1、1變化的磁場(chǎng)和變化的電場(chǎng) 法拉第法拉第（Michael Faraday, , 1791-1869），偉大的英國(guó)物理），偉大的英國(guó)物理學(xué)家和化學(xué)家學(xué)家和化學(xué)家. . 他是電磁理論他是電磁理論的創(chuàng)始人之一，于的創(chuàng)始人之一，于1831年發(fā)現(xiàn)電年發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，后又相繼發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，后又相繼發(fā)現(xiàn)電解定律，物質(zhì)的抗磁性和順磁解定律，物質(zhì)的抗磁性和順磁性，以及光的偏振面在磁場(chǎng)中性，以及光的偏振面在磁場(chǎng)中的旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn). .2變化的磁場(chǎng)和變化的電場(chǎng)10.1 電磁感應(yīng)的基本規(guī)律電磁感應(yīng)的基本規(guī)律10.2 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)10.3 自感和互感自感和互感10.4 磁場(chǎng)能量磁場(chǎng)能量10.5 麥克斯韋電磁理論

2、簡(jiǎn)介麥克斯韋電磁理論簡(jiǎn)介3變化的磁場(chǎng)和變化的電場(chǎng)四、電動(dòng)勢(shì)的概念四、電動(dòng)勢(shì)的概念A(yù)BABABuuuI電源電源KF 將單位正電荷從負(fù)極將單位正電荷從負(fù)極經(jīng)過電源內(nèi)部搬到正極，非經(jīng)過電源內(nèi)部搬到正極，非靜電力所作的功。靜電力所作的功。定義：定義：KAq 表征了電源非靜電力作功本領(lǐng)的大小表征了電源非靜電力作功本領(lǐng)的大小非靜電性場(chǎng)強(qiáng)非靜電性場(chǎng)強(qiáng)/KKEFqdAKKBAFldAKBqEldAKBEl對(duì)閉合電路對(duì)閉合電路dKEl反映電源將其它形式的能量轉(zhuǎn)化為電反映電源將其它形式的能量轉(zhuǎn)化為電 能本領(lǐng)的大小能本領(lǐng)的大小4變化的磁場(chǎng)和變化的電場(chǎng)10.1 電磁感應(yīng)的基本規(guī)律電磁感應(yīng)的基本規(guī)律一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象一、

3、電磁感應(yīng)現(xiàn)象法拉第的實(shí)驗(yàn)：法拉第的實(shí)驗(yàn)：磁鐵與線圈有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，線圈中產(chǎn)生電流磁鐵與線圈有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，線圈中產(chǎn)生電流NS 一線圈電流變化，在附近其它線圈中產(chǎn)生電流一線圈電流變化，在附近其它線圈中產(chǎn)生電流電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論當(dāng)穿過一個(gè)閉合導(dǎo)體回路所限定的面積的磁當(dāng)穿過一個(gè)閉合導(dǎo)體回路所限定的面積的磁通量發(fā)生變化時(shí)，回路中就出現(xiàn)感應(yīng)電流通量發(fā)生變化時(shí)，回路中就出現(xiàn)感應(yīng)電流dBScos dBSv變變SB、變變產(chǎn)生電磁感應(yīng)產(chǎn)生電磁感應(yīng)( )I t II5變化的磁場(chǎng)和變化的電場(chǎng)二、法拉第定律二、法拉第定律 當(dāng)穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化時(shí)，當(dāng)穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化時(shí)，回路中的電動(dòng)勢(shì)等于

4、穿過回路的磁通量隨回路中的電動(dòng)勢(shì)等于穿過回路的磁通量隨時(shí)間的變化率反號(hào)。即：時(shí)間的變化率反號(hào)。即：middt1. 負(fù)號(hào)的意義：負(fù)號(hào)的意義：d0dtnnd0dtNSNS00 00討論討論在一定正方向規(guī)定下，指出在一定正方向規(guī)定下，指出i的方向。的方向。6變化的磁場(chǎng)和變化的電場(chǎng)2. 若回路是若回路是 N 匝密繞線圈匝密繞線圈ddNt d()dNt ddt 3. 若閉合回路中電阻為若閉合回路中電阻為RddiiIRR t ddiqt4. 測(cè)感應(yīng)電量測(cè)感應(yīng)電量qi21dtiitqI t211dR121RN 磁通鏈數(shù)，即線圈總的磁通匝數(shù)。磁通鏈數(shù)，即線圈總的磁通匝數(shù)。ddiiqI t1dR 若若t內(nèi)，回路

5、包圍的磁通量的增量為內(nèi)，回路包圍的磁通量的增量為21，則通過回路截面的感應(yīng)電量：則通過回路截面的感應(yīng)電量：7變化的磁場(chǎng)和變化的電場(chǎng)三、楞次定律三、楞次定律 感應(yīng)電流有確定的方向，它所產(chǎn)生的磁場(chǎng)總是阻礙感應(yīng)電流有確定的方向，它所產(chǎn)生的磁場(chǎng)總是阻礙回路中原來磁通量的變化。回路中原來磁通量的變化。 楞次定律是能量守恒定律在電磁感應(yīng)中的體現(xiàn)。楞次定律是能量守恒定律在電磁感應(yīng)中的體現(xiàn)。viI 維持滑桿運(yùn)動(dòng)必須外加一維持滑桿運(yùn)動(dòng)必須外加一力，此過程為外力克服安培力，此過程為外力克服安培力做功轉(zhuǎn)化為焦耳熱力做功轉(zhuǎn)化為焦耳熱. .機(jī)械能機(jī)械能焦耳熱焦耳熱mF B 感應(yīng)電流的效果總是反抗引起感應(yīng)電流的原因。感應(yīng)

6、電流的效果總是反抗引起感應(yīng)電流的原因。8變化的磁場(chǎng)和變化的電場(chǎng)2 2）穩(wěn)恒磁場(chǎng)中的導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)）穩(wěn)恒磁場(chǎng)中的導(dǎo)體運(yùn)動(dòng) , ,或者回路面積變化、或者回路面積變化、 取向變化等取向變化等10.2 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)引起磁通量變化的原因引起磁通量變化的原因1 1）導(dǎo)體不動(dòng)，磁場(chǎng)變化）導(dǎo)體不動(dòng)，磁場(chǎng)變化G第一類第一類B第二類第二類感生電動(dòng)勢(shì)感生電動(dòng)勢(shì)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)9變化的磁場(chǎng)和變化的電場(chǎng)一、動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)一、動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)Blvf（由（由a到到b）(v)feB 產(chǎn)生的原因：產(chǎn)生的原因： 非靜電力非靜電力KFeddit 1.ddxBlt oxBl 非靜電場(chǎng)非靜電場(chǎng)KKFEevB 動(dòng)生

7、電動(dòng)勢(shì)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)diKEl(v) dBl2.非靜電力作非靜電力作功的位移元功的位移元abL10變化的磁場(chǎng)和變化的電場(chǎng)討論討論(1) 注意矢量之間的關(guān)系注意矢量之間的關(guān)系vBdlvB(2) 對(duì)于運(yùn)動(dòng)導(dǎo)線回路，電動(dòng)勢(shì)存在于整個(gè)回路對(duì)于運(yùn)動(dòng)導(dǎo)線回路，電動(dòng)勢(shì)存在于整個(gè)回路0i0vB0vB(v) d0Bl() divBl(v d )Bl (vd )/Btlt d /BSt /t dl(電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)定律)11變化的磁場(chǎng)和變化的電場(chǎng)(3) 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)做功，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)做功， 洛倫茲力不做功？洛倫茲力不做功？BvfV fFF V () ()ffvvf vfvevBvev Bv 0e v洛倫茲力做功為零洛

8、倫茲力做功為零(4) 電動(dòng)勢(shì)和電勢(shì)差電動(dòng)勢(shì)和電勢(shì)差dbabkaEldbabeauEl動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，keEE ababu 12變化的磁場(chǎng)和變化的電場(chǎng)求動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的一般步驟：求動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的一般步驟：（1 1）規(guī)定一積分路線的方向，即）規(guī)定一積分路線的方向，即dl方向。方向。（2 2）任取）任取dl線元，線元，vB方向方向以及以及()vBdl的正負(fù)的正負(fù)（3 3）利用）利用 aibBdl計(jì)算電動(dòng)勢(shì)計(jì)算電動(dòng)勢(shì)0i說明電動(dòng)勢(shì)的方向與積分路線方向相同說明電動(dòng)勢(shì)的方向與積分路線方向相同0i說明電動(dòng)勢(shì)的方向與積分路線方向相反說明電動(dòng)勢(shì)的方向與積分路線方向相反Bv() diBlv考察該處考察該處dl1

9、3變化的磁場(chǎng)和變化的電場(chǎng)例例 在勻強(qiáng)磁場(chǎng)在勻強(qiáng)磁場(chǎng) B 中，長(zhǎng)中，長(zhǎng) R 的銅棒繞其一端的銅棒繞其一端 O 在垂直于在垂直于 B 的的平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度為平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度為 B OR求求 棒上的電動(dòng)勢(shì)棒上的電動(dòng)勢(shì)解解:方法一方法一 (動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)):dlAl(v) dAiOBldROvB l dROl B l 22BR ()A O方法二方法二(法拉第電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律):d在在 dt 時(shí)間內(nèi)導(dǎo)體棒切割磁場(chǎng)線時(shí)間內(nèi)導(dǎo)體棒切割磁場(chǎng)線vd21d 2RBddit21d2dBRt212BR（方向由楞次定律確定）（方向由楞次定律確定）14變化的磁場(chǎng)和變化的電場(chǎng)例例 在半徑為在半徑為R 的圓形截面區(qū)域內(nèi)有勻強(qiáng)磁場(chǎng)的圓形截面區(qū)域內(nèi)有勻強(qiáng)磁場(chǎng) B ，一直導(dǎo)線，一直導(dǎo)線垂直于磁場(chǎng)方向以速度垂直于磁場(chǎng)方向以速度 v 掃過磁場(chǎng)區(qū)。掃過磁場(chǎng)區(qū)。求求 當(dāng)導(dǎo)線距區(qū)域中心軸垂直距離為當(dāng)導(dǎo)線距區(qū)域中心軸垂直距離為 r 時(shí)的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)時(shí)的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)vB