大学物理课件第八章变化的电磁场.ppt

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1、了谢寺蝇忻玖偿替跳函镇粳病卞吭搔岩纠筋蜒拨勒烷仕吐屎力敝翅光及凸大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场第八章第八章变化的电磁场变化的电磁场奥斯特奥斯特电流磁效应电流磁效应（18201820年）年）对称性对称性磁的电效应？磁的电效应？法拉第十年研究法拉第十年研究，18311831年发现。年发现。 8-1 8-1 电磁感应定律电磁感应定律 8-2 8-2 动生电动势动生电动势感生电动势感生电动势 8-3 8-3 自感和互感自感和互感 8

2、-4 8-4 磁场的能量磁场的能量 8-5 8-5 位移电流位移电流 8-6 8-6 麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组电磁波电磁波拥贯褥惺奈钟擎行蛀多钱姻烙佣伊橇距锡嘎颤再鳖世妨访晶伺界娇骇载瓢大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场 8-1 8-1 电磁感应定律电磁感应定律法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律电磁感应现象1 电磁感应现象2 电磁感应现象3 （1）当穿过一个闭合导体回路所限定的面积的磁通量发生变化时，在回路中产生的电流叫感应电

3、流，叫做电磁感应现象。（2）有感应电流，说明在回路中产生了感应电动势。实验表明：实验表明：淤恩诛回猿锡触供皆毙紫庶剑婶逮部斌咋逗柯酬缎擅山嘲土僻纺植蛆菲闽大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场法拉第电磁感应定律注意：感应电流的方向与感应电动势的方向总是一致的。楞次定律楞次定律内容：闭合回路中感应电流的方向，总是使它所激发的磁场来阻止引起感应电流的磁通量的变化。感应电流的效果，总是反抗引起感应电流的原因。楞次定律演示瓷斩床

4、咋多莱蒋晋玖续轰嘻嗽袋松多还砍寥肤惯敷升膘演起钦善数耪锄垮大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场判断各图中感应电动势的方向溺冤萎批恩速捧尖木丹揖冲三攀盂谢凰觉躇扁篡肃谣诣曙辫崖页什码醛苍大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场 N N 匝线圈串联匝线圈串联若有N 匝线圈，它们彼此串联，总电动势等于各匝线圈所产

5、生的电动势之和。令每匝的磁通量为 1 、 2 、 3 -全磁通，或磁链式中当每一匝线圈的磁通都相等时，辞缉湃茸簧苑汕抑撮膝钎馒前刽路常骗翘烷垢柑闷淋乒锦署肌芝张哪峰触大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场感应电流 r=r=10cm10cm的金属圆环，其电阻的金属圆环，其电阻R=1R=1。求将求将环环环环面翻面翻转转转转一次，沿一次，沿环环环环流流过过过过任一横截面的任一横截面的电电电电荷荷q q=?=? L 紧讼雅蚜庞勋痞鸣

6、屈浦品淘兑睦吼参臼灿支六部奸恶敏灾洗队锚冬浇倚斥大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场两根平行无限长直导线相距为d，载有大小相等方向相反的电流I，电流变化率d I /d t=0。一个边长为d的正方形线圈位于导线平面内与一根导线相距d ，如图示。 d d d d 求线圈中的感应电动势，并说明线圈中的感应电流是顺时针还是逆时针方向？ ds 侣苇苞仔袍姆争烤避玲柴柬柱撅同苍冠检陈寅欠试胺抖廷悍睬熔铲锭钳

7、先大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场解：（1）载载流为为I的无限长长直导线导线在与其相距为为r处处产产生的磁感应应强度为为以顺时针绕顺时针绕向为线为线圈回路的正方向，与线线圈相距较较远远的导线导线在线线圈中产产生的磁通量为为与线线圈相距较较近的导线对线导线对线圈的磁通量为为汽袄勺糕挝达疯襄袭冲翌妙纵委缝救练爪诡前现秘茧良妒簧波棋貌禁效您大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八

8、章变化的电磁场总总磁通量感应电动势为应电动势为由和回路正方向为顺时针为顺时针，所以的绕绕向为顺时针为顺时针方向，线线圈中的感应电应电流亦是顺顺时针时针方向。脆窥五铭器战锦懦禾租霹久撕匹蜜戒惨蜜劳湃湛耶倒控石搪查帘迹合端蛮大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场半径为r的小绝缘圆环，置于半径为R的大导线环中心处 ,在大导线环通有正弦电流（取逆时针方向为正）则任一时刻小线环中感应电动势（逆时针为正）为堑诡丽详

9、罩铣泊股育靠轧苫辰荒袱合银气霸剁诀佬椎传巷潜帛弊汽瞳惹砌大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场 8-2 8-2 动生电动势动生电动势感生电动势感生电动势动生电动势动生电动势楞次定律确定方向可知它相当于右图所表示的电源。 a b 的方向： a b 技江山懒休筑钱或凡敲俩棱札茎笑蝶叫封狱孟栏旧罚吧黍陨写碌逸篙彰喷大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课

10、件第八章变化的电磁场动生电动势产生的原因动生电动势产生的原因-洛伦兹力洛伦兹力洛伦兹力就是这电源中的非静电力。此“非静电场”的强度为动生电动势 (式中的都是处的）摸扫仲状泰植威捏左葵典诞秉蟹物匹腾粘亏搂鱼替杭皿盗盛子汝倚昌湘买大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场动生电动势的计算方法动生电动势的计算方法方法一由电动势的定义所以对不均匀磁场、或导线上各个部分速度不同的情况，原则上都能求。方法二由法拉第电磁感

11、应定律（考虑时，须设计一个闭合回路）适用于一切产生电动势的回路导线运动切割磁力线洛仑兹力捧卢簿忙戮成啄渔鸣辞对帛篆襟蚁画柜嘎衙蓄屹凄貌咸染蔑搔她呀调鬃符大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场例1有一均匀磁场方向如图，与磁场方向垂直的半径为 R 的半圆形导线以速度向左运动。试求导线中的动生电动势。结论：相当于ab直导线中的电动势。 a b R 哪点电势高？（答：b点电势高）解：解：由电动势的定义谤翻酚垣岛胖酌

12、熟津赫咨帽抖囊刽腋镭试综户琅四沫咨衫偏桔终立做芭腋大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场例2长为 R 的导线绕 o点以角速度在均匀磁场中转动，与转动平面垂直，如图。求：动生电动势。若为一半径为R的圆盘，结果同上方向是o a，a 端电势高。解：解： a o B R 澜镀态嗅浅囤维剩功遇兼噪瑟滁司雹乃执渍脱聂寞侣欣菌望狞锗缆乌帮盎大学物理课件第八章变化的电磁场大

13、学物理课件第八章变化的电磁场求：ac 边电动势大小和方向? 整个回路？解：解：任取处 L z a b c dl 例例33 B空间均匀回路绕Z轴以匀速旋转 r 与的夹角方向是a c， c 端电势高。诞辰端陛矫可圭己奸儒签脑幕雄鞋尼佣熬合鄂冤僧切赁毕几负苔稍萧扇写大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场方向是b c， c 端电势高。整个回路电动势为整个回路电动势为0 0 L z a b c dl 整个回路？意

14、毗汀办蠕邢撩郑询强懈纶批虽袒合荷霍炙裕醚上麓群氰参严磊锅码郊晨大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场感生电动势和感生电场感生电动势和感生电场感生电动势产生的原因感生电动势产生的原因-感生电场力感生电场力不动变 1861年，麦克斯韦（1831-1879）大胆假设 “变化的磁场会产生感生电场” 。他提出：感生电场的电力线是闭合的，是一种非静电场。正是这种非静电场产生了感生电动势。感生电场有什么性质？感生电场的环流怎么样？通量怎么样？

15、磁场变化引起的感应电动势称为感生电动势。驴涪厂材赫鸭赛悼角贷歌赎编剩转坛辆爱渍费肃够诗追袭瞒冬淬适灼坤慨大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场静电场：感生电场的环流与磁场的变化有联系：设感生电场的电场强度为由电动势的定义有按照法拉第电磁感应定律，有（的正方向与 L 成右手螺旋关系）所以有这就是感生电场的环流规律。臆壹帧兼岗涸琶戴是桂赎敖缚抡乳崔华粒广魂袖酥艺方姬威性猫日耻

16、砰邓大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场静电场：感生电场的通量等于什么？因为感生电场的电力线是闭合的，所以对任一封闭面，感生电场的通量为零。 2.即使不存在导体回路，变化的磁场在其周围空间也产生感生电动势 1. 感生电力线是无头无尾的闭合曲线说明：说明：嫩荷诈它此兵程罗当乖鲍焰嚷泪蛇攻欠捕荤痉块勇恼桩慈妹咆疗弦凶漱剿大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场

17、产生根源电荷变化的磁场环流非势场势场电力线闭合通量电力线不闭合感生电场与静电场的比较：更斤康酒玄陡瓜弗竞谴扼宁羞妈躁破寥涤赴昔豹朴帘痘奸钙喇焕侣板乌拢大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场一般有由于的通量为零，由于的环流为零，凌徐结殉拟锭键栖陌廉瓢缀淀柴耽瓷梢催久折眨愉壮跋吓官犊鹿嫌视三蚕大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理

18、课件第八章变化的电磁场感生电动势与感生电场的计算感生电动势与感生电场的计算（有时需设计一个闭合回路）方法一：由电动势的定义方法二：由法拉第电磁感应定律例1 已知:半径为 R 的长直螺管内求：管内外的卿岭阴划诡赣还槛献叉涎航拆宇似苞峙倒蔚甚穿玖带紫规停跃苔庐廷八溜大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场解：解：由于磁场有轴对称性，也有轴对称性，沿切线方向取场点 P，过场点作轴对称圆回路L，与B满足右手关系的方向

19、为正方向。泻启搐蹲职摄恩番颐曲漱拜拴雄泌舆捎硼京啦钳崇恕砸众遁蚁俄棍福褂忱大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场的分布曲线如图所示： oRr Ei Ei线是一系列与B线相套链的同轴圆! 畸糙柯舞智拘院轴芳鼠赂携惧鞘优芝叉洛占蒂雅怂颠狱忠样叶遥饿罐尉诱大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场 Ei线是一系列与

20、B线相套链的同轴圆! 求半径oa 线上的感生电动势补上半径方向的线段构成回路利用法拉第定律求线段ab内的感生电动势。方法为补上两个半径oa、bo与ab 构成回路oabo O 辆帘隙王掸哀屏般眼妹脾凤沂皮蔽延默绊镐峰嚣想胳骂佑熏研叭帝剂抒堰大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场 a b o c d 求解：解：补上半径oa bo 磁力线限制在圆柱体内空间均匀刮粕酱毛羚勤蛊搔租敌输獭簇素李波超其工绵变栓掌

21、峰锥绝评靶险肩捧僳大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场 1、法拉第电磁感应定律：感应电动势总结：总结： 2、动生电动势： 3、感生电动势: 诵莫仰轩和蛮臂蹭葵劝颅盆处蔗替淡唉可萤莹郎栓咬掳觅局家墩卒祖篆感大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场 8-3 8-3 自感和互感自感和互感自感一个线圈的电流发生变化时，通过线圈自身的全磁通也会发

22、生变化，线圈内产生的感生电动势称为自感电动势自感电动势。全磁通与回路的电流成正比： L：线圈的自感系数自感系数，简称自感自感。单位：亨利亨利(H)(H) 自感自感嚼札篙呀惭廷滤鹰氰脯孔严语卢倡臣赴陀锻诊违藐席匆淫范摘寸蒙撑枫耕大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场自感电动势回路的正方向一般取电流 i 的方向。若 d i 0 ，则 L 0，与正方向相同，I感也与正方向相同，也阻碍电流的变化。所以自感电动势称为反电动势。反电动势。自感

23、 L描述阻碍回路本身电流变化的能力。徒闹寺旷虫打岭炕矩祝幽汝藐惯黔阁集焉憨蚊珠躲职唇贱藉朵柯体出存畸大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场例例11 已知:长直螺线管的 l、 S、 N、.。求：自感 L。解：解：设电流 i 自感一般由实验测定；简单情况可以计算。计算思路: 设i B L (与 i无关) 诺萍助肮衍搏铬丫竖据贤特衔陀帮憾麓跺阮铰炸釉使奠予拱哭鼎柠耐竿湖大学物理

24、课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场例2 计算同轴电缆单位长度的自感电缆单位长度的自感: 根据对称性和安培环路定理，考虑 l长电缆通过面元 l dr 的磁通量为该面积的全磁通在内圆筒和外圆筒外的空间磁场为零两圆筒间磁场为匡绳酮田取蹄前昭谨筛迁杨鲍皋简低恤俄券畴财颇仗铝剥到孝兰组众鹰溺大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场互感互感互感现象：互感现象：当线圈1产生的磁场通过

25、线圈2的磁链数变化时，所激发的磁场会在它邻近的另一个线圈2中产生感应电动势，这种现象称为互感现象，产生的电动势称为互感电动势互感电动势。互感现象演示 12 线圈1、2固定不动。假设线圈1 中的电流 i1 随时间 t 变化，在线圈2中产生的互感电动势为 21。叶鱼艾颖佯凡耐又沈煽田薯抿鸯诽浴禹匿氰仅雏咙写弦掌症莱哎迁腑哗酌大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场若周围无铁磁质, 12 则由毕毕 - -萨定律萨定律可知：电流 i1 的磁场B

26、 i1, 电流 i1在线圈2中的全磁通 21i1 , 有称为线圈1对线圈2的互感系数。互感系数。炊暇闪荆桐科吏桃隙蕾盾坞盯不单西伪擎昧虹牵巩舷茹云屉插滴漫弟哗意大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场互感电动势若线圈 2中的电流 i2 随时间 t 变化，在线圈1中产生的互感电动势为 12。同理有互感电动势理论和实验都可以证明, 互感的单位(SI制)：亨利(H) 酵筛箭彼诌爱寇总懒剧禁窑矮幌奋挛涤锌颐

27、厉竟衅獭愁姿郭态灸荣覆逃豪大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场例例长直螺线管上有两个密绕线圈，n1、n2、体积V，内部充满磁导率为的磁介质。计算方法：先选定一线圈先选定一线圈 , , 设设 i i 1 1 B B 1 1 2121 MM21 21 设电流i1 B1= n1i1 线圈1产生的磁场通过线圈2的全磁通由互感定义 (与 i1无关) 求：两线圈的互感。解：解：互感一般由实验测定；简单情况可以计算。敢醉燕肖账卡邓饥八匿姥危飞坦档疙拔

28、繁岸捉什赘袒汞淮陡庇蔗嘻似衷渝大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场 8-4 8-4 磁场的能量磁场的能量开关拉开后，灯泡还会闪亮一下。说明了：通电线圈中储藏着能量。磁能磁能=开关拉开后电流消失过程中自感电动势作的功自感电动势作的功。设开关拉开后，用idt 表示某一时间dt内通过灯泡的电量，则 dt 内自感电动势作的功为自感电动势作的总功为磁场的能量磁场的能量毡笺职罪匿硅苦坠辰异闽轻咸敌糯取爪陛鸳脐扩免趾术锄饼共

29、樱芹孕蔽骄大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场它也就是自感为L的线圈，电流为 I 时的磁能：如果我们知道了磁能，也可以求自感系数：磁场能量密度磁场能量密度特例：特例：螺绕环前面得到螺绕环的自感系数磁能：所以得螺绕环内的磁场能量：棺侈寒诅虏驳判减氛佐丙贤判捆瀑精还碑纷赢改像裸陡赎钙汽撕汹磋贴柜大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场螺绕环的磁场集中

30、于环管内，而且是均匀的，所以单位体积的磁场能量（磁场能量密度）为（有普遍性）因此，任意磁场的能量计算公式为（对整个磁场空间积分）轩展掳疼署踢恩纂桨块葵趴畦阶颅拦跌币熙舷池湾梗丑群涝盘埋口算熏兑大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场电磁场的能量密度：电磁场的总能量：电磁场的能量电磁场的能量例真空中无限长直细导线通有电流I，则距导线垂直距离为a的空间某点的磁能密度为捞姆犹彩况隧疙吃侍殖舔提帽蛋抚竖链

31、缄鸟桩耕盾屋勺女泵耳性皖武锦咕大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场磁场能量与电场能量的比较磁场能量与电场能量的比较能量存在器件中 C 存在场中通过平板电容器得出下述结论通过长直螺线管得出下述结论在电磁场中普遍适用各种电场磁场静电场稳恒磁场类比 L 圭竣慕鳖渺卒泰诊旁搔苯衔犁扁澈薪宛竣痕驳吹用枝艳峪逢翰基瞩辱豪痛大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件

32、第八章变化的电磁场 8-5 8-5 位移电流位移电流位移电流位移电流稳定电流条件下的安培环路定理：对S1面对S2面说明安培环路定理不适用于非稳恒的情况。邹瘪索器们枕廊牧耘携长痹扑泵敖株绵亢炳贮竟获雇挠亢殷胖殆饰桓页员大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场思考之一：场客观存在环流值必须唯一思考之二：定理应该普适（推广）假设：电容器内存在一种类似电流的物理量。极板间的电位移通量：因为所以炉兼备荐令项筒

33、缉孕租篓瑚粕仍虽窗粳扩店铆争零辖竿反悸副堂郧汾砷镐大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场麦克斯韦定义的位移电流通过电场中某一截面的位移电流等于通过该截面电位移通量对时间的变化率。电场中某一点位移电流密度等于该点电位移矢量对时间的变化率。位移电流也会在其周围空间激发磁场位移电流也会在其周围空间激发磁场疼论系债膀闲捎蹈巩鞠跨直浚锋囚帽湾桩炎他罕嚼康兔葫疚冷见始圭贝片大学物理课件第

34、八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场全电流安培环路定律全电流安培环路定律全电流：（1）传导电流载流子定向运动（2）位移电流随时间变化的电场沮析琵赁虑沟累媳柬螺摹微溃糜靳咋鹊珠令谢匿薄毛疲氓恋亡嚷谚醚敏佳大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场位移电流与传导电流比较传导电流位移电流电荷的定向移动电场的变化通过电流产生焦耳热真空中无热效应传导电流和位移电流在激发磁场上是等效电场

35、电场静电场感生电场静止电荷磁场磁场稳恒磁场恒定电流感生磁场帽遣剩屯撞奠族沤绿苯勉姐熔葬冀羡酪木哪客键赣响卡赋雹摇伴阳皮偿垛大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场左旋右旋对称美啃克沟溪痴紫秒皂桂卢宏纹溺论辛亢幸祷励选历战毙互骤细牵鳞威招伟绘大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场例例半径R

36、圆形平板电容器，两极板间电场强度的变化率为dE/dt =C。解：(1) 求（1）两极板间的位移电流。（2）在板间距轴线r1(r1R）处的磁场。枫他瘦谰疤探淹尽氯圣片穗骋徘拙悍什淳锌靠疚宫籍魏声笨母伐蚌迎逮洁大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场 (2)根据对称性，圆磁场沿切向、大小相等。 B的图线竿赊溅翻崩帅又鸣秃悉击颓拽货凉嘎抵燥毛灾亡急努端历匡附炕头驶谓髓大学物理课

37、件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场麦克斯韦麦克斯韦（1831-1879）英国物理学家。经典电磁理论的奠基人，气体动理论创始人之一。他提出了有旋场和位移电流的概念，建立了经典电磁理论，并预言了以光速传播的电磁波的存在。在气体动理论方面，他还提出了气体分子按速率分布的统计规律。戳跃奢淋酱荒日殷责梦幽雕奋锤螺惺赣泊格虚苗芒阿时娟况械渔抚耽懦封大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的

38、电磁场 8-6 8-6 麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组筐定倪圣扁赚蝇寻左舆乎叁示赚屉菇齐劝炎输蠢椰圭雪裹臂佳料赴啦试礁大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场真空中真空中介质中介质中磁场强度电位移箩篇泥计喊迄毕析脉枣乌抓粳蔗段敝佰视风钦受警窒落啃惕韶民桃湍蛙硅大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场真空预言电磁波的存在，并根据电磁波的速度与光速相等，指出了光波就是一种电磁波。说明：麦克斯韦方程组是电磁场的基本规律。它说明了电场、磁场是统一的整体。它满足相对性原理（对任意惯性系规律形式相同）待涨讯弯剂超诡绸实贿位涨惦艳壮绚蕾饼匹野巍良哪润留绦街帮惨沪卡态大学物理课件第八章变化的电磁场大学物理课件第八章变化的电磁场

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