2022-2023学年高二物理竞赛课件：电磁感应

电 磁 感 应 电流能产生磁场（电流的磁效应）。反之，能否通过磁场产生电流？ 1831年英国科学家法拉第通过大量实验证实变化的磁场可以在导体内产生电动势（感应电动势）和电流（感应电流）。称为电磁感应现象。 主要内容： (1) 法拉第电磁感应定律； (2) 动生电动势和感生电动势； (3) 互感和自感； (4) 磁场的能量。 1、法拉第电磁感应定律： 闭合回路中感应电动势的大小等于通过该回路磁通量的时间变化率的负值： 任取回路绕行方向l，回路的单位正法线矢量n由右螺旋定则确定。 沿 方向为正，反之为负。 规定：ε沿l 方向为正，反之为负； l l 若线圈由N匝组成： 称为磁通匝链数（磁链）或全磁通。 若通过各匝线圈的磁通量相等： 线圈中的感应电流： 通过线圈的感应电量： 2、楞次定律： 闭合回路中感应电流的方向总是使它所激发的磁场阻止引起感应电流的磁通量的变化。 或：感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因。 楞次定律是能量守恒与转化定律的必然结果。 (2) 解法一：金属棒上取线元 dl。 解法二：假想闭合回路aoba（假想部分无电动势）。 方向：a → b × × × × × × × × × × × × o Er dl l a b + − h a R r 习题13-10 (1) 习题：在虚线圆内有均匀磁场，dB/dt = –0.1T/s。设某时刻 B=0.5T。求：(1)在半径r =10cm的导体圆环任一点上涡旋电场的大小和方向；(2)若导体环电阻为2Ω，求环内电流； (3)环上任意两点a、b间的电势差； (4)若将环上某点切开并稍许分开，求两端间电势差。 × × × × × × × × × × × × o Er r a b (2) Er 沿顺时针方向。 – a R1 I b R2 + – + + + – – (3)将导体环等效为下面的闭合电路。 由基尔霍夫定律： 代入上式得：Uab = 0 (4) × × × × × × × × × × × × o Er r a b l1 l2 用法拉第电磁感应定律：  利用公式： 求感生电动势的两种方法： （假想回路部分不能有感应电动势） 习题13-24 习题：直径d=0.254cm, I=10A的长直铜导线，电阻率ρ=1.7×10–8Ωm。求:(1)导线表面处的磁场能量密度wm；(2)导线表面处的电场能量密度we。 (1)导线表面处的磁感强度： (2)由欧姆定律的微分形式： I d wm we  “-”号表示一个线圈中的互感电流反抗另一个线圈 中电流的变化（不是电流本身）。  互感越大，则互感电动势越大。即：互感系数是 反映两个线圈间耦合程度的物理量。 互感应用：变压器。 互感危害：电磁干扰。 由毕奥—萨伐尔定律： L 称为自感系数（自感），单位：亨利 (Wb/A) 自感由线圈的形状、大小、周围介质决定。 当 L不变时：  “-”号表示自感电流反抗线圈中电流的变化。  自感系数是线圈“电磁惯性”的量度。 互感应用：镇流器。 互感危害：产生高压电弧。 $