第7章-变化的电磁场

第七章变化的电磁场一、电磁感应现象：②

闭合导体回路附近有变化的电流；导体回路中有电流。①闭合导体回路附近有磁铁与它发生相对运动，回路中要产生电流。1、实验：③不变，导线运动，也可产生电流。××××××××××××④当都不变，线圈在磁场中转动，也可有电流产生。共同点：穿过闭合导体回路的磁通量发生了变化。§7.1法拉第电磁感应定律G或者说线圈面积变化产生电流电磁感应现象：当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，回路中就会产生感应电流。感应电动势：当穿过导体回路的磁通量发生变化时，回路中产生的电动势。2、产生感应电流的条件：

穿过一闭合导体回路的磁通量发生变化。3、其他物理学家没有发现电磁感应现象的原因：

安培：注重稳态过程。

教训：每个人都不会知道自己的局限在哪里。

——不固步自封，虚心听取别人的意见。

科拉顿：瑞士物理学家，1825年用一个线圈和检流计组成闭合回路，用一个磁铁靠近闭合回路，做各种可能的组合。但他为了消除磁铁对检流计的影响，将检流计和磁铁放在不同的房间进行试验。结果没有观察到电磁感应现象。GNS教训：1）同步观察实验结果；2）在未知/难于把握/困难的问题面前，不要追求完美的做法。当问题中有你不了解的规律或者无法控制的因素的时候，这缺失的方面很可能是你没有意识到但实际上却是非常关键的因素。——做大事不拘小节！“大行不顾细谨，大礼不辞小让。”因为完美总是相对的，事物一个方面的完美，意味着另一个方面的缺失。说明：回路由N匝线圈串联组成，总感应电动势：2、感应电动势的方向：感应电动势的方向应该由磁通量变化的方向决定规定穿过一个回路所围截面的磁通量也有方向：即是磁场穿过该回路所围截面的方向。知识和概念都是为应用服务的，可以灵活更改，不要拘泥。1、表述：闭合电路中的感应电动势与穿过回路的磁通量的

变化率成正比，在SI中：二、法拉第电磁感应定律:感应电流和感应电动势哪个重要？NBNBB图中磁通量Φ方向向上

若图中磁场增强，则磁通量变化的方向向上

若图中磁场减弱，则磁通量变化的方向向下

Φ和dΦ的方向不一定一致，类似v和a方向间的关系。电动势方向和磁通量变化的方向之间满足左手螺旋关系：伸出左手，弯曲四指，大拇指指向磁通量变化的方向，则四指的指向就是感应电动势的方向。dΦ向上，则电动势方向如图。dΦ向下，则电动势方向如图。为将这种方向间的关系在一个公式中表现出来，需要给电动势和磁通量规定正方向。正方向是指：选定一个可能的方向为正方向，若物理量沿着该方向，则取其值为正，若逆着该方向，则取值为负。为避免混乱，规定电动势的正方向和磁通量的正方向之间必须满足右手螺旋关系：规定正方向后，可以用物理量值的正负表示物理量的方向。Φ正方向E正方向NBNBdΦ>0，E<0dΦ<0，E>0电动势的正方向也称为回路的绕行方向；磁通量的正方向也是回路所围截面的（法线）方向。Φ正方向E正方向en

规定：回路绕行方向和回路所围截面的（法线）方向必须满足右手螺旋关系。实际问题中判断感应电动势方向：1）问题简单时，直接用左手螺旋法则判断；2）电动势随时间变化的情况比较复杂时，先规定回路绕行方向和回路所围截面的（法线）方向，然后计算Φ，然后计算E=-dΦ/dt，最后根据E的正负和回路绕行方向判断E的方向。例、匀强磁场B中，有一面积为S绕AB轴以角速度ω转动的N匝线圈，线圈总电阻为R，求线圈中的电动势和电流强度。RABω三、楞次定律：感应电流自身产生的磁通总是反抗引起感应电流的原磁通的变化与左手螺旋法则一致。当磁通增加时，感应电流的磁通与原来磁通的方向相反。当磁通减少时，感应电流的磁通与原来磁通的方向相同。注意：感应电流产生的磁场所反抗的不是原磁通本身，而是原磁通的变化。楞次定律可以推广为：感应电流总是阻碍引起感应电流的原因。感应电流相当于一个条形磁铁，N极在右，S极在左，与产生感应电流的磁铁正好同极相对，产生排斥力。该能量即转化为了电流的能量。楞次定律是能量转化和守恒定律在电磁感应现象中的应用。若磁铁继续向左运动，就需要克服排斥力做功，输入能量。课前作业21：2、产生感生电动势的机制是什么？当周围空间没有导体存在时，变化的磁场还会激发出感生电场吗？感生电场的方向由什么决定？它和磁场变化的方向间满足什么关系？静电场和感生电场有什么区别和联系？3、变化的电场会激发出磁场吗？太阳光是电磁波，它携带能量和动量吗？为什么人们观察到彗星的尾巴都是背离彗星和太阳连线的方向，而和彗星相对太阳运动的方向无关？1、动生电动势公式中电动势的正方向是哪个方向？匀强磁场中整体平动（各部分速度相同）的闭合导体回路中产生的电动势是多少？4、简谐振动有什么力学特征和运动学特征？描写简谐振动的物理量有哪些，各有什么物理含义？1、动生电动势大小：自由电子受洛仑兹力：感生电动势：导体不动，磁场随时间变化产生的电动势。动生电动势：导体运动，磁场不变产生的电动势。在均匀磁场中，导体ab

以运动。§7.2动生电动势导体ab两端产生电动势电动势的大小等于从导体的一端到另一端非静电力对单位正电荷做的功。∴动生电动势：对任意一段导体L，动生电动势为：2、方向：电动势的方向是电子运动的反向，即沿导线dl

的投影方向考虑最复杂的情况，一段导线上沿导线的投影方向随导线变化，整根导线的电动势方向应该是占优势的那个投影方向。导线上的积分方向是人为规定的，若积分得到电动势E>0，说明在导线上的投影沿的方向占优势，所以电动势应该沿的方向。注意：与或与平行时，不会产生电动势。到此——导线积分方向即是电动势的正方向。若E<0，在导线上的投影逆着的方向占优势，所以电动势应该逆着的方向。根据得到的电动势的正负和导线积分方向确定电动势的方向。例1、用动生电动势计算公式分析匀强磁场中运动的矩形线圈中产生的电动势。ABCD推广：匀强磁场中整体平动（各部分速度相同）的闭合导体回路，产生的电动势：[例2]

求匀强磁场中旋转棒的电动势。解：[法1]即：[法2]取aM

固定不变，ab

在MM′上滑动。Φ沿垂直纸面向里方向增加。ε沿逆时针方向，且由运动部分ab产生的。®+:

-:baba。E>0，说明电动势沿导线积分方向，即感生电动势：导线不动，磁场随时间变化产生的电动势。问题：产生感应电动势的力？§7.3感生电动势变化的磁场在其周围空间激发出了一个新的力场，因其对电荷有作用力，称其为“感生电场”，其电场强度记做E感或Ei。注意：不论有无导体，变化的磁场都将在其周围空间激发出感生电场。如何确定感生电场的场强？得其中和要满足右手螺旋关系。理解：1）变化磁场在其周围空间激发出电场；2）和满足左手螺旋关系；3）有时不等于零说明：感生电场是有旋场，其场线是闭合曲线。2、感应电场与静电场的异同：相同点：起源：电场线：做功：与路径无关可引入电势与路径有关不能引入电势不同点：静止的电荷变化的磁场静电场感应电场正→负闭合曲线①

对电荷都有力的作用。用场强描述。引入电场线描述的分布。有源无旋场无源有旋场性质：基本规律:[例]

宽为a，长为l的矩形线圈近旁有一共面的长直导线，两者相距为d，当导线中有i=Kt（K>0）的电流通过时,求电动势。解∶建立坐标系如图，在x

处取d

x

宽的面积元，则由E<0，知电动势逆着规定的回路绕行方向，即逆时针方向。计算感应电动势思路：（都先规定电动势正方向）①B不