1、電磁感應電磁場第1頁，共38頁，2022年，5月20日，6點53分，星期五 8-0 第八章教學基本要求 8-1 電磁感應的基本定律 8-2 動生電動勢 第八章 電磁感應 電磁場 8-3 自感 磁場的能量 *8-4 位移電流 麥克斯韋方程組第2頁，共38頁，2022年，5月20日，6點53分，星期五教學基本要求 一 理解電動勢的概念.二 掌握法拉第電磁感應定律和楞次定律, 并會用于計算感應電動勢的大小和判斷感應電動勢的指向. 三 理解動生電動勢, 能計算簡單情況中的動生電動勢.四 了解感生電動勢和動生電動勢的概念.五 了解自感現象和自感系數.六 了解自感磁能公式, 了解磁場能量密度概念和磁場能量

2、計算方法.七了解位移電流的概念, 了解麥克斯韋關于電磁場的基本概念和麥克斯韋方程組的積分形式及其物理意義.第3頁，共38頁，2022年，5月20日，6點53分，星期五8-1 電磁感應的基本定律預習要點領會電源電動勢的定義及其物理意義，弄清電動勢指向的規定.領會楞次定律及其物理實質，注意應用楞次定律判斷感應電動勢指向的方法.什么是法拉第電磁感應定律及其數學表達式.第4頁，共38頁，2022年，5月20日，6點53分，星期五英國物理學家和化學家，電磁理論的創始人之一.他創造性地提出場的思想，最早引入磁場這一名稱. 1831年發現電磁感應現象，后又相繼發現電解定律，物質的抗磁性和順磁性，及光的偏振面

3、在磁場中的旋轉.法拉第（Michael Faraday， 17911867）第5頁，共38頁，2022年，5月20日，6點53分，星期五通過一個閉合回路的磁通量發生變化時， 回路中就有感應電流產生該現象稱為電磁感應現象。產生的電流稱為感應電流，相應的電動勢為感應電動勢。電磁感應現象：回路某一部分相對磁場運動或回路發生形變使回路中磁通量變化而產生電流回路靜止而磁場變化使回路中磁通量變化而產生電流兩種情況：第6頁，共38頁，2022年，5月20日，6點53分，星期五 在閉合電路中形成和維持穩恒電流，要求閉合回路中有直流電源。電源的正、負之間存在一定的電勢差，使得正電荷在靜電力作用下通過外電路從正極

4、流向負極。如不及時給正極補充正電荷，電源兩極之間的電勢差就會下降。電源的作用是迫使正電荷從負極通過內電路不斷向正極運動，以補充正極上減少的正電荷，從而維持正負極之間的電勢差不變，在閉合電路中形成穩恒電流。一 電動勢 靜電力不可能驅使正電荷從電源負極向正極運動。電源能夠提供某種非靜電力，以驅使正電荷逆著電場力的方向運動。第7頁，共38頁，2022年，5月20日，6點53分，星期五1.電源、非靜電力+如圖，在導體中有穩恒電流流動就不能單靠靜電場，必須有非靜電力把正電荷從負極板搬到正極板才能在導體兩端維持有穩恒的電勢差，在導體中有穩恒的電場及穩恒的電流。* 提供非靜電力的裝置就是電源，如化學電池、硅

5、（硒）太陽能電池，發電機等。實際上電源是把能量轉換為電能的裝置。水池泵靜電力欲使正電荷從高電位到低電位。非靜電力欲使正電荷從低電位到高電位。第8頁，共38頁，2022年，5月20日，6點53分，星期五 將其它形式的能量轉變為電能的裝置. 描寫電源將其它形式能量轉變成電能的能力. 電源把單位正電荷從負極經過電源內部移到正極時，非靜電力所作的功.1 電源2 電動勢3 電源電動勢 當電荷q在含有電源的閉合電路內環繞一周時，電源中非靜電力所做的功為第9頁，共38頁，2022年，5月20日，6點53分，星期五電源內部電流從負極板到正極板叫內電路。電源外部電流從正極板到負極板叫外電路。非靜電力只在電源內部

6、存在，在外電路非靜電力 所以非靜電力只在內電路做功，在外電路不做功。仿照靜電場強，用 表示單位正電荷在電源中所受非靜電力，并將 稱為非靜電性場強或電源電動勢的定義式：即電源電動勢等于將單位正電荷繞含有電源的閉合電路移動一周，電源中非靜電力所作的功，或簡單說，電源的電動勢等于非靜電性場強在閉合電路上的環流。第10頁，共38頁，2022年，5月20日，6點53分，星期五* 越大表示電源將其它形式能量轉換為電能的本領越大。其大小與電源結構有關，與外電路無關。 電動勢是標量，為了處理問題方便，通常規定電動勢的指向是從電源負極經內電路指向電源的正極。在內電路，電動勢的指向就是電勢升高的方向。第11頁，共

7、38頁，2022年，5月20日，6點53分，星期五二楞次定律 閉合回路的感應電流的方向，總是企圖使感應電流本身所產生的通過回路面積的磁通量, 去補償或者反抗引起感應電流的磁通量的變化.用楞次定律判斷感應電流方向的方法:.回路中是增加還是減少.由楞次定律確定感 方向.由感確定 B感 方向.由右手定則判定 I感 方向 (I感和感成右手螺旋關系) NSNS第12頁，共38頁，2022年，5月20日，6點53分，星期五NS用楞次定律判斷感應電流方向NS第13頁，共38頁，2022年，5月20日，6點53分，星期五 當穿過閉合回路所圍面積的磁通量發生變化時，回路中會產生感應電動勢，且感應電動勢正比于磁通

8、量對時間變化率的負值.國際單位制韋 伯伏 特三 法拉第電磁感應定律第14頁，共38頁，2022年，5月20日，6點53分，星期五 感應電動勢的大小正比于通過導體回路的磁通量的變化率.在 SI 制中 k =1N匝線圈時磁通匝數（磁鏈）第15頁，共38頁，2022年，5月20日，6點53分，星期五（2）若閉合回路的電阻為 R ，感應電流為那么t1 t2 時間內通過導線上任一截面的感應電量大小為式中 是t1 , t2 時刻回路中的磁通。 感應電荷與通過回路面積的磁通量的增量的大小成正比，而與磁通量變化的快慢無關第16頁，共38頁，2022年，5月20日，6點53分，星期五 例 試證明在均勻磁場 中，

9、面積為為 S、匝數為N的線圈以角速度 繞垂直于 的軸線勻速轉動時，(1) 線圈中的感應電動勢按正弦規律變化; (2) 若線圈自成閉合回路, 電阻為R , 則在一周內外力矩所做的功等于感應電流所放出的焦耳熱 .解(1) 在任一時刻t第17頁，共38頁，2022年，5月20日，6點53分，星期五令(2)感應電流放出的焦耳熱為線圈所受磁場的作用力矩的大小為第18頁，共38頁，2022年，5月20日，6點53分，星期五外力矩所做的功 即在一周內外力矩所做的功等于感應電流所放出的焦耳熱, 可見在電磁感應現象中是遵從能量守恒定律的.第19頁，共38頁，2022年，5月20日，6點53分，星期五8-2 動生

10、電動勢 *渦旋電場預習要點什么叫動生電動勢? 什么叫感生電動勢? 注意動生電動勢產生的原因和數學表達式.麥克斯韋關于渦旋電場的假設是什么? 渦旋電場有什么特點?感生電動勢的產生原因是什么?第20頁，共38頁，2022年，5月20日，6點53分，星期五 電動勢+-I 閉合電路的總電動勢 : 非靜電的電場強度.第21頁，共38頁，2022年，5月20日，6點53分，星期五一 動生電動勢 1）穩恒磁場中的導體運動 2）導體不動，磁場變化動生電動勢感生電動勢引起磁通量變化的原因 vab 導體回路置于均勻磁場中，磁場垂直于回路平面，回路的ab部分可自由滑動。當ab 以速度v 向右平行滑動時，回路所圍面積

11、的磁通量也不斷增大，回路中將產生感應電動勢。導體ab在磁場中運動，因而是動生電動勢。第22頁，共38頁，2022年，5月20日，6點53分，星期五 vab 在磁場中,導體棒以v 沿金屬導軌向右運動,棒內的自由電子被帶著以速度v向右運動，因而每個自由電子都受到洛倫茲力的作用. 當導體在磁場中運動時內部的電荷所受的洛侖茲力 Fm 為非靜電力，它將電荷從低電位移到高電位.動生電動勢的產生可用洛倫茲力來說明。電荷所受的洛侖茲力:第23頁，共38頁，2022年，5月20日，6點53分，星期五電荷所受的洛侖茲力:電動勢的定義是移動單位正電荷做的功ab段中的非靜電性場強為:第24頁，共38頁，2022年，5

12、月20日，6點53分，星期五*三 渦旋電場 麥克斯韋爾假設 變化的磁場在其周圍空間激發一種電場,這個電場叫感生電場 .閉合回路中的感生電動勢第25頁，共38頁，2022年，5月20日，6點53分，星期五8-3 自感 *互感 磁場的能量 預習要點什么是自感現象? 自感電動勢如何計算? 怎樣判斷它的指向? 自感系數的物理意義是什么?什么是互感現象? 互感電動勢怎樣計算? 互感系數的物理意義是什么?注意磁場能量體密度公式及有限體積內磁場能量的計算方法.第26頁，共38頁，2022年，5月20日，6點53分，星期五一 自感電動勢 當線圈中電流發生變化時，線圈中的磁通量發生變化，在線圈中產生自感電動勢.

13、自感系數寫成等式： 由法拉第電磁感應定律可知：而線圈的磁鏈與線圈中的電流I成正比定義1 自感系數第27頁，共38頁，2022年，5月20日，6點53分，星期五單位：亨利:H毫亨: mH1H=103mH 自感系數與線圈的大小、形狀、磁介質、線圈密度有關，而與線圈中電流無關.當線圈自感系數不變時，2 自感電動勢自感電動勢第28頁，共38頁，2022年，5月20日，6點53分，星期五例:一長直螺線管，線圈匝數為N，長度為l，橫截面積為S，插有磁導率為 的磁介質，求線圈的自感系數L.解:第29頁，共38頁，2022年，5月20日，6點53分，星期五三 磁場能量L為電源作功為電源反抗自感電動勢作的功為回

14、路電阻所放出的焦耳熱由閉合電路的歐姆定律第30頁，共38頁，2022年，5月20日，6點53分，星期五磁場能量密度磁場能量自感線圈磁能第31頁，共38頁，2022年，5月20日，6點53分，星期五例：計算半徑為R、長為l、通有電流I 、磁導率為的均勻載流圓柱導體內磁場能量.導體內沿磁力線作半徑為r的環路，解：第32頁，共38頁，2022年，5月20日，6點53分，星期五將圓柱導體分割為無限多長為l厚度為dr的同軸圓柱面磁場能量密度為：體積元體積為：lRrdr導體內的磁場能量為：第33頁，共38頁，2022年，5月20日，6點53分，星期五*8-4 位移電流 麥克斯韋方程組第34頁，共38頁，2022年，5月20日，6點53分，星期五一 兩類電場靜電場和渦旋電場靜電場感應場統一的電場第35頁，共38頁，2022年，5月20日，6點53分，星期五二 傳導電流和位移電流以 L 為邊做任意曲面 S1和S2穩恒磁場中, 安培環路定理+-I 由此看出對于同一個環路L，由于對環路所張的曲面不同，所得到的結果也不同. 麥克斯韋假設: 電場中某一點位