電磁感應(yīng)和電磁波1ppt課件

1、電磁感應(yīng)和電磁波電磁感應(yīng)和電磁波.電磁感應(yīng)和電磁波電磁感應(yīng)和電磁波一、變化的磁場一、變化的磁場二、變化的電場二、變化的電場三、真空中的麥克斯韋方程組和電磁波三、真空中的麥克斯韋方程組和電磁波法拉第電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律動(dòng)生電動(dòng)勢與感生電動(dòng)動(dòng)生電動(dòng)勢與感生電動(dòng)勢勢磁場能量磁場能量一一. . 法拉第電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律電電 流流磁磁 場場電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)感應(yīng)電流感應(yīng)電流 1831年法拉第年法拉第閉合回路閉合回路變化變化m 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生產(chǎn)生產(chǎn)產(chǎn) 生生?問題的提出問題的提出(1)(1)電磁感應(yīng)的基本現(xiàn)象電磁感應(yīng)的基本現(xiàn)象B B變變S S變變B BvS S變變B B 變變 wn0規(guī)律：

2、規(guī)律：回路中的回路中的B、面積、面積S、兩者的夾角、兩者的夾角 變化變化都會(huì)使回路中產(chǎn)生電流都會(huì)使回路中產(chǎn)生電流電磁感應(yīng)現(xiàn)象：電磁感應(yīng)現(xiàn)象：當(dāng)通過一個(gè)閉合回路所圍面積的當(dāng)通過一個(gè)閉合回路所圍面積的磁通磁通量量發(fā)生變化時(shí)，不管這種變化是由于發(fā)生變化時(shí)，不管這種變化是由于什么原因產(chǎn)生的，回路中就會(huì)有什么原因產(chǎn)生的，回路中就會(huì)有電流電流出現(xiàn)。出現(xiàn)。感應(yīng)電動(dòng)勢：感應(yīng)電動(dòng)勢：由于回路的磁通量發(fā)生變化而引起的由于回路的磁通量發(fā)生變化而引起的電動(dòng)勢電動(dòng)勢。楞次定律楞次定律：閉合導(dǎo)體回路中：閉合導(dǎo)體回路中感應(yīng)電流的方向感應(yīng)電流的方向，總是，總是使得它所激發(fā)的磁場去阻止回路磁通量使得它所激發(fā)的磁場去阻止回路磁通

3、量 的變化。的變化。主要用于判斷感應(yīng)電流的方向主要用于判斷感應(yīng)電流的方向 當(dāng)磁通量增加時(shí)，感應(yīng)電流的場與原磁場當(dāng)磁通量增加時(shí)，感應(yīng)電流的場與原磁場相反相反 當(dāng)當(dāng)磁通量減少時(shí)，感應(yīng)電流的場與原磁場磁通量減少時(shí)，感應(yīng)電流的場與原磁場相同相同I1vINSVtdd負(fù)號反映了感應(yīng)電動(dòng)勢的方向負(fù)號反映了感應(yīng)電動(dòng)勢的方向，是楞次定律的數(shù)，是楞次定律的數(shù)學(xué)表示。學(xué)表示。（各量（各量SISI制）制）當(dāng)穿過回路所包圍面積的磁通量發(fā)生變化當(dāng)穿過回路所包圍面積的磁通量發(fā)生變化時(shí)，回路中產(chǎn)生的時(shí)，回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢感應(yīng)電動(dòng)勢正比于穿過正比于穿過回路的磁通量隨時(shí)間的變化率的回路的磁通量隨時(shí)間的變化率的負(fù)值負(fù)值。00d

4、td0dtdi00dtd0dtdi與規(guī)定方向相反與規(guī)定方向相反與規(guī)定方向相同與規(guī)定方向相同規(guī)定：導(dǎo)體回路與磁場線符合右手螺旋的方向?yàn)檎?。?guī)定：導(dǎo)體回路與磁場線符合右手螺旋的方向?yàn)檎nBLnBtNtNdddd (1)如果圍繞磁場的線圈有如果圍繞磁場的線圈有N匝匝, ,則電動(dòng)勢則電動(dòng)勢: :tRIdd1 N 為磁通鏈匝數(shù)為磁通鏈匝數(shù)( (磁鏈磁鏈).).(2)當(dāng)回路電阻為當(dāng)回路電阻為R時(shí)時(shí), ,電流電流(3)通過回路的電量為通過回路的電量為: : 21dtttIqR21 ttRttddd121進(jìn)一步討論：進(jìn)一步討論：電量與 成正比而與d /dt 無關(guān)。 1）穩(wěn)恒磁場中的導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)）穩(wěn)恒磁場中的導(dǎo)

5、體運(yùn)動(dòng) , 或者回路面積或者回路面積變化、取向變化等變化、取向變化等 動(dòng)生電動(dòng)勢動(dòng)生電動(dòng)勢 2）導(dǎo)體不動(dòng)，磁場變化）導(dǎo)體不動(dòng)，磁場變化 感生電動(dòng)勢感生電動(dòng)勢引起磁通量變化的原因引起磁通量變化的原因tdd3. 感應(yīng)電動(dòng)勢感應(yīng)電動(dòng)勢電動(dòng)勢電動(dòng)勢 在電源內(nèi)將單位正電荷從負(fù)極移動(dòng)到正極的在電源內(nèi)將單位正電荷從負(fù)極移動(dòng)到正極的過程中過程中非靜電力非靜電力所作的功所作的功_kdlE3. 動(dòng)生電動(dòng)勢與感生電動(dòng)勢動(dòng)生電動(dòng)勢與感生電動(dòng)勢設(shè)導(dǎo)體內(nèi)每個(gè)電子受洛侖茲力為設(shè)導(dǎo)體內(nèi)每個(gè)電子受洛侖茲力為BefmvCDefvBmf 洛倫茲力是非靜電力，對應(yīng)洛倫茲力是非靜電力，對應(yīng)的的“非靜電場非靜電場”的場強(qiáng)的場強(qiáng)BeFEv

6、kDCil dBl dEvk動(dòng)生電動(dòng)勢為動(dòng)生電動(dòng)勢為CDefvBmfCCiDDBdlBdlBlvvv直導(dǎo)體棒在均勻磁場中運(yùn)動(dòng)的特例直導(dǎo)體棒在均勻磁場中運(yùn)動(dòng)的特例 方向方向D C非均勻磁場而且導(dǎo)體各段運(yùn)動(dòng)速度不同非均勻磁場而且導(dǎo)體各段運(yùn)動(dòng)速度不同dv B dl考慮以速度考慮以速度v v 運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體元運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體元dldl()babavBdl對整個(gè)導(dǎo)體積分：對整個(gè)導(dǎo)體積分：例例 已知已知:L,B,v 求求: l d)Bv(d )cos(dlsinvB 009090dlsinBv LdlBvsin sinBvL +L BvdlBv 均勻磁場均勻磁場 平動(dòng)平動(dòng)方向沿導(dǎo)線由方向沿導(dǎo)線由下端下端指向指向上端

7、上端vARBB例例4.25 一半徑為一半徑為 R 的半圓形金屬導(dǎo)線在垂直于均的半圓形金屬導(dǎo)線在垂直于均勻磁場勻磁場 B 的平面內(nèi)向右以速度的平面內(nèi)向右以速度 v 運(yùn)動(dòng)，求導(dǎo)線中運(yùn)動(dòng)，求導(dǎo)線中的動(dòng)生電動(dòng)勢。的動(dòng)生電動(dòng)勢。 解：在導(dǎo)線上任取一段線元解：在導(dǎo)線上任取一段線元dl線元產(chǎn)生的動(dòng)生電動(dòng)勢為線元產(chǎn)生的動(dòng)生電動(dòng)勢為l dBdivcoscosBRdBdlvv整個(gè)導(dǎo)線上產(chǎn)生的電動(dòng)勢：整個(gè)導(dǎo)線上產(chǎn)生的電動(dòng)勢： 22cosdBRdiiv方向沿導(dǎo)線由方向沿導(dǎo)線由A指向指向B BRdBRvv2cos22Bvl d均勻磁場均勻磁場 平動(dòng)平動(dòng)例例2 2.一金屬桿在勻強(qiáng)磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)，求動(dòng)生電動(dòng)勢。一金屬桿在勻強(qiáng)磁

8、場中轉(zhuǎn)動(dòng)，求動(dòng)生電動(dòng)勢。 已知已知LBw w、 、+w w LOAC+B均勻磁場均勻磁場 轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)負(fù)號表示電動(dòng)勢負(fù)號表示電動(dòng)勢的方向指向的方向指向Ol d)Bv(d 00sin90cos180BldlBl dlww LldlB0w221LBw w 解法一：解法一：+w w OAC+Bdllv12B SBL L 221122ddBLBLdtdtww OACO回路回路+w w LOAC+解二解二 直接利用法拉第電磁感應(yīng)定律數(shù)學(xué)表達(dá)式求解。直接利用法拉第電磁感應(yīng)定律數(shù)學(xué)表達(dá)式求解。 負(fù)號表示方向沿負(fù)號表示方向沿AOCA OC、CA段沒有動(dòng)生電動(dòng)勢段沒有動(dòng)生電動(dòng)勢v例例 一直導(dǎo)線一直導(dǎo)線CD在一無限長

9、直電流磁場中作在一無限長直電流磁場中作 切割磁力線運(yùn)動(dòng)。求：動(dòng)生電動(dòng)勢。切割磁力線運(yùn)動(dòng)。求：動(dòng)生電動(dòng)勢。abIl dlBv l d)Bv(d 000180902cosdlsinlIv dllvI 20 baaldlvI 20abalnvI 20CD方向方向CD 非均勻磁場非均勻磁場 平動(dòng)平動(dòng)iddt 適用于一切產(chǎn)生電動(dòng)勢的回路適用于一切產(chǎn)生電動(dòng)勢的回路討論討論適用于切割磁力線的導(dǎo)體適用于切割磁力線的導(dǎo)體iiddvBdli導(dǎo)體中有電動(dòng)勢導(dǎo)體中有電動(dòng)勢, ,即有非靜電力即有非靜電力. .可歸結(jié)為兩類情況可歸結(jié)為兩類情況: :1.場不變場不變,導(dǎo)體在運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體在運(yùn)動(dòng),“切割切割”磁力線磁力線. 2.導(dǎo)

10、體不運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體不運(yùn)動(dòng),場變場變,變化磁場在空間產(chǎn)生非靜電場變化磁場在空間產(chǎn)生非靜電場 動(dòng)生電動(dòng)勢：動(dòng)生電動(dòng)勢：感生電動(dòng)勢：感生電動(dòng)勢： 非靜電力非靜電力 ？非靜電力非靜電力 洛侖茲力洛侖茲力LEdl感生感生變化的磁場變化的磁場在其周圍空間會(huì)激發(fā)一種渦旋狀的電場，在其周圍空間會(huì)激發(fā)一種渦旋狀的電場，稱為稱為渦旋渦旋電場或電場或感生電場感生電場。記作。記作 或或感感E渦渦E由電動(dòng)勢的定義由電動(dòng)勢的定義感生電動(dòng)勢：感生電動(dòng)勢：非靜電力非靜電力 感生電場力感生電場力ddLSBElSt 感生法拉第電磁感應(yīng)定律表示為法拉第電磁感應(yīng)定律表示為: :此式反映了此式反映了變化的磁場可以激發(fā)電場變化的磁場可以激發(fā)電

11、場的客觀事實(shí)的客觀事實(shí). .ddddddkLsElBStt 當(dāng)僅有磁場的變化時(shí)當(dāng)僅有磁場的變化時(shí)BB r t,討論討論 2） S 是以是以 L 為邊界的任一曲面。為邊界的任一曲面。SLSS 的法線方向應(yīng)選得與曲線的法線方向應(yīng)選得與曲線 L的積分方向成右手螺旋關(guān)系的積分方向成右手螺旋關(guān)系是曲面上的任一面元上磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率是曲面上的任一面元上磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率tB 1） 此式反映變化磁場和感生電場的相互關(guān)系，此式反映變化磁場和感生電場的相互關(guān)系， 即感生電場是由變化的磁場產(chǎn)生的。即感生電場是由變化的磁場產(chǎn)生的。 不是積分回路線元上的磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率不是積分回路線元上的磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率ddLSBElSt 感生渦渦EtB 與與構(gòu)成左旋關(guān)系。構(gòu)成左旋關(guān)系。渦渦EtB 3）tB 渦渦EddLSBElSt 感生 B tdBd感生電場電力線感生電場電力線 渦渦E渦渦E靜電場靜電場 E ES S感生電場感生電場 E Ei i起源起源由靜止電荷激發(fā)由靜止電荷