大学物理D第12章.ppt

第十二章 电磁感应 电磁场-1 第十一章 恒定磁场小结 1. 磁感应强度定义： 2.毕奥—萨伐尔定律: 3.磁场中的高斯定理 磁通量： 4.安培环路定理 5.安培定律 6.磁矩与磁力矩 磁矩： 磁力矩： 7.带电粒子在电场和磁场中运动的应用 8.磁介质的环路定理 对于各向同性、均匀介质有 1 陈子栋 第十二章 电磁感应 电磁场 12-1 电磁感应定律 12-2 动生电动势和感生电动势 12-3 自感和互感 12-4 磁场的能量 磁场能量密度 12-5 位移电流 电磁场基本方程的积分形式 第十二章 电磁感应 电磁场 教学基本要求 1. 掌握法拉弟电磁感应定律及楞次定律； 2. 掌握动生电动势和感生电动势的概念和规律，并能熟练计算； 3. 掌握自感和互感系数概念，能计算自、互感系数； 4. 理解磁场能量和能量密度的概念。并能简单计算。 5. 理解位移电流的概念，麦克斯韦电磁场方程的积分形式。 教学重点 1. 法拉弟电磁感应定律 ； 2. 动生电动势，感生电场和感生电动势 ； 3. 自感系数和互感系数。 教学难点 1. 法拉弟电磁感应定律在非均匀磁场是的应用 ； 2. 动生电动势、感生电场及感生电动势的计算 ； 3. 自感和互感系数的计算 。 法拉第（Michael Faraday, 1791- 1867），伟大的英国物理学家和化学 家.他创造性地提出场的思想，磁场这 一名称是法拉第最早引入的.他是电磁 理论的创始人之一，于1831年发现电 磁感应现象，后又相继发现电解定律， 物质的抗磁性和顺磁性，以及光的偏 振面在磁场中的旋转。 12-1 电磁感应定律 （2）导体不动，磁场变化。 一、 电磁感应现象 两种情况： 回路某一部分相对磁场运动或 回路发生形变使回路中磁通量 变化而产生感应电流。 回路静止而磁场变化使回路中 磁通量变化而产生感应电流。 （1）导体运动，磁场不动； 当穿过一个闭合导体回路所包围的面积内的磁通量发生变化 时，在导体回路中就会产生感应电流，或导体与磁场有相对运 动，在导体中产生感应电动势 。 二、 楞次定律 闭合的导线回路中所出现的感应电流，总是使它自己所激发 的磁场反抗任何引发电磁感应的原因。 楞次定律是能量守恒定律在电磁感应中的具体表现。 N S N S N S N S 三、法拉第电磁感应定律 1. 定律表述： 当穿过闭合回路所围面积的磁通量发生变化时，回路中会产生 感应电动势，且感应电动势正比于磁通量对时间变化率的负值。 2. 数学表示式： （2）其中负号是楞次定律的数学表示。 （1）在SI制中，比例系数为1。 3. 定律说明 （3）若为N 匝线圈，则： 其中?称为磁通匝数，简称磁链。 （4）若闭合回路的电阻为R ，感应电流为： （5）在?t时间内流过回路的感应电荷q为： （5）在?t时间内流过回路的感应电荷q为： 四、感应电动势(感应电流)的方向确定 1. 首先假定感应电动势或感应电流的方向，即回路环绕方向； 2. 按右手螺旋法则再确定回路所包围面积的正法线方向； 即电动势方向与面积法线方向符合右手螺旋定则。 3. 计算磁通量： 4. 由法拉第电磁感应定律计算感应电动势： 5. 结果若? 0，则感应电动势方向与假定的方向相同； 结果若?0，则感应电动势方向与假定的方向相反。 五、电磁感应定律应用实例 例1. 一根无限长的直导线载有交流电流i=I0sin?t，旁边有一共面 矩形线圈abcd，如图所示，ab=l1，bc=l2，ab与直导线平行且相距 为d。求：线圈中的感应电动势。 解： 当cos?t 0， ? 0，电动势方向与假设相反； 当cos?t 0， ? 0，电动势方向与假设相同。 0 ??/2，sin?t增加 ?/2??，sin?t减少 例2. 长度为l的金属杆ab以速率v在导电轨道上平行移动．已知导 轨处于均匀磁场中，B的方向与回路的法线成60?角，B=kt (k为正 常数)．设t=0时杆位于cd处，求：任一时刻导线回路中感应电动势 的大小和方向。 解： 感应电动势方向与假设相反。 沿acdba。 12-2 动生电动势和感生电动势 感应电动势的非静电力实质是什么？ 研究表明对应于磁通变化的两种方式，其产生电动势的非静 电力的实质是不同的。 动生电动势： 磁场不变,回路的一部分相对磁场运动或回路面积发生变化 致使回路中磁通量变化而产生的感应电动势。 感生电动势： 回路面积不变,因磁场变化使回路中磁通量变化而产生的感应 电动势。 一、动生电动势 1. 动生电动势的非静电力场来源 洛伦兹力 + + + + + + + + + + + + + + + + + +