第十二章电磁感应-电磁场.doc

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1、第十二章　电磁感应　电磁场和电磁波12－3　有两个线圈，线圈1对线圈2的互感系数为M21，而线圈2对线圈1的互感系数为M12．若它们分别流过i1和i2的变化电流且，并设由i2变化在线圈1中产生的互感电动势为12，由i1变化在线圈2中产生的互感电动势为ε21，下述论断正确的是（　　）．（A），（B），（C），（D），分析与解　教材中已经证明M21＝M12，电磁感应定律；．因而正确答案为（D）．12－5　下列概念正确的是（　　）（A）感应电场是保守场（B）感应电场的电场线是一组闭合曲线（C），因而线圈的自感系数与回路的电流成反比（D），回路的磁通量越大，

2、回路的自感系数也一定大分析与解　对照感应电场的性质，感应电场的电场线是一组闭合曲线．因而正确答案为（B）．12－7载流长直导线中的电流以的变化率增长.若有一边长为d的正方形线圈与导线处于同一平面内，如图所示.求线圈中的感应电动势.分析本题仍可用法拉第电磁感应定律，来求解.由于回路处在非均匀磁场中，磁通量就需用来计算.为了积分的需要，建立如图所示的坐标系.由于B仅与x有关，即B=B(x8)，故取一个平行于长直导线的宽为dx、长为d的面元dS，如图中阴影部分所示，则dS=ddx，所以，总磁通量可通过线积分求得（若取面元dS=dxdy，则上述积分实际上为二

3、重积分）.本题在工程技术中又称为互感现象，也可用公式求解.解1穿过面元dS的磁通量为因此穿过线圈的磁通量为再由法拉第电磁感应定律，有解2当两长直导线有电流I通过时，穿过线圈的磁通量为线圈与两长直导线间的互感为当电流以变化时，线圈中的互感电动势为8题12-7图12－11　长为L的铜棒，以距端点r处为支点，以角速率ω绕通过支点且垂直于铜棒的轴转动.设磁感强度为B的均匀磁场与轴平行，求棒两端的电势差．题12-11图分析　应该注意棒两端的电势差与棒上的动生电动势是两个不同的概念，如同电源的端电压与电源电动势的不同．在开路时，两者大小相等，方向相反（电动势的方

4、向是电势升高的方向，而电势差的正方向是电势降落的方向）．本题可直接用积分法求解棒上的电动势，亦可以将整个棒的电动势看作是OA棒与OB棒上电动势的代数和，如图（ｂ）所示．而EOA和EOB则可以直接利用第12－2节例1给出的结果．解1　如图（ａ）所示，在棒上距点O为l处取导体元ｄl，则因此棒两端的电势差为当L＞2r时，端点A处的电势较高解2　将AB棒上的电动势看作是OA棒和OB棒上电动势的代数和，如图（ｂ）所示．其中,则812－12　如图所示，长为L的导体棒OP，处于均匀磁场中，并绕OO′轴以角速度ω旋转，棒与转轴间夹角恒为θ，磁感强度B与转轴平行．求O

5、P棒在图示位置处的电动势．题12-12图分析　如前所述，本题既可以用法拉第电磁感应定律计算（此时必须构造一个包含OP导体在内的闭合回路，如直角三角形导体回路OPQO），也可用来计算．由于对称性，导体OP旋转至任何位置时产生的电动势与图示位置是相同的．解1　由上分析，得由矢量的方向可知端点P的电势较高．解2　设想导体OP为直角三角形导体回路OPQO中的一部分，任一时刻穿过回路的磁通量Φ为零，则回路的总电动势显然，EQO＝0，所以由上可知，导体棒OP旋转时，在单位时间内切割的磁感线数与导体棒QP等效．812－14　如图（ａ）所示，在“无限长”直载流导线的

6、近旁，放置一个矩形导体线框，该线框在垂直于导线方向上以匀速率v向右移动，求在图示位置处，线框中感应电动势的大小和方向．题12-14图分析　本题亦可用两种方法求解．其中应注意下列两点：（1）当闭合导体线框在磁场中运动时，线框中的总电动势就等于框上各段导体中的动生电动势的代数和．如图（ａ）所示，导体eh段和fg段上的电动势为零［此两段导体上处处满足］，因而线框中的总电动势为其等效电路如图（ｂ）所示．（2）用公式求解，式中Φ是线框运动至任意位置处时，穿过线框的磁通量．为此设时刻t时，线框左边距导线的距离为ξ，如图（c）所示，显然ξ是时间t的函数，且有．在求

7、得线框在任意位置处的电动势E（ξ）后，再令ξ＝d，即可得线框在题目所给位置处的电动势．解1　根据分析，线框中的电动势为由Eef＞Ehg可知，线框中的电动势方向为efgh．8解2　设顺时针方向为线框回路的正向．根据分析，在任意位置处，穿过线框的磁通量为相应电动势为令ξ＝d，得线框在图示位置处的电动势为由E＞0可知，线框中电动势方向为顺时针方向．12－15　在半径为R的圆柱形空间中存在着均匀磁场，B的方向与柱的轴线平行．如图（ａ）所示，有一长为l的金属棒放在磁场中，设B随时间的变化率为常量．试证：棒上感应电动势的大小为题12-15图分析　变化磁场在其周围

8、激发感生电场，把导体置于感生电场中，导体中的自由电子就会在电场力的作用下移动，在棒内两端形成正负电荷的积累，