大学物理与实验I电磁感应及电磁场.ppt

一、电源 二、电动势 讨论： 电动势和电势是两个不同的物理量 电动势：与非静电力的功相联系 电势：与静电力的功相联系 法拉弟发现了电磁感应现象 1.实验现象观察 2.实验结果分析 共同特征：所围面积内?m发生了变化 感应电动势：回路中?m的变化而产生的电动势 感应电动势 ?i 的大小与穿过导体回路磁通量的变化率d?/dt成正比 讨论： (1)回路是任意的，不一定是导体 闭合回路电阻为R时有 二、楞次定律 感应电动势的方向，总是使得感应电流的磁场去阻碍引起感应电动势 (或感应电流)的磁通量变化 　 说明： 实际应用时一般将大小和方向分开考虑 [例2]一长直导线载有稳恒电流I，其右侧有一长为l1、宽为l2的矩形线框abcd，长边与导线平行并以匀速v垂直于导线向右运动。求当 ad 边距导线 x 时线框中感应电动势的大小和方向 一、 动生电动势 (1)L与回路的大小、形状、匝数及它周围磁介质有关 讨论： (2)负号的意义：?L将反抗回路中电流的变化(不是电流本身) ----反电动势 (3) L的物理意义：L越大，阻碍原来电流的变化的作用越大 ----电磁惯性 [例11]一空心的长直螺线管，长为l，半径为R，总匝数为N，试求其自感系数L 解：长直螺线管内 磁通链数 螺线管的体积 [例12]两个共轴长直圆管组成的传输线，半径分别为R1和R2，电流 I 由内管流入，外管流出。求单位长度上的自感系数 解：由安培环路定律可知，只有两管之间存在磁场 取两管之间的截面ABCD，磁通量为 所以单位长度的自感系数为 以实验为例 电键K接1点： 电键由1点接2点上： 问题：能量从哪里来的呢？ 灯泡突然闪亮一下，然后熄灭 灯泡 渐亮至稳定状态 R §8-6 磁场的能量 [例4]在与均匀恒定磁场垂直的平面内，有一长为L的导线OA，导线在该平面内绕O点以匀角速? 转动，求OA的动生电动势和两端的电势差 解: [法1]在OA上距O点为l处取线元 ,方向设为由O指向A 上 OA上各线元 d?i 指向相同 负号: ? i 的方向由A指向O 即A端积累负电荷(负极)，O端积累正电荷(正极) [法2]任设一个回路OAA’O 设OA在dt时间转过角度d?，对d? 扇形面积的磁通量为 在假设回路中磁通量随时间而减小，由楞次定律知?i 的方向由A指向O [例5]一无限长直导线中通有电流I，长为 l 并与长直导线垂直的金属棒AB以速度 向上匀速运动，棒的近导线的一端与导线的距离为a，求金属棒中的动生电动势 解：在AB上距直导线x处取线元 ，方向由A指向B dx上 负号: ? i 方向与所设方向相反，即由B指向A 一、感生电动势 §8-4 感生电动势和感生(应)电场 ----涡旋电场 麦克斯韦假设: 变化的磁场在其周围空间总会产生具有闭合电场线的感应电场，这与空间中有无导体或导体回路无关 感应电场对任意回路L的线积分: 又 ----变化的磁场能产生电场 感生电动势 (1)两种不同性质的电场 静电场: 电场线起始于正电荷，终止于负电荷，环流为零 讨论： ----保守力场 变化的磁场产生的电场: 电场线闭合，环流不为零 ----非保守力场 (2)共同之处：都具有场能，都能对场中的电荷施加作用力 [例6]长直螺线管半径为R，内部均匀磁场的大小为B，方向如图。如B以恒定的速率增加，求管内外的感生(应)电场 解：B、dB/dt 均轴对称，故涡旋电场线为同心圆环。 当 r R： 取半径为r的圆为闭合回路，绕行方向如图 当 r R： 管外 得 沿逆时针方向 得 沿逆时针方向 [例7]接上题，如在垂直于螺线管磁场的平面内放入由两种不同材料的半圆环组成的半径为R’的细金属圆环，圆心在螺线管轴上，左右半圆的电阻分别为R1和R2，试比较M和A两点电势的高低 解: 细金属环处的感应电动势为 金属细环内的电流为 逆时针方向 感应电场与有否导体及导体的种类无关 ----两半圆相当于 电动势电源 经左半圆由 A 至 M 有 (2)R2R1时，UAUM，即A处积累负电荷，M处积累正电荷，即存在静电场 (3)R2=R1时，圆环内只有感应电场而没有静电场，因而不存在电势高低问题 讨论： (1)R2R1时，UAUM，此时A处积累正电荷，M处积累负电荷，因而存在有静电场 [例8]如图装置，已知长直载流导线中的电流为 ，其中I0和?为常量，t为时间。求任一时刻矩形线框内所产生的感应电动势。设t＝0时，ab与cd重合 解: 导体框中既有动生电动势, 又有感生电动势 设回路方向为顺时针方向 解法1：法拉弟电磁感应定律求解 在距长直导线 y 处 ab与cd相距x处时 解法2：由动生电动势和感生电