初中九年级(初三)物理-第七章电磁感应(精简版)课件.ppt

1、静电场，稳恒磁场电场、磁场均不随时间变化独立地研究电场和磁场电场、磁场随时间变化相互激发电磁感应电 流磁 场电磁感应【发电机的工作原理】产 生?电磁感应的几个典型实验 abvGNSSN R12Gm都产生了感应电流！实验+归纳产生感应电流的2种情况：磁场不变，导体回路运动导体回路静止，磁场发生变化当通过回路的磁通量变化时，回路中就会产生感应电流。mSB dS 一.法拉第电磁感应定律dtdi 导体回路中产生的感应电动势的大小，与穿过导体回路的磁通量对时间的变化率成正比。dtdki 感应电动势的方向感应电动势大小dtdi 在t1到t2时间间隔内通过导线任一截面的感应电量 21ttidtIqdtdtd

2、Rtt 211211dR 121()R)(dtIdqi 对N匝线圈121()iiiiNNdddtdt mN 磁通链数感应电流dtdRNRIii 二、楞次定律(判断感应电流方向)感应电流的效果反抗引起感应电流的原因导线运动感应电流阻碍产生磁通量变化感应电流产生阻碍 abvf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化。判断感应电流的方向：感感BNSBiI感感BBiINS1、判明穿过闭合回路内原磁场 的方向；2、根据原磁通量的变化 ,按照楞次定律的要求确定感 应电流的磁场的方向；3、按右手法则由感应电流磁场的 方向来确定感应电流的方向。反反向向与与感感BBm 同

3、同向向与与感感BBm miabcd1l2lhxdx例:无限长直导线tsinii 0 共面矩形线圈abcd求:i 已知:1l2lh解:2102lhhdxlxi tsinhlhlnli 21002 dtdmi thlhlicosln22100 SdBm（分析一个周期内的规律）线圈内磁场变化两类实验现象感生电动势动生电动势产生原因、规律不相同都遵从电磁感应定律导线或线圈在磁场中运动感应电动势Glvi a b 一、动生电动势 动生电动势是由于导体在恒定磁场中运动而产生的电动势。7-2 动生电动势与感生电动势 ababi viI电动势i RiIiI产生非静电力动生电动势?产生补充：电动势 6-1要产生持

4、续的电流，必须维持导体两端持续的电势差电容器放电的过程：在静电力的作用下电荷移动，两极板间电势差逐渐减小，电流越来越弱需要一种能提供非静电力的装置（电源）：能够不断分离正负电荷补充极板减少的电荷，维持恒定的电势差+-+q在导体两端产生或维持电势差的装置，把其它形式的能量转变为电能的装置。电源:提供非静电力的装置.+-电源+q电源外部靠静电力作用使电荷运动.（正电荷由正极流出）电源内部靠非静电力作用使电荷运动.（正电荷从负极经过电源内部流到正极）电动势:描述非静电力的物理量.EEk非静电场:单位正电荷受的非静电力)(电源内部qFEkk电源的电动势：单位正电荷绕闭合回路一周时，电源中非静电力所做的

5、功l dEql dEqqAk0000在含一个电池的闭合回路中，非静电力只存在于电池的正负极之间（电源内部），则电动势的表达式为l dEk非静电力的本质各不相同（电压）电池：非静电力起源于化学作用发电机：？SN 例如：水力发电水的重力势能-动能-电能+Bvab+动生电动势的成因 导线内每个自由电子受到的洛仑兹力为)(Bvef 它驱使电子沿导线由a向b移动。f由于洛仑兹力的作用使 b 端出现过剩负电荷，a 端出现过剩正电荷。电子受的静电力 EeFe 平衡时fFe 此时电荷积累停止，ab两端形成稳定的电势差。洛仑兹力是产生动生电动势的根本原因.方向ab 在导线内部产生静电场E+Bvab+feF)(B

6、vef 非静电力由电动势定义 l dEki BvefEk 运动导线ab产生的动生电动势为 abkil d)Bv(l dE 动生电动势的公式)(Bvef 非静电力kE定义 为非静电场强dtdim bail dBv)(均匀磁场非均匀磁场计算动生电动势分 类方 法平动转动例 已知:L,B,v 求:l d)Bv(d 0cos(90)vBdlsinvBdlsinvBdlsinvBL+LBvl dBv 均匀磁场 平动解：+LBvsinvBL典型结论特例+Bv+Bv+0 vBL切割磁力线运动均匀磁场 闭合线圈平面 v0 dtdi 例 有一半圆形金属导线在匀强磁场中作切割磁 力线运动。已知：求：动生电动势。+

7、RvB.R,B,vab0 i 作辅助线，形成闭合回路RBvab2 半半圆圆方向：ba 解：方法一感应电动势的方向指感应电流的流向。+Bv l d)Bv(d cosvBdl 22dcosvBRRvB2 Rddl例 有一半圆形金属导线在匀强磁场中作切割磁 力线运动。已知：求：动生电动势。.R,B,v解：方法二+RvBabl d d方向：ba 均匀磁场 转动例 如图，长为L的铜棒在磁感应强度为B的均匀磁场中，以角速度 绕O轴转动。求：棒中感应电动势的大小 和方向。AO BAO Bv解：方法一取微元ldll d)Bv(d BvdlB ldl 0LiidB ldl212B L 方向OAv方法二作辅助线，

8、形成闭合回路OACO SmSdB SBdSOACOBS 221LB C dtdi dtdBL 221 221LB 符号表示方向沿AOCAOC、CA段没有动生电动势AO B负号表示电动势的方向由A指向O，即O点电势比A点高。习题：1，2，4，5查资料做报告（5分钟）1.电磁炉的工作原理2.微波炉的工作原理3.电磁波的用处4.电磁辐射的危害电磁感应的几个典型实验 abvGNSSN R12Gm感应电动势dtdi 感生电动势动生电动势产生原因、规律不相同都遵从电磁感应定律两类：abkil d)Bv(l dE 线圈内磁场变化导线或线圈在磁场中运动二、感生电动势 感生电场1、感生电动势由于磁场发生变化而激

9、发的电动势电磁感应非静电力洛仑兹力感生电动势动生电动势非静电力?GNS2、麦克斯韦假设：变化的磁场在其周围空间会激发一种涡旋状的电场，称为涡旋电场或感生电场。记作 或感感E涡涡E非静电力感生电动势感生电场力GNS单匝线圈 Lil dE涡涡 由法拉第电磁感应定律)(SSddtdSSdtB由电动势的定义dtdi LdEdldt 涡讨论 2）S 是以 L 为边界的任一曲面。SLSS 的法线方向应选得与曲线 L的积分方向成右手螺旋关系是曲面上的任一面元上磁感应强度的变化率tB SLSdtBl dE涡涡1）此式反映变化磁场和感生电场的相互关系，即感生电场是由变化的磁场产生的。不是积分回路线元上的磁感应强

10、度的变化率涡涡EtB 与构成左旋关系。涡涡EtB 3）SLSdtBl dE涡涡tB 涡涡E B tdBd感生电场电力线 涡涡E涡涡E由静止电荷产生由变化磁场产生线是“有头有尾”的，库库E是一组闭合曲线起于正电荷而终于负电荷感感E线是“无头无尾”的感生电场（涡旋电场）静电场（库仑场）具有电能、对电荷有作用力具有电能、对电荷有作用力0 SSdE涡涡 iSqSdE01 库库 SLSdtBl dE涡涡0 l dEL库库动生电动势感生电动势特点磁场不变，闭合电路的整体或局部在磁场中运动导致回路中磁通量的变化闭合回路的任何部分都不动，空间磁场发生变化导致回路中磁通量变化原因由于S的变化引起回路中 m变化非

11、静电力来源感生电场力 l dBvi SiSdtBl dE涡涡 洛仑兹力由于 的变化引起回路中 m变化BBtB R 3、感生电场的计算例1 局限于半径 R 的圆柱形空间内分布有均匀磁场，方向如图。磁场的变化率0 tB求：圆柱内、外的 分布。涡涡Er lSSdtBldE涡涡lSBE dldSt 涡22dBErrdt 涡2r dBEdt 涡Rr 解解：方向：逆时针方向 SLSdtBl dE涡涡L涡涡E讨论负号表示涡涡EdtdB与左旋 B)(10 tddB则则0 涡涡E涡涡E与 L 积分方向切向同向 B)(20 tddB则则0 涡涡E2r dBEdt 涡与 L 积分方向切向相反涡涡EBtB R rL

12、tB 涡涡E LSSdtBl dE涡涡 tB L rRr SS RB22RtddBrE 涡涡tddBrRE22 涡涡 SSdtB2RtddB Ll dE涡涡2RtddB 方向：tB 涡涡EtddBr2 Rr tddBrR22 Rr 涡涡E涡涡EORr没有磁场的区域也有感生电场。例2 有一匀强磁场分布在一圆柱形区域内，已知：方向如图.求：CD 0 tBLh、tB BhL CDo2r dBEdt涡l dEd 涡涡 cos2r dBdldt2h dBdldt122CDLh dBdBdlhLdtdthcosr tB BhLCDrdll oDiCEdl涡解:涡涡E电动势的方向由C指向D tB BhL C

13、Do用法拉第电磁感应定律求解CODC所围面积为：hLS21 磁通量SBm 12dBhLdt?12hLB iOCDOEdl涡CDOOCDEdlEdlEdl涡涡涡00CDmiddt 先假设正方向是C指向D，其结果为正值，表明电动势的方向为C指向D。动生电动势感生电动势特点磁场不变，闭合电路的整体或局部在磁场中运动导致回路中磁通量的变化闭合回路的任何部分都不动，空间磁场发生变化导致回路中磁通量变化原因由于S的变化引起回路中 m变化非静电力来源感生电场力 l dBvi SiSdtBl dE涡涡 洛仑兹力由于 的变化引起回路中 m变化B1.发电机发电机铁芯交流电源涡流线三、电磁感应的应用2.涡电流（涡流

14、）7-5 麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组一.位移电流(1)变化的磁场能产生涡旋电场,变化的电场呢?(2)安培环路定理在非稳恒电流的情况下是否适用?IlHl dSSjdI 指传导电流.而非稳恒情况下,传导电流可能不连续.-+BA-+IS1LS2以L为边界有两个曲面S1,S20dd2 SlSjlHISjlHSl 1ddH沿L的环流与曲面有关.解决途径:一是建立新理论;二是修正安培环路定理.问题2.位移电流假设位移电流假设分析平行板电容器的放电过程(非稳恒电流情况)BA-+IcIDjcjcA板上有正电荷+,q=SB 板上有负电荷-.考虑两板间的电场:电位移矢量D大小为:D=通过截面的总电位移矢量通量为

15、 =SD (=S=q)当电容器放电时tqIcdd tSdd)(dtdS tSdtDSdtd)d()(dddtdqMaxwell位移电流假设位移电流假设:BA-+IcIDjcjc可认为在两板间中断的传导 dD/dt的方向与D的方向相同.电流由dD/dt 来接替了.dtDdddtdId故中断了的传导电流Io由位移电流Id 连续下去(电流连续).IdtDdd充电：放电：dD/dt的方向与D的方向相反.电场中某一点位移电流密度 等于该点电位移矢量 对时间的变化率;通过电场某一截面的位移电流 等于通过该截面电位移通量 对时间的变化率，即ddID若电路中同时存在传导电流Io 和位移电流IddtdIIl d

16、HosLSdtDS)(0磁场强度H沿任意闭合回路的环流等于穿过此闭合回路所围曲面的全电流全电流安培环路定理.3.全电流的安培环路定理全电流的安培环路定理则，Is=I0+Id 叫全电流定理右边第一项表示传导电流对磁场环流的贡献.定理右边第二项表示位移电流对磁场环流的贡献.它们都满足右手关系:HtD SlHSldd0SdtDlHSl dH0传导电流能激发磁场，变化的电场也能激发磁场！4.传导电流与位移电流的比较传导电流与位移电流的比较(1)在对磁场环流的贡献,两者等效;(2)传导电流意味着电荷的流动,位移电流意味着电场的变化;(3)传导电流通过导体时放出焦耳热,位移电流不产生焦耳热;(4)通常电介

17、质内主要是位移电流,导体中主要是传导电流.二二.电磁场电磁场 麦克斯韦电磁场方程的积分形式麦克斯韦电磁场方程的积分形式1.静电场的高斯定理2.静电场的环路定理3.磁场的高斯定理4.安培环路定理qSdDS ll dE00 SSdBIl dHl2电场环路定理4安培环路定理SdtBdtdldESlSdtDIIl dHSdl)(00静电荷激发的电场和恒定电流激发的磁场的基本方程:麦克斯韦引入涡旋电场概念，静电场环路定理修改为麦克斯韦引入位移电流概念，安培环路定理修改为Einstein说：“这是牛顿以来物理学所经历的最深刻和最有成果的一项真正观念上的变革”1.电场的高斯定理3.磁场的高斯定理qSdDS0

18、d SSB2.电场的环流定理4.磁场的安培环路定理StBlESlddStDlHSld)(d0电磁场的四个基本方程电磁场的四个基本方程构成Maxwell方程组的积分形式电场（静电场和感生电场）磁场（传导电流产生和位移电流产生的磁场）1865年 麦克斯韦电 流磁 场产 生产 生电 场磁 场产 生产 生1819年 奥斯特1831年 法拉第1865年是科学史上电磁理论的诞生年。更高一筹！习题：6，8，9电磁波的传说课余资料：积分形式微分形式考虑在没有自由电荷和没有传导电流的均匀介质中的电场和磁场波动方程变化电场和变化磁场必然以波的形式存在，且其波速为 。真空中,v=c。1v麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在。赫兹1888年通过实验找到了电磁波。电磁波可以具有各种频率：伦琴拍摄的第一张X线片 电磁波的用处：1901年诺贝尔物理学奖完讲课已完教学未完