河南理工大学大学物理8-0-2

1、第 八 章电磁感应 电 磁 场共三十四页本章(bn zhn)目录8-0 教学基本要求8-1 电磁感应定律8-2 动生电动势和感生电动势8-3 自感和互感*8-4 R L电路8-5 磁场的能量 磁场能量密度8-6 位移电流 电磁场基本方程的积分形式2共三十四页 一 掌握并能熟练应用法拉第电磁感应定律和楞次定律来计算(j sun)感应电动势，并判明其方向。 二 理解动生电动势和感生电动势的本质(bnzh)。了解有旋电场的概念。 三 了解自感和互感的现象，会计算几何形状简单的导体的自感和互感。8-0 教学基本要求3共三十四页 四 了解磁场具有(jyu)能量和磁能密度的概念，会计算均匀磁场和对称磁场的

2、能量。 五 了解位移电流和麦克斯韦(mi k s wi)电场的基本概念以及麦克斯韦(mi k s wi)方程组(积分形式)的物理意义。8-0 教学基本要求4共三十四页英国物理学家和化学家，电磁理论的创始人之一。他创造性地提出(t ch)场的思想，最早引入磁场这一名称。1831年发现电磁感应现象，后又相继发现电解定律，物质的抗磁性和顺磁性，及光的偏振面在磁场中的旋转。法拉第（Michael Faraday, 17911867）8-1 电磁感应(dinc-gnyng)定律5共三十四页电 流磁 场电磁感应(dinc-gnyng)产生?1831年法拉第感应电流 实验8-1 电磁感应(dinc-gnyn

3、g)定律静电场稳恒磁场不随时间变化随时间变化变化的电磁场6共三十四页一 电磁感应(dinc-gnyng)现象回路(hul)某一部分相对磁场运动或回路(hul)发生形变使回路(hul)中磁通量变化而产生电流回路静止而磁场变化使回路中磁通量变化而产生电流两种情况：8-1 电磁感应定律7共三十四页R12Gm法拉第发现(fxin)：当通过导线回路中的磁通量变化时，回路中就会出现所谓的感应电流，而产生感应电流的电动势称为感应电动势。8-1 电磁感应(dinc-gnyng)定律8共三十四页当穿过闭合回路所围面积的磁通量发生变化时，回路中会产生感应电动势，且感应电动势正比(zhngb)于磁通量对时间变化率的

4、负值。二 电磁感应(dinc-gnyng)定律国际单位制韦 伯伏 特8-1 电磁感应定律9共三十四页(1) 闭合(b h)回路由 N 匝密绕线圈组成 磁通匝数 (磁链)(2) 若闭合回路(hul)的电阻为R，感应电流为8-1 电磁感应定律磁通计10共三十四页 从全电路(dinl)欧姆定律出发电路(dinl)中有电流就必定有电动势，故感应电流应源于感应电动势。 从电磁感应(dinc-gnyng)本身来说：电磁感应(dinc-gnyng)直接激励的是感应电动势。感应电动势形成8-1 电磁感应定律说明：11共三十四页(3) 感应(gnyng)电动势的方向与回路取向相反 与回路成右螺旋NS8-1 电磁

5、感应(dinc-gnyng)定律若与回路取向相同若12共三十四页NS三 楞次定律(ln c dn l)闭合的导线回路中所出现的感应电流，总是使它自己所激发的磁场反抗任何引发电磁感应的原因(反抗相对运动、磁场变化或线圈(xinqun)变形等)。8-1 电磁感应定律注意： “反抗”的是磁通的变化，而不是磁通本身。13共三十四页a、明确穿过闭合(b h)回路的原磁场方向；c、按右手法则由感应电流磁场的方向(fngxing)来确定感应电流的方向(fngxing)。b、根据磁通量的变化 ，按照楞次定律确定感应电流的磁场方向；用楞茨定律判断感应电流方向的方法 8-1 电磁感应定律14共三十四页楞次定律是能

6、量(nngling)守恒定律的一种表现。维持滑杆运动必须外加一力，此过程为外力(wil)克服安培力做功转化为焦耳热。机械能焦耳热例如 8-1 电磁感应定律15共三十四页例 在匀强磁场中，置有面积为 S 的可绕 轴转动的N 匝线圈。若线圈以角速度 作匀速转动。求线圈中的感应电动势。8-1 电磁感应(dinc-gnyng)定律解设 时,与 同向, 则16共三十四页令则8-1 电磁感应(dinc-gnyng)定律交流电17共三十四页(1) 稳恒磁场中的导体运动 ，或者回路面积变化、取向变化等 动生电动势 (2) 导体不动，磁场变化 感生电动势引起磁通量变化(binhu)的原因： 8-2 动生电动势和

7、感生(n shn)电动势18共三十四页 电动势+-I 闭合电路的总电动势 : 非静电的电场强度。8-2 动生电动势和感生(n shn)电动势19共三十四页 OP一 动生电动势动生电动势的非静电力场来源 洛伦兹力- -+ +平衡时8-2 动生电动势和感生(n shn)电动势20共三十四页解：根据楞次定律判断(pndun)感应电动势方向例1 一长为L的铜棒在磁感强度为 的均匀磁场中，以角速度 在与磁场方向垂直的平面上绕棒的一端转动，求铜棒两端的感应电动势。 方向 O P8-2 动生电动势和感生(n shn)电动势 OP21共三十四页例2 一导线矩形框的平面与磁感强度为的均匀磁场相垂直。在此矩形框上

8、，有一质量为m长为l 的可移动的细导体棒MN; 矩形框还接有一个电阻R，其值比导线的电阻值要大很多。开始时，细导体棒以速度 沿如图所示的矩形框运动，试求棒的速率随时间变化的函数关系。 +8-2 动生电动势和感生(n shn)电动势解：建立(jinl)如图坐标方向 M N22共三十四页方向沿 轴负方向8-2 动生电动势和感生(n shn)电动势+23共三十四页8-2 动生电动势和感生(n shn)电动势例 3 一半径为R1的铜薄圆盘，以角速率 绕通过盘心垂直的金属轴O 转动，轴的半径为R2，圆盘放在磁感强度为 的均匀磁场中， 的方向亦与盘面垂直。有两个集电刷a，b分别与圆盘的边缘和转轴相连。 试

9、计算它们之间的电势差，并指出何处的电势较高。 如图取线元 ，其产生的动生电动势为解：方法(fngf)一：24共三十四页8-2 动生电动势和感生(n shn)电动势方法(fngf)二：取虚拟的闭合回路 ，并取其包围面积的正法线方向与 相同。圆盘边缘的电势高于中心转轴的电势。25共三十四页设 时点M与点 重合即则t 时刻8-2 动生电动势和感生(n shn)电动势圆盘(yun pn)边缘的电势高于中心转轴的电势。26共三十四页二 感生(n shn)电动势产生感生电动势的 非静电场 感生电场麦克斯韦假设：变化的磁场在其周围空间激发一种电场感生电场 。8-2 动生电动势和感生(n shn)电动势27共

10、三十四页闭合(b h)回路中的感生电动势8-2 动生电动势和感生(n shn)电动势28共三十四页1） 此式反映变化磁场和感应电场(din chng)的相互关系，即感生电场(din chng)是由变化的磁场产生的。 说明(shumng)： 2） S 是以 l 为边界的任一曲面。S 的法线方向应选得与曲线 l 的积分方向成右手螺旋关系。3） 与 构成左旋关系。8-2 动生电动势和感生电动势29共三十四页感生(n shn)电场电力线 8-2 动生电动势和感生(n shn)电动势30共三十四页感生电场静电场非保守场保守场由变化的磁场产生由电荷产生感生电场和静电场的对比8-2 动生电动势和感生(n shn)电动势31共三十四页*三 电子(dinz)感应加速器R环形真空室电子轨道OBFvBEK 8-2 动生电动势和感生(n shn)电动势32共三十四页R环形真空室电子轨道OBFv由洛伦兹力和牛顿第二(d r)定律，有其中BR为电子轨道(gudo)所在处的磁感强度。8-2 动生电动势和感生电动势33共三十四页内容摘要第 八 章。8-0 教学基本要求。8-1 电磁感应定律。8-3 自感和互感。法拉第（Michael Faraday, 17911867）。回路某一部分相对磁场运动或回路发生形变使回路中磁通量变化而产生电流。回路静止而磁场变化使回路中磁通量变化而产生电流。(2) 若闭合回路的电阻为