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第十三章 变化的磁场和电场

G. N. S. 第十三章 变化的磁场和电场. 13-1 、电磁感应定律. 一、实验现象. 实验一. 结论：闭合线圈处磁场发生变化时，线圈中出现感应电流。. A. G. B. 实验二. 结论：磁场不变， AB 运动时，线圈中出现感应电流。. 当穿过一个闭合回路所包围的面积的 磁通量 发生变化时，导体回路中会产生感应电流。. 电磁感应现象. 静电力. -. +. 非静电力. 二、 电动势. 要形成稳恒电流电路中必须存在非静电力. 除静电力之外的所有力 都是非静电力 （化学、机械、磁力等）. 1 、非静电场强度.

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第十三章 变化的磁场和电场

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Presentation Transcript

  1. G N S 第十三章 变化的磁场和电场 13-1、电磁感应定律 一、实验现象 实验一 结论：闭合线圈处磁场发生变化时，线圈中出现感应电流。

  2. A G B 实验二 结论：磁场不变，AB运动时，线圈中出现感应电流。

  3. 当穿过一个闭合回路所包围的面积的磁通量发生变化时，导体回路中会产生感应电流。当穿过一个闭合回路所包围的面积的磁通量发生变化时，导体回路中会产生感应电流。 电磁感应现象

  4. 静电力 - + 非静电力 二、电动势 要形成稳恒电流电路中必须存在非静电力 除静电力之外的所有力都是非静电力（化学、机械、磁力等）

  5. 1、非静电场强度 Fk表示电荷q在电源中受到的 非静电力，则 定义： A B 非静电场强度 外电路中非静电场强度为0

  6. 类比 电势的定义 如果外电路中也存在非静电力 A B 2、电动势 定义：单位正电荷从电源负极移到电源正极时，非静电力作的功

  7. 类比 电势的定义 如果外电路中也存在非静电力 A B 非静电场强沿闭合电路上的环流 方向：与电流方向一致

  8. 感应电流 感应电动势 三、法拉第电磁感应定律 通过回路所包围面积的磁通量发生变化时，回路中产生的感应电动势与磁通量对时间的变化率成正比。

  9. 讨论： （1）“-”号表示感应电动势 的方向，是法拉第感应定律的重要内容，是楞次定律的数学表达。

  10. N S 讨论： （2）楞次定律： 感应电流的磁场总是反抗产生感应电流的磁场的变化。

  11. 讨论： （3）感应电流 如果闭合回路的电阻为R 穿过任一截面的感生电量为 磁通计的工作原理

  12. 讨论： （4）对于 N匝线圈

  13. 例：如图，求线圈中的感应电动势 无限长 dx x I l d b 穿过面元dS的磁通量：

  14. dx x l d b

  15. A v l G dx B 磁通量改变 10-2、 动生电动势 一、动生电动势 磁场不变，线圈形状改变。

  16. A l v G AB方向上无电子定向运动 B 二、动生电动势的物理本质

  17. A l v G B 推广到一般情况 二、动生电动势的物理本质 洛伦兹力

  18. A l v G 非静电力 B 三、动生电动势计算的一般公式 非静电场强度：

  19. 运动部分导体积分

  20. ，即洛仑兹力对电荷不作功，为何产生电动势？，即洛仑兹力对电荷不作功，为何产生电动势？ 问题： 讨论： • 洛仑兹力合力不作功 • 电子运动的合速度为

  21. 电子在磁场中所受的总洛仑兹力为

  22. 总洛仑兹力作功功率为 ----总的洛仑兹力不作功

  23. 电子向右匀速运动, 须有外力作用，且 洛仑兹力分力f对电荷所作的功 外力反抗洛仑兹力分力 f ’所作的功 • 洛仑兹力起能量转化作用 ----洛仑兹力不提供能量，只是传递能量

  24. 如图，长为L的导体棒，绕O点以角速度w在匀强磁场中转动，求 动生电动势。 v l B A 取线元dl O

  25. v A l O B

  26. A O B 思考题？ B点电势高

  27. 如图，求AB两端的动生电动势 x v x A B I d l

  28. w B S C B q A n D 四、磁场中转动的线圈 通过每匝线圈磁通量

  29. 10-3、感生电动势，感生电场 动生电动势 B不变，导体回路运动 洛伦兹力 感生电动势 导体回路不变，B改变 ？？？？ 一、感生电场（物理分析）

  30. G N S 麦克斯韦假设： 变化的磁场在其周围激发了一种电场，称为感生电场。

  31. 对电荷有作用力。 静电场 感生电场 （1）由自由电荷激发。 （1）由变化的磁场激发 （2）电力线不闭合 （2）电力线是闭合的。

  32. B N S 二、感生电场的环流 由电动势的定义：

  33. 讨论： （1）感生电场为非保守场！

  34. 例：在半径为R的无限长螺线管内部的磁场B作线性变化（dB/dt=常数）时，求管内的感生电场。例：在半径为R的无限长螺线管内部的磁场B作线性变化（dB/dt=常数）时，求管内的感生电场。             

  35.             (1) r<R (2) r>R

  36. 一被限制在半径为 R的无限长圆柱内的均匀磁场 B ， B均匀增加，B的方向如图所示。 例 求 导体棒MN、CD的感生电动势 解 方法一(用感生电场计算): 方法二(用法拉第电磁感应定律): (补逆时针回路 OCDO)

  37. E 三、电子感应加速器

  38. E 三、电子感应加速器 电子轨道处的感生电场：

  39. E 电子受到的磁场力： B为电子运动轨道处的磁感应 强度。

  40. E B与B均在改变，但随时满足：

  41. 四、涡电流

  42. K 10-4、 自感应和互感应 一、自感应 由于回路中电流产生的磁通量发生变化，而在自己回路中激起感应电动势的现象，称为自感现象，相应的电动势称为自感电动势。

  43. 特例：长直螺线管，已知l,R,N,I 线圈内各点的B: 每匝线圈的磁通量： 磁链数：

  44. 磁链数： I变化，产生的感生电动势： L称为自感系数，仅与回路性质有关，是一个电路参数。

  45. 推广到任意形状线圈 回路形状不变

  46. 讨论： （1）感应电流反抗原来电流的变化。 （2）自感系数的单位： 亨利（H) （3）自感系数的计算方法。

  47. [例]：如图，由两个无限长的同轴圆筒状导体所组成的电缆，其间充满磁导率为的磁介质，电缆中沿内圆筒和外圆筒流过的电流I大小相等而方向相反，内外圆筒的半径分别为R1和R2，求电缆单位长度的自感。[例]：如图，由两个无限长的同轴圆筒状导体所组成的电缆，其间充满磁导率为的磁介质，电缆中沿内圆筒和外圆筒流过的电流I大小相等而方向相反，内外圆筒的半径分别为R1和R2，求电缆单位长度的自感。

  48. B1的变化 21的变化 线圈2中出现感应电动势 二、互感应 I1的变化

  49. B2的变化 12的变化 线圈1中出现感应电动势 I2的变化

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