§3.3 电磁感应定律

1. 一、电磁感应现象的发现 法拉第的自然哲学思想：他与奥斯特一样，坚信自然力的“统一性”，并追求这种统一性。他在实验记录中有这样一段话：“长期以来，我就持有一种观点，几乎是一种信仰，我相信其他许多爱好自然知识的人也会共同有的，就是物质的力表现出来时具有某种形态，都有一个共同的根源，或者换句话说，它们是相互直接联系的，也是相互依赖的，所以它们似乎是可以互相转化的。 §3.3 电磁感应定律

2. 加上奥斯特已发现了电能产生磁，所以法拉第坚信：磁一定能产生电加上奥斯特已发现了电能产生磁，所以法拉第坚信：磁一定能产生电 • 经过近10年的努力，于1831年发现了电磁感应现象 • 由上述4种方法，可见关键点是：产生感应电流的回路都是处在一个变化的磁场中，一旦磁场变化停止，感应电流就消失。这种现象称为电磁感应。

3. 二、创造性的科学思维——磁感线与场概念的引入 法拉第于1831年底用铁粉实验展示并提出了“磁力线” （现称磁感应线）概念。他认为磁感应线显示了在磁体周围空间是物理空间，其中存在“磁场”。利用磁感应线在空间分布的疏密程度可以直观地描述磁场的强弱。“密”表示“强”，“稀”表示“弱”。 条形磁铁周围铁屑沿磁感应线排列

4. 磁感应强度是矢量，有大小和方向。在磁感应线上某点的切线方向为该点磁感应强度方向。人们有规定磁场的方向是将小磁针放在该点时，北极所指方向。磁感应强度是矢量，有大小和方向。在磁感应线上某点的切线方向为该点磁感应强度方向。人们有规定磁场的方向是将小磁针放在该点时，北极所指方向。

5. “场”概念引入的重大意义 力线和场的概念的提出，不仅使电磁感应可给以定量的描述，而且“场”的提出，表明电力和磁力是一种近距作用，即这种力是通过“场”进行传播的，不是“超距作用”。 更重要的是：“场”的引入是物理学中极具想象力的创举，对物理学发展具有开创意义。在过去人们认为物理实在是质点，牛顿研究的是质点的力学运动规律。而在电磁学的研究中，物理实在是有连续的“场”来代表。法拉第和麦克斯韦研究的是“场”的运动变化规律，这是一场伟大的变革。 “想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界上的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉。” ——爱因斯坦

6. 可见，电场线不同于磁感应线，电场线不闭合。类似地，可用电场线在空间的密集程度来描述电场强弱。某点处的电场方向是沿电场线的切线方向，且规定为正电荷在该点的受力方向，所以电场线总是由正电荷指向负电荷。 几种电荷分布的电场线图

7. 三、带电粒子在电场和磁场中所受的力和场强 的定义 1．电荷所受的电场力 利用库仑定律，可得点电荷周围的P点出的电场强度

8. 2．运动电荷在磁场中受的力 1 T=1 式中B为磁感应强度，由上式可定义磁感应强度 在国际单位制中，B的单位是特斯拉（Tesla），用符号T表示 导体中的电荷

9. 实际应用： （1）质谱仪 回旋加速器外观图 回旋加速器原理图 （2）回旋加速器 在原子核物理和高能物理实验中，用来加速带电粒子

10. （3）洛伦兹力 带电粒子在电磁场中受到的电磁力 称为洛伦兹公式 洛伦兹力 实际应用： J.J. 汤姆孙发现电子的实验中，测量带电粒子的速度以及带电粒子的荷质比，就是利用了洛伦兹公式。 汤姆孙实验

11. 调节电场和磁场的大小，可使带电粒子不发生偏转，即合外力为零，因此调节电场和磁场的大小，可使带电粒子不发生偏转，即合外力为零，因此 已知 ，可去掉电场，则带电粒子将在磁场作用下偏转，半径为r，由此可得荷质比为 v⊥B时，有

12. 四、磁通量 为了定量描述通过导线回路所围面积的磁场的变化，引入磁通量 的单位是韦伯（Wb） 1 Wb=1 磁通量 引入磁通量后，导线回路中感应电流的产生条件归结为：通过导线回路的磁通量必须发生变化。

13. 五、楞次定律 • 楞次定律是判断感应电流方向的法则：闭合回路中产生的感应电流方向，总是使由此感应电流所产生的磁场阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 • 楞次定律是能量守恒定律在电磁感应现象中的具体表现——插入和抽出磁铁时所做的功转变为回路中的电能。 磁铁插入和抽出时，线圈中感应电流的方向

14. 六、法拉第电磁感应定律 引入感应电动势 比感应电流更能反映电磁感应现象的本质，电磁感应定律为： 负号意味着 总是与磁通量变化的符号相反，说明的方向总是阻止磁通量变化 。 利用洛伦兹公式可导出电磁感应定律，即两者是自恰的。同时再通过实验的具体计算，证明了回路中电能是由外力所做的功转化而来的。

15. 七、做一个“平凡的法拉第” 法拉第小故事 电磁感应现象应用举例 （1）麦克风 法拉第

16. （2）发电机原理