电磁感应和电磁波

nullnull第 十六 章 电磁感应和 电磁波 null基 本 要 求一.掌握法拉第电磁感应定律并熟练计算感应电动势。二.理解动生电动势和感生电动势的本质并熟练计算之。四.理解自感与互感，能计算简单回路的 L、M 。五.理解磁场能量和能量密度,能计算简单磁场的Wm 。三.了解涡旋电场及其与静电场的区别。 六.了解与变化电场相联系的磁场。 七.了解积分形式的麦克斯韦方程组null16.1 法拉第电磁感应定律 电磁感应现象 1. 2. a b 左右滑动 时,电流计指 针偏转。 K 闭合和打开 瞬间,电流计 指针偏转。 null磁铁插入或抽出时，电流计指针偏转。 3. 产生电磁感应的条件：在导体回路中产生感应电流的现象称为电磁感应现象.null闭合回路中产生的感应电流的方向，总是使楞次定律感应电流产生的通过闭合回路包围的磁通量，阻碍或反抗 闭合回路包围的原有磁通量的变化。16.1 法拉第电磁感应定律1.法拉第电磁感应定律通过回路中的磁通量发生变化时，在回路中产生2.法拉第电磁感应定律的数学形式N 匝时： 的感应电动势与磁通量的变化率成正比。null确定感应电动势的方向：3. 由 (3) null大小：null16.2 动生电动势一、电磁感应的两种基本类型：（1）动生电磁感应 ； （2）场变电磁感应 。1.动生电动势磁场不随时间变,导体在磁场中运动(平动、转动等)，由此产生的感应电动势称 动生电动势 。2.感生电动势 导体不动，磁场随时间变化，由此产生的感应电动势称 感生电动势 。 null运动导体中的电子受:产生动生电动势的非静电力 — 洛仑兹力 静电力：洛伦兹力：结论： 运动电荷受的洛仑兹力就是产生动生电动势的非静电力。 单位正电荷受的非静电力 二、 动生电动势的产生机制 null3. 动生电动势 单位正电荷受的非静电力：其中： 若回路闭合（1）电动势只存在于电源内部；（2）电动势的方向为：在电源内部 由低电势端指向高电势端；注：（3）电源的电动势不同于端电压。nullε, rkRab端电压null取回路绕行方向为 a d c b a,则Φ＞0。负号明电动势的方向与规定方向相反,即沿abcda若已知导线框电阻为R,则导线中电流 为 ； 举例：导体棒ab “切割” 磁感线讨论：nullCd又解上述例题方向： b 点电势高。大小： null解：方向：A 点电势高（积累正电荷）。例1:在均匀磁场 中,一根长为L的导体棒在垂直于 的平面内绕O点转动,角速度为ω,求导体棒上的动生电动势和导体两端的电势差 ΔUOA 。null1.麦克斯韦假设 一种电场称 涡旋电场（或 感生电场）。 2.产生感生电动势的非静电力— 涡旋电场力。 随时间变化的磁场在其周围空间激发 16.3 感生电动势和感生电场（涡旋电场）3.涡旋电场的性质产生感应电动势的非静电力是什么力？ （16.11）（16.12）null(2) 在涡旋电场中，通过任意闭合曲面的电通量 = 0 。 ( 高斯定理 ） 涡旋电场由时变磁场激发，环流不为零，是非保守场。 实验验证 P149 例16.2 电子感应加速器静电场由静止电荷激发，环流为零，是保守场。 null电子感应加速器俯视图null解： 回路包围的时变磁场的面积 例 1 :均匀磁场 被限制在半径为R 的圆柱形空间内（长直螺线管的磁场就是这样），磁场随时间的变化率为 ，求圆柱体内外涡旋电场 的分布。 null回路包围的时变磁场的面积 null结论：大小：与L2反向与L2同向null工科大学物理练习九 选择题 第3题由(B)null工科大学物理练习九 计算题 第4题解：由 null16.4 互感由于两线圈回路电流变化而相互产生感应电动势的现象。 一、互感现象 互感系数和互感电动势M：互感系数实验知： null互感系数的定义： 互感电动势 线圈1电流 I1变化时在线圈2产生的感应电动势； 线圈2电流 I2变化时在线圈1产生的感应电动势。 线圈 1电流 I1的磁场在线圈 2产生的磁通量； 线圈 2电流 I2的磁场在线圈 1产生的磁通量。 null(2) M 的物理意义： 互感系数 M 的计算 (1) 根据 M 定义： 说明 (1) 决定M 的因素：与两线圈的几何形状、相对位置、匝数及所处介质的磁导率 有关。(与电流 无关） null16.5 自感1.自感现象 — 2.自感系数 L 由于线圈回路本身电流变化而在其自身产生感应电动势的现象。 null(2) 单位：H （ 亨 ） (1) 自感系数的定义： null阻碍线圈中电流的变化。 5. 自感系数 L 的计算 (1) 根据 L 定义： 4. 说明： null工科大学物理练习十 计算题 第1题回路正方向nullIIP154 例16.7 长度为l的一段上null16.6 磁场的能量一、举例以 RL 电路为例： 接通 K , 0 ~ t 内电源 提供的能量 0 ~ t 内电阻 消耗的能量 称通电螺线管的磁场能量令 null通电螺线管的磁场能量 该式适用于自感为 L 、通电流为 I 的任意线圈。 其中：得： 式中 磁场中磁介质的磁导率； 磁场占有的空间体积。结论：磁场是磁能的携带者。（参见例16.6）（参见例13.3）null1.磁场能量密度 wm 2. 磁场的总能量： 式适用于任意磁场。 二、磁场的能量null工科大学物理练习十 计算题 第2题解：null16.7 麦克斯韦方程组（积分形式） 一、描述电场性质的方程1. 高斯定理库仑电场： 涡旋电场：总电场： 2. 环路定理 库仑电场： 涡旋电场： 总电场：null二、描述磁场性质的方程1. 高斯定理稳恒磁场： 涡旋磁场：总磁场：2. 环路定理 稳恒磁场： 涡旋磁场： 总磁场：