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1、课题二课题二 电磁和电磁感应电磁和电磁感应 v一、电磁基本知识一、电磁基本知识 v1、磁场、磁场 v1）磁性：能吸引铁、钴、镍等物质的性质。）磁性：能吸引铁、钴、镍等物质的性质。v2）磁体：具有磁性的物体。）磁体：具有磁性的物体。v3）磁极：磁体上磁性最强的两端。任何磁体都具有两个磁）磁极：磁体上磁性最强的两端。任何磁体都具有两个磁极。极。v 当悬挂者的磁体处于静止状态时，它总是一个磁极指北，当悬挂者的磁体处于静止状态时，它总是一个磁极指北，称为北极，用称为北极，用N表示；一个磁极指南，称为南极，用表示；一个磁极指南，称为南极，用S表示。表示。v4）同性磁极相斥，异性磁极相吸。）同性磁极相斥，
2、异性磁极相吸。v5）磁极之间的排斥力或吸引力称为磁力。磁极之间的排斥力或吸引力称为磁力。v6）为了形象直观地描述磁场而人为画出的几何曲线称为磁）为了形象直观地描述磁场而人为画出的几何曲线称为磁力线。力线。v7）磁力线具有以下特点：）磁力线具有以下特点：v磁力线上每点的切线方向就是该点的磁场磁力线上每点的切线方向就是该点的磁场方向。也即放在磁场中某点的小磁针静止后方向。也即放在磁场中某点的小磁针静止后N极所指的方向。极所指的方向。v磁力线的疏密表示磁场的强弱。磁力线密磁力线的疏密表示磁场的强弱。磁力线密集的地方表示该处磁场强，磁力线稀疏的地集的地方表示该处磁场强，磁力线稀疏的地方表示该处的磁场弱
3、。方表示该处的磁场弱。v在磁体外部，磁力线从在磁体外部，磁力线从N极到极到S极；在磁体极；在磁体内部，从内部，从S极到极到N极并与磁体外部的磁力线极并与磁体外部的磁力线形成一条闭合曲线。磁力线彼此永不相交。形成一条闭合曲线。磁力线彼此永不相交。2、电流的磁场、电流的磁场 v右手螺旋定则右手螺旋定则 v(1)对通电直导体周围对通电直导体周围v的磁场方向。的磁场方向。v用右手握住导线，让伸用右手握住导线，让伸v直的大拇指指向电流的直的大拇指指向电流的v方向，则弯曲的四指所指的方向就是磁力线方向，则弯曲的四指所指的方向就是磁力线环绕的方向，即磁场方向环绕的方向，即磁场方向。2、电流的磁场、电流的磁场
4、v 在电路中，电流的方向常用箭头表示，在电路中，电流的方向常用箭头表示，也有用和两种符号表示与纸面垂直的导线中也有用和两种符号表示与纸面垂直的导线中电流的方向。符号表示导线中电流进入纸面；电流的方向。符号表示导线中电流进入纸面；符号表示导线中电流离开纸面。此外，符号表示导线中电流离开纸面。此外，和和还表示磁场方向。还表示磁场方向。2、电流的磁场、电流的磁场v2）对通电线圈周围的磁场方向。）对通电线圈周围的磁场方向。v用右手握住线圈，让用右手握住线圈，让v弯曲的四指和线圈中弯曲的四指和线圈中v的电流方向一致，则的电流方向一致，则v伸直的大拇指所指的伸直的大拇指所指的v方向就是线圈内部磁力线的方向
5、。方向就是线圈内部磁力线的方向。二、磁场的基本物理量二、磁场的基本物理量v1、磁感应强度、磁感应强度B v 定义：表示磁场中某点磁场强弱和方向的物定义：表示磁场中某点磁场强弱和方向的物理量理量。v 方向：小磁针在该点静止后方向：小磁针在该点静止后N极的指向。极的指向。v 单位：特斯拉，简称特，用符号单位：特斯拉，简称特，用符号T表示。表示。v均匀磁场：磁感应强度的大小和方向处处相均匀磁场：磁感应强度的大小和方向处处相同的区域，其磁力线是一些均匀分布的同向同的区域，其磁力线是一些均匀分布的同向平行直线。平行直线。二、磁场的基本物理量二、磁场的基本物理量v2、磁通、磁通v定义：在磁场中，通过与磁场
6、方向垂直的某定义：在磁场中，通过与磁场方向垂直的某一截面积的磁力线总数叫做磁通，用字母一截面积的磁力线总数叫做磁通，用字母表示。表示。v在均匀磁场中，在均匀磁场中，BS v单位：韦伯，简称韦，用符号单位：韦伯，简称韦，用符号wb表示。表示。三、磁场对载流导体的作用三、磁场对载流导体的作用 v1、磁场对载流直导体的作用力、磁场对载流直导体的作用力v大小：大小：FBI L v方向：左手定则方向：左手定则v左手定则：将左手手掌平伸，让拇指与四指左手定则：将左手手掌平伸，让拇指与四指垂直，掌心迎着磁力线的方向使磁力线垂直垂直，掌心迎着磁力线的方向使磁力线垂直穿过掌心，四指指向电流方向，则大拇指所穿过掌
7、心，四指指向电流方向，则大拇指所指的方向就是磁场力的方向。左手定则又称指的方向就是磁场力的方向。左手定则又称电动机定则。电动机定则。v2、两条平行载流直导体间的相互作用力、两条平行载流直导体间的相互作用力 两根平行导体中的电流方向相同，两导体将相互吸引。两根平行导体中的电流方向相同，两导体将相互吸引。当两根平行导体中的电流方向相反，两导体将相互排当两根平行导体中的电流方向相反，两导体将相互排斥。斥。四、电磁感应四、电磁感应 v1、电磁感应：磁场在一定条件下产生电流的现、电磁感应：磁场在一定条件下产生电流的现象称为电磁感应现象。电磁感应现象中产生的电动象称为电磁感应现象。电磁感应现象中产生的电动
8、势和为感应电动势，产生的电流称为感应电流。势和为感应电动势，产生的电流称为感应电流。v2、直导体中的感应电势、直导体中的感应电势 v 1）大小：）大小：磁力线运动而产生感应电势的大小，与磁力线运动而产生感应电势的大小，与磁感应强度磁感应强度B、导体在磁场中的有效长度、导体在磁场中的有效长度L和导体的和导体的运动运动v成正比。成正比。v当导体、磁场方向和运动方向三者互相垂直时，导当导体、磁场方向和运动方向三者互相垂直时，导体中感应电势的大小体中感应电势的大小e为：为：e=BLvv 如果导体的运动方向与磁场方向成一定的夹角如果导体的运动方向与磁场方向成一定的夹角时，感应电势的大小为：时，感应电势的
9、大小为：e=BLvsin四、电磁感应四、电磁感应v 2）方向判断：导体中产生的电势的方向可）方向判断：导体中产生的电势的方向可由右手定则判定：由右手定则判定：v伸出右手，并使拇指与其余四指垂直，让磁伸出右手，并使拇指与其余四指垂直，让磁力线穿过手心，拇指指向导体运动方向，则力线穿过手心，拇指指向导体运动方向，则四指所指的方向为感应电势的方向。四指所指的方向为感应电势的方向。v发电机就是根据导体作切割磁力线产生感应发电机就是根据导体作切割磁力线产生感应电势的原理制造的，所以右手定则也叫发电电势的原理制造的，所以右手定则也叫发电机定则。机定则。v例例1：把长为：把长为50cm的直导线放在的直导线放
10、在B=0.2T的均匀磁的均匀磁场中，已知导线与磁场方向垂直，并以场中，已知导线与磁场方向垂直，并以v=10m/s匀匀速运动，运动方向与磁场方向垂直，求导线中感应速运动，运动方向与磁场方向垂直，求导线中感应电势的大小。电势的大小。v 解：根据题意可知导线中的感应电势为：解：根据题意可知导线中的感应电势为：v e=BLv=0.20.510=1Vv例例2：已知一均匀磁场的磁感应强度：已知一均匀磁场的磁感应强度B0.9T，导体，导体的有效长度的有效长度L0.2m，导体垂直于磁场方向运动的，导体垂直于磁场方向运动的速度要速度要v20m/s。试计算导体中产生的感应电势的。试计算导体中产生的感应电势的大小大
11、小v解：解：e=BLv=0.90.220=3.6V v例例3：直导体在：直导体在B0.4T的均匀磁场中向右作匀速运的均匀磁场中向右作匀速运动，如图所示已知导体的长度动，如图所示已知导体的长度L20cm，导体，导体AX的电阻的电阻R00.1，运动速度，运动速度v=10m/s，负载电阻，负载电阻R0.9。试求导体。试求导体AX中的感应电势、感应电流的中的感应电势、感应电流的大小和方向，以及移动导体所需的外力大小和方向，以及移动导体所需的外力Fj。v v解：解：e=BLv=0.40.210=0.8V,v方向如图所示。方向如图所示。vI的方向与的方向与e相同，根据欧姆定律可知：相同，根据欧姆定律可知：
12、v移动导体所需的外力与导体所受电磁力相等：移动导体所需的外力与导体所受电磁力相等：vFj=F=BIL=0.40.20.8=0.064NXARFjF v3、线圈中的感应电势、线圈中的感应电势v 1、）产生条件：穿过线圈的磁通发生变化。、）产生条件：穿过线圈的磁通发生变化。v2）)大小计算：大小计算：(法拉弟电磁感应定律法拉弟电磁感应定律)v线圈中的感应电动势的线圈中的感应电动势的e大小，与穿过线圈的磁通的变化率大小，与穿过线圈的磁通的变化率成正比，成正比，v与线圈的匝数成正比。与线圈的匝数成正比。ve=N/tv3)方向判断：方向判断：(楞次定律楞次定律)v当穿过线圈的磁通发生变化时，线圈中就有感
13、应电动势产生，当穿过线圈的磁通发生变化时，线圈中就有感应电动势产生，感应电动势的方向总是企图使它的感应电流产生的磁通阻止感应电动势的方向总是企图使它的感应电流产生的磁通阻止原磁通的变化。原磁通的变化。v楞次定律的使用步骤：楞次定律的使用步骤：v 确定线圈中原来磁通的方向及变化确定线圈中原来磁通的方向及变化(增？减？增？减？)v 确定感应电流的磁通方向确定感应电流的磁通方向(增反减同增反减同)v由感应磁通的方向确定线圈中感应电势的方向由感应磁通的方向确定线圈中感应电势的方向(右手螺旋定右手螺旋定则则)v4、自感与互感、自感与互感v（1）自感现象）自感现象v1）定义：由于线圈本身电流的变化而引起的
14、感应电势的现）定义：由于线圈本身电流的变化而引起的感应电势的现象称为自感现象。由自感现象而产生的电势。用象称为自感现象。由自感现象而产生的电势。用eL表示表示 v2）自感电势的方向总是阻碍电流的变化。即：）自感电势的方向总是阻碍电流的变化。即：电流增加时，电流增加时，自感电势的方向与电流方向相反；电流减少时，自感电势的自感电势的方向与电流方向相反；电流减少时，自感电势的方向与电流方向相同。方向与电流方向相同。v（2）互感现象）互感现象v一个线圈中的电流变化会在另一线圈中产生感应电势。一个线圈中的电流变化会在另一线圈中产生感应电势。v1、）定义：由于一个线圈中电流的变化在另一线圈中产生、）定义：
15、由于一个线圈中电流的变化在另一线圈中产生感应电势的现象叫互感现象。产生的电动势叫互感电势，用感应电势的现象叫互感现象。产生的电动势叫互感电势，用eM表示。表示。v2、）互感电势的方向：由楞次定律判定。、）互感电势的方向：由楞次定律判定。v由于运用楞次定律判定感应电势的方向非常不便，因此我们由于运用楞次定律判定感应电势的方向非常不便，因此我们引入同名端的概念。引入同名端的概念。v（3）同名端：）同名端：v 概念：磁耦合线圈在同一时刻具有相同概念：磁耦合线圈在同一时刻具有相同极性的端子。表示为极性的端子。表示为“”或或“”v 判定方法：判定方法：v磁通互助法：从两线圈的某一端通入电流，磁通互助法：从两线圈的某一端通入电流，若自感磁通和互感磁通方向一致，则这两端若自感磁通和互感磁通方向一致，则这两端为同名端。否则为异名端。为同名端。否则为异名端。
