第十一章電磁感應(yīng) 電磁場.ppt

1、第十一章電磁感應(yīng) 電磁場,主要內(nèi)容：,電磁感應(yīng)定律 動生電動勢和感生電動勢 自感和互感 磁場的能量 電磁場的基本理論,二、理解感生電動勢和動生電動勢的意 義；理解有旋電場的概念。 三、了解自感和互感現(xiàn)象。 四、會計算均勻磁場和對稱磁場的能量 五、理解位移電流和麥克斯韋電磁場的 基本概念。,一、掌握用法拉第定律和楞次定律計算感生電動勢，能判明其方向。,教學(xué)要求：,靜止電荷,14-1 電磁感應(yīng)定律,一、簡單回顧,運(yùn)動電荷,1、,K閉合和打開瞬間,電流計指針偏轉(zhuǎn).,二、電磁感應(yīng)現(xiàn)象,2、,ab左右滑動時,電流計指針偏轉(zhuǎn)。,磁通量變化,感應(yīng)電動勢,3、,磁鐵插入或抽出時， 電流計指針偏轉(zhuǎn)。,磁場變化,

2、感應(yīng)電流,當(dāng)穿過閉合回路所圍面積的磁通量 發(fā)生變化時，無論這種變化是什么原 因引起的，回路中都有感應(yīng)電動勢產(chǎn)生，并且感應(yīng)電動勢正比于磁通量對時間變化率的負(fù)值。,數(shù)學(xué)表達(dá)：,三、電磁感應(yīng)定律,文字表述:,(一) 定律說明：,1、K為比例系數(shù)，它的取值決定各量所用的單位。,2、只適用于單匝線圈回路。,N匝線圈：,（SI中K=1）,稱為磁鏈,3、“”的含義,若閉合回路的電阻為R,則回路中的,(二)定律應(yīng)用:,1、計算感應(yīng)電動勢,先取回路、再計算穿過回路磁通量、最后對時間求導(dǎo).,2、計算電流和電量,電量：,感應(yīng)電流：,四、楞次定律,感應(yīng)電流的方向是這樣的，感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁通量總是力圖反抗或抵消外磁場

3、的磁通量變化。,強(qiáng)調(diào)三點：,1、用此定律來確定感應(yīng)電流的方向.,首先判斷原磁通量的方向，由它的變化情況確定附加磁通量的方向，最后用右手定則確定感應(yīng)電流的方向。,步驟：,2、楞次定律的宏觀表象：,3、楞次定律是能量守恒在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的具體表現(xiàn)。,反抗相對運(yùn)動、反抗磁場變化等,例1.如圖所示，通電長直導(dǎo)線與矩形線圈共面，且與長直導(dǎo)線平行，當(dāng)長直導(dǎo)線中通有電流 時，求t=0時線圈中感生電動勢.,解:在矩行線圈中取面元ds=cdr,該處磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為：,通過矩形線圈的磁通量為：,由法拉第電磁感應(yīng)定律,t=0時，感應(yīng)電動勢的大小為：,由楞次定律知感生電動勢的方向為逆時針。,. . . . . .

4、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .,由法拉第定律,感應(yīng)電動勢大小:,方向指向,14-2 動生電動勢和感生電動勢,1、定義:磁場不變,導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動因而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。,一、動生電動勢,. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5、. .,非靜電場強(qiáng):,電子所受洛侖茲力:,2、成因,3、動生電動勢的普遍形式：,由電動勢定義：,. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .,方向 b指向 a,4、應(yīng)用,判斷動生電動勢的方向步驟：,2）將 在運(yùn)動的導(dǎo)線上投影。,1）找出 的方向,1、感生電動勢:導(dǎo)體不動,因磁場變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。,二、感生電動勢 有旋電場,2、感生電場假設(shè):,麥克斯韋假設(shè)：變化的磁場要在其周圍激發(fā)一種電場，這個電場

6、是非靜電力場，我們叫它感生電場 。,由電動勢定義,與靜電場 的區(qū)別:,1）產(chǎn)生的機(jī)制不同;,2） 為保守場， 其電場線 不閉合; 不是保守場,其電場線閉合,呈旋渦狀,故稱有旋電場, 其環(huán)流:,相同點：都對電荷有作用力,不同點：,14-3 自感與互感,只要使穿過回路的 發(fā)生變化,就會產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象。,變化原因:,回路本身電流變化自感,鄰近回路電流變化互感,回路1:,一、自感,閉合回路,L自感系數(shù),自感電動勢,1、L的意義:在數(shù)值上等于回路中的電流隨時間的變化率為一個單位時，在回路中所引起的自感電動勢的絕對值。,說明：,二、互感,兩鄰近線圈之間,1、數(shù)學(xué)描述,1） 與兩回路形狀、大小、匝數(shù)、相對

7、位置及周圍介質(zhì)有關(guān)。單位為亨利H。,說明：,2、互感電動勢,說明:,2）“”號表示在一線圈中激起的 要反抗另一線圈中電流的變化。,3）可實現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)移。,1）M是表示互感強(qiáng)弱或兩回路耦合程度的物理量,M越大,在另一回路中激起的 越大。,設(shè)一線圈中電流為I,求出在此電流影響下另一線圈中的 ,兩者比值即為,解:1）取坐標(biāo)OX,3、M的求法:,例.在磁導(dǎo)率為 的均勻無窮大的磁介質(zhì)中,有一長直導(dǎo)線,與一矩形線框共面,求互感系數(shù).若如圖b放置,M又為多少?,x處：,由M的定義得：,2）由B的對稱性得：,14-5 磁場的能量,電場具有能量,磁場呢？,2、RL電路,K未閉合時:線圈中沒有磁場,1、純電阻電路

8、,K閉合:打向 1,阻止螺線管中磁場建立電源能量的一部分用來克服 作功，一部分消耗在R上。,電源供給能量,消耗在R上的焦耳熱,磁場的能量,單位J。,電源克服 作功轉(zhuǎn)化為磁場能量,對螺線管：,磁能密度,各向同性介質(zhì),說明:,(2)任何磁場都具有能量,其能量存在于磁場的整個體積之中:,(1)對任意磁場,上式皆適用。,14-6 位移電流 電磁場基本方程,電磁之間有一定聯(lián)系電磁場統(tǒng)一理論,一、位移電流,1、問題的提出：,穩(wěn)恒電流：,非穩(wěn)電流傳導(dǎo)電流不連續(xù),積分值不唯一,安培環(huán)路定理不適用.,2、怎么解決？,科學(xué)史上有兩條途徑:一是提出新概念,建立新理論;二是在原有理論基礎(chǔ)上,提出合理假設(shè),來修正舊理論。,位移電流假設(shè),1)充放電時， 變化 板間電場變化,板內(nèi)：,板間:沒有自由電荷,表示某種電流密度,用它代替在板間中斷的傳導(dǎo)電流,從而構(gòu)成電流的連續(xù)性.,板間:,位移電流 定義：,與 一樣在周圍空間激發(fā)磁場。,(2)全電流：,假設(shè)的本質(zhì):變化的電場產(chǎn)生磁場。,產(chǎn)生磁場的根源:a.運(yùn)動電荷(電流) b.變化電場,(3)位移電流與傳導(dǎo)電流區(qū)別：,共同點:等效地激發(fā)磁場,因此都稱做電流,A)傳導(dǎo)電流:自由電荷定向流動;位移電流:電位