大学物理第09章变化的电磁场课件讲义.ppt

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1、第9章　电磁感应与电磁场§9.1电磁感应定律§9.2动生电动势与感生电动势§9.3自感应与互感应§9.4磁场能量§9.5位移电流麦克斯韦电磁场方程组电磁感应定律的发现，进一步揭示了电与磁之间的相互联系及转化规律.麦克斯韦提出了“感生电场”和“位移电流”两个假说，从而建立了完整的电磁场理论体系——麦克斯韦方程组本章主要研究电场和磁场相互激发的规律§9.1电磁感应的基本定律一、电磁感应现象1820年，奥斯特发现:电流磁效应对称性→磁的电效应？1831年，法拉第经过了十年不懈的探索发现：电磁感应现象电流激发磁场?产生1.电磁感应现象闭

2、合回路中的磁通量发生变化时在该闭合回路中将出现感应电流电动势形成产生当通过回路的磁通量发生变化时，回路中就会产生感应电动势。如果线圈闭合，则有感应电流。当回路1中的电流发生变化时在回路2中会出现感应电流。电磁感应R12εGmΦ产生感应电流五种情况:①变化着的电流；②线圈中变化着的磁场；③运动中的恒定电流；④运动着的磁铁；⑤在磁场中运动着的导体.共同特点：线圈中磁通量发生变化→导致产生感应电动势！感应电流与原电流本身无关，而是与原电流的变化有关。——这种现象称为电磁感应产生感应电动势的两种方式①导线或线圈在磁场中运动②线圈内磁场变化导体回路

3、中感应电动势的大小,与穿过导体回路的磁通量的变化率成正比.2.法拉第电磁感应定律m其数学表达式为SI中:K=1式中的负号是楞次定律的数学表示若线圈密绕了N匝(N匝线圈串联)：则有—磁通链电动势方向的确定：①根据磁场方向选择闭合回路的绕行方向，使它们符合右手螺旋关系，则磁通是正值；②若穿过闭合回路中的磁通量增大，即磁通量的变化率大于零，则电动势小于零，则电动势的方向与回路绕行方向相反。感应电流--如果闭合回路为纯电阻R回路时，则感应电流的方向与感应电动势的方向总是一致的t1～t2时间内通过导线上任一截面的感应电量测Q可以得到m这就是磁

4、通计的原理→测量磁感应强度（又称高斯计）设回路有N匝线圈，每匝线圈的面积均为S当线圈中磁场由0→B时，不考虑Q的正负，则二.楞次定律1833年，楞次总结出：闭合回路中感应电流的方向，总是使得它所激发的磁场来阻止（或补偿）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。导体杆ab在外力作用下向右平移，则矩形框的面积增大，磁通量增大感应电流的效果应该阻止回路中的磁通量继续增大，根据原来磁场的方向，可以判断感应电流的方向应为逆时针方向。当感应电流流过导体杆ab时，又受到安培力作用，根据安培定律知，安培力的方向向左，恰好与

5、外力的方向相反，阻碍ab杆继续右移。矩形框回路中有感应电流磁通量变化产生感应电流阻碍导线运动产生感应电流阻碍楞次定律是能量守恒定律在电磁感应现象上的具体体现Ab导体杆在外力作用下向右移动，外力作正功，闭合回路包围磁通量增加，ab上产生感应电流，机械能转化为电能(焦耳热)；电流从b流向a，ab电流在磁场中受安培力作用，方向向左，阻碍ab杆继续向右移动。例9-2：无限长直导线通有随时间变化的电流矩形线圈与直导线共面求:已知:解:（1）如图所示建立坐标讨论：当0<t</2时，cost>0，i<0，逆时针方向；当0<t<时，cost

6、<0，i>0，顺时针方向.i的方向还可由楞次定律直接判断.思考:在无限长直载流导线旁有大小相同的四个矩形线圈，分别作如图所示的运动。判断各回路中是否有感应电流.I线框绕竖直轴旋转线框从外向内平移线框从左向右平移线框从上向下平移I两类实验现象①导线或线圈在磁场中运动：使通过线圈的磁通量发生变化—产生动生电动势②线圈内的磁场发生变化：使通过线圈的磁通量发生变化—产生感生电动势感生电动势动生电动势产生原因和规律不相同都遵从电磁感应定律感应电动势§9.2动生电动势与感生电动势产生感应电动势的非静电力是什么力呢？感应电动势回路变动引起的→动生电

7、动势磁场变化引起的→感生电动势一、动生电动势当金属导体棒在磁场中作切割磁力线运动时,导体棒中的电子将受到洛仑磁力的作用。电子在洛仑磁力的作用下，将沿棒向下端移动而积聚,使原来电中性的导体棒，上端带正电，下端带负电。+++++++++++++++++++++在导线棒上、下两端的电荷将激发静电场则电子又受静电力作用方向：ab静电力的方向与洛仑兹力的方向相反两力达到平衡时+++++++++++++++++++++至此电子停止在两端继续积聚，使ab两端形成稳定的电势差，这就是感应电动势，当回路闭合时便有感应电流。由电动势的定义式洛仑兹力是产生动

8、生电动势的根本原因+++++++++++++++++++++据非静电场的定义产生动生电动势的非静电力——洛仑兹力G由于导线上各线元的速度和磁场各不相同，所以在导体棒上取线元dl，则产生的电动势