第五章电磁感应与暂态过程摘要.doc

第五章 电磁感应与暂态过程 引言： (1) 就电磁学内容体系而言，我们侧重于场论方法研究电荷、电流，电场、磁场之间的内在规律性。到目前为止，我们已研究了稳恒电场、稳恒磁场，即时稳场的规律；现在我们思考：当电场或磁场随t发生变化时，情况又该怎样呢？下面我们将进入时变场的学习 (2) 其次，由以上两章的学习，我们已知电流具有磁效应。现在要问：其反问题存在否，即能否由磁现象来产生电效应呢？ 以下我们就来回答这个问题。 英国科学家M. Faraday历经近十年艰辛探索，通过大量实验，发现了电磁感应规律，给定了由磁现象产生电效应的方法，该方法指出：当导体回路中磁通量发生变化时，回路中将出现电流。这一现象称为电磁感应现象，相应的 电磁感应现象的发现在《电磁学》发展史上是一个重要的里程碑，它是我们当今许多电气设备、电子产品工作的基础，例如：变压器、发电机、电动机，等等都是基于这一原理。 本章内容以法拉第电磁感应定律为基础，逐步展开讨论，给出应用。下面我们首先学习电磁感应定律的内容。 §1 法拉第电磁感应定律 由于电磁感应定律是一条实验定律，我们当从实验现象入手。通过观察、分析实验现象，给出结论，学习定律。 一、电磁感应现象 1、实验现象 ① 我们选择有代表性的实验来观察实验现象，围绕如下图5-1所示装置开展实验： 将空心螺线管A与检流计G连成回路，我们就是针对这样的装置来做演示实验，观察G指针的偏转情况，进而判断有无电磁感应现象发生。 图5-1 需指出：由于G的指针是双向偏转的，观察时我们只关心每次操作时偏转与否、偏转方向如何、偏幅怎样。至于后来的来回摆动、复零我们不关心，欲知可见以后磁电式仪表工作原理再介绍。 ② 从稳恒电路角度看，上述螺线管A只相当于一段导线，回路中无电源，电路中没有电流，检流计G指针不发生偏转（调节示零），我们现在的问题是：对该装置，由磁现象能产生电效应吗？如果有，则我们说发生了电磁感应现象。我们判定的方法即是通过检流计G指针的偏转情况来确定：偏转方向反映回路中电流的方向，偏转幅度表明产生的大小。 ③ 再者，实验之前，我们应明确其目的，不能忘记主题和目标。 目的：观察有否电磁感应现象发生，正确判明产生的条件和产生的因素。 下面开始做演示实验： 实验一： 插入、拔出磁棒。 投影片：上端为实物图，下端对应地置投影式检流计。 向学生展示实物：空心螺线管A与投影式检流计按图连成闭路，磁棒。 分三环节做实验：插入、静止、拔出（每步中间稍顿）。 指出——插、拔时检流计G指针反向偏； 强调——磁棒置管内静止时，最大但不变，检流计G示零。 再做一遍：与上相比，插、拔速度相对地慢一些。两次差别仅在于相对速度不同，产生的大小有别。 观察现象，我们至少看到如下事实： (1) 插、拔时有电磁感应现象发生； (2) 的大小与相对运动速度有关，的方向决定于是插入还是拔出。 接下来，我们再做第二个实验（板书实验二及题名）。 实验二：插入、拔出载流线圈。 投影片：实物图的连接仅是小线圈（螺线管B）与电源（含开关）组成又一回路。投影式检流计仍置投影仪下端。 展示小螺管B：通过开关与电源连成回路。 做实验：仍按三步进行，（通上电源）小螺线管插入、静止、拔出。 观察现象，我们发现： (1) 仍有电磁感应现象发生； (2)（与实验一比较）产生并不在乎磁场是由什么激发的（是磁极，还 是通电螺管激发）。 至此，比较以上两实验，它们的共同点就是：有磁极相对运动参与其中，似乎给人的印象是——要回路中产生，就要发生相对运动。现在要思考： (1)“相对运动”是否就是产生的唯一方式或原因？ (2) 我们能否将“相对运动”当作产生的必然条件而作为一般方法或 结论固定下来呢？ 或许有的同学已发现，上述实验中，在磁极插入、拔出过程中，表面上看有相对运动，但这不正是引起大线圈A中的磁通变化的原因或一种方式吗？ 联想实验的目的，论及产生的原因或条件，试问究竟是相对运动、还是线圈中磁通变化哪一个更具权威性或本质性。带着这个问题我们再做实验三。（板书：实验三及题名） 实验三：通、断小线圈电流。 投影片：大、小线圈相对静止的实物连接图（上端置投影片，下端放G）。 展示实物：大、小线圈各自所在回路事前已连好，表明大、小之间存在两个“无”，一“无”相对运动（将小线圈置于大线圈之内）；二 “无”电的直接联系。 通过小线圈通、断电源，能在大线圈中 产生吗？让实验回答： 实验：仍分三个层次 观察现象，我们得知： (1) 虽无相对运动，但仍有电磁感应现象发生； (2) 回答了相对运动只是产生的一种方式，并非一般性条件。 综观以上实验，