人教版 高二物理《电磁感应定律与动生电动势》课件.ppt

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1、2020物理竞赛物理竞赛电磁感应定律与动生电动势电磁感应定律与动生电动势13-1 电磁感应定律电磁感应定律13-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势(上上)复复 习习磁介质、磁化强度磁介质、磁化强度磁介质磁介质 磁介质的磁化磁介质的磁化 磁化强度磁化强度磁介质中的安培环路定理磁介质中的安培环路定理 磁场强度磁场强度磁介质中的安培环路定律磁介质中的安培环路定律磁场强度与磁感应强度的关系磁场强度与磁感应强度的关系铁磁质铁磁质铁磁质的特性铁磁质的特性 磁畴磁畴磁化曲线磁化曲线 磁滞回线磁滞回线 铁磁性材料铁磁性材料第十三章第十三章电磁感应电磁感应 电磁场电磁场电磁感应现象的发现是电磁学发

2、展史上的一个重要成就，电磁感应现象的发现是电磁学发展史上的一个重要成就，它进一步揭示了自然界电现象与磁现象之间的联系。它进一步揭示了自然界电现象与磁现象之间的联系。在理论上在理论上，它为揭示电与磁之间的相互联系和转化奠定实，它为揭示电与磁之间的相互联系和转化奠定实验基础，促进了电磁场理论的形成和发展；验基础，促进了电磁场理论的形成和发展；在实践上在实践上，它为人类获取巨大而廉价的电能开辟了道路，它为人类获取巨大而廉价的电能开辟了道路，标志着一场重大的工业和技术革命的到来。标志着一场重大的工业和技术革命的到来。法拉第法拉第(Michael Faraday 17911867)伟大的英国物理学家和化

3、学家。伟大的英国物理学家和化学家。主要从事电学、磁学、磁光学、电化学主要从事电学、磁学、磁光学、电化学方面的研究，并在这些领域取得了一系方面的研究，并在这些领域取得了一系列重大发现。列重大发现。他创造性地提出场的思想，是电磁理论他创造性地提出场的思想，是电磁理论的创始人之一。的创始人之一。1831年发现电磁感应现象，后又相继发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，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。以及光的偏振面在磁场中的旋转。13-1 电磁感应定律电磁感应定律一、一、电磁感应现象电磁感应现象1、电磁感应现象的发现、电磁感应现象的发现182

4、0年，年，Oersted发现了电流的磁效应发现了电流的磁效应1831年年11月月24日，日，Faraday发现电磁感应现象发现电磁感应现象1834年，年，Lenz在分析实验的基础上，总结出了判在分析实验的基础上，总结出了判断感应电流分向的法则断感应电流分向的法则18451845年年，NeumannNeumann借借助助于于安安培培的的分分析析，从从矢矢势势的的角度推出了电磁感应电律的数学形式。角度推出了电磁感应电律的数学形式。2、电磁感应的几个典型实验电磁感应的几个典型实验感应电流与感应电流与N-S的的磁性、速度有关磁性、速度有关与有无磁介质与有无磁介质速度、电源极速度、电源极性有关性有关与有

5、无磁介质与有无磁介质开关速度、电开关速度、电源极性有关源极性有关感生电流与磁感应强度的感生电流与磁感应强度的大小、方向，与截面积大小、方向，与截面积S变化大小有关变化大小有关。感生电流与磁感应强度的大感生电流与磁感应强度的大小、方向，与线圈转动角速小、方向，与线圈转动角速度大小方向有关。度大小方向有关。通过一个闭合回路所包围的面积的磁通量发生变化时，不通过一个闭合回路所包围的面积的磁通量发生变化时，不管这种变化是由什么原因引起的，回路中就有电流产生，管这种变化是由什么原因引起的，回路中就有电流产生，这种现象称为这种现象称为电磁感应现象电磁感应现象。感应电流感应电流：由于通过回路中的磁通量发生变

6、化，而在回路：由于通过回路中的磁通量发生变化，而在回路中产生的电流。中产生的电流。感应电动势感应电动势：由于磁通量的变化而产生的电动势叫感应电：由于磁通量的变化而产生的电动势叫感应电动势。动势。3、结论、结论演示演示1 演示演示2 演示演示3 演示演示4 演示演示5二、二、法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律单位单位:1V=1Wb/s 与与 L 反向反向 与与L 同向同向2、电动势方向、电动势方向:1、内容：、内容：当穿过闭合回路所包围面积的磁通量发生变化时，不论这种当穿过闭合回路所包围面积的磁通量发生变化时，不论这种变化是什么原因引起的，回路中都有感应电动势产生，并且变化是什么原因引起的，回

7、路中都有感应电动势产生，并且感应电动势正比于磁通量对时间变化率的负值。感应电动势正比于磁通量对时间变化率的负值。负号表示感应电动势负号表示感应电动势总是反抗磁通的变化总是反抗磁通的变化确定回路绕行方向；规定电动势的方向与回路的绕行方向一致时确定回路绕行方向；规定电动势的方向与回路的绕行方向一致时为正。为正。根据回路的绕行方向，按右手螺旋法则定出回路所包围面积的正根据回路的绕行方向，按右手螺旋法则定出回路所包围面积的正法线方向；在根据回路所包围面积的正法线方向，确定磁通量的法线方向；在根据回路所包围面积的正法线方向，确定磁通量的正负；正负；根据磁通量变化率的正负来确定感应电动势的方向。根据磁通量

8、变化率的正负来确定感应电动势的方向。磁通链数磁通链数:3、讨论：、讨论：若有若有N匝线圈，它们彼此串联，总电动势等于各匝线圈所产生匝线圈，它们彼此串联，总电动势等于各匝线圈所产生的电动势之和。令每匝的磁通量为的电动势之和。令每匝的磁通量为 1、2、3 若每匝磁通量相同若每匝磁通量相同闭合回路中的闭合回路中的感应电流感应电流感应电量感应电量t1时刻磁通量为时刻磁通量为1，t2时刻磁通量为时刻磁通量为2回路中的感应电量只与磁通量的变化有关，而与磁通量回路中的感应电量只与磁通量的变化有关，而与磁通量的变化率无关。的变化率无关。用途：测磁通计。用途：测磁通计。三、楞次定律三、楞次定律楞次（楞次（Len

9、z,Heinrich Friedrich Emil）楞次是俄国物理学家和地球物理学家，生于楞次是俄国物理学家和地球物理学家，生于爱沙尼亚的多尔帕特。早年曾参加地球物理爱沙尼亚的多尔帕特。早年曾参加地球物理观测活动，发现并正确解释了大西洋、太平观测活动，发现并正确解释了大西洋、太平洋、印度洋海水含盐量不同的现象，洋、印度洋海水含盐量不同的现象，1845年年倡导组织了俄国地球物理学会。倡导组织了俄国地球物理学会。1836年至年至1865年任圣彼得堡大学教授，兼任海军和师年任圣彼得堡大学教授，兼任海军和师范等院校物理学教授。范等院校物理学教授。楞次主要从事电学的研究。楞次定律对充实、完善电磁感应规律

10、楞次主要从事电学的研究。楞次定律对充实、完善电磁感应规律是一大贡献。是一大贡献。1842年，楞次还和焦耳各自独立地确定了电流热效年，楞次还和焦耳各自独立地确定了电流热效应的规律，这就是大家熟知的焦耳应的规律，这就是大家熟知的焦耳楞次定律。他还定量地比楞次定律。他还定量地比较了不同金属线的电阻率，确定了电阻率与温度的关系；并建立较了不同金属线的电阻率，确定了电阻率与温度的关系；并建立了电磁铁吸力正比于磁化电流二次方的定律。了电磁铁吸力正比于磁化电流二次方的定律。1、内容：、内容：闭合回路中感应电流的方向总是使得它所激发的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引起感应电流的磁通量的变

11、化。磁场来阻止引起感应电流的磁通量的变化。1834年楞次提出一种判断感应电流的方法，再由感应电流年楞次提出一种判断感应电流的方法，再由感应电流来判断感应电动势的方向。来判断感应电动势的方向。演示演示2、应用：判断感应电动势的方向、应用：判断感应电动势的方向问题：问题：将磁铁插入非金属环中，环内将磁铁插入非金属环中，环内有无感生电动势？有无感应电流？环有无感生电动势？有无感应电流？环内将发生何种现象内将发生何种现象有感生电动势存在，有电场存在有感生电动势存在，有电场存在将引起介质极化，而无感生电流。将引起介质极化，而无感生电流。非金属环非金属环3、楞次定律与楞次定律与能量守恒定律能量守恒定律感应

12、电流产生的磁场力（安培力），将反抗外力。即可以感应电流产生的磁场力（安培力），将反抗外力。即可以说外力反抗磁场力做功，从而产生感应电流转化为电路中说外力反抗磁场力做功，从而产生感应电流转化为电路中的焦耳热，这是符合能量守恒规律的。的焦耳热，这是符合能量守恒规律的。否则只需一点力开始使否则只需一点力开始使导线移动，若洛仑兹力导线移动，若洛仑兹力不去阻挠它的运动，将不去阻挠它的运动，将有无限大的电能出现，有无限大的电能出现，显然，这是不符合能量显然，这是不符合能量守恒定律的。守恒定律的。例交流发是电机原理：例交流发是电机原理：面积为面积为S的线圈有的线圈有N匝，放在均匀磁场匝，放在均匀磁场B中，可

13、绕中，可绕OO轴转动，若线圈转动的角速度为轴转动，若线圈转动的角速度为，求线圈，求线圈中的感应电动势。中的感应电动势。解：设在解：设在t=0时，线圈平面的正法线时，线圈平面的正法线n方向与磁感方向与磁感应强度应强度B的方向平行，那么，在时刻的方向平行，那么，在时刻t，n与与B之间之间的夹角的夹角=t，此时，穿过匝线圈的磁通量为：，此时，穿过匝线圈的磁通量为：由电磁感应定律可得线圈中的感应电动势为：由电磁感应定律可得线圈中的感应电动势为：令令m=NB，则，则 i=msint令令=2f，则，则 i=msin2fti 为时间的正弦函数，为正弦交流电，简称交流电。为时间的正弦函数，为正弦交流电，简称交

14、流电。演示演示13-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势引起磁通量变化的原因有两种：引起磁通量变化的原因有两种：1磁场不变，回路全部或局部在稳恒磁场中运动磁场不变，回路全部或局部在稳恒磁场中运动动动生电动势生电动势2回路不动，磁场随时间变化回路不动，磁场随时间变化感生电动势感生电动势当上述两种情况同时存在时，则同时存在动生电动势与感生当上述两种情况同时存在时，则同时存在动生电动势与感生电动势。电动势。1、从运动导线切割磁场线导出、从运动导线切割磁场线导出动生电动势公式动生电动势公式等于导线单位时间切割磁场线的条数。等于导线单位时间切割磁场线的条数。2、从运动电荷在磁场中所受的洛仑兹

15、力导出动生电动、从运动电荷在磁场中所受的洛仑兹力导出动生电动势公式势公式一、动生电动势一、动生电动势均匀磁场均匀磁场3、动生电动势产生过程中、动生电动势产生过程中的能量转换的能量转换每个电子受的洛仑兹力每个电子受的洛仑兹力洛仑兹力对电子做功的代数和为零洛仑兹力对电子做功的代数和为零对电子做正功对电子做正功反抗外力做功反抗外力做功结论：结论：洛仑兹力的作用并不提供能量，而只是传递能量，洛仑兹力的作用并不提供能量，而只是传递能量，即外力克服洛仑兹力的一个分量即外力克服洛仑兹力的一个分量 f所做的功，通过另一个所做的功，通过另一个分量分量 f/转换为动生电流的能量。实质上表示能量的转换和转换为动生电

16、流的能量。实质上表示能量的转换和守恒。守恒。4、动生电动势的计算、动生电动势的计算闭合导体回路闭合导体回路不闭合回路不闭合回路例例1：一根长度为一根长度为L的铜棒，在磁感应强度为的铜棒，在磁感应强度为B的均匀的磁场中，的均匀的磁场中，以角速度以角速度 在与磁场方向垂直的平面上绕棒的一端在与磁场方向垂直的平面上绕棒的一端O作匀速运动，作匀速运动，试求铜棒两端之间产生的感应电动势的大小。试求铜棒两端之间产生的感应电动势的大小。解法解法2：用法拉第电磁感应定律：用法拉第电磁感应定律解法解法1：按定义式解：按定义式解例例2：法拉第电机，设铜盘的半径为：法拉第电机，设铜盘的半径为 R，角角速度为速度为。

17、求盘上沿半径方向产生的电动势。求盘上沿半径方向产生的电动势。解解:法拉第电机可视为无数铜棒一法拉第电机可视为无数铜棒一端在圆心，另一端在圆周上，即为端在圆心，另一端在圆周上，即为并联，因此其电动势类似于一根铜并联，因此其电动势类似于一根铜棒绕其一端旋转产生的电动势。棒绕其一端旋转产生的电动势。小小 结结电磁感应定律电磁感应定律电磁感应的基本现象电磁感应的基本现象法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律楞次定律楞次定律动生电动势和感生动生电动势和感生电动势电动势动生电动势动生电动势感生电动势感生电动势电子感应加速器电子感应加速器涡电流涡电流作业作业思考题：思考题：P236 1，2，3，4习习 题：题：P240 2，4，11，12预预 习：习：13-2，13-3，13-4