高三物理競(jìng)賽電磁感應(yīng)課件

第十一章變化的電磁場(chǎng)§11-1電磁感應(yīng)§11-2自感與互感§11-3麥克斯韋方程組本章內(nèi)容：本章重點(diǎn)：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、自感和互感的計(jì)算本章難點(diǎn)：渦旋電場(chǎng)、位移電流、場(chǎng)概念的理解§11-2自感與互感一、自感二、互感三、磁場(chǎng)能量本節(jié)內(nèi)容回顧上次課內(nèi)容：例:一長直導(dǎo)線旁有一矩形線圈，線圈與導(dǎo)體共面，長度為h的邊與直導(dǎo)線相距為a,計(jì)算互感系數(shù)。已知h、a、b.rrOIabhSaa+b解:1.設(shè)直導(dǎo)線通有電流I:2.計(jì)算直導(dǎo)線激發(fā)的磁場(chǎng)在矩形線圈中產(chǎn)生的磁通量:3.計(jì)算互感:思考：長直導(dǎo)線是回路嗎？例:長直導(dǎo)線與線圈共面，線圈中通有電流I（t）。計(jì)算長直導(dǎo)線中的互感電動(dòng)勢(shì)。已知h、a、b。abh解:思考：直接代入法拉第電磁感應(yīng)定律可以嗎？利用上題結(jié)果ILK1三磁場(chǎng)能量考慮自感線圈中電流的建立過程：在移動(dòng)dq＝idt的過程中，電源反抗自感電動(dòng)勢(shì)做功：在i從0到I0過程中，做功：即自感線圈貯存了能量（磁能）：以充滿磁導(dǎo)率為μ的介質(zhì)的長直螺線管（磁場(chǎng)能量全部集中在管內(nèi)）為例：I單位體積中的能量：磁場(chǎng)的能量密度：一般情況下：能量存在器件中C存在場(chǎng)中通過平板電容器得出下述結(jié)論通過長直螺線管得出下述結(jié)論在電磁場(chǎng)中各種電場(chǎng)

磁場(chǎng)普遍適用靜電場(chǎng)穩(wěn)恒磁場(chǎng)類比L例：均勻載流長直圓柱形導(dǎo)體，半徑為R，磁導(dǎo)率為μ，電流I均勻流過截面，計(jì)算單位長度內(nèi)儲(chǔ)存的能量。解：I內(nèi)例:同軸電纜，同軸電纜內(nèi)外半徑分別為R1、R2。計(jì)算（1）磁場(chǎng)分布;（2）單位長度的自感磁能.

（3）單位長自感系數(shù)解:(1)根據(jù)磁場(chǎng)的對(duì)稱性，由安培環(huán)路定理R2R1II(2)長為l的一段電纜中磁場(chǎng)能量(3)長為l的一段電纜的自感系數(shù)R2R1II單位長度的自感磁能：單位長自感系數(shù)：例.

一截面為矩形的螺線環(huán)，高為h，內(nèi)外半徑分別為a和b，環(huán)上均勻密繞N匝線圈。在環(huán)的軸線上有一條長直導(dǎo)線AB，如圖所示。求：(1)當(dāng)螺線環(huán)導(dǎo)線中電流為I0時(shí)，螺線環(huán)儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量;解:(1)螺繞環(huán)電流為I0

時(shí),內(nèi)部磁感應(yīng)強(qiáng)度如何?磁能密度：磁場(chǎng)的能量（2）計(jì)算螺繞環(huán)的自感系數(shù)ahbr選擇環(huán)行體元dV如圖:dV=2rhdr.場(chǎng)能即自感磁能環(huán)的導(dǎo)線中通以電流i=I0-t時(shí),在環(huán)內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)

這個(gè)磁場(chǎng)穿過無限長導(dǎo)線所圍回路面積的磁通量方向向下.ahb(3)當(dāng)螺線環(huán)導(dǎo)線中電流以i=I0-t

的規(guī)律隨時(shí)間變化時(shí)(I0,均為大于零的常量),長直導(dǎo)線中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式及方向；方法二:先求M,后求設(shè)在長直導(dǎo)線AB中通以電流I,穿過環(huán)中的磁通當(dāng)環(huán)中通電流時(shí)，在直線上產(chǎn)生的互感電動(dòng)勢(shì)(4)螺線環(huán)與長直導(dǎo)線間的互感系數(shù)。第十一章變化的電磁場(chǎng)本章內(nèi)容：本章重點(diǎn)：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、自感和互感的計(jì)算本章難點(diǎn)：渦旋電場(chǎng)、位移電流、場(chǎng)概念的理解§11-1電磁感應(yīng)§11-2自感與互感§11-3麥克斯韋方程組一位移電流二麥克斯韋方程組三電磁波讀書指導(dǎo)：教材11-2-4,11-3-3不看，其它全看。

電場(chǎng)

磁場(chǎng)場(chǎng)源：

點(diǎn)電荷dq

場(chǎng)量：電流I

電荷q

電流元疊加原理：

E

B場(chǎng)方程：修改§11-3麥克斯韋方程組一位移電流1、麥克斯韋定義（假設(shè)）位移電流:定義位移電流密度：修改為：全電流安培定律2、環(huán)路定理即：變化的電場(chǎng)也產(chǎn)生磁場(chǎng)3、關(guān)于位移電流(1)位移電流是變化的電場(chǎng)所激發(fā),可以存在于一切物質(zhì)或真空中,而傳導(dǎo)電流是導(dǎo)體中電荷的定向運(yùn)動(dòng).(2)位移電流僅僅從產(chǎn)生磁場(chǎng)方面與傳導(dǎo)電流相同.

(3)位移電流與傳導(dǎo)電流總稱全電流.

位移電流不伴有電荷的任何運(yùn)動(dòng)。(4)全電流定律

即：C例：平行板電容極板為圓形，半徑R，正以傳導(dǎo)電流IC充電。求板間距軸線為r處的磁感應(yīng)強(qiáng)度B。解：板間電場(chǎng)設(shè)某一時(shí)刻極板上的電荷為q，則：磁場(chǎng)是垂直于電場(chǎng)，且圓心在軸線上的同心圓，方向與dE/dt成右螺磁場(chǎng)是垂直于電場(chǎng)，且圓心在軸線上的同心圓，方向與dE/dt成右螺沿磁場(chǎng)線取回路：回路L內(nèi)：L（1）r<R某一時(shí)刻極板上的電荷為q，則：沿磁場(chǎng)線取回路：（2）r>RL前有：回路L內(nèi)：二、麥克斯韋方程組電場(chǎng)的高斯定理:（電場(chǎng)與電荷的聯(lián)系，電場(chǎng)是有源場(chǎng)）電磁感應(yīng)定律：（變化的磁場(chǎng)與電場(chǎng)的聯(lián)系）磁通連續(xù)定理：（磁場(chǎng)是無源場(chǎng)，磁場(chǎng)線是無頭無尾的閉合曲線）一般形式下的安培環(huán)路定理（全電流定律）：（磁場(chǎng)與電流及變化的電場(chǎng)的關(guān)系）1、麥克斯韋方程組的微分形式

波動(dòng)方程：

三、電磁波簡述ExH0波速:1865年麥?zhǔn)想姶爬碚摚簻u旋電場(chǎng)假設(shè)；位移電流假設(shè)；預(yù)言電磁波；光的本質(zhì)是電磁波。1887年：赫茲實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：成功發(fā)射接收電磁波從而證明了麥?zhǔn)想姶爬碚撜_。電磁波譜:

本節(jié)教學(xué)要求：1、位移電流的定義和計(jì)算2、麥克斯韋方程組及物理意義積分形式要求會(huì)作業(yè)：《教材》P315：例題2－14；

P325：12.18《拓展》P89－92：10；11；12；13電磁感應(yīng)習(xí)題課1.法拉第電磁感應(yīng)定律2.兩類感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(1)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì):導(dǎo)體在恒定磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(2)感生電動(dòng)勢(shì):由于磁場(chǎng)變化而引起的電場(chǎng)稱為感生電場(chǎng)(EK),它產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱為感生電動(dòng)勢(shì),即感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與通過導(dǎo)體回路的磁通量的變化率成正比，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向取決于磁場(chǎng)的方向和磁場(chǎng)的變化情況。即：基本概念和規(guī)律感生電場(chǎng)的電場(chǎng)線是以軸線為圓心的一組同心圓,表達(dá)式為其方向可根據(jù)楞次定律進(jìn)行判斷。3.局限在半徑為R的無限長圓柱形空間的均勻磁場(chǎng)隨時(shí)間變化時(shí)感生電場(chǎng)Ek的分布4、感生電場(chǎng)中的電勢(shì)概念（2）當(dāng)導(dǎo)體置于渦旋電場(chǎng)中時(shí)，自由電子在渦旋電場(chǎng)的作用下重新分布出現(xiàn)了電荷堆積，因而建立了靜電場(chǎng)，從而可以比較電勢(shì)的高低和計(jì)算電勢(shì)差。（1）是非保守力。在渦旋電場(chǎng)中不能引入電勢(shì)或電勢(shì)差的概念。當(dāng)導(dǎo)體閉合時(shí)當(dāng)導(dǎo)體不閉合時(shí)(2)互感系數(shù)5.自感和互感(1)自感系數(shù)式中為回路的全磁通,I為回路中的電流.式中是通過回路的由回路中電流所產(chǎn)生的全磁通。互感電動(dòng)勢(shì)長直螺線管的自感：

6.磁能密度和磁場(chǎng)能量磁能體密度磁場(chǎng)總能量自感磁能7.位移電流

通過某曲面的位移電流Id等于該曲面電位移通量對(duì)時(shí)間的變化率，即位移電流密度引入位移電流概念的中心思想是：變化著的電場(chǎng)也如同傳導(dǎo)電流一樣，可以激發(fā)磁場(chǎng)。9.麥克斯韋方程組的積分形式:通量環(huán)流要求:公式的精確表達(dá)以及每個(gè)公式的物理意義.2.半徑為R的無限長圓柱形空間內(nèi)存在均勻磁場(chǎng)B.a?b為空間任意兩點(diǎn),cd為一導(dǎo)體棒,如圖所示.當(dāng)B隨時(shí)間變化時(shí),試分析下列三個(gè)等式兩邊的物理意義.并判斷這三個(gè)等式哪個(gè)正確，哪個(gè)不正確？

課堂討論題××5.兩任意形狀的導(dǎo)體回路1與2，通有相同的穩(wěn)恒電流，若以表示回路2中的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)穿過回路1的磁通，表示回路1中的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)穿過回路2的磁通。試判斷以下結(jié)論是否正確：(4)因兩回路的大小、形狀未具體給定，所以無法比較與的大小。

4、答：不是參見教材P303；P2786.均勻磁場(chǎng)B充滿在截面半徑為R的圓柱形體積內(nèi)。兩根長為2R的導(dǎo)體細(xì)棒AB與CD，如圖3放置。AB在圓柱體直徑位置上，另一根在圓柱體外。兩導(dǎo)體棒分別與電流計(jì)相連。當(dāng)磁場(chǎng)變化時(shí)，討論AB、CD中的電動(dòng)勢(shì)及各回路中的電流。解10、(1)感生電場(chǎng)也同靜電場(chǎng)一樣對(duì)電荷有作用力(3)對(duì)比靜電場(chǎng)的環(huán)路定律:可見感生電場(chǎng)是不同于靜電場(chǎng)的另一種電場(chǎng)