zhuǎn)動(dòng)的軸轉(zhuǎn)動(dòng)的N 匝線圈匝線圈 . 若線圈以角速度若線圈以角速度 作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)作勻速轉(zhuǎn)動(dòng). 求求線圈線圈 中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).11已知已知 , , NS求求E解解設(shè)設(shè) 時(shí)時(shí),0tBne與與 同向同向 , 則則ttNBSNcostNBStsinddE令令NBSmEt
4、sinmEE 則則R RNooiBne12tsinmEE tItRisinsinmmERImmE 可見可見,在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈內(nèi)的感應(yīng)電速轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈內(nèi)的感應(yīng)電電流是時(shí)間的正弦函數(shù)電流是時(shí)間的正弦函數(shù).這這種電流稱種電流稱交流電交流電.RNooiBne13ILabxdx例例2： 在通有電流為在通有電流為 I = I0 cos t 的長(zhǎng)直的長(zhǎng)直載流導(dǎo)線旁，放置一矩形回路，如圖所示，載流導(dǎo)線旁，放置一矩形回路，如圖所示，求回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。求回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。解：解：xIB20如圖所示取一窄帶如圖所示取一窄帶dx，S SB BddmB Bn n，1cosxocosBdS14
5、BdSdmmmdLdxxI20 xdxILba20abILln20ILabxdxxo15dtdmiabtLIln)sin(200abtLIdtdln2cos00abILmln201617 1）穩(wěn)恒磁場(chǎng)中的導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)）穩(wěn)恒磁場(chǎng)中的導(dǎo)體運(yùn)動(dòng) , 或者回路面積或者回路面積變化、取向變化等變化、取向變化等 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì) 2）導(dǎo)體不動(dòng)，磁場(chǎng)變化）導(dǎo)體不動(dòng)，磁場(chǎng)變化 感生電動(dòng)勢(shì)感生電動(dòng)勢(shì)引起磁通量變化的原因引起磁通量變化的原因cosBS18 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生是由于運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體中動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生是由于運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體中的電荷在磁場(chǎng)中受洛侖茲力的電荷在磁場(chǎng)中受洛侖茲力 f fL 的結(jié)果。的結(jié)果。Lf f 在磁場(chǎng)在磁
6、場(chǎng) B B 中中, ,導(dǎo)體棒以導(dǎo)體棒以 v v 沿金沿金屬導(dǎo)軌向右運(yùn)動(dòng)屬導(dǎo)軌向右運(yùn)動(dòng), ,導(dǎo)體切割磁力線導(dǎo)體切割磁力線, ,回路面積發(fā)生變回路面積發(fā)生變化化, ,導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生動(dòng)導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)。生電動(dòng)勢(shì)。B Bv v19+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + vBOP動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的非非靜電力場(chǎng)來源靜電力場(chǎng)來源 洛倫茲力洛倫茲力-mF- -+eFBeFv)(m平衡時(shí)平衡時(shí)kemEeFFBE vkOPlBd)(vOPlEdkiE20l lB Bv vdi)(電動(dòng)勢(shì)方向從負(fù)極到正極。電動(dòng)勢(shì)
7、方向從負(fù)極到正極。21cossindlvBi1為為v v與與 B B 的夾角；的夾角；2為為 v vB B ( 或或 E Ek ) 與與 dl l 的夾角。的夾角。動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)設(shè)桿長(zhǎng)為設(shè)桿長(zhǎng)為 lBllBlvv0idE212. .確定導(dǎo)體元處磁場(chǎng)確定導(dǎo)體元處磁場(chǎng) B B ；3. .確定確定 v v 和和 B B 的夾角的夾角1；3. .確定確定 v vB B 的與的與 dl l 的夾角的夾角 2；1.1.選導(dǎo)體元選導(dǎo)體元dl l5. .由動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)定義求解。由動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)定義求解。21cossindlvBi22例例1：在均勻磁在均勻磁場(chǎng)場(chǎng) B B 中，一長(zhǎng)為中，一長(zhǎng)為 L 的導(dǎo)體棒繞一的
8、導(dǎo)體棒繞一端端 o 點(diǎn)以角速度點(diǎn)以角速度 轉(zhuǎn)動(dòng)，求導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng)，求導(dǎo)體棒上的動(dòng)生電動(dòng)棒上的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)。勢(shì)。 oLB B解解1：由動(dòng)生電動(dòng)：由動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)定義計(jì)算勢(shì)定義計(jì)算23oB BLv v 和和 B B 的夾角的夾角分割導(dǎo)體元分割導(dǎo)體元dl, l,dl lv vv vB B的與的與dl l的夾角的夾角l2/1224導(dǎo)體元的速度為導(dǎo)體元的速度為: :lvl導(dǎo)體棒的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)導(dǎo)體棒的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)為為: :dlvBEL0221BL方向指向方向指向 o 點(diǎn)。點(diǎn)。oB B Ldl lv vlLBdll025例例2: : 在通有電流在通有電流 I 的無限長(zhǎng)載流直導(dǎo)的無限長(zhǎng)載流直導(dǎo)線旁，距線旁，距 a 垂直放垂直
9、放置一長(zhǎng)為置一長(zhǎng)為 L 以速度以速度v v 向上運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體向上運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體棒，求導(dǎo)體棒中的棒，求導(dǎo)體棒中的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)。動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)。v vaLI解解1：由動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)定義計(jì)算：由動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)定義計(jì)算26 由于在導(dǎo)體棒由于在導(dǎo)體棒處的磁感應(yīng)強(qiáng)度分處的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布是非均勻的，導(dǎo)布是非均勻的，導(dǎo)體上各導(dǎo)體元產(chǎn)生體上各導(dǎo)體元產(chǎn)生的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)也是的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)也是不一樣的，分割導(dǎo)不一樣的，分割導(dǎo)體元體元 dx 。xxB BxIB20ov vaLIdx導(dǎo)體元處的磁場(chǎng)導(dǎo)體元處的磁場(chǎng) B B 為：為：27v v和和B B的夾角的夾角v vB B的與的與dx x的夾角的夾角2/12xxB Bov vaLIdx28導(dǎo)體棒
10、的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)為導(dǎo)體棒的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)為: :LaadxxIvE20導(dǎo)體所產(chǎn)生的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)方向沿導(dǎo)體所產(chǎn)生的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)方向沿 x 軸負(fù)軸負(fù)向。向。aLaIvln20 xxB Bov vaLIdx 19世紀(jì)世紀(jì)60年代，麥克斯韋提出年代，麥克斯韋提出：在變?cè)谧兓拇艌?chǎng)周圍存在一個(gè)變化的電場(chǎng)，化的磁場(chǎng)周圍存在一個(gè)變化的電場(chǎng)，這個(gè)這個(gè)電場(chǎng)就是感生電場(chǎng)。電場(chǎng)就是感生電場(chǎng)。此電流是產(chǎn)生的原因是什么呢？此電流是產(chǎn)生的原因是什么呢？30靜電場(chǎng)靜電場(chǎng) E E感生電場(chǎng)感生電場(chǎng) E E感起源起源由靜止電荷激發(fā)由靜止電荷激發(fā)由變化的磁場(chǎng)激發(fā)由變化的磁場(chǎng)激發(fā)電電場(chǎng)場(chǎng)線線形形狀狀電場(chǎng)線為非閉合曲線電場(chǎng)線為非閉合曲線電場(chǎng)線為閉
11、合曲線電場(chǎng)線為閉合曲線0dtdB BE E感感靜電場(chǎng)為散場(chǎng)靜電場(chǎng)為散場(chǎng)感生電場(chǎng)為有旋場(chǎng)感生電場(chǎng)為有旋場(chǎng)31靜電場(chǎng)靜電場(chǎng)E E感生電場(chǎng)感生電場(chǎng)E E感電電場(chǎng)場(chǎng)的的性性質(zhì)質(zhì)為保守場(chǎng)作功與路徑無關(guān)為保守場(chǎng)作功與路徑無關(guān) 為非保守場(chǎng)作功與路徑有關(guān)為非保守場(chǎng)作功與路徑有關(guān)0l lE Eddtddmil lE E感0qdS SE E靜電場(chǎng)為有源場(chǎng)靜電場(chǎng)為有源場(chǎng)感生電場(chǎng)為無源場(chǎng)感生電場(chǎng)為無源場(chǎng)0S SE Ed感 感生電場(chǎng)方向的判斷與感生電流方感生電場(chǎng)方向的判斷與感生電流方向的判斷是類似的。向的判斷是類似的。32回路中的感生電動(dòng)勢(shì)由電動(dòng)勢(shì)定義：回路中的感生電動(dòng)勢(shì)由電動(dòng)勢(shì)定義：l lE Edi感由法拉第電磁感應(yīng)
12、定律回路中的感生電由法拉第電磁感應(yīng)定律回路中的感生電動(dòng)勢(shì)為：動(dòng)勢(shì)為：l lE Edi感dtdmSsBdSLsBtlEddddk33 產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)的非靜電場(chǎng)產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)的非靜電場(chǎng) 感生電場(chǎng)感生電場(chǎng) 麥克斯韋爾假設(shè)麥克斯韋爾假設(shè) 變化的磁場(chǎng)在其周圍空間激變化的磁場(chǎng)在其周圍空間激發(fā)一種電場(chǎng)發(fā)一種電場(chǎng),這個(gè)電場(chǎng)叫感生電場(chǎng)這個(gè)電場(chǎng)叫感生電場(chǎng) .kE閉合回路中的感生電動(dòng)勢(shì)閉合回路中的感生電動(dòng)勢(shì)tlELdddkiESLsBtlEddddkSLstBlEddddkiE總結(jié)總結(jié):34練習(xí)練習(xí):如圖所示，載有電流如圖所示，載有電流I的長(zhǎng)直導(dǎo)線附近，放的長(zhǎng)直導(dǎo)線附近，放一導(dǎo)體半圓環(huán)與長(zhǎng)直導(dǎo)線共面，半圓環(huán)的半徑為一導(dǎo)體半圓環(huán)與長(zhǎng)直導(dǎo)線共面，半圓環(huán)的半徑為b，環(huán)心與導(dǎo)線相距環(huán)心與導(dǎo)線相距a設(shè)半圓環(huán)以速度設(shè)半圓環(huán)以速度v平行導(dǎo)線平平行導(dǎo)線平移求半圓環(huán)內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)移求半圓環(huán)內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) E 的大小，并判斷的大小，并判斷M、N哪端電勢(shì)高。哪端電勢(shì)高。 babaIvln20M點(diǎn)電勢(shì)高于點(diǎn)電勢(shì)高于N點(diǎn)電勢(shì)點(diǎn)電勢(shì) babadxxIvE20
大學(xué)物理：第8章 電磁感應(yīng)
