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人教版物理（中职）通用类 第五单元 电场与磁场 电磁感应 课件
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第五单元电场与磁场 电磁感应目录010203电场 电场强度磁场 磁感应强度 电势能 电势 电势差 目录040506磁场对电流的作用自感 互感 电磁感应 01电场 电场强度第一章一、点电荷二、电场、电场线、电场强度三、匀强电场 为了研究问题方便，人们就把这种情况下的带电体抽象为一个带电的几何点叫点电荷。第一章一、点电荷二、电场、电场线、电场强度三、匀强电场1.电场 与风相类比，电场也是一种存在于电荷周围的特殊物质。虽然我们不能用眼直接看到，不能用手直接摸着，但我们可以借助其他一些手段，如在其中放入电荷会受到力的作用等，来证明它的确是客观存在的。第一章一、点电荷二、电场、电场线、电场强度三、匀强电场 英国的法拉第（1791—1867）首先发现，电荷周围存在着一种叫做电场的特殊物质。只要有电荷存在，它的周围就存在着电场。电荷间的相互作用，就是借助于它们自己的电场施加给对方的。 例如，电荷A对电荷B的作用，实际上是电荷A的电场对电荷B的作用。如图5-1所示为这种关系。第一章一、点电荷二、电场、电场线、电场强度三、匀强电场电荷间的相互作用力称为电场力。 存在于静止电荷周围的电场称为静电场。若不特别声明，所说的电场都是指静电场。第一章一、点电荷二、电场、电场线、电场强度三、匀强电场2.电场线 为了形象地描述电场中各点场强的大小和方向，可以在电场中引入一些假想的曲线，曲线上每点的切线方向都和该点的场强方向一致，如图5-2所示，这些曲线称为电场线。第一章一、点电荷二、电场、电场线、电场强度三、匀强电场第一章一、点电荷二、电场、电场线、电场强度三、匀强电场如图5-3所示是孤立点电荷的电场线分布图。第一章一、点电荷二、电场、电场线、电场强度三、匀强电场 如图5-4所示是两个等电荷量的点电荷的电场线分布图。第一章一、点电荷二、电场、电场线、电场强度三、匀强电场电场线的特点： 电场线始于正电荷（或无限远处），终止于负电荷（或无限远处），不闭合，不相交。电场线不仅可以表示电场中的场强方向，电场线的疏密程度还可以表示场强的大小。电场线密的地方，表示电场强度大；电场线疏的地方，表示电场强度小。 第一章一、点电荷二、电场、电场线、电场强度三、匀强电场3.电场强度 为了研究电场的性质，我们在电场中放入体积和电量充分小的电荷，放入之后不会影响原来要研究的电场，这样的电荷叫做检验电荷。 在点电荷Q的周围A、B两点放入同一检验电荷q，如图5-5所示。 第一章一、点电荷二、电场、电场线、电场强度三、匀强电场第一章一、点电荷二、电场、电场线、电场强度三、匀强电场 通过研究发现，虽然不同的检验电荷在电场中同一点所受到的电场力F各不相同，但是对于电场中的任一确定点，检验电荷所受到的电场力跟它的电量的比值却是一恒量。 该比值的大小可以反映电场中不同点电场的强弱程度，因此用这个比值来定义一个反映电场性质的物理量——电场强度。第一章一、点电荷二、电场、电场线、电场强度三、匀强电场 放入电场中某一点的电荷所受到的电场力F跟它的电荷量q的比值，叫做该点的电场强度，简称场强，用E表示。则有 在国际单位制中，电场强度的单位是牛/库，符号是N/C。第一章一、点电荷二、电场、电场线、电场强度三、匀强电场 电场强度是矢量。一般规定正电荷在电场中某点所受电场力的方向为该点电场强度方向，那么负电荷在电场中某点所受电场力的方向跟该点电场强度方向相反。 如果已知电场中某一点的电场强度E，就可以求出任意电荷在该点所受的电场力F，即 第一章一、点电荷二、电场、电场线、电场强度三、匀强电场 除平行板边缘附近外，其他地方的场强大小和方向都相同，这样的电场就叫做匀强电场。匀强电场的电场线是一组间隔相等、互相平行的直线。第一章一、点电荷二、电场、电场线、电场强度三、匀强电场 在匀强电场中，电荷q所受的电场力处处相等，大小可以用公式F=qE计算。 【例题5-1】电荷量为+5.0×10-8C的点电荷，在电场中某点受到的电场力大小为2.0×10-3N。问： (1)该点的场强多大? (2)若将电荷量为1.0×10-7C的点电荷放在该点，它受到的电场力多大?第一章一、点电荷二、电场、电场线、电场强度三、匀强电场02电势能 电势 电势差 第二章一、电势能二、电势 电势差三、匀强电场中电势差和电场强度的关系 将带正电q的小球用丝线悬挂在A处，当我们再将正电荷Q放在小球附近时，在Q的电场作用下，小球从位置A偏移到位置B，如图5-7所示。第二章一、电势能二、电势 电势差三、匀强电场中电势差和电场强度的关系第二章一、电势能二、电势 电势差三、匀强电场中电势差和电场强度的关系 小球克服重力做了功。原来在A点的小球由于处在电场中而具有了做功的本领，表明它具有能量。我们把电场中的电荷由于受到电场力的作用而具有的能量叫做电势能。 电势能是标量，常用符号Ep表示。在国际单位制中，单位为焦耳，用符号J表示。第二章一、电势能二、电势 电势差三、匀强电场中电势差和电场强度的关系 电势能具有相对性，跟参考位置的选择有关。只有选定了电荷在某一位置的电势能为零时，电荷在其他位置的电势能才有确定的值。在理论计算中常规定电荷在无穷远处的电势能为零。第二章一、电势能二、电势 电势差三、匀强电场中电势差和电场强度的关系1.电势 电场中某点处电荷具有的电势能Ep与电荷量q的比值叫做该点的电势（也叫电位）。通常用V来表示，即 电势是标量。在国际单位制中，电势的单位是伏特，简称伏(V)，1V=1J/C。第二章一、电势能二、电势 电势差三、匀强电场中电势差和电场强度的关系 电势也具有相对性。与电势能一样，电势的大小跟参考位置的选择有关。只有在选定了某处的电势为零以后，才能确定电场中其他各点的电势值。 沿着电场线的方向，电势越来越低。零电势的选取是任意的。 在工程技术中，常选大地或仪器中的公共地线为电势的零点，这叫做接地。第二章一、电势能二、电势 电势差三、匀强电场中电势差和电场强度的关系 在安全用电方面，为了避免触电事故发生，常将电气设备在正常情况下不带电的金属部分与大地作电气连接，这种连接方式叫保护接地。 第二章一、电势能二、电势 电势差三、匀强电场中电势差和电场强度的关系2.电势差 电场中任意两点的电势之差，叫做这两点的电势差，电势差也叫电压，用U表示。 设电场中A，B两点的电势分别为VA和VB，则A，B两点的电势差为第二章一、电势能二、电势 电势差三、匀强电场中电势差和电场强度的关系 电场中某点电势的大小与零电势点的选取有关，其值是相对的。而任意两点间的电势差却与零电势点的选取无关，是绝对的。 这就像地球上的高度与高度差的关系一样。人们在实践中常用电势差，而不是电势。但正是由于两点间存在着电势差，有时也给人身安全带来隐患。 第二章一、电势能二、电势 电势差三、匀强电场中电势差和电场强度的关系 例如，在生产实践中，当电气设备发生接地故障时，在接地电流入地点周围电位分布区（以电流入地点为圆心，半径为20m的范围内）行走的人，两脚之间所承受的电势差称跨步电压，其值随人体离接地点的距离和跨步的大小而改变。若离得越近或跨步越大，跨步电压就越高，反之则越小。第二章一、电势能二、电势 电势差三、匀强电场中电势差和电场强度的关系 如图5-8所示的匀强电场中，场强为E，设A，B两点是沿电场线方向上的两点，相距为d，电势差为U，则通过理论推导可得出下列结论：在匀强电场中，沿场强方向的两点间的电势差等于场强与这两点间的距离的乘积。 第二章一、电势能二、电势 电势差三、匀强电场中电势差和电场强度的关系第二章一、电势能二、电势 电势差三、匀强电场中电势差和电场强度的关系 上式表明，在匀强电场中，场强在数值上等于沿场强方向每单位距离上的电势差，场强的单位还可以用V/m表示。第二章一、电势能二、电势 电势差三、匀强电场中电势差和电场强度的关系【例题5-2】 如图5-9所示，两块平行的金属板A、B相距3.0cm，用60V的直流电源使两板分别带电，问：两板之间的匀强电场的电场强度为多大？方向如何？03磁场 磁感应强度 第三章一、磁场 磁感应线磁感应强度二、匀强磁场三、磁通量四、电流的磁场1.磁场 自然界中，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。 磁体上磁性最强的地方叫磁极。任何磁铁都有一对磁极，一个叫南极，用S表示；一个叫北极，用N表示。第三章一、磁场 磁感应线磁感应强度二、匀强磁场三、磁通量四、电流的磁场 磁体之间会产生相互作用的磁力：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。 磁体在自己周围的空间里产生磁场，磁场对处在它里面的磁体有力的作用。磁体之间的相互作用力叫磁场力。第三章一、磁场 磁感应线磁感应强度二、匀强磁场三、磁通量四、电流的磁场 通过实验我们发现，同一块磁体放在磁场的不同位置，所受的作用力大小不同，说明磁场有强有弱。 磁体在其周围空间的不同位置产生的磁场强弱不同。如条形磁铁两极附近磁场较强，中间较弱；蹄形磁铁两极之间磁场较强，外部离磁极越远磁场越弱。第三章一、磁场 磁感应线磁感应强度二、匀强磁场三、磁通量四、电流的磁场 实验：把小磁针放在条形磁铁的周围，可以看到，不同位置的小磁针，北极所指的方向是不同的，这说明磁场是有方向的。 物理学规定，在磁场中的任一点，小磁针北极受力的方向，亦即小磁针静止时北极所指的方向，就是那一点的磁场方向。第三章一、磁场 磁感应线磁感应强度二、匀强磁场三、磁通量四、电流的磁场 例如，地球本身就是一个大的磁体，地球周围的空间产生的磁场叫做地磁场。地球的南端是地磁场的北极N，地球的北端是地磁场的南极S，所以地磁场的方向是从地球的南端指向北端的。第三章一、磁场 磁感应线磁感应强度二、匀强磁场三、磁通量四、电流的磁场2.磁感应线 为了形象的描绘磁场，在磁场中也引入了假想的曲线——磁感应线，即在磁场中画出一系列曲线，曲线上任意一点的切线方向就是该点的磁场方向，如图5-10所示。第三章一、磁场 磁感应线磁感应强度二、匀强磁场三、磁通量四、电流的磁场 磁场的强弱可用磁感应线的疏密表示，密的地方磁场强；疏的地方磁场弱，如图5-11所示。第三章一、磁场 磁感应线磁感应强度二、匀强磁场三、磁通量四、电流的磁场 在磁铁的外部，磁感应线从N极到S极；在磁铁内部，磁感应线从S极到N极，所以磁感应线是闭合曲线。条形磁铁的磁感应线如图5-12所示。第三章一、磁场 磁感应线磁感应强度二、匀强磁场三、磁通量四、电流的磁场3.磁感应强度 电场的一个基本性质是它对电荷有力的作用，并且引入电场强度这个物理量来描述电场的这个性质。 与此相类比，磁场对电流也有力的作用，根据磁场的这个性质，引入一个描述磁场对电流作用力的性质的物理量——磁感应强度。第三章一、磁场 磁感应线磁感应强度二、匀强磁场三、磁通量四、电流的磁场 当通电导线跟磁场垂直时，磁场对电流的作用力F，跟电流I和通电导线的长度L的乘积成正比。在磁场中的同一地点，当IL改变时，F也随之变化，但比值FIL保持不变。 而在磁场中的不同地方，这个比值一般不同。这表明，比值FIL是一个与磁场中的位置有关的物理量，它反映了磁场的一种力的性质。 第三章一、磁场 磁感应线磁感应强度二、匀强磁场三、磁通量四、电流的磁场 在磁场中垂直于磁场方向的通电导线所受的磁场力F与电流I和导线长度L乘积的比值叫做通电导线所在处的磁感应强度。如果用B表示磁感应强度，则有 这种定义方法叫比值定义法。在国际单位制中，磁感应强度的单位是特斯拉，简称特，符号是T。第三章一、磁场 磁感应线磁感应强度二、匀强磁场三、磁通量四、电流的磁场 磁感应强度的大小：反映磁场的强弱程度。一般地，地面附近地磁场的磁感应强度大约是0.3×10-4~0.7×10-4T，永久磁铁的磁极附近的磁感应强度大约是10-3T~1T，在电机和变压器的铁芯中，磁感应强度可达0.8T~1.4T。 磁感应强度的方向：磁场中某一点的磁场方向。第三章一、磁场 磁感应线磁感应强度二、匀强磁场三、磁通量四、电流的磁场 如果在磁场的某一区域内，各点的磁感应强度的大小和方向都相同，就把这个区域内的磁场叫做匀强磁场。 匀强磁场中的磁感应线是一些平行的、等距的直线，如距离很近的两个异名磁极之间的磁场【如图5-13】和长直通电螺线管内部的磁场。第三章一、磁场 磁感应线磁感应强度二、匀强磁场三、磁通量四、电流的磁场第三章一、磁场 磁感应线磁感应强度二、匀强磁场三、磁通量四、电流的磁场 如图5-14所示，在匀强磁场中，磁感应强度B和与其垂直的某一截面积S的乘积，叫做通过该面积的磁通量，简称磁通，用符号Φ表示。第三章一、磁场 磁感应线磁感应强度二、匀强磁场三、磁通量四、电流的磁场磁通量用公式表示为 在国际单位制中，磁通量的单位是韦伯，简称韦，符号是Wb。 当一个平面与磁场的方向垂直时，穿过它的磁通量最大，Φ=BS；当该平面与磁场的方向平行时，穿过它的磁通量最小，Φ=0。第三章一、磁场 磁感应线磁感应强度二、匀强磁场三、磁通量四、电流的磁场 【例题5-3】 已知某匀强磁场的磁感应强度为0.6T，在该磁场中有一个面积为0.02m2的矩形线圈。求当线圈平面与磁感应线垂直和平行时穿过线圈的磁通量。第三章一、磁场 磁感应线磁感应强度二、匀强磁场三、磁通量四、电流的磁场1.电流的磁场 1820年，丹麦物理学家奥斯特（1777—1851）做过下面的实验：把一条导线平行地放在小磁针的上方，给导线通电，小磁针就发生偏转，如图5-15所示。第三章一、磁场 磁感应线磁感应强度二、匀强磁场三、磁通量四、电流的磁场2.直线电流的磁场 安培（1775—1836）通过实验发现，直线电流的磁感应线是围绕导线的一些同心圆，如图5-16所示。第三章一、磁场 磁感应线磁感应强度二、匀强磁场三、磁通量四、电流的磁场安培定则： 用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感应线的环绕方向，如图5-17所示。第三章一、磁场 磁感应线磁感应强度二、匀强磁场三、磁通量四、电流的磁场3.通电螺线管的磁场 通电螺线管的电流方向和它的磁感应线方向之间的关系，也可用安培定则又叫右手螺旋定则来判定：用右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟电流方向一致，大拇指所指的方向就是螺线管内部磁感应线的方向。 如图5-18所示。第三章一、磁场 磁感应线磁感应强度二、匀强磁场三、磁通量四、电流的磁场04磁场对电流的作用第四章一、左手定则二、安培定律 磁场的重要特性：安培力电流能产生磁场，反之，磁场对电流又会产生力的作用。 磁场对电流的作用力通常称为安培力，这是为了纪念法国物理学家安培（1775—1836），他对于研究磁场对电流的作用有着杰出的贡献。第四章一、左手定则二、安培定律实验表明： 把一段通电直导线放在磁场里，当导线方向与磁场方向垂直时，电流所受的安培力最大；当导线方向与磁场方向一致时，电流所受的安培力最小，等于零；当导线方向与磁场方向斜交时，所受安培力介于最大值和最小值之间，如图5-19所示。第四章一、左手定则二、安培定律第四章一、左手定则二、安培定律 当导线方向与磁场方向垂直时，通电导线在磁场中受到的安培力的大小，既与导线的长度L成正比，又与导线中的电流I成正比，即与I 和 L的乘积 IL成正比。 第四章一、左手定则二、安培定律 通电导线所受安培力的方向和磁场方向、电流方向之间的关系，可以用左手定则来判定：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，把手放入磁场中，让磁感应线垂直穿入掌心，并使伸开的四指指向电流的方向，那么，大拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向，如图5-20所示。第四章一、左手定则二、安培定律第四章一、左手定则二、安培定律 实验研究表明：一段长度为L，通过电流为I的导线，垂直放置在磁感应强度为B的磁场中所受到的安培力大小为F=BIL。 在国际单位制中，式中B的单位为T，I的单位为A，L的单位为m，F的单位为N。 研究表明：如果电流方向与磁场方向不垂直，则安培力将变小；当电流方向跟磁场方向平行时，安培力等于零。第四章一、左手定则二、安培定律【例题5-4】 有一条东西向架设的输电线路，两电线杆之间的距离为100m，输电线中的电流强度为10A。如果当地地磁场的磁感应强度大小为5×10-5T，试估算两电线杆之间的导线所受安培力的大小。第四章一、左手定则二、安培定律 如图5-21所示，一个通电线圈放在磁场中，线圈平面与磁场平行，由于线圈框ab和cd上的电流方向相反，两个框边受到的安培力F的方向也相反，因此对转动轴OO′产生了使线圈转动的作用。这就是电动机通电后会转动的道理。第四章一、左手定则二、安培定律05电磁感应 第五章一、电磁感应现象二、右手定则三、法拉第电磁感应定律第五章一、电磁感应现象二、右手定则三、法拉第电磁感应定律 如图5-24所示实验。结论：闭合回路中的一部分导体在磁场中做切割磁感应线的运动时，导体中会产生电流。像这样利用磁场来产生电流的现象叫电磁感应现象，产生的电流叫感应电流。第五章一、电磁感应现象二、右手定则三、法拉第电磁感应定律 如图5-24所示实验产生的感应电流的方向可以用右手定则来判定：伸出右手，使大拇指和其余四指垂直并且与手掌在同一平面内，将右手放入磁场中，让磁感应线垂直穿入手心，拇指指向导体运动方向，那么其余四指所指的方向为感应电流的方向，如图5-25所示。第五章一、电磁感应现象二、右手定则三、法拉第电磁感应定律第五章一、电磁感应现象二、右手定则三、法拉第电磁感应定律 产生感应电流的另一种方法，如图5-26所示把线圈和灵敏电流计相联接，构成闭合回路。 第五章一、电磁感应现象二、右手定则三、法拉第电磁感应定律 当闭合电路中的一段导体在做切割磁感应线运动时，穿过闭合回路的磁通量也发生了变化，即产生电磁感应现象的根本条件是：穿过闭合回路的磁通量发生变化。 如果把条形磁铁放在线圈中不动时，电流计指针指零，表明回路中没有感应电流。这是因为向线圈中插入磁铁时，穿过线圈的磁通量增大了，从线圈中拔出磁铁时，穿过线圈的磁通量减小了。磁铁在线圈中不动时，磁通量没有发生变化。第五章一、电磁感应现象二、右手定则三、法拉第电磁感应定律 电流的条件是导体两端有电压。如果闭合回路中有持续的电流产生，那么该回路中必定有电动势存在。 在电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势。产生感应电动势的那部分导体就相当于电源。第五章一、电磁感应现象二、右手定则三、法拉第电磁感应定律 在电磁感应现象中，产生的感应电动势的大小是和磁通量的变化快慢有关。磁通量变化的快慢可以用单位时间内磁通量的变化来表示。单位时间内磁通量的变化量，通常叫做磁通量的变化率。 法拉第电磁感应定律：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。第五章一、电磁感应现象二、右手定则三、法拉第电磁感应定律 设在时刻t1时穿过单匝线圈的磁通量为Φ1，时刻t2时穿过这匝线圈的磁通量为Φ2，则在时间Δt=t2-t1内磁通量的变化量为ΔΦ= Φ2 - Φ1 ，磁通量的变化率为ΔΦ/Δt。设感应电动势为E，则单匝线圈中的感应电动势为 在国际单位制中，E，Φ，t的单位分别是V，Wb，s。第五章一、电磁感应现象二、右手定则三、法拉第电磁感应定律 如果线圈有N匝，并且穿过每匝线圈的磁通量的变化率都相同，那么，我们可以把这个线圈看成是由N个单匝线圈串联而成的，整个线圈的感应电动势就是单匝线圈感应电动势的N倍。即第五章一、电磁感应现象二、右手定则三、法拉第电磁感应定律【例题5-5】 把一个条形磁铁的S极，在1.5s内从线圈的顶部一直插到底部，穿过每匝线圈的磁通量改变了7.5×10-6Wb,线圈的匝数为600匝，求线圈中感应电动势的大小。若线圈与外电路联接成闭合回路，回路总电阻R为50Ω，求感应电流的大小。第五章一、电磁感应现象二、右手定则三、法拉第电磁感应定律 如图5-27所示，把矩形线框abcd放在磁感应强度为B匀强磁场里，线框平面跟磁感应线垂直。设线框可动部分ab的长度是L，以速度v向右运动，在Δt时间内由原来的位置ab移到a1b1，这时 线框的面积变化量ΔS=LvΔt，穿过闭合电路的磁通量的变化量 ΔΦ=BΔS=BLvΔt。 代入公式E=ΔΦΔt中，得到第五章一、电磁感应现象二、右手定则三、法拉第电磁感应定律第五章一、电磁感应现象二、右手定则三、法拉第电磁感应定律 【例题5-6】在B=0.01T的匀强磁场中，一根长为0.40m的导体ab以v=5.0m/s的速度向右做垂直切割磁感应线的运动，如图527所示。如果B，L，v相互垂直，导体与外电路连成闭合回路，总电阻R=0.50Ω，求导体中的感应电动势和感应电流的大小及方向？当导体ab向左切割磁感应线运动时，导体中感应电流方向如何？第五章一、电磁感应现象二、右手定则三、法拉第电磁感应定律06自感 互感 第六章一、自感现象二、日光灯电路三、互感四、变压器 如图5-28（a）所示电路，A和B是两个完全相同的灯泡，L是一个带有铁芯的线圈，调节可变电阻器R使它的阻值等于线圈的电阻。将开关S闭合的瞬间，可以观察到跟电阻串联的灯泡A比跟线圈串联的灯泡B先亮，过一段时间后两个灯泡才达到同样的亮度。 第六章一、自感现象二、日光灯电路三、互感四、变压器第六章一、自感现象二、日光灯电路三、互感四、变压器 原因：当开关S闭合时，电路中的电流由零增大，在灯泡B支路中，电流增大使穿过线圈的磁通量也随着增加。由电磁感应定律可知，线圈中必定要产生感应电动势。根据楞次定律可知，感应电动势要阻碍线圈中的电流增加，灯泡B支路中电流的增大要比灯泡A支路来得迟缓些。因此灯泡B也比灯泡A亮得迟缓些。 第六章一、自感现象二、日光灯电路三、互感四、变压器 如图5-28（b）所示的实验中，把灯泡A和铁芯线圈并联起来后接到直流电流上。将开关S闭合后，灯泡正常发光。当开关S断开的瞬间，灯泡并不是立刻熄灭，而是瞬间发出更强的光，突然闪亮一下然后才熄灭。 第六章一、自感现象二、日光灯电路三、互感四、变压器第六章一、自感现象二、日光灯电路三、互感四、变压器 原因：切断电源的瞬间，线圈中产生一个很大的感应电动势。尽管外接电源被切断，线圈L与灯泡A组成闭合回路，线圈中的感应电动势在回路中产生很强的感应电流，使灯泡发出短暂的强光。 由于通过线圈本身的电流发生变化而产生电磁感应的现象，叫做自感现象。在自感现象中产生的感应电动势，叫做自感电动势。 第六章一、自感现象二、日光灯电路三、互感四、变压器 自感现象是电磁感应的特例，因此它遵循电磁感应的一般规律，即自感电动势的大小也是跟穿过线圈本身的磁通量变化的快慢有关系。 产生的自感电动势是不同的。电学中用自感系数（符号L）来表示线圈的这种特性，自感系数简称自感或电感。线圈的自感系数跟线圈的形状、长短、匝数等因素有关系。另外，有铁芯的线圈的自感系数比没有铁芯时大得多。第六章一、自感现象二、日光灯电路三、互感四、变压器 自感线圈是交流电路中的重要元件。在无线电设备中，用它和电容器组成振荡电路，以发射电磁波；还可以用在收音机和电视机的选频电路中，用作选频器。这在以后的电子技术里还要详细讲到。日光灯的镇流器就是一个利用线圈自感现象的典型例子。第六章一、自感现象二、日光灯电路三、互感四、变压器 如图5-29所示是日光灯的电路图，它主要由镇流器、灯管、启辉器组成。第六章一、自感现象二、日光灯电路三、互感四、变压器 由于灯管发光要使灯管内气体导电，而激发气体导电所需的电压比220V的电源电压高得多，因此，日光灯在开始点燃时，需要一个高出电源电压很多的瞬时电压。在日光灯点燃后正常发光时，灯管的电阻变得很小，只允许通过不大的电流，电流过强会烧毁灯管，这时又要加在灯管上的电压低于电源电压。 第六章一、自感现象二、日光灯电路三、互感四、变压器 如图5-30所示，日光灯灯管的两端各有一个灯丝，灯管内充有微量的惰性气体和稀薄的水银蒸气。灯管内壁上涂有荧光粉。 第六章一、自感现象二、日光灯电路三、互感四、变压器 启辉器的构造如图5-31所示，它主要是一个充有氖气的小玻璃泡，里面装有两个电极，一个是固定不动的静触片，另一个是双金属片制成的U形动触片。 第六章一、自感现象二、日光灯电路三、互感四、变压器日光灯工作原理: 当开关闭合后，电源把电压加在启辉器的两极之间，使氖气放电而发出辉光。辉光产生的热量使U形动触片膨胀伸长，跟静触片接触而把电路接通。于是镇流器的线圈和灯管的灯丝中就有电流流过。第六章一、自感现象二、日光灯电路三、互感四、变压器 电路接通后，启辉器中的氖气停止放电，U形动触片冷却收缩，两个触片分离，电路自动断开。在电路突然中断的瞬间，由于镇流器中的电流急剧减小，会产生很高的自感电动势，方向与原来电压的方向相同，这个自感电动势与电源电压加在一起，形成一个瞬时高压，加在灯管两端，使灯管中的水银蒸气开始放电，于是日光灯管成为电流的通路开始发光。第六章一、自感现象二、日光灯电路三、互感四、变压器 在日光灯正常发光时，镇流器起着降压限流的作用，保证日光灯的正常工作。 自感现象也有不利的一面。在自感系数很大而电流又很强的电路（如大型电动机的定子绕组）中，在切断电路的瞬间，由于电流在很短时间内发生很大的变化，会产生很高的自感电动势，使开关的闸刀和固定夹片之间的空气电离而变成导体，形成电弧。这会烧坏开关，甚至危及工作人员的安全。 第六章一、自感现象二、日光灯电路三、互感四、变压器第六章一、自感现象二、日光灯电路三、互感四、变压器 如图5-32所示，两个线圈之间并没有导线相连，当一个线圈中的电流变化时，它产生的磁场就发生变化，在另一个线圈中就会产生感应电动势，这种现象称为互感。由于互感而产生的感应电动势，称为互感电动势。第六章一、自感现象二、日光灯电路三、互感四、变压器1.变压器的工作原理 变压器的结构如图5-33所示，在一个闭合的铁芯上绕两个线圈。第六章一、自感现象二、日光灯电路三、互感四、变压器 变压器原理见图5-34。当一个线圈（初级线圈)通入变化的电流时，这个变化的电流就会在铁芯中产生变化的磁场，这个变化的磁通量在初级线圈中产生自感电动势，同时，在另外一个线圈(次级线圈)中就会产生互感电动势。第六章一、自感现象二、日光灯电路三、互感四、变压器第六章一、自感现象二、日光灯电路三、互感四、变压器 由于穿过这两个线圈的变化的磁通量相同，所以在两个线圈中每匝线圈产生的感应电动势相等。设初级线圈匝数为n1，初级线圈两端电压为U1，次级线圈的匝数为n2，次级线圈两端电压为U2则有 第六章一、自感现象二、日光灯电路三、互感四、变压器2.常见的变压器感谢观看THANKS
第五单元电场与磁场 电磁感应目录010203电场 电场强度磁场 磁感应强度 电势能 电势 电势差 目录040506磁场对电流的作用自感 互感 电磁感应 01电场 电场强度第一章一、点电荷二、电场、电场线、电场强度三、匀强电场 为了研究问题方便，人们就把这种情况下的带电体抽象为一个带电的几何点叫点电荷。第一章一、点电荷二、电场、电场线、电场强度三、匀强电场1.电场 与风相类比，电场也是一种存在于电荷周围的特殊物质。虽然我们不能用眼直接看到，不能用手直接摸着，但我们可以借助其他一些手段，如在其中放入电荷会受到力的作用等，来证明它的确是客观存在的。第一章一、点电荷二、电场、电场线、电场强度三、匀强电场 英国的法拉第（1791—1867）首先发现，电荷周围存在着一种叫做电场的特殊物质。只要有电荷存在，它的周围就存在着电场。电荷间的相互作用，就是借助于它们自己的电场施加给对方的。 例如，电荷A对电荷B的作用，实际上是电荷A的电场对电荷B的作用。如图5-1所示为这种关系。第一章一、点电荷二、电场、电场线、电场强度三、匀强电场电荷间的相互作用力称为电场力。 存在于静止电荷周围的电场称为静电场。若不特别声明，所说的电场都是指静电场。第一章一、点电荷二、电场、电场线、电场强度三、匀强电场2.电场线 为了形象地描述电场中各点场强的大小和方向，可以在电场中引入一些假想的曲线，曲线上每点的切线方向都和该点的场强方向一致，如图5-2所示，这些曲线称为电场线。第一章一、点电荷二、电场、电场线、电场强度三、匀强电场第一章一、点电荷二、电场、电场线、电场强度三、匀强电场如图5-3所示是孤立点电荷的电场线分布图。第一章一、点电荷二、电场、电场线、电场强度三、匀强电场 如图5-4所示是两个等电荷量的点电荷的电场线分布图。第一章一、点电荷二、电场、电场线、电场强度三、匀强电场电场线的特点： 电场线始于正电荷（或无限远处），终止于负电荷（或无限远处），不闭合，不相交。电场线不仅可以表示电场中的场强方向，电场线的疏密程度还可以表示场强的大小。电场线密的地方，表示电场强度大；电场线疏的地方，表示电场强度小。 第一章一、点电荷二、电场、电场线、电场强度三、匀强电场3.电场强度 为了研究电场的性质，我们在电场中放入体积和电量充分小的电荷，放入之后不会影响原来要研究的电场，这样的电荷叫做检验电荷。 在点电荷Q的周围A、B两点放入同一检验电荷q，如图5-5所示。 第一章一、点电荷二、电场、电场线、电场强度三、匀强电场第一章一、点电荷二、电场、电场线、电场强度三、匀强电场 通过研究发现，虽然不同的检验电荷在电场中同一点所受到的电场力F各不相同，但是对于电场中的任一确定点，检验电荷所受到的电场力跟它的电量的比值却是一恒量。 该比值的大小可以反映电场中不同点电场的强弱程度，因此用这个比值来定义一个反映电场性质的物理量——电场强度。第一章一、点电荷二、电场、电场线、电场强度三、匀强电场 放入电场中某一点的电荷所受到的电场力F跟它的电荷量q的比值，叫做该点的电场强度，简称场强，用E表示。则有 在国际单位制中，电场强度的单位是牛/库，符号是N/C。第一章一、点电荷二、电场、电场线、电场强度三、匀强电场 电场强度是矢量。一般规定正电荷在电场中某点所受电场力的方向为该点电场强度方向，那么负电荷在电场中某点所受电场力的方向跟该点电场强度方向相反。 如果已知电场中某一点的电场强度E，就可以求出任意电荷在该点所受的电场力F，即 第一章一、点电荷二、电场、电场线、电场强度三、匀强电场 除平行板边缘附近外，其他地方的场强大小和方向都相同，这样的电场就叫做匀强电场。匀强电场的电场线是一组间隔相等、互相平行的直线。第一章一、点电荷二、电场、电场线、电场强度三、匀强电场 在匀强电场中，电荷q所受的电场力处处相等，大小可以用公式F=qE计算。 【例题5-1】电荷量为+5.0×10-8C的点电荷，在电场中某点受到的电场力大小为2.0×10-3N。问： (1)该点的场强多大? (2)若将电荷量为1.0×10-7C的点电荷放在该点，它受到的电场力多大?第一章一、点电荷二、电场、电场线、电场强度三、匀强电场02电势能 电势 电势差 第二章一、电势能二、电势 电势差三、匀强电场中电势差和电场强度的关系 将带正电q的小球用丝线悬挂在A处，当我们再将正电荷Q放在小球附近时，在Q的电场作用下，小球从位置A偏移到位置B，如图5-7所示。第二章一、电势能二、电势 电势差三、匀强电场中电势差和电场强度的关系第二章一、电势能二、电势 电势差三、匀强电场中电势差和电场强度的关系 小球克服重力做了功。原来在A点的小球由于处在电场中而具有了做功的本领，表明它具有能量。我们把电场中的电荷由于受到电场力的作用而具有的能量叫做电势能。 电势能是标量，常用符号Ep表示。在国际单位制中，单位为焦耳，用符号J表示。第二章一、电势能二、电势 电势差三、匀强电场中电势差和电场强度的关系 电势能具有相对性，跟参考位置的选择有关。只有选定了电荷在某一位置的电势能为零时，电荷在其他位置的电势能才有确定的值。在理论计算中常规定电荷在无穷远处的电势能为零。第二章一、电势能二、电势 电势差三、匀强电场中电势差和电场强度的关系1.电势 电场中某点处电荷具有的电势能Ep与电荷量q的比值叫做该点的电势（也叫电位）。通常用V来表示，即 电势是标量。在国际单位制中，电势的单位是伏特，简称伏(V)，1V=1J/C。第二章一、电势能二、电势 电势差三、匀强电场中电势差和电场强度的关系 电势也具有相对性。与电势能一样，电势的大小跟参考位置的选择有关。只有在选定了某处的电势为零以后，才能确定电场中其他各点的电势值。 沿着电场线的方向，电势越来越低。零电势的选取是任意的。 在工程技术中，常选大地或仪器中的公共地线为电势的零点，这叫做接地。第二章一、电势能二、电势 电势差三、匀强电场中电势差和电场强度的关系 在安全用电方面，为了避免触电事故发生，常将电气设备在正常情况下不带电的金属部分与大地作电气连接，这种连接方式叫保护接地。 第二章一、电势能二、电势 电势差三、匀强电场中电势差和电场强度的关系2.电势差 电场中任意两点的电势之差，叫做这两点的电势差，电势差也叫电压，用U表示。 设电场中A，B两点的电势分别为VA和VB，则A，B两点的电势差为第二章一、电势能二、电势 电势差三、匀强电场中电势差和电场强度的关系 电场中某点电势的大小与零电势点的选取有关，其值是相对的。而任意两点间的电势差却与零电势点的选取无关，是绝对的。 这就像地球上的高度与高度差的关系一样。人们在实践中常用电势差，而不是电势。但正是由于两点间存在着电势差，有时也给人身安全带来隐患。 第二章一、电势能二、电势 电势差三、匀强电场中电势差和电场强度的关系 例如，在生产实践中，当电气设备发生接地故障时，在接地电流入地点周围电位分布区（以电流入地点为圆心，半径为20m的范围内）行走的人，两脚之间所承受的电势差称跨步电压，其值随人体离接地点的距离和跨步的大小而改变。若离得越近或跨步越大，跨步电压就越高，反之则越小。第二章一、电势能二、电势 电势差三、匀强电场中电势差和电场强度的关系 如图5-8所示的匀强电场中，场强为E，设A，B两点是沿电场线方向上的两点，相距为d，电势差为U，则通过理论推导可得出下列结论：在匀强电场中，沿场强方向的两点间的电势差等于场强与这两点间的距离的乘积。 第二章一、电势能二、电势 电势差三、匀强电场中电势差和电场强度的关系第二章一、电势能二、电势 电势差三、匀强电场中电势差和电场强度的关系 上式表明，在匀强电场中，场强在数值上等于沿场强方向每单位距离上的电势差，场强的单位还可以用V/m表示。第二章一、电势能二、电势 电势差三、匀强电场中电势差和电场强度的关系【例题5-2】 如图5-9所示，两块平行的金属板A、B相距3.0cm，用60V的直流电源使两板分别带电，问：两板之间的匀强电场的电场强度为多大？方向如何？03磁场 磁感应强度 第三章一、磁场 磁感应线磁感应强度二、匀强磁场三、磁通量四、电流的磁场1.磁场 自然界中，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。 磁体上磁性最强的地方叫磁极。任何磁铁都有一对磁极，一个叫南极，用S表示；一个叫北极，用N表示。第三章一、磁场 磁感应线磁感应强度二、匀强磁场三、磁通量四、电流的磁场 磁体之间会产生相互作用的磁力：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。 磁体在自己周围的空间里产生磁场，磁场对处在它里面的磁体有力的作用。磁体之间的相互作用力叫磁场力。第三章一、磁场 磁感应线磁感应强度二、匀强磁场三、磁通量四、电流的磁场 通过实验我们发现，同一块磁体放在磁场的不同位置，所受的作用力大小不同，说明磁场有强有弱。 磁体在其周围空间的不同位置产生的磁场强弱不同。如条形磁铁两极附近磁场较强，中间较弱；蹄形磁铁两极之间磁场较强，外部离磁极越远磁场越弱。第三章一、磁场 磁感应线磁感应强度二、匀强磁场三、磁通量四、电流的磁场 实验：把小磁针放在条形磁铁的周围，可以看到，不同位置的小磁针，北极所指的方向是不同的，这说明磁场是有方向的。 物理学规定，在磁场中的任一点，小磁针北极受力的方向，亦即小磁针静止时北极所指的方向，就是那一点的磁场方向。第三章一、磁场 磁感应线磁感应强度二、匀强磁场三、磁通量四、电流的磁场 例如，地球本身就是一个大的磁体，地球周围的空间产生的磁场叫做地磁场。地球的南端是地磁场的北极N，地球的北端是地磁场的南极S，所以地磁场的方向是从地球的南端指向北端的。第三章一、磁场 磁感应线磁感应强度二、匀强磁场三、磁通量四、电流的磁场2.磁感应线 为了形象的描绘磁场，在磁场中也引入了假想的曲线——磁感应线，即在磁场中画出一系列曲线，曲线上任意一点的切线方向就是该点的磁场方向，如图5-10所示。第三章一、磁场 磁感应线磁感应强度二、匀强磁场三、磁通量四、电流的磁场 磁场的强弱可用磁感应线的疏密表示，密的地方磁场强；疏的地方磁场弱，如图5-11所示。第三章一、磁场 磁感应线磁感应强度二、匀强磁场三、磁通量四、电流的磁场 在磁铁的外部，磁感应线从N极到S极；在磁铁内部，磁感应线从S极到N极，所以磁感应线是闭合曲线。条形磁铁的磁感应线如图5-12所示。第三章一、磁场 磁感应线磁感应强度二、匀强磁场三、磁通量四、电流的磁场3.磁感应强度 电场的一个基本性质是它对电荷有力的作用，并且引入电场强度这个物理量来描述电场的这个性质。 与此相类比，磁场对电流也有力的作用，根据磁场的这个性质，引入一个描述磁场对电流作用力的性质的物理量——磁感应强度。第三章一、磁场 磁感应线磁感应强度二、匀强磁场三、磁通量四、电流的磁场 当通电导线跟磁场垂直时，磁场对电流的作用力F，跟电流I和通电导线的长度L的乘积成正比。在磁场中的同一地点，当IL改变时，F也随之变化，但比值FIL保持不变。 而在磁场中的不同地方，这个比值一般不同。这表明，比值FIL是一个与磁场中的位置有关的物理量，它反映了磁场的一种力的性质。 第三章一、磁场 磁感应线磁感应强度二、匀强磁场三、磁通量四、电流的磁场 在磁场中垂直于磁场方向的通电导线所受的磁场力F与电流I和导线长度L乘积的比值叫做通电导线所在处的磁感应强度。如果用B表示磁感应强度，则有 这种定义方法叫比值定义法。在国际单位制中，磁感应强度的单位是特斯拉，简称特，符号是T。第三章一、磁场 磁感应线磁感应强度二、匀强磁场三、磁通量四、电流的磁场 磁感应强度的大小：反映磁场的强弱程度。一般地，地面附近地磁场的磁感应强度大约是0.3×10-4~0.7×10-4T，永久磁铁的磁极附近的磁感应强度大约是10-3T~1T，在电机和变压器的铁芯中，磁感应强度可达0.8T~1.4T。 磁感应强度的方向：磁场中某一点的磁场方向。第三章一、磁场 磁感应线磁感应强度二、匀强磁场三、磁通量四、电流的磁场 如果在磁场的某一区域内，各点的磁感应强度的大小和方向都相同，就把这个区域内的磁场叫做匀强磁场。 匀强磁场中的磁感应线是一些平行的、等距的直线，如距离很近的两个异名磁极之间的磁场【如图5-13】和长直通电螺线管内部的磁场。第三章一、磁场 磁感应线磁感应强度二、匀强磁场三、磁通量四、电流的磁场第三章一、磁场 磁感应线磁感应强度二、匀强磁场三、磁通量四、电流的磁场 如图5-14所示，在匀强磁场中，磁感应强度B和与其垂直的某一截面积S的乘积，叫做通过该面积的磁通量，简称磁通，用符号Φ表示。第三章一、磁场 磁感应线磁感应强度二、匀强磁场三、磁通量四、电流的磁场磁通量用公式表示为 在国际单位制中，磁通量的单位是韦伯，简称韦，符号是Wb。 当一个平面与磁场的方向垂直时，穿过它的磁通量最大，Φ=BS；当该平面与磁场的方向平行时，穿过它的磁通量最小，Φ=0。第三章一、磁场 磁感应线磁感应强度二、匀强磁场三、磁通量四、电流的磁场 【例题5-3】 已知某匀强磁场的磁感应强度为0.6T，在该磁场中有一个面积为0.02m2的矩形线圈。求当线圈平面与磁感应线垂直和平行时穿过线圈的磁通量。第三章一、磁场 磁感应线磁感应强度二、匀强磁场三、磁通量四、电流的磁场1.电流的磁场 1820年，丹麦物理学家奥斯特（1777—1851）做过下面的实验：把一条导线平行地放在小磁针的上方，给导线通电，小磁针就发生偏转，如图5-15所示。第三章一、磁场 磁感应线磁感应强度二、匀强磁场三、磁通量四、电流的磁场2.直线电流的磁场 安培（1775—1836）通过实验发现，直线电流的磁感应线是围绕导线的一些同心圆，如图5-16所示。第三章一、磁场 磁感应线磁感应强度二、匀强磁场三、磁通量四、电流的磁场安培定则： 用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感应线的环绕方向，如图5-17所示。第三章一、磁场 磁感应线磁感应强度二、匀强磁场三、磁通量四、电流的磁场3.通电螺线管的磁场 通电螺线管的电流方向和它的磁感应线方向之间的关系，也可用安培定则又叫右手螺旋定则来判定：用右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟电流方向一致，大拇指所指的方向就是螺线管内部磁感应线的方向。 如图5-18所示。第三章一、磁场 磁感应线磁感应强度二、匀强磁场三、磁通量四、电流的磁场04磁场对电流的作用第四章一、左手定则二、安培定律 磁场的重要特性：安培力电流能产生磁场，反之，磁场对电流又会产生力的作用。 磁场对电流的作用力通常称为安培力，这是为了纪念法国物理学家安培（1775—1836），他对于研究磁场对电流的作用有着杰出的贡献。第四章一、左手定则二、安培定律实验表明： 把一段通电直导线放在磁场里，当导线方向与磁场方向垂直时，电流所受的安培力最大；当导线方向与磁场方向一致时，电流所受的安培力最小，等于零；当导线方向与磁场方向斜交时，所受安培力介于最大值和最小值之间，如图5-19所示。第四章一、左手定则二、安培定律第四章一、左手定则二、安培定律 当导线方向与磁场方向垂直时，通电导线在磁场中受到的安培力的大小，既与导线的长度L成正比，又与导线中的电流I成正比，即与I 和 L的乘积 IL成正比。 第四章一、左手定则二、安培定律 通电导线所受安培力的方向和磁场方向、电流方向之间的关系，可以用左手定则来判定：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，把手放入磁场中，让磁感应线垂直穿入掌心，并使伸开的四指指向电流的方向，那么，大拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向，如图5-20所示。第四章一、左手定则二、安培定律第四章一、左手定则二、安培定律 实验研究表明：一段长度为L，通过电流为I的导线，垂直放置在磁感应强度为B的磁场中所受到的安培力大小为F=BIL。 在国际单位制中，式中B的单位为T，I的单位为A，L的单位为m，F的单位为N。 研究表明：如果电流方向与磁场方向不垂直，则安培力将变小；当电流方向跟磁场方向平行时，安培力等于零。第四章一、左手定则二、安培定律【例题5-4】 有一条东西向架设的输电线路，两电线杆之间的距离为100m，输电线中的电流强度为10A。如果当地地磁场的磁感应强度大小为5×10-5T，试估算两电线杆之间的导线所受安培力的大小。第四章一、左手定则二、安培定律 如图5-21所示，一个通电线圈放在磁场中，线圈平面与磁场平行，由于线圈框ab和cd上的电流方向相反，两个框边受到的安培力F的方向也相反，因此对转动轴OO′产生了使线圈转动的作用。这就是电动机通电后会转动的道理。第四章一、左手定则二、安培定律05电磁感应 第五章一、电磁感应现象二、右手定则三、法拉第电磁感应定律第五章一、电磁感应现象二、右手定则三、法拉第电磁感应定律 如图5-24所示实验。结论：闭合回路中的一部分导体在磁场中做切割磁感应线的运动时，导体中会产生电流。像这样利用磁场来产生电流的现象叫电磁感应现象，产生的电流叫感应电流。第五章一、电磁感应现象二、右手定则三、法拉第电磁感应定律 如图5-24所示实验产生的感应电流的方向可以用右手定则来判定：伸出右手，使大拇指和其余四指垂直并且与手掌在同一平面内，将右手放入磁场中，让磁感应线垂直穿入手心，拇指指向导体运动方向，那么其余四指所指的方向为感应电流的方向，如图5-25所示。第五章一、电磁感应现象二、右手定则三、法拉第电磁感应定律第五章一、电磁感应现象二、右手定则三、法拉第电磁感应定律 产生感应电流的另一种方法，如图5-26所示把线圈和灵敏电流计相联接，构成闭合回路。 第五章一、电磁感应现象二、右手定则三、法拉第电磁感应定律 当闭合电路中的一段导体在做切割磁感应线运动时，穿过闭合回路的磁通量也发生了变化，即产生电磁感应现象的根本条件是：穿过闭合回路的磁通量发生变化。 如果把条形磁铁放在线圈中不动时，电流计指针指零，表明回路中没有感应电流。这是因为向线圈中插入磁铁时，穿过线圈的磁通量增大了，从线圈中拔出磁铁时，穿过线圈的磁通量减小了。磁铁在线圈中不动时，磁通量没有发生变化。第五章一、电磁感应现象二、右手定则三、法拉第电磁感应定律 电流的条件是导体两端有电压。如果闭合回路中有持续的电流产生，那么该回路中必定有电动势存在。 在电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势。产生感应电动势的那部分导体就相当于电源。第五章一、电磁感应现象二、右手定则三、法拉第电磁感应定律 在电磁感应现象中，产生的感应电动势的大小是和磁通量的变化快慢有关。磁通量变化的快慢可以用单位时间内磁通量的变化来表示。单位时间内磁通量的变化量，通常叫做磁通量的变化率。 法拉第电磁感应定律：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。第五章一、电磁感应现象二、右手定则三、法拉第电磁感应定律 设在时刻t1时穿过单匝线圈的磁通量为Φ1，时刻t2时穿过这匝线圈的磁通量为Φ2，则在时间Δt=t2-t1内磁通量的变化量为ΔΦ= Φ2 - Φ1 ，磁通量的变化率为ΔΦ/Δt。设感应电动势为E，则单匝线圈中的感应电动势为 在国际单位制中，E，Φ，t的单位分别是V，Wb，s。第五章一、电磁感应现象二、右手定则三、法拉第电磁感应定律 如果线圈有N匝，并且穿过每匝线圈的磁通量的变化率都相同，那么，我们可以把这个线圈看成是由N个单匝线圈串联而成的，整个线圈的感应电动势就是单匝线圈感应电动势的N倍。即第五章一、电磁感应现象二、右手定则三、法拉第电磁感应定律【例题5-5】 把一个条形磁铁的S极，在1.5s内从线圈的顶部一直插到底部，穿过每匝线圈的磁通量改变了7.5×10-6Wb,线圈的匝数为600匝，求线圈中感应电动势的大小。若线圈与外电路联接成闭合回路，回路总电阻R为50Ω，求感应电流的大小。第五章一、电磁感应现象二、右手定则三、法拉第电磁感应定律 如图5-27所示，把矩形线框abcd放在磁感应强度为B匀强磁场里，线框平面跟磁感应线垂直。设线框可动部分ab的长度是L，以速度v向右运动，在Δt时间内由原来的位置ab移到a1b1，这时 线框的面积变化量ΔS=LvΔt，穿过闭合电路的磁通量的变化量 ΔΦ=BΔS=BLvΔt。 代入公式E=ΔΦΔt中，得到第五章一、电磁感应现象二、右手定则三、法拉第电磁感应定律第五章一、电磁感应现象二、右手定则三、法拉第电磁感应定律 【例题5-6】在B=0.01T的匀强磁场中，一根长为0.40m的导体ab以v=5.0m/s的速度向右做垂直切割磁感应线的运动，如图527所示。如果B，L，v相互垂直，导体与外电路连成闭合回路，总电阻R=0.50Ω，求导体中的感应电动势和感应电流的大小及方向？当导体ab向左切割磁感应线运动时，导体中感应电流方向如何？第五章一、电磁感应现象二、右手定则三、法拉第电磁感应定律06自感 互感 第六章一、自感现象二、日光灯电路三、互感四、变压器 如图5-28（a）所示电路，A和B是两个完全相同的灯泡，L是一个带有铁芯的线圈，调节可变电阻器R使它的阻值等于线圈的电阻。将开关S闭合的瞬间，可以观察到跟电阻串联的灯泡A比跟线圈串联的灯泡B先亮，过一段时间后两个灯泡才达到同样的亮度。 第六章一、自感现象二、日光灯电路三、互感四、变压器第六章一、自感现象二、日光灯电路三、互感四、变压器 原因：当开关S闭合时，电路中的电流由零增大，在灯泡B支路中，电流增大使穿过线圈的磁通量也随着增加。由电磁感应定律可知，线圈中必定要产生感应电动势。根据楞次定律可知，感应电动势要阻碍线圈中的电流增加，灯泡B支路中电流的增大要比灯泡A支路来得迟缓些。因此灯泡B也比灯泡A亮得迟缓些。 第六章一、自感现象二、日光灯电路三、互感四、变压器 如图5-28（b）所示的实验中，把灯泡A和铁芯线圈并联起来后接到直流电流上。将开关S闭合后，灯泡正常发光。当开关S断开的瞬间，灯泡并不是立刻熄灭，而是瞬间发出更强的光，突然闪亮一下然后才熄灭。 第六章一、自感现象二、日光灯电路三、互感四、变压器第六章一、自感现象二、日光灯电路三、互感四、变压器 原因：切断电源的瞬间，线圈中产生一个很大的感应电动势。尽管外接电源被切断，线圈L与灯泡A组成闭合回路，线圈中的感应电动势在回路中产生很强的感应电流，使灯泡发出短暂的强光。 由于通过线圈本身的电流发生变化而产生电磁感应的现象，叫做自感现象。在自感现象中产生的感应电动势，叫做自感电动势。 第六章一、自感现象二、日光灯电路三、互感四、变压器 自感现象是电磁感应的特例，因此它遵循电磁感应的一般规律，即自感电动势的大小也是跟穿过线圈本身的磁通量变化的快慢有关系。 产生的自感电动势是不同的。电学中用自感系数（符号L）来表示线圈的这种特性，自感系数简称自感或电感。线圈的自感系数跟线圈的形状、长短、匝数等因素有关系。另外，有铁芯的线圈的自感系数比没有铁芯时大得多。第六章一、自感现象二、日光灯电路三、互感四、变压器 自感线圈是交流电路中的重要元件。在无线电设备中，用它和电容器组成振荡电路，以发射电磁波；还可以用在收音机和电视机的选频电路中，用作选频器。这在以后的电子技术里还要详细讲到。日光灯的镇流器就是一个利用线圈自感现象的典型例子。第六章一、自感现象二、日光灯电路三、互感四、变压器 如图5-29所示是日光灯的电路图，它主要由镇流器、灯管、启辉器组成。第六章一、自感现象二、日光灯电路三、互感四、变压器 由于灯管发光要使灯管内气体导电，而激发气体导电所需的电压比220V的电源电压高得多，因此，日光灯在开始点燃时，需要一个高出电源电压很多的瞬时电压。在日光灯点燃后正常发光时，灯管的电阻变得很小，只允许通过不大的电流，电流过强会烧毁灯管，这时又要加在灯管上的电压低于电源电压。 第六章一、自感现象二、日光灯电路三、互感四、变压器 如图5-30所示，日光灯灯管的两端各有一个灯丝，灯管内充有微量的惰性气体和稀薄的水银蒸气。灯管内壁上涂有荧光粉。 第六章一、自感现象二、日光灯电路三、互感四、变压器 启辉器的构造如图5-31所示，它主要是一个充有氖气的小玻璃泡，里面装有两个电极，一个是固定不动的静触片，另一个是双金属片制成的U形动触片。 第六章一、自感现象二、日光灯电路三、互感四、变压器日光灯工作原理: 当开关闭合后，电源把电压加在启辉器的两极之间，使氖气放电而发出辉光。辉光产生的热量使U形动触片膨胀伸长，跟静触片接触而把电路接通。于是镇流器的线圈和灯管的灯丝中就有电流流过。第六章一、自感现象二、日光灯电路三、互感四、变压器 电路接通后，启辉器中的氖气停止放电，U形动触片冷却收缩，两个触片分离，电路自动断开。在电路突然中断的瞬间，由于镇流器中的电流急剧减小，会产生很高的自感电动势，方向与原来电压的方向相同，这个自感电动势与电源电压加在一起，形成一个瞬时高压，加在灯管两端，使灯管中的水银蒸气开始放电，于是日光灯管成为电流的通路开始发光。第六章一、自感现象二、日光灯电路三、互感四、变压器 在日光灯正常发光时，镇流器起着降压限流的作用，保证日光灯的正常工作。 自感现象也有不利的一面。在自感系数很大而电流又很强的电路（如大型电动机的定子绕组）中，在切断电路的瞬间，由于电流在很短时间内发生很大的变化，会产生很高的自感电动势，使开关的闸刀和固定夹片之间的空气电离而变成导体，形成电弧。这会烧坏开关，甚至危及工作人员的安全。 第六章一、自感现象二、日光灯电路三、互感四、变压器第六章一、自感现象二、日光灯电路三、互感四、变压器 如图5-32所示，两个线圈之间并没有导线相连，当一个线圈中的电流变化时，它产生的磁场就发生变化，在另一个线圈中就会产生感应电动势，这种现象称为互感。由于互感而产生的感应电动势，称为互感电动势。第六章一、自感现象二、日光灯电路三、互感四、变压器1.变压器的工作原理 变压器的结构如图5-33所示，在一个闭合的铁芯上绕两个线圈。第六章一、自感现象二、日光灯电路三、互感四、变压器 变压器原理见图5-34。当一个线圈（初级线圈)通入变化的电流时，这个变化的电流就会在铁芯中产生变化的磁场，这个变化的磁通量在初级线圈中产生自感电动势，同时，在另外一个线圈(次级线圈)中就会产生互感电动势。第六章一、自感现象二、日光灯电路三、互感四、变压器第六章一、自感现象二、日光灯电路三、互感四、变压器 由于穿过这两个线圈的变化的磁通量相同，所以在两个线圈中每匝线圈产生的感应电动势相等。设初级线圈匝数为n1，初级线圈两端电压为U1，次级线圈的匝数为n2，次级线圈两端电压为U2则有 第六章一、自感现象二、日光灯电路三、互感四、变压器2.常见的变压器感谢观看THANKS
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