河南理工大學(xué)大學(xué)物理8-0-2

1、第 八 章電磁感應(yīng) 電 磁 場(chǎng)共三十四頁(yè)本章(bn zhn)目錄8-0 教學(xué)基本要求8-1 電磁感應(yīng)定律8-2 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)8-3 自感和互感*8-4 R L電路8-5 磁場(chǎng)的能量 磁場(chǎng)能量密度8-6 位移電流 電磁場(chǎng)基本方程的積分形式2共三十四頁(yè) 一 掌握并能熟練應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律來(lái)計(jì)算(j sun)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，并判明其方向。 二 理解動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)的本質(zhì)(bnzh)。了解有旋電場(chǎng)的概念。 三 了解自感和互感的現(xiàn)象，會(huì)計(jì)算幾何形狀簡(jiǎn)單的導(dǎo)體的自感和互感。8-0 教學(xué)基本要求3共三十四頁(yè) 四 了解磁場(chǎng)具有(jyu)能量和磁能密度的概念，會(huì)計(jì)算均勻磁場(chǎng)和對(duì)稱磁場(chǎng)的

2、能量。 五 了解位移電流和麥克斯韋(mi k s wi)電場(chǎng)的基本概念以及麥克斯韋(mi k s wi)方程組(積分形式)的物理意義。8-0 教學(xué)基本要求4共三十四頁(yè)英國(guó)物理學(xué)家和化學(xué)家，電磁理論的創(chuàng)始人之一。他創(chuàng)造性地提出(t ch)場(chǎng)的思想，最早引入磁場(chǎng)這一名稱。1831年發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，后又相繼發(fā)現(xiàn)電解定律，物質(zhì)的抗磁性和順磁性，及光的偏振面在磁場(chǎng)中的旋轉(zhuǎn)。法拉第（Michael Faraday, 17911867）8-1 電磁感應(yīng)(dinc-gnyng)定律5共三十四頁(yè)電 流磁 場(chǎng)電磁感應(yīng)(dinc-gnyng)產(chǎn)生?1831年法拉第感應(yīng)電流 實(shí)驗(yàn)8-1 電磁感應(yīng)(dinc-gnyn

3、g)定律靜電場(chǎng)穩(wěn)恒磁場(chǎng)不隨時(shí)間變化隨時(shí)間變化變化的電磁場(chǎng)6共三十四頁(yè)一 電磁感應(yīng)(dinc-gnyng)現(xiàn)象回路(hul)某一部分相對(duì)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)或回路(hul)發(fā)生形變使回路(hul)中磁通量變化而產(chǎn)生電流回路靜止而磁場(chǎng)變化使回路中磁通量變化而產(chǎn)生電流兩種情況：8-1 電磁感應(yīng)定律7共三十四頁(yè)R12Gm法拉第發(fā)現(xiàn)(fxin)：當(dāng)通過(guò)導(dǎo)線回路中的磁通量變化時(shí)，回路中就會(huì)出現(xiàn)所謂的感應(yīng)電流，而產(chǎn)生感應(yīng)電流的電動(dòng)勢(shì)稱為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。8-1 電磁感應(yīng)(dinc-gnyng)定律8共三十四頁(yè)當(dāng)穿過(guò)閉合回路所圍面積的磁通量發(fā)生變化時(shí)，回路中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，且感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)正比(zhngb)于磁通量對(duì)時(shí)間變化率的

4、負(fù)值。二 電磁感應(yīng)(dinc-gnyng)定律國(guó)際單位制韋 伯伏 特8-1 電磁感應(yīng)定律9共三十四頁(yè)(1) 閉合(b h)回路由 N 匝密繞線圈組成 磁通匝數(shù) (磁鏈)(2) 若閉合回路(hul)的電阻為R，感應(yīng)電流為8-1 電磁感應(yīng)定律磁通計(jì)10共三十四頁(yè) 從全電路(dinl)歐姆定律出發(fā)電路(dinl)中有電流就必定有電動(dòng)勢(shì)，故感應(yīng)電流應(yīng)源于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 從電磁感應(yīng)(dinc-gnyng)本身來(lái)說(shuō)：電磁感應(yīng)(dinc-gnyng)直接激勵(lì)的是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)形成8-1 電磁感應(yīng)定律說(shuō)明：11共三十四頁(yè)(3) 感應(yīng)(gnyng)電動(dòng)勢(shì)的方向與回路取向相反 與回路成右螺旋NS8-1 電磁

5、感應(yīng)(dinc-gnyng)定律若與回路取向相同若12共三十四頁(yè)NS三 楞次定律(ln c dn l)閉合的導(dǎo)線回路中所出現(xiàn)的感應(yīng)電流，總是使它自己所激發(fā)的磁場(chǎng)反抗任何引發(fā)電磁感應(yīng)的原因(反抗相對(duì)運(yùn)動(dòng)、磁場(chǎng)變化或線圈(xinqun)變形等)。8-1 電磁感應(yīng)定律注意： “反抗”的是磁通的變化，而不是磁通本身。13共三十四頁(yè)a、明確穿過(guò)閉合(b h)回路的原磁場(chǎng)方向；c、按右手法則由感應(yīng)電流磁場(chǎng)的方向(fngxing)來(lái)確定感應(yīng)電流的方向(fngxing)。b、根據(jù)磁通量的變化 ，按照楞次定律確定感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向；用楞茨定律判斷感應(yīng)電流方向的方法 8-1 電磁感應(yīng)定律14共三十四頁(yè)楞次定律是能

6、量(nngling)守恒定律的一種表現(xiàn)。維持滑桿運(yùn)動(dòng)必須外加一力，此過(guò)程為外力(wil)克服安培力做功轉(zhuǎn)化為焦耳熱。機(jī)械能焦耳熱例如 8-1 電磁感應(yīng)定律15共三十四頁(yè)例 在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，置有面積為 S 的可繞 軸轉(zhuǎn)動(dòng)的N 匝線圈。若線圈以角速度 作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。求線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。8-1 電磁感應(yīng)(dinc-gnyng)定律解設(shè) 時(shí),與 同向, 則16共三十四頁(yè)令則8-1 電磁感應(yīng)(dinc-gnyng)定律交流電17共三十四頁(yè)(1) 穩(wěn)恒磁場(chǎng)中的導(dǎo)體運(yùn)動(dòng) ，或者回路面積變化、取向變化等 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì) (2) 導(dǎo)體不動(dòng)，磁場(chǎng)變化 感生電動(dòng)勢(shì)引起磁通量變化(binhu)的原因： 8-2 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和

7、感生(n shn)電動(dòng)勢(shì)18共三十四頁(yè) 電動(dòng)勢(shì)+-I 閉合電路的總電動(dòng)勢(shì) : 非靜電的電場(chǎng)強(qiáng)度。8-2 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生(n shn)電動(dòng)勢(shì)19共三十四頁(yè) OP一 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的非靜電力場(chǎng)來(lái)源 洛倫茲力- -+ +平衡時(shí)8-2 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生(n shn)電動(dòng)勢(shì)20共三十四頁(yè)解：根據(jù)楞次定律判斷(pndun)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向例1 一長(zhǎng)為L(zhǎng)的銅棒在磁感強(qiáng)度為 的均勻磁場(chǎng)中，以角速度 在與磁場(chǎng)方向垂直的平面上繞棒的一端轉(zhuǎn)動(dòng)，求銅棒兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 方向 O P8-2 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生(n shn)電動(dòng)勢(shì) OP21共三十四頁(yè)例2 一導(dǎo)線矩形框的平面與磁感強(qiáng)度為的均勻磁場(chǎng)相垂直。在此矩形框上

8、，有一質(zhì)量為m長(zhǎng)為l 的可移動(dòng)的細(xì)導(dǎo)體棒MN; 矩形框還接有一個(gè)電阻R，其值比導(dǎo)線的電阻值要大很多。開(kāi)始時(shí)，細(xì)導(dǎo)體棒以速度 沿如圖所示的矩形框運(yùn)動(dòng)，試求棒的速率隨時(shí)間變化的函數(shù)關(guān)系。 +8-2 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生(n shn)電動(dòng)勢(shì)解：建立(jinl)如圖坐標(biāo)方向 M N22共三十四頁(yè)方向沿 軸負(fù)方向8-2 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生(n shn)電動(dòng)勢(shì)+23共三十四頁(yè)8-2 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生(n shn)電動(dòng)勢(shì)例 3 一半徑為R1的銅薄圓盤，以角速率 繞通過(guò)盤心垂直的金屬軸O 轉(zhuǎn)動(dòng)，軸的半徑為R2，圓盤放在磁感強(qiáng)度為 的均勻磁場(chǎng)中， 的方向亦與盤面垂直。有兩個(gè)集電刷a，b分別與圓盤的邊緣和轉(zhuǎn)軸相連。 試

9、計(jì)算它們之間的電勢(shì)差，并指出何處的電勢(shì)較高。 如圖取線元 ，其產(chǎn)生的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)為解：方法(fngf)一：24共三十四頁(yè)8-2 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生(n shn)電動(dòng)勢(shì)方法(fngf)二：取虛擬的閉合回路 ，并取其包圍面積的正法線方向與 相同。圓盤邊緣的電勢(shì)高于中心轉(zhuǎn)軸的電勢(shì)。25共三十四頁(yè)設(shè) 時(shí)點(diǎn)M與點(diǎn) 重合即則t 時(shí)刻8-2 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生(n shn)電動(dòng)勢(shì)圓盤(yun pn)邊緣的電勢(shì)高于中心轉(zhuǎn)軸的電勢(shì)。26共三十四頁(yè)二 感生(n shn)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)的 非靜電場(chǎng) 感生電場(chǎng)麥克斯韋假設(shè)：變化的磁場(chǎng)在其周圍空間激發(fā)一種電場(chǎng)感生電場(chǎng) 。8-2 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生(n shn)電動(dòng)勢(shì)27共

10、三十四頁(yè)閉合(b h)回路中的感生電動(dòng)勢(shì)8-2 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生(n shn)電動(dòng)勢(shì)28共三十四頁(yè)1） 此式反映變化磁場(chǎng)和感應(yīng)電場(chǎng)(din chng)的相互關(guān)系，即感生電場(chǎng)(din chng)是由變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生的。 說(shuō)明(shumng)： 2） S 是以 l 為邊界的任一曲面。S 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。3） 與 構(gòu)成左旋關(guān)系。8-2 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)29共三十四頁(yè)感生(n shn)電場(chǎng)電力線 8-2 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生(n shn)電動(dòng)勢(shì)30共三十四頁(yè)感生電場(chǎng)靜電場(chǎng)非保守場(chǎng)保守場(chǎng)由變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生由電荷產(chǎn)生感生電場(chǎng)和靜電場(chǎng)的對(duì)比8-2 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生(n shn)電動(dòng)勢(shì)31共三十四頁(yè)*三 電子(dinz)感應(yīng)加速器R環(huán)形真空室電子軌道OBFvBEK 8-2 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生(n shn)電動(dòng)勢(shì)32共三十四頁(yè)R環(huán)形真空室電子軌道OBFv由洛倫茲力和牛頓第二(d r)定律，有其中BR為電子軌道(gudo)所在處的磁感強(qiáng)度。8-2 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)33共三十四頁(yè)內(nèi)容摘要第 八 章。8-0 教學(xué)基本要求。8-1 電磁感應(yīng)定律。8-3 自感和互感。法拉第（Michael Faraday, 17911867）?；芈纺骋徊糠窒鄬?duì)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)或回路發(fā)生形變使回路中磁通量變化而產(chǎn)生電流?；芈缝o止而磁場(chǎng)變化使回路中磁通量變化而產(chǎn)生電流。(2) 若閉合回路的電阻為