高中物理竞赛—电磁学篇（基础版）40感生电动势、自感与互感 (共24张PPT)

2020物理竞赛 感生电动势、自感与互感 13-2 动生电动势和感生电动势（下） 13-3 自感与互感 13-4 RL电路 复 习 电磁感应定律 电磁感应的基本现象 法拉第电磁感应定律 楞次定律 动生电动势和感生电动势 动生电动势 二、感生电动势 由于磁场的变化而在回路中产生的感应电动势称为感生电动势. 1、感生电动势 2、感生电场 变化的磁场在其周围空间激发的一种能够产生感生电动势的电场，这种电场叫做感生电场，或涡旋电场。 3、感生电场与变化磁场的关系 电磁感应定律 电源电动势的定义 k 感生电场的电场线是无头无尾的闭合曲线，所以又叫涡旋电场。 感生电场和磁感应强度的变化连在一起。变化的磁场和它所激发的感生电场，在方向上满足反右手螺旋关系——左手螺旋关系。 感生电场与静电场相比 相同处： 对电荷都有作用力。 若有导体存在都 能形成电流 不相同处： 涡旋电场不是由电荷激发， 是由变化磁场激发。 涡旋电场电场线不是有头有尾， 是闭合曲线。 4、说明： 5、感生电动势的计算： k 例1．设空间有磁场存在的圆柱形区域的半径为R=5cm，磁感应强度对时间的变化率为dB/dt=0.2T/s，试计算离开轴线的距离r等于2cm、5cm及10cm处的涡旋电场。 解：如图所示，以为半径r作一圆形闭合回路L，根据磁场分布的轴对称性和感生电场的电场线呈闭合曲线特点，可知回路上感生电场的电场线处在垂直于轴线的平面内，它们是以轴为圆心的一系列同心圆，同一同心圆上任一点的感生电场的Ek大小相等，并且方向必然与回路相切。于是沿L取Ek的线积分，有： 若r<R，则 �EMBED PBrush��� 故本题的结果为： r=2cm时 r=5cm时， r=10cm时 若r≥R，则 三、电子感应加速器 原理：在电磁铁的两磁极间放一个真空室，电磁铁是由交流电来激磁的。 当磁场发生变化时，两极间任意闭合回路的磁通发生变化，激起感生电场，电子在感生电场的作用下被加速，电子在Lorentz力作用下将在环形室内沿圆周轨道运动。 轨道环内的磁场等于它围绕面积内磁场平均值的一半。 只在第一个1/4周 期内对电子加速 四、涡电流 1、涡电流 大块导体处在变化磁场中，或者相对于磁场运动时，在导体内部也会产生感应电流。这些感应电流在大块导体内的电流流线呈闭合的涡旋状，被称为涡电流或涡流。 2、涡流的热效应 电阻小，电流大，能够产生大量的热量。 3、应用 高频感应炉 加热 真空无按触加热 4、涡流的阻尼作用 当铝片摆动时，穿过运动铝片的磁通量是变化的，铝片内将产生涡流。根据楞次定律感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因。因此铝片的摆动会受到阻滞而停止，这就是电磁阻尼。 应用：电磁仪表中使用的阻尼电键 电气火车中的电磁制动器 5、涡流的防止 用相互绝缘叠合起来的、电阻率较高的硅钢片代替整块铁芯，并使硅钢片平面与磁感应线平行； 选用电阻率较高的材料做铁心。 13－3 自感与互感 闭合回路，电流为I，回路形状不变，没有铁磁质时，根据Biot-Savart定律，B∝ I，F =BS，则有 F=LI 称 L为自感系数,简称自感或电感。 单位：亨利、H 当一个线圈中的电流发生变化时，它所激发的磁场穿过线圈自身的磁通量发生变化，从而在线圈本身产生感应电动势，这种现象称为自感现象，相应的电动势称为自感电动势。 1、自感现象 物理意义：一个线圈中通有单位电流时，通过线圈自身的磁通链数，等于该线圈的自感系数。 2、自感系数 一、自感电动势 自感 磁链 若回路由N匝线圈串联而成 电流强度变化率为一个单位时，在这个线圈中产生的感应电动势等于该线圈的自感系数。 3、自感电动势 自感电动势的方向总是要使它阻碍回路本身电流的变化。 自感 L有维持原电路状态的能力，L就是这种能力大小的量度，它表征回路电磁惯性的大小。 4、电磁惯性 5、自感现象的利弊 有利的一方面： 扼流圈镇流器，共振电路，滤波电路 不利的一方面： (1)断开大电流电路，会产生强烈的电弧； (2)大电流可能因自感现象而引起事故。 亨利(Henry,Joseph 1797-1878） 美国物理学家，1832年受聘为新泽西学院物理学教授，1846年任华盛顿史密森研究院首任院长，1867年被选为美国国家科学院院长。他在1830年观察到自感现象，直到1932年7月才将题为《长螺线管中的电自感》的论文，发表在《美国科学杂志》上。亨利与法拉第是各自独立地发现电磁感应的，但发表稍晚些。强力实用的电磁铁继电器是亨利发明的，他还指导莫尔斯发明了第一架实用电报机。 亨利的贡献很大，只是有的没有立即发表，因而失去了许多发明的