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1、变化中的磁场和电场 1第1页，此课件共25页哦第十四章 变化中的磁场和电场结构框图结构框图法拉第电磁感法拉第电磁感应定律应定律感应电动势感应电动势的计算的计算磁场磁场能量能量麦克斯韦的麦克斯韦的两条假设两条假设涡旋电场涡旋电场位移电流位移电流经典电磁理论经典电磁理论的基本方程的基本方程2第2页，此课件共25页哦第一节第一节 电磁感应现象及其规律电磁感应现象及其规律一、电磁感应现象一、电磁感应现象1820年：年：奥斯特实验：电奥斯特实验：电 磁磁1821 1831年：法拉第实验：磁年：法拉第实验：磁 电电对称性对称性3第3页，此课件共25页哦二、二、电动势电动势1.电流的形成电流的形成电场中电场
2、中,自由电子除热运动外自由电子除热运动外,叠加定向加速运动。叠加定向加速运动。频繁碰撞使加速运动间断进行频繁碰撞使加速运动间断进行，其平均效果为定向匀速运动，其平均效果为定向匀速运动 漂移运动。漂移运动。4第4页，此课件共25页哦2.电流密度矢量电流密度矢量大小：大小：通过与该点通过与该点 垂直的单位截面上的电流垂直的单位截面上的电流方向：方向：与与 的漂移运动方向（的漂移运动方向（方向）相同方向）相同分布：分布：电流线电流线其切向即其切向即 方向方向其疏密其疏密 大小大小可以证明：在一般金属或电解液可以证明：在一般金属或电解液中电流密度与电场强度有关系中电流密度与电场强度有关系5第5页，此课
3、件共25页哦 I I 与与 的关系：的关系：通过某截面的电流强度即电流密度通过某截面的电流强度即电流密度矢量矢量 通过该面的通量。通过该面的通量。3.稳恒电流条件：穿过封闭曲面稳恒电流条件：穿过封闭曲面 S 的的 通量为零通量为零 稳恒电流一定是闭合的，或两端通向稳恒电流一定是闭合的，或两端通向 无穷远。无穷远。(在无穷远处闭合在无穷远处闭合)稳恒电流的电场分布不随时间变化。稳恒电流的电场分布不随时间变化。通过截面通过截面 的电流强度的电流强度 不变不变通过截面内各点电流密度通过截面内各点电流密度 不变不变稳恒电流稳恒电流6第6页，此课件共25页哦4.电源电动势电源电动势 稳恒电场的能量来源稳
4、恒电场的能量来源+-电源作用：电源作用：提供非静电力提供非静电力 ，将，将 由负极板移向正极，由负极板移向正极，保持极板间电势差，保持极板间电势差，以形成持续的电流。以形成持续的电流。(1)力的观点力的观点7第7页，此课件共25页哦作用机理：作用机理：反抗反抗 做功，做功，将其他形式能转变为电能将其他形式能转变为电能断路：断路：时平衡时平衡通路通路外电路：外电路：内电路：内电路：作用，将作用，将 由正极由正极 负极负极将将 由负极由负极 正极正极共同作用形成持续电流共同作用形成持续电流电源电源电源电源 -产产生非静电力、维持电势差的装置。生非静电力、维持电势差的装置。8第8页，此课件共25页哦
5、(2)能量转换能量转换外电路：外电路：内电路：内电路：做功如何？做功如何？非静电场强：非静电场强：非静电力搬运单位正电荷绕闭合回路一周做功：非静电力搬运单位正电荷绕闭合回路一周做功：非静电力是非保守力非静电力是非保守力电源电源 将其他形式的能转换为电能将其他形式的能转换为电能的装置。的装置。9第9页，此课件共25页哦：可量度电源将其他形式能转变为：可量度电源将其他形式能转变为 电能的能力大小电能的能力大小定义定义：电源电动势电源电动势若若 只在内电路存在：只在内电路存在：规定指向：规定指向：说明说明说明说明：反映电源做功本领，与外电路闭合否无关。反映电源做功本领，与外电路闭合否无关。是标量，遵
6、循代数运算法则。是标量，遵循代数运算法则。10第10页，此课件共25页哦内容：内容：闭合回路中感应电动势的大小与通过回路的闭合回路中感应电动势的大小与通过回路的 磁通量的变化率成正比：磁通量的变化率成正比：:通过线圈的磁通链数通过线圈的磁通链数(全磁通全磁通)三、法拉第电磁感应定律三、法拉第电磁感应定律11第11页，此课件共25页哦引起闭合回路中产生感引起闭合回路中产生感应电动势的是通过回路应电动势的是通过回路的的 通量的变化，而通量的变化，而不是不是 通量的变化通量的变化讨论：讨论：(1)通量还是通量还是 通量？还是二者皆可？通量？还是二者皆可？中学：原、副线圈实验中学：原、副线圈实验原线圈
7、原线圈副线圈副线圈铁铁棒棒12第12页，此课件共25页哦(2)式中负号含义式中负号含义,楞次定律的楞次定律的本质本质本质本质是什么？是什么？楞次定律的本质是能量守恒。楞次定律的本质是能量守恒。如右图所示，用楞次定律分析可知，如右图所示，用楞次定律分析可知，无论磁棒插入还是拔出线圈的过程无论磁棒插入还是拔出线圈的过程中，都要克服磁阻力而作功，正是中，都要克服磁阻力而作功，正是这部分机械功转化成感应电流所释这部分机械功转化成感应电流所释放的焦耳热，所以小灯泡亮了。放的焦耳热，所以小灯泡亮了。13第13页，此课件共25页哦(3)感应电流感应电流 IB 在直导体棒匀速向右运动过在直导体棒匀速向右运动过
8、程中程中,如果其外框是如果其外框是:闭合导体回路闭合导体回路 持续电流持续电流 导体不闭合导体不闭合 瞬态电流瞬态电流,稳定稳定 无导体无导体 无无I，但有电磁感应，但有电磁感应本质本质 磁通磁通量变化引起了量变化引起了感应电场感应电场一定时间内通过回路截面的感应电量：一定时间内通过回路截面的感应电量：14第14页，此课件共25页哦 不同惯性系中的变换很难概括为一个简单公式，可分两种不同惯性系中的变换很难概括为一个简单公式，可分两种情况处理。情况处理。感生电动势感生电动势B 变变 变变S 变变导体转动导体转动导体平动导体平动动生电动势动生电动势第二节第二节 感应电动势感应电动势对线圈参考系：对
9、线圈参考系：变化变化对磁铁参考系：对磁铁参考系：15第15页，此课件共25页哦1.磁场不变，导体运动引起穿过回路的磁通量变化磁场不变，导体运动引起穿过回路的磁通量变化 所产生的感应电动势叫所产生的感应电动势叫动生电动势动生电动势。平衡时平衡时 cd 电源电源 ，反抗，反抗 做功，将做功，将+q由负极由负极正极，正极，维持维持 U的非静电力的非静电力 洛仑兹力洛仑兹力2.产生机理：产生机理：产生产生 的非静电力是什么？的非静电力是什么？-一、动生电动势一、动生电动势一、动生电动势一、动生电动势16第16页，此课件共25页哦产生产生 的非静电力的非静电力非静电场强非静电场强注注注注:动生电动势只存
10、在于运动导体内。动生电动势只存在于运动导体内。由电动势定义：由电动势定义：或：或：-17第17页，此课件共25页哦3.能量关系能量关系矛盾？矛盾？洛仑兹力不对运动电荷做功洛仑兹力不对运动电荷做功洛仑兹力充当非静电力洛仑兹力充当非静电力思考思考功能转换功能转换？充当非静电力的只是载流子充当非静电力的只是载流子所受总磁场力的一个分力所受总磁场力的一个分力-18第18页，此课件共25页哦(1)回路中无其它电源回路中无其它电源IcdRx外力功外力功机械能机械能 电能，电能，发电机原理发电机原理(2)回路中有一电源回路中有一电源cdR I维持维持I(),外力外力维持维持 ,外力外力 t 时间内时间内电能
11、电能热能热能机械能机械能电动机原理电动机原理磁力的功磁力的功x19第19页，此课件共25页哦4.动动的的计算计算两种方法：两种方法：(1)由电动势定义求由电动势定义求(2)由法拉第定律求由法拉第定律求如果回路不闭合，需加辅助线使其闭合。如果回路不闭合，需加辅助线使其闭合。大小和方向可分别确定。大小和方向可分别确定。20第20页，此课件共25页哦 例例1.长长L的铜棒的铜棒OA，绕其固定端，绕其固定端O在均匀磁场在均匀磁场 中以中以 逆时针转动逆时针转动，铜棒与，铜棒与 垂直垂直，求，求 动动 =?解一解一 ：取线元取线元与与 同向同向21第21页，此课件共25页哦解二：解二：构成扇形闭合回路构成扇形闭合回路由楞次定律由楞次定律:22第22页，此课件共25页哦 例例2.如图所示，一矩形导线框在无限长载流导线如图所示，一矩形导线框在无限长载流导线I 的场的场中向中向右运动，求其动生电动势。右运动，求其动生电动势。解一：解一：方向方向方向方向23第23页，此课件共25页哦解二：解二：方向方向24第24页，此课件共25页哦5.线圈在磁场中转动线圈在磁场中转动 交流发电机原理交流发电机原理 P.112 例例225第25页，此课件共25页哦