電磁感應(yīng)電磁場(chǎng)

1、電磁感應(yīng)電磁場(chǎng)第1頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)53分，星期五 8-0 第八章教學(xué)基本要求 8-1 電磁感應(yīng)的基本定律 8-2 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì) 第八章 電磁感應(yīng) 電磁場(chǎng) 8-3 自感 磁場(chǎng)的能量 *8-4 位移電流 麥克斯韋方程組第2頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)53分，星期五教學(xué)基本要求 一 理解電動(dòng)勢(shì)的概念.二 掌握法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律, 并會(huì)用于計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和判斷感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的指向. 三 理解動(dòng)生電動(dòng)勢(shì), 能計(jì)算簡(jiǎn)單情況中的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì).四 了解感生電動(dòng)勢(shì)和動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的概念.五 了解自感現(xiàn)象和自感系數(shù).六 了解自感磁能公式, 了解磁場(chǎng)能量密度概念和磁場(chǎng)能量

2、計(jì)算方法.七了解位移電流的概念, 了解麥克斯韋關(guān)于電磁場(chǎng)的基本概念和麥克斯韋方程組的積分形式及其物理意義.第3頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)53分，星期五8-1 電磁感應(yīng)的基本定律預(yù)習(xí)要點(diǎn)領(lǐng)會(huì)電源電動(dòng)勢(shì)的定義及其物理意義，弄清電動(dòng)勢(shì)指向的規(guī)定.領(lǐng)會(huì)楞次定律及其物理實(shí)質(zhì)，注意應(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)指向的方法.什么是法拉第電磁感應(yīng)定律及其數(shù)學(xué)表達(dá)式.第4頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)53分，星期五英國(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)造性地提出場(chǎng)的思想，最早引入磁場(chǎng)這一名稱(chēng). 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

3、在磁場(chǎng)中的旋轉(zhuǎn).法拉第（Michael Faraday， 17911867）第5頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)53分，星期五通過(guò)一個(gè)閉合回路的磁通量發(fā)生變化時(shí)， 回路中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生該現(xiàn)象稱(chēng)為電磁感應(yīng)現(xiàn)象。產(chǎn)生的電流稱(chēng)為感應(yīng)電流，相應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。電磁感應(yīng)現(xiàn)象：回路某一部分相對(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：第6頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)53分，星期五 在閉合電路中形成和維持穩(wěn)恒電流，要求閉合回路中有直流電源。電源的正、負(fù)之間存在一定的電勢(shì)差，使得正電荷在靜電力作用下通過(guò)外電路從正極

4、流向負(fù)極。如不及時(shí)給正極補(bǔ)充正電荷，電源兩極之間的電勢(shì)差就會(huì)下降。電源的作用是迫使正電荷從負(fù)極通過(guò)內(nèi)電路不斷向正極運(yùn)動(dòng)，以補(bǔ)充正極上減少的正電荷，從而維持正負(fù)極之間的電勢(shì)差不變，在閉合電路中形成穩(wěn)恒電流。一 電動(dòng)勢(shì) 靜電力不可能驅(qū)使正電荷從電源負(fù)極向正極運(yùn)動(dòng)。電源能夠提供某種非靜電力，以驅(qū)使正電荷逆著電場(chǎng)力的方向運(yùn)動(dòng)。第7頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)53分，星期五1.電源、非靜電力+如圖，在導(dǎo)體中有穩(wěn)恒電流流動(dòng)就不能單靠靜電場(chǎng)，必須有非靜電力把正電荷從負(fù)極板搬到正極板才能在導(dǎo)體兩端維持有穩(wěn)恒的電勢(shì)差，在導(dǎo)體中有穩(wěn)恒的電場(chǎng)及穩(wěn)恒的電流。* 提供非靜電力的裝置就是電源，如化學(xué)電池、硅

5、（硒）太陽(yáng)能電池，發(fā)電機(jī)等。實(shí)際上電源是把能量轉(zhuǎn)換為電能的裝置。水池泵靜電力欲使正電荷從高電位到低電位。非靜電力欲使正電荷從低電位到高電位。第8頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)53分，星期五 將其它形式的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置. 描寫(xiě)電源將其它形式能量轉(zhuǎn)變成電能的能力. 電源把單位正電荷從負(fù)極經(jīng)過(guò)電源內(nèi)部移到正極時(shí)，非靜電力所作的功.1 電源2 電動(dòng)勢(shì)3 電源電動(dòng)勢(shì) 當(dāng)電荷q在含有電源的閉合電路內(nèi)環(huán)繞一周時(shí)，電源中非靜電力所做的功為第9頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)53分，星期五電源內(nèi)部電流從負(fù)極板到正極板叫內(nèi)電路。電源外部電流從正極板到負(fù)極板叫外電路。非靜電力只在電源內(nèi)部

6、存在，在外電路非靜電力 所以非靜電力只在內(nèi)電路做功，在外電路不做功。仿照靜電場(chǎng)強(qiáng)，用 表示單位正電荷在電源中所受非靜電力，并將 稱(chēng)為非靜電性場(chǎng)強(qiáng)或電源電動(dòng)勢(shì)的定義式：即電源電動(dòng)勢(shì)等于將單位正電荷繞含有電源的閉合電路移動(dòng)一周，電源中非靜電力所作的功，或簡(jiǎn)單說(shuō)，電源的電動(dòng)勢(shì)等于非靜電性場(chǎng)強(qiáng)在閉合電路上的環(huán)流。第10頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)53分，星期五* 越大表示電源將其它形式能量轉(zhuǎn)換為電能的本領(lǐng)越大。其大小與電源結(jié)構(gòu)有關(guān)，與外電路無(wú)關(guān)。 電動(dòng)勢(shì)是標(biāo)量，為了處理問(wèn)題方便，通常規(guī)定電動(dòng)勢(shì)的指向是從電源負(fù)極經(jīng)內(nèi)電路指向電源的正極。在內(nèi)電路，電動(dòng)勢(shì)的指向就是電勢(shì)升高的方向。第11頁(yè)，共

7、38頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)53分，星期五二楞次定律 閉合回路的感應(yīng)電流的方向，總是企圖使感應(yīng)電流本身所產(chǎn)生的通過(guò)回路面積的磁通量, 去補(bǔ)償或者反抗引起感應(yīng)電流的磁通量的變化.用楞次定律判斷感應(yīng)電流方向的方法:.回路中是增加還是減少.由楞次定律確定感 方向.由感確定 B感 方向.由右手定則判定 I感 方向 (I感和感成右手螺旋關(guān)系) NSNS第12頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)53分，星期五NS用楞次定律判斷感應(yīng)電流方向NS第13頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)53分，星期五 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)正比于磁通

8、量對(duì)時(shí)間變化率的負(fù)值.國(guó)際單位制韋 伯伏 特三 法拉第電磁感應(yīng)定律第14頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)53分，星期五 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小正比于通過(guò)導(dǎo)體回路的磁通量的變化率.在 SI 制中 k =1N匝線圈時(shí)磁通匝數(shù)（磁鏈）第15頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)53分，星期五（2）若閉合回路的電阻為 R ，感應(yīng)電流為那么t1 t2 時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)線上任一截面的感應(yīng)電量大小為式中 是t1 , t2 時(shí)刻回路中的磁通。 感應(yīng)電荷與通過(guò)回路面積的磁通量的增量的大小成正比，而與磁通量變化的快慢無(wú)關(guān)第16頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)53分，星期五 例 試證明在均勻磁場(chǎng) 中，

9、面積為為 S、匝數(shù)為N的線圈以角速度 繞垂直于 的軸線勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，(1) 線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)按正弦規(guī)律變化; (2) 若線圈自成閉合回路, 電阻為R , 則在一周內(nèi)外力矩所做的功等于感應(yīng)電流所放出的焦耳熱 .解(1) 在任一時(shí)刻t第17頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)53分，星期五令(2)感應(yīng)電流放出的焦耳熱為線圈所受磁場(chǎng)的作用力矩的大小為第18頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)53分，星期五外力矩所做的功 即在一周內(nèi)外力矩所做的功等于感應(yīng)電流所放出的焦耳熱, 可見(jiàn)在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中是遵從能量守恒定律的.第19頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)53分，星期五8-2 動(dòng)生

10、電動(dòng)勢(shì) *渦旋電場(chǎng)預(yù)習(xí)要點(diǎn)什么叫動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)? 什么叫感生電動(dòng)勢(shì)? 注意動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的原因和數(shù)學(xué)表達(dá)式.麥克斯韋關(guān)于渦旋電場(chǎng)的假設(shè)是什么? 渦旋電場(chǎng)有什么特點(diǎn)?感生電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生原因是什么?第20頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)53分，星期五 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.第21頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)53分，星期五一 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì) 1）穩(wěn)恒磁場(chǎng)中的導(dǎo)體運(yùn)動(dòng) 2）導(dǎo)體不動(dòng)，磁場(chǎng)變化動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)感生電動(dòng)勢(shì)引起磁通量變化的原因 vab 導(dǎo)體回路置于均勻磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)垂直于回路平面，回路的ab部分可自由滑動(dòng)。當(dāng)ab 以速度v 向右平行滑動(dòng)時(shí)，回路所圍面積

11、的磁通量也不斷增大，回路中將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。導(dǎo)體ab在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，因而是動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)。第22頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)53分，星期五 vab 在磁場(chǎng)中,導(dǎo)體棒以v 沿金屬導(dǎo)軌向右運(yùn)動(dòng),棒內(nèi)的自由電子被帶著以速度v向右運(yùn)動(dòng)，因而每個(gè)自由電子都受到洛倫茲力的作用. 當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)內(nèi)部的電荷所受的洛侖茲力 Fm 為非靜電力，它將電荷從低電位移到高電位.動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生可用洛倫茲力來(lái)說(shuō)明。電荷所受的洛侖茲力:第23頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)53分，星期五電荷所受的洛侖茲力:電動(dòng)勢(shì)的定義是移動(dòng)單位正電荷做的功ab段中的非靜電性場(chǎng)強(qiáng)為:第24頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5

12、月20日，6點(diǎn)53分，星期五*三 渦旋電場(chǎng) 麥克斯韋爾假設(shè) 變化的磁場(chǎng)在其周?chē)臻g激發(fā)一種電場(chǎng),這個(gè)電場(chǎng)叫感生電場(chǎng) .閉合回路中的感生電動(dòng)勢(shì)第25頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)53分，星期五8-3 自感 *互感 磁場(chǎng)的能量 預(yù)習(xí)要點(diǎn)什么是自感現(xiàn)象? 自感電動(dòng)勢(shì)如何計(jì)算? 怎樣判斷它的指向? 自感系數(shù)的物理意義是什么?什么是互感現(xiàn)象? 互感電動(dòng)勢(shì)怎樣計(jì)算? 互感系數(shù)的物理意義是什么?注意磁場(chǎng)能量體密度公式及有限體積內(nèi)磁場(chǎng)能量的計(jì)算方法.第26頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)53分，星期五一 自感電動(dòng)勢(shì) 當(dāng)線圈中電流發(fā)生變化時(shí)，線圈中的磁通量發(fā)生變化，在線圈中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì).

13、自感系數(shù)寫(xiě)成等式： 由法拉第電磁感應(yīng)定律可知：而線圈的磁鏈與線圈中的電流I成正比定義1 自感系數(shù)第27頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)53分，星期五單位：亨利:H毫亨: mH1H=103mH 自感系數(shù)與線圈的大小、形狀、磁介質(zhì)、線圈密度有關(guān)，而與線圈中電流無(wú)關(guān).當(dāng)線圈自感系數(shù)不變時(shí)，2 自感電動(dòng)勢(shì)自感電動(dòng)勢(shì)第28頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)53分，星期五例:一長(zhǎng)直螺線管，線圈匝數(shù)為N，長(zhǎng)度為l，橫截面積為S，插有磁導(dǎo)率為 的磁介質(zhì)，求線圈的自感系數(shù)L.解:第29頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)53分，星期五三 磁場(chǎng)能量L為電源作功為電源反抗自感電動(dòng)勢(shì)作的功為回

14、路電阻所放出的焦耳熱由閉合電路的歐姆定律第30頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)53分，星期五磁場(chǎng)能量密度磁場(chǎng)能量自感線圈磁能第31頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)53分，星期五例：計(jì)算半徑為R、長(zhǎng)為l、通有電流I 、磁導(dǎo)率為的均勻載流圓柱導(dǎo)體內(nèi)磁場(chǎng)能量.導(dǎo)體內(nèi)沿磁力線作半徑為r的環(huán)路，解：第32頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)53分，星期五將圓柱導(dǎo)體分割為無(wú)限多長(zhǎng)為l厚度為dr的同軸圓柱面磁場(chǎng)能量密度為：體積元體積為：lRrdr導(dǎo)體內(nèi)的磁場(chǎng)能量為：第33頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)53分，星期五*8-4 位移電流 麥克斯韋方程組第34頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)53分，星期五一 兩類(lèi)電場(chǎng)靜電場(chǎng)和渦旋電場(chǎng)靜電場(chǎng)感應(yīng)場(chǎng)統(tǒng)一的電場(chǎng)第35頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)53分，星期五二 傳導(dǎo)電流和位移電流以 L 為邊做任意曲面 S1和S2穩(wěn)恒磁場(chǎng)中, 安培環(huán)路定理+-I 由此看出對(duì)于同一個(gè)環(huán)路L，由于對(duì)環(huán)路所張的曲面不同，所得到的結(jié)果也不同. 麥克斯韋假設(shè): 電場(chǎng)中某一點(diǎn)位