大学物理电子教案ch11电磁感应及电磁场

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1、第11章变化的磁场和变化的电场M.法拉第(1791~1869)伟大的物理学家、化学家、19世纪最伟大的实验大师。右图为法拉第用过的螺绕环本章内容11.1电磁感应11.2感应电动势11.3自感和互感11.4磁场能量11.5麦克斯韦电磁场理论简介电流的磁效应磁的电效应电生磁11.1电磁感应法拉第的实验：磁铁与线圈有相对运动，线圈中产生电流一线圈电流变化，在附近其它线圈中产生电流电磁感应实验的结论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，回路中就出现感应电流变变产生电磁感应一.电磁感应现象••？二.电动势电源将单位正电荷从电源负极推向电源正极的过程中，非静电力所作的功定义表征

2、了电源非静电力作功本领的大小反映电源将其它形式的能量转化为电能本领的大小非静电性场强••对闭合电路三.电磁感应定律法拉第的实验规律感应电动势的大小与通过导体回路的磁通量的变化率成正比负号表示感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因——楞次定律•(1)若回路是N匝密绕线圈(2)若闭合回路中电阻为R感应电荷讨论例匀强磁场中，导线可在导轨上滑动，解在t时刻回路中感应电动势。求若两个同心圆环，已知r1<

3、流导线共面，解通过面积元的磁通量（方向顺时针方向）例求线框中的感应电动势。11.2感应电动势两种不同机制相对于实验室参照系，若磁场不变，而导体回路运动（切割磁场线）—动生电动势相对于实验室参照系，若导体回路静止，磁场随时间变化—感生电动势一.动生电动势单位时间内导线切割的磁场线数电子受洛伦兹力——非静电力•••非静电场动生电动势应用磁场中的运动导线成为电源，非静电力是洛伦兹力••讨论(1)注意矢量之间的关系(2)对于运动导线回路，电动势存在于整个回路(法拉第电磁感应定律)(3)感应电动势的功率设电路中感应电流为I导线受安培力导线匀速运动电路中感应电动势提供的电能是由外力做功所消耗的

4、机械能转换而来的(4)感应电动势做功，洛伦兹力不做功？洛伦兹力做功为零例在匀强磁场B中，长R的铜棒绕其一端O在垂直于B的平面内转动，角速度为OR求棒上的电动势解方法一(动生电动势):dl方向方法二(法拉第电磁感应定律):在dt时间内导体棒切割磁场线方向由楞次定律确定例在半径为R的圆形截面区域内有匀强磁场B，一直导线垂直于磁场方向以速度v扫过磁场区。求当导线距区域中心轴垂直距离为r时的动生电动势解方法一：动生电动势方法二：法拉第电磁感应定律在dt时间内导体棒切割磁场线方向由楞次定律确定二.感生电动势实验证明：当磁场变化时，静止导体中也出现感应电动势仍是洛伦兹力充当非静电力？电场力

5、充当非静电力麦克斯韦提出：无论有无导体或导体回路，变化的磁场都将在其周围空间产生具有闭合电场线的电场，并称此为感生电场或有旋电场感生电动势闭合回路中是感生电场•感生电场与变化磁场之间的关系讨论感生电场与静电场的比较场源环流静电荷变化的磁场通量静电场为保守场感生电场为非保守场静电场为有源场感生电场为无源场(闭合电场线)(1)感生电场是无源有旋场(磁生电)•(2)感生电场与磁场的变化率成左螺旋关系空间存在变化磁场在空间存在感生电场(3)当问题中既有动生、又有感生电动势，则总感应电动势为(导体不闭合)(导体闭合)设一个半径为R的长直载流螺线管，内部磁场强度为，若为大于零的恒量。求管内外的

6、感应电场。(4)轴对称分布的变化磁场产生的感应电场由于变化磁场激起感生电场，则在导体内产生感应电流。交变电流高频感应加热原理这些感应电流的流线呈闭合的涡旋状，故称涡电流(涡流)交变电流减小电流截面，减少涡流损耗整块铁心彼此绝缘的薄片电磁阻尼涡流•••三.电子感应加速器电子进入真空室受到两种力的作用洛伦兹力(向心力)有旋电场力(加速电子)电子加速圆周运动有旋电场力洛仑兹力有旋电场令得电子维持在不变的圆形轨道上加速时磁场必须满足的条件是面积S内的平均磁感应强度电子感应加速器11.3自感和互感一.自感现象自感系数自感电动势线圈电流变化穿过自身磁通变化在线圈中产生感应电动势—自感电动势遵从

7、法拉第定律1.自感现象即根据毕—萨定律穿过线圈自身总的磁通量与电流I成正比若自感系数是一不变的常量自感具有使回路电流保持不变的性质——电磁惯性自感系数自感电动势讨论3.自感电动势如果回路周围不存在铁磁质，自感L是一个与电流I无关，仅由回路的匝数、几何形状和大小以及周围介质的磁导率决定的物理量2.自感系数例设一载流回路由两根平行的长直导线组成。求这一对导线单位长度的自感L解由题意，设电流回路I取一段长为h的导线例同轴电缆由半径分别为R1和R2的两个无限长同轴导体和柱面组