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1、磁场及电磁感应磁场及电磁感应第1页，本讲稿共17页 1820 1820年奥斯特年奥斯特发现电发现电流的磁效流的磁效应应以后，人以后，人们们很自然地想到：既然很自然地想到：既然电电流流能能产产生磁生磁场场，磁，磁场场能否能否产产生生电电流呢流呢?许许多科学家开始不懈地探索。多科学家开始不懈地探索。18311831年，年，法拉第法拉第终终于于发现发现了由磁了由磁场产场产生生电电流的条件和流的条件和规规律，即律，即电电磁感磁感应现应现象。象。导导体切割磁感体切割磁感线线 一、电磁感应现象一、电磁感应现象 如图所示，在匀强磁场中放置一根导如图所示，在匀强磁场中放置一根导体体ABAB，导体，导体ABAB
2、的两端分别与灵敏电流计的的两端分别与灵敏电流计的接线柱连接形成闭合回路。当导线接线柱连接形成闭合回路。当导线ABAB在磁在磁场中做切割磁感线运动时。电流计指针偏场中做切割磁感线运动时。电流计指针偏转，表明闭合回路有电流流过；当导线转，表明闭合回路有电流流过；当导线ABAB平行于磁感线方向运动时，电流计指针不平行于磁感线方向运动时，电流计指针不偏转，表明闭合回路没有电流流过。偏转，表明闭合回路没有电流流过。第五节第五节电磁感应电磁感应第2页，本讲稿共17页线线圈磁通量圈磁通量发发生生变变化化 实验证实验证明：明：闭闭合回路中的一部分合回路中的一部分导导体相体相对对于磁于磁场场做切割磁感做切割磁感
3、线线运运动时动时，回路中有回路中有电电流流流流过过。如如图图所示，空心所示，空心线线圈的两端分圈的两端分别别与灵敏与灵敏电电流流计计的接的接线线柱柱连连接形成接形成闭闭合回合回路。当用条形磁路。当用条形磁铁铁快速插入快速插入线线圈圈时时，电电流流计计指指针针偏偏转转，表明，表明闭闭合回路有合回路有电电流流流流过过；当条形磁；当条形磁铁铁静止不静止不动时动时，电电流流计计指指针针不偏不偏转转，表明，表明闭闭合回路没有合回路没有电电流流流流过过；当条形磁；当条形磁铁铁快速拔出快速拔出线线圈圈时时，电电流流计计指指针针偏偏转转，表明，表明闭闭合回路有合回路有电电流流流流过过。第五节第五节电磁感应电磁
4、感应第3页，本讲稿共17页 实验证明：闭合回路中的磁通发生变化时，实验证明：闭合回路中的磁通发生变化时，回路中有电流流过。回路中有电流流过。因此，不论是闭合回路的一部分导体做切割磁因此，不论是闭合回路的一部分导体做切割磁感线运动，还是闭合回路中的磁场发生变化，穿过感线运动，还是闭合回路中的磁场发生变化，穿过线圈的磁通都发生变化。这样，我们可以得出结论：线圈的磁通都发生变化。这样，我们可以得出结论：不论用什么方法，只要穿过闭合回路的磁通发生变不论用什么方法，只要穿过闭合回路的磁通发生变化，闭合回路就有电流产生。这种利用磁场产生电化，闭合回路就有电流产生。这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应现象
5、，用电磁感应的方法产流的现象叫做电磁感应现象，用电磁感应的方法产生的电流叫做感应电流。生的电流叫做感应电流。第五节第五节电磁感应电磁感应第4页，本讲稿共17页 二、电磁感应定律二、电磁感应定律 1.法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律 要使闭合回路有电流流过，电路中必须有电源，电要使闭合回路有电流流过，电路中必须有电源，电流是由电源电动势产生的。在电磁感应现象中，既然闭流是由电源电动势产生的。在电磁感应现象中，既然闭合回路有感应电流，这个回路中就必然有电动势存在。合回路有感应电流，这个回路中就必然有电动势存在。在电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势。产生在电磁感应现象中产生的电动势叫做感应
6、电动势。产生感应电动势的那部分导体就相当于电源。只要知道感应感应电动势的那部分导体就相当于电源。只要知道感应电动势的大小，感应电流就可以根据欧姆定律计算。电动势的大小，感应电流就可以根据欧姆定律计算。第五节第五节电磁感应电磁感应第5页，本讲稿共17页 实验证实验证明：明：对对于于导导体切割磁感体切割磁感线线，导导体中体中产产生的感生的感应电应电动势动势与与导导体切割运体切割运动动速度、磁感速度、磁感应应强强度、度、导导体体长长度成正比。度成正比。当当导导体运体运动动方向与方向与导导体本身垂直，并且跟磁感体本身垂直，并且跟磁感线线方向也垂直方向也垂直时时，导导体切割磁感体切割磁感线产线产生的感生
7、的感应电动势应电动势大小大小为为式中：式中：磁场磁感应强度，国际单位制单位磁场磁感应强度，国际单位制单位T T（特）（特）导体长度，国际单位制单位导体长度，国际单位制单位m m（米）（米）导体运动速度；国际单位制单位导体运动速度；国际单位制单位m/sm/s（米每秒）（米每秒）导体切割磁感线产生的感应电动势，国际单位制单位导体切割磁感线产生的感应电动势，国际单位制单位V V（伏）（伏）第五节第五节电磁感应电磁感应第6页，本讲稿共17页 在在线线圈中，感圈中，感应电动势应电动势的大小与磁通的大小与磁通变变化的快慢有关。磁化的快慢有关。磁通通变变化的快慢叫做磁通的化的快慢叫做磁通的变变化率，即化率，
8、即单单位位时间时间内磁通的内磁通的变变化量。化量。法拉第法拉第电电磁感磁感应应定律告定律告诉诉我我们们：电电路中感路中感应电动势应电动势的大小，的大小，跟穿跟穿过这过这一一电电路的磁通的路的磁通的变变化率成正比。用公式表示化率成正比。用公式表示为为 如果如果线线圈的匝数有圈的匝数有N N匝，那么，匝，那么，线线圈的感圈的感应电动势为应电动势为第五节第五节电磁感应电磁感应第7页，本讲稿共17页动圈话筒原理图动圈话筒原理图第8页，本讲稿共17页 3.3.右手定右手定则则 当当闭闭合合电电路中的一部分路中的一部分导线导线做切割磁感做切割磁感线线运运动时动时，感，感应电应电流的方向可用右流的方向可用右
9、手定手定则则来判断：伸开右手，使大拇指与其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平来判断：伸开右手，使大拇指与其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，面内，让让磁感磁感线线垂直垂直进进入手心，大拇指向入手心，大拇指向导导体运体运动动方向，方向，这时这时四指所指的方向四指所指的方向就是感就是感应电应电流的方向，如流的方向，如图图所示。所示。右手定则右手定则第五节第五节电磁感应电磁感应第9页，本讲稿共17页 2.2.楞次定律楞次定律 在做前面实验时，我们发现当条形磁铁快速插入或拔出线圈在做前面实验时，我们发现当条形磁铁快速插入或拔出线圈时，电流计指针的偏转方向不同，说明在不同情况下感应电流的时，电流计指针
10、的偏转方向不同，说明在不同情况下感应电流的方向是不同的。怎样确定感应电流的方向呢方向是不同的。怎样确定感应电流的方向呢?我们通过下面的实验来研究楞次定律。把磁铁迅速从线圈中插入或拔我们通过下面的实验来研究楞次定律。把磁铁迅速从线圈中插入或拔出，观察电流表偏转情况。出，观察电流表偏转情况。通过实验观察，我们发现：当磁铁插入线圈时，原磁通在增通过实验观察，我们发现：当磁铁插入线圈时，原磁通在增加，线圈所产生的感应电流的磁场方向总是与原磁场方向相反，加，线圈所产生的感应电流的磁场方向总是与原磁场方向相反，即感应电流的磁场总是阻碍原磁通的增加。如图（即感应电流的磁场总是阻碍原磁通的增加。如图（a)a)
11、、(c)(c)所示。所示。当磁铁拔出线圈时，原磁通在减少，线圈所产生的感应电流的磁场方向总当磁铁拔出线圈时，原磁通在减少，线圈所产生的感应电流的磁场方向总是与原磁场方向相同，即感应电流的磁场总是阻碍原磁通的减少，如图是与原磁场方向相同，即感应电流的磁场总是阻碍原磁通的减少，如图(b)(b)、(d(d）所示。）所示。第五节第五节电磁感应电磁感应第10页，本讲稿共17页楞次定律楞次定律第五节第五节电磁感应电磁感应 总结实验结果得到如下定律。总结实验结果得到如下定律。楞次定律楞次定律：感应电流的方向，总是使感应电流的磁场阻碍引：感应电流的方向，总是使感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁通量的变化。起感
12、应电流的磁通量的变化。第11页，本讲稿共17页 4.4.楞次定律与右手定楞次定律与右手定则则关系关系 楞次定律与右手定楞次定律与右手定则则是一般与特殊的关系，一切是一般与特殊的关系，一切电电磁感磁感应现应现象都符象都符合楞次定律，而右手定合楞次定律，而右手定则则只适用于只适用于单纯单纯由于部分由于部分导导体切割磁感体切割磁感线线所所产产生生的的电电磁感磁感应现应现象。象。对对于由磁感于由磁感应应强强度随度随时间变时间变化所化所产产生的生的电电磁感磁感应现应现象，象，只能只能应应用楞次定律用楞次定律进进行分析；行分析；对对于由切割磁感于由切割磁感线线所所产产生的生的电电磁感磁感应现应现象，象，既
13、可既可应应用右手定用右手定则则判断，也可判断，也可应应用楞次定律判断，一般情况下，用楞次定律判断，一般情况下，应应用右用右手定手定则则判断会方便些。判断会方便些。如下如下图图所示，所示，线线圈圈abcdabcd放置在匀放置在匀强强磁磁场场中，磁中，磁场场方向如方向如图图所示，所示，其中其中cdcd可以沿着滑可以沿着滑轨轨运运动动。当。当cdcd沿着滑沿着滑轨轨向右运向右运动时动时，cdcd作切割磁感作切割磁感应线应线运运动动，闭闭合回路合回路abcdabcd中有感中有感应电应电流流产产生。同生。同时时，也可以用第二种，也可以用第二种说说法来法来说说明明这这个个问题问题。把。把cdcd边边移到移
14、到 位置时，线圈位置时，线圈abcdabcd包围的面积增大了，由包围的面积增大了，由 可知磁通增加了。由于穿过闭合回路的磁通发生变化，因此回路中有感应电流。可知磁通增加了。由于穿过闭合回路的磁通发生变化，因此回路中有感应电流。由此可知，产生感应电流的两种说法是统一的，本质是相同的，所得结果也是由此可知，产生感应电流的两种说法是统一的，本质是相同的，所得结果也是完全一样的。完全一样的。第五节第五节电磁感应电磁感应第12页，本讲稿共17页楞次定律与右手定楞次定律与右手定则则关系关系第五节第五节电磁感应电磁感应第13页，本讲稿共17页本章小结本章小结 一、磁场一、磁场 1 1某些物体具有吸引铁、钴、
15、镍等物质的性质叫磁性。具有磁某些物体具有吸引铁、钴、镍等物质的性质叫磁性。具有磁性的物体叫磁体。磁体两端磁性最强，磁性最强的地方叫磁极。任性的物体叫磁体。磁体两端磁性最强，磁性最强的地方叫磁极。任何磁体都有一对磁极，一个叫南极，用何磁体都有一对磁极，一个叫南极，用S S表示；另一个叫北极，用表示；另一个叫北极，用N N表表示。示。N N极和极和S S极总是成对出现并且强度相等，不存在独立的极总是成对出现并且强度相等，不存在独立的N N极和极和S S极。极。磁体间同名磁极互相排斥，异名磁极互相吸引。磁体间同名磁极互相排斥，异名磁极互相吸引。2 2通电导体周围的磁场方向，即磁感线方向与电流的关系可
16、以通电导体周围的磁场方向，即磁感线方向与电流的关系可以用安培定则（也称为右手螺旋定则）来判断，要特别注意大拇指与用安培定则（也称为右手螺旋定则）来判断，要特别注意大拇指与四指所指的方向的意义。四指所指的方向的意义。3.3.在匀强磁场中，当通电导体与磁场方向垂直时，所受电磁力的大小在匀强磁场中，当通电导体与磁场方向垂直时，所受电磁力的大小与导体中电流大小成正比，与导体在磁场中的有效长度及载流导体所在的与导体中电流大小成正比，与导体在磁场中的有效长度及载流导体所在的磁感应强度成正比，用公式表示为磁感应强度成正比，用公式表示为F F=BILBIL第14页，本讲稿共17页 通电导线在磁场中受到的电磁力
17、的方向，可以用左手定则通电导线在磁场中受到的电磁力的方向，可以用左手定则来判断：伸出左手，让大拇指与四指在同一平面内，大拇指与来判断：伸出左手，让大拇指与四指在同一平面内，大拇指与四指垂直，让磁感线垂直穿过手心，四指指向电流方向，那么，四指垂直，让磁感线垂直穿过手心，四指指向电流方向，那么，大拇指所指的方向，就是磁场对通电导线的作用力方向。大拇指所指的方向，就是磁场对通电导线的作用力方向。二、磁路的物理量二、磁路的物理量 1.1.通过与磁场方向垂直的某一面积上的磁感线的总数，叫通过与磁场方向垂直的某一面积上的磁感线的总数，叫做通过该面积的磁通量，简称磁通，用字母表示。磁通的国际做通过该面积的磁
18、通量，简称磁通，用字母表示。磁通的国际单位制单位单位制单位WbWb（韦）。（韦）。2.2.与磁场方向垂直的单位面积的磁通，叫做磁感应强度，与磁场方向垂直的单位面积的磁通，叫做磁感应强度，也称磁通密度，用字母也称磁通密度，用字母B B表示。磁感应强度的国际单位制单位表示。磁感应强度的国际单位制单位T T（特）。（特）。3.3.磁导率就是一个用来表示媒介质导磁性能的物理量，用磁导率就是一个用来表示媒介质导磁性能的物理量，用字母字母表示，国际单位制单位表示，国际单位制单位H Hm m（亨每米）。不同的媒介质（亨每米）。不同的媒介质有不同的磁导率。有不同的磁导率。本章小结本章小结第15页，本讲稿共17
19、页 4.磁场中某点的磁场强度等于该点的磁感应强度磁场中某点的磁场强度等于该点的磁感应强度B与媒介质的与媒介质的磁导率的比值，国际单位制单位磁导率的比值，国际单位制单位A/m（安每米）。（安每米）。5.磁通所经过的路径叫做磁路。全部在磁路内部闭合的磁通磁通所经过的路径叫做磁路。全部在磁路内部闭合的磁通叫做主磁通。部分经过磁路周围物质的闭合磁通叫做漏磁通。叫做主磁通。部分经过磁路周围物质的闭合磁通叫做漏磁通。三、铁磁性物质三、铁磁性物质 1.原来没有磁性，在外磁场作用下产生磁性的现象叫做磁化。原来没有磁性，在外磁场作用下产生磁性的现象叫做磁化。2.铁磁物质可分成三类：软磁物质、硬磁物质、矩磁物质。
20、铁磁物质可分成三类：软磁物质、硬磁物质、矩磁物质。四、电磁感应四、电磁感应 1不论用什么方法，只要穿过闭闭合回路的磁通发生变化，不论用什么方法，只要穿过闭闭合回路的磁通发生变化，闭合回路就有电流产生。这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁闭合回路就有电流产生。这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应现象，用电磁感应的方法产生的电流叫做感应电流。感应现象，用电磁感应的方法产生的电流叫做感应电流。本章小结本章小结第16页，本讲稿共17页 2对于导体切割磁感线，导体中产生的感应电动势与导体对于导体切割磁感线，导体中产生的感应电动势与导体切割运动速度、磁场感应强度、导体长度成正比。切割运动速度、磁场感应强度
21、、导体长度成正比。3电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通的电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通的变化率成正比。变化率成正比。4感应电流的方向，总是使感应电流的磁场阻碍引起感感应电流的方向，总是使感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁通的变化，这就是楞次定律。应电流的磁通的变化，这就是楞次定律。5当闭合电路中的一部分导线做切割磁感线运动时，感当闭合电路中的一部分导线做切割磁感线运动时，感应电流的方向可用右手定则来判断：伸开右手，使大拇指与应电流的方向可用右手定则来判断：伸开右手，使大拇指与其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，让磁感线垂直其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，让磁感线垂直进入手心，大拇指向导体运动方向，这时四指所指的方向就进入手心，大拇指向导体运动方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向。是感应电流的方向。本章小结本章小结第17页，本讲稿共17页