马文蔚《大学物理》第八章1

1、第八章第八章 电磁感应与电磁场电磁感应与电磁场物理学物理学第五版第五版电磁感应与电磁场电磁感应与电磁场第第 八八 章章第八章第八章 电磁感应与电磁场电磁感应与电磁场物理学物理学第五版第五版2 电磁感应定律的发现，进一步揭示了电与磁之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。间的相互联系及转化规律。 麦克斯韦提出了麦克斯韦提出了“感生电场感生电场”和和“位移电流位移电流”两个假说，从而建立了完整的电磁场理论体系两个假说，从而建立了完整的电磁场理论体系麦克斯韦方程组。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。本章主要研究电场和磁场相互激发的规律。第八章第八章 电

2、磁感应与电磁场电磁感应与电磁场物理学物理学第五版第五版3本章目录本章目录8-38-3 电磁感应定律电磁感应定律8-48-4 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势8-58-5 自感和互感自感和互感8-68-6 电场和磁场的能量电场和磁场的能量8-78-7 位移电流位移电流 电磁场基本方程的积分形式电磁场基本方程的积分形式物理学物理学第五版第五版8-18-1 恒定电流与恒定电场恒定电流与恒定电场8-28-2 电动势电动势 洛伦兹力与安培力洛伦兹力与安培力第八章第八章 电磁感应与电磁场电磁感应与电磁场物理学物理学第五版第五版4二二 掌握掌握并能熟练应用法拉第电磁感应并能熟练应用法拉第电磁感应

3、定律和楞次定律来计算感应电动势，并判明定律和楞次定律来计算感应电动势，并判明其方向。其方向。三三 理解理解动生电动势和感生电动势的本动生电动势和感生电动势的本质；了解有旋电场的概念。质；了解有旋电场的概念。8-0 8-0 教学基本要求教学基本要求一一 掌握掌握电动势的基本概念，熟悉常见电动势的基本概念，熟悉常见电动势的非静电力；了解恒定电流产生的条电动势的非静电力；了解恒定电流产生的条件；理解恒定电场与静电场的关系。件；理解恒定电场与静电场的关系。第八章第八章 电磁感应与电磁场电磁感应与电磁场物理学物理学第五版第五版5 五五 了解了解电场磁场具有能量和能密度的电场磁场具有能量和能密度的概念，会

4、计算简单电场和磁场的能量。概念，会计算简单电场和磁场的能量。 六六 了解了解位移电流和麦克斯韦电场的基位移电流和麦克斯韦电场的基本概念以及麦克斯韦方程组（积分形式）本概念以及麦克斯韦方程组（积分形式）的物理意义。的物理意义。8-0 8-0 教学基本要求教学基本要求四四 了解了解自感和互感的现象，会计算几自感和互感的现象，会计算几何形状简单的导体的自感和互感。何形状简单的导体的自感和互感。8-1恒定电流恒定电流第八章第八章 电磁感应与电磁场电磁感应与电磁场物理学物理学第五版第五版7一、电流一、电流 电流密度电流密度+ISSenIdv 电流：电流：通过截面通过截面S 的电荷随时间的的电荷随时间的

5、变化率变化率:电子电子漂移速度漂移速度的大小的大小dvt/qIdd tSenqdddv 第八章第八章 电磁感应与电磁场电磁感应与电磁场物理学物理学第五版第五版8 电流密度电流密度：细致描述导体内各点电流分：细致描述导体内各点电流分布的情况布的情况. .该点该点正正电荷电荷运动方向运动方向j方向方向： 大小大小：单位时间内：单位时间内过该点且垂直于正电荷过该点且垂直于正电荷运动方向的单位面积的运动方向的单位面积的电荷电荷SdjIddddddvencosSIcosStQj 第八章第八章 电磁感应与电磁场电磁感应与电磁场物理学物理学第五版第五版9SSdjSI1I2ItQSjisddd 二、电流的连续

6、性方程二、电流的连续性方程 恒定电流条件恒定电流条件 单位时间内通过闭合曲面向外流出的单位时间内通过闭合曲面向外流出的电荷，等于此时间内闭合电荷，等于此时间内闭合曲面里电荷的减少量曲面里电荷的减少量 . . cosSjSjIddd sSjId第八章第八章 电磁感应与电磁场电磁感应与电磁场物理学物理学第五版第五版100 sSjd 恒定电流恒定电流 021 III0 t/Qidd 若闭合曲面若闭合曲面 S 内的电荷内的电荷不随时间而变化，有不随时间而变化，有SSdjSI1I2I基尔霍夫第一定律基尔霍夫第一定律第八章第八章 电磁感应与电磁场电磁感应与电磁场物理学物理学第五版第五版11恒定电场恒定电场

7、 （1 1）在恒定电流情况下，导体中电荷分在恒定电流情况下，导体中电荷分布不随时间变化形成恒定电场；布不随时间变化形成恒定电场； （2 2）恒定电场恒定电场与静电场具有相似性质与静电场具有相似性质（高斯定理和环路定理），（高斯定理和环路定理），恒定电场可引恒定电场可引入电势的概念；入电势的概念； （3 3）恒定电场的存在伴随能量的转换恒定电场的存在伴随能量的转换.SSdj0 sSjd 恒定电流恒定电流 第八章第八章 电磁感应与电磁场电磁感应与电磁场物理学物理学第五版第五版12例（例（1 1）若若每个铜原子贡献一个自由电子，每个铜原子贡献一个自由电子，问铜导线中自由电子数密度为多少？问铜导线中自

8、由电子数密度为多少？解解32810488m/.个个 MNnA （2 2）家用线路电流最大值家用线路电流最大值 15A，铜导线，铜导线半径半径0.81mm 0.81mm 此时电子漂移速率多少？此时电子漂移速率多少？ 1-1-hmsm. 2103654nSeId v解解3310958m/kg. mol/kg.M310563 mol/.NA个个2310026 第八章第八章 电磁感应与电磁场电磁感应与电磁场物理学物理学第五版第五版13 （3 3）铜导线中电流密度均匀，电流密度铜导线中电流密度均匀，电流密度值多少？值多少？22mA.mA.( 624102871010815）SIj 解解第八章第八章 电磁

9、感应与电磁场电磁感应与电磁场物理学物理学第五版第五版14三、恒定电场与静电场三、恒定电场与静电场（一）恒定电流场与恒定电场（一）恒定电流场与恒定电场不随时间改变的电荷分布产生不随时间改变不随时间改变的电荷分布产生不随时间改变的电场称为恒定电场的电场称为恒定电场(稳恒电场稳恒电场)。稳恒电场包括了静电场，但并不只限于静稳恒电场包括了静电场，但并不只限于静电场。电场。 1 1、载流子与电流、载流子与电流2 2、电流强度和电流密度矢量、电流强度和电流密度矢量3 3、电流密度矢量的通量、电流密度矢量的通量4 4、电流场的连续性原理、电流场的连续性原理电流场中的电荷电流场中的电荷守恒定律守恒定律 第八章

10、第八章 电磁感应与电磁场电磁感应与电磁场物理学物理学第五版第五版15三、恒定电场与静电场三、恒定电场与静电场（二）恒定电流场的特点（二）恒定电流场的特点1 1、稳恒电流：、稳恒电流：2 2、稳恒条件：、稳恒条件：要维持恒定电流，空间各处的电荷密度必须要维持恒定电流，空间各处的电荷密度必须不随时间而变。这个必要条件称为恒定条件不随时间而变。这个必要条件称为恒定条件（也称稳恒条件）。（也称稳恒条件）。与电流场相伴的电场中，各处的电荷分布不随与电流场相伴的电场中，各处的电荷分布不随时间而变化，即空间各点的电荷密度保持不变。时间而变化，即空间各点的电荷密度保持不变。电流场中各点的电流密度矢量电流场中各

11、点的电流密度矢量 都不随时间而都不随时间而变的电流叫做恒定电流（或稳恒电流）。变的电流叫做恒定电流（或稳恒电流）。J第八章第八章 电磁感应与电磁场电磁感应与电磁场物理学物理学第五版第五版163 3、稳恒电流的闭合性：、稳恒电流的闭合性：图6-6 稳定电流的闭合性这一闭合性决这一闭合性决定了稳恒电流定了稳恒电流的电路必须是的电路必须是闭合电路。闭合电路。 （二）恒定电流场的特点（二）恒定电流场的特点三、恒定电场与静电场三、恒定电场与静电场稳恒电流场中的稳恒电流场中的 线是既无起点又无终点线是既无起点又无终点的闭合曲线。这个性质叫做稳恒电流的闭合的闭合曲线。这个性质叫做稳恒电流的闭合性。性。 J第

12、八章第八章 电磁感应与电磁场电磁感应与电磁场物理学物理学第五版第五版174 4、稳恒电流场的性质：、稳恒电流场的性质：（1 1）在直流电路中同一支路的各个截面有相同的）在直流电路中同一支路的各个截面有相同的电流电流I；流进直流电路任一节点的电流等于从；流进直流电路任一节点的电流等于从该节点流出的电流。即为基尔霍夫第一定律。该节点流出的电流。即为基尔霍夫第一定律。（二）恒定电流场的特点（二）恒定电流场的特点三、恒定电场与静电场三、恒定电场与静电场（2 2）稳恒电流场的环路定理：电流密度矢量沿闭）稳恒电流场的环路定理：电流密度矢量沿闭合回路的线积分等于零。合回路的线积分等于零。0 l dJL基尔霍

13、夫第二基尔霍夫第二定律定律 第八章第八章 电磁感应与电磁场电磁感应与电磁场物理学物理学第五版第五版18三、恒定电场与静电场三、恒定电场与静电场（三）恒定电场及其性质（三）恒定电场及其性质 与恒定电流场（稳定与恒定电流场（稳定 场）相伴的电场场）相伴的电场 叫做恒定电场（又称稳恒电场）。叫做恒定电场（又称稳恒电场）。JE1 1、恒定电场的高斯定理、恒定电场的高斯定理0 SdES2 2、稳恒电场的环路定理、稳恒电场的环路定理0 l dEL欧姆定律的微分形式欧姆定律的微分形式 EJ RVGVI 第八章第八章 电磁感应与电磁场电磁感应与电磁场物理学物理学第五版第五版19（四）稳恒电场与静电场的对比（四）稳恒电场与静电场的对比 三、恒定电场与静电场三、恒定电场与静电场稳恒电场与静电场的共同特点：稳恒电场与静电场