东南大学《大学物理》课件-第8章.pdf

第八章第八章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场物理学物理学第五版第五版电磁感应电磁感应 电电 磁磁 场场第第 八八 章章第八章第八章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场物理学物理学第五版第五版2本章目录本章目录8-08-0 教学基本要求教学基本要求8-18-1 电磁感应定律电磁感应定律8-28-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势8-38-3 自感和互感自感和互感*8-4 8-4 R L电路电路8-58-5 磁场的能量磁场的能量 磁场能量密度磁场能量密度8-68-6 位移电流位移电流 电磁场基本方程的积分形式电磁场基本方程的积分形式第八章第八章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场物理学物理学第五版第五版3 一一 掌握掌握并能熟练应用法拉第电磁感应并能熟练应用法拉第电磁感应定律和楞次定律来计算感应电动势，并判明定律和楞次定律来计算感应电动势，并判明其方向其方向.二二 理解理解动生电动势和感生电动势的本动生电动势和感生电动势的本质质.了解有旋电场的概念了解有旋电场的概念.三三 了解了解自感和互感的现象，会计算几自感和互感的现象，会计算几何形状简单的导体的自感和互感何形状简单的导体的自感和互感.8-0 8-0 教学基本要求教学基本要求第八章第八章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场物理学物理学第五版第五版4 四四 了解了解磁场具有能量和磁能密度的概磁场具有能量和磁能密度的概念，会计算均匀磁场和对称磁场的能量念，会计算均匀磁场和对称磁场的能量.五五 了解了解位移电流和麦克斯韦电场的基位移电流和麦克斯韦电场的基本概念以及麦克斯韦方程组（积分形式）本概念以及麦克斯韦方程组（积分形式）的物理意义的物理意义.8-0 8-0 教学基本要求教学基本要求第八章第八章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场物理学物理学第五版第五版5本章目录本章目录8-08-0 教学基本要求教学基本要求8-18-1 电磁感应定律电磁感应定律8-28-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势8-38-3 自感和互感自感和互感*8-4 8-4 R L电路电路8-58-5 磁场的能量磁场的能量 磁场能量密度磁场能量密度选择进入下一节：选择进入下一节：第八章第八章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场8-1 8-1 电磁感应定律电磁感应定律物理学物理学第五版第五版1英国物理学家和化学家，英国物理学家和化学家，电磁理论的创始人之一电磁理论的创始人之一.他创造性地提出场的思想，他创造性地提出场的思想，最早引入磁场这一名称最早引入磁场这一名称.1831年发现电磁感应现象，年发现电磁感应现象，后又相继发现电解定律，后又相继发现电解定律，物质的抗磁性和顺磁性，物质的抗磁性和顺磁性，及光的偏振面在磁场中的及光的偏振面在磁场中的旋转旋转.法拉第法拉第（Michael Faraday,17911867）第八章第八章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场8-1 8-1 电磁感应定律电磁感应定律物理学物理学第五版第五版2一一 电磁感应现象电磁感应现象第八章第八章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场8-1 8-1 电磁感应定律电磁感应定律物理学物理学第五版第五版3 当穿过闭合回路所围面积的磁通量发生当穿过闭合回路所围面积的磁通量发生变化时，回路中会产生感应电动势，且感应变化时，回路中会产生感应电动势，且感应电动势正比于磁通量对时间变化率的负值电动势正比于磁通量对时间变化率的负值.二二 电磁感应定律电磁感应定律国际单位制国际单位制1k韦韦 伯伯iE伏伏 特特tkddiE第八章第八章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场8-1 8-1 电磁感应定律电磁感应定律物理学物理学第五版第五版4（1）闭合回路由闭合回路由 N 匝密绕线圈组成匝密绕线圈组成 N磁通匝数（磁链）磁通匝数（磁链）tddiE（2）若闭合回路的电阻为若闭合回路的电阻为 R，感应电流为感应电流为tRIdd1i21dtttIq)(1d12121RR第八章第八章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场8-1 8-1 电磁感应定律电磁感应定律物理学物理学第五版第五版5 感应电动势的方向感应电动势的方向tddiE0ddt0iEiE与回路取向相与回路取向相反反0 与回路成与回路成右右螺旋螺旋BNSB第八章第八章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场8-1 8-1 电磁感应定律电磁感应定律物理学物理学第五版第五版6NSBv三三 楞次定律楞次定律 闭合的导线回闭合的导线回路中所出现的感应路中所出现的感应电流，总是使它自电流，总是使它自己所激发的磁场反己所激发的磁场反抗任何引发电磁感抗任何引发电磁感应的原因（反抗相应的原因（反抗相对运动、磁场变化对运动、磁场变化或线圈变形等）或线圈变形等）.F第八章第八章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场8-1 8-1 电磁感应定律电磁感应定律物理学物理学第五版第五版7NBSv用楞次定律判断感应电流方向IvBNSI第八章第八章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场8-1 8-1 电磁感应定律电磁感应定律物理学物理学第五版第五版8 楞次定律是能量守恒定律的一种表现楞次定律是能量守恒定律的一种表现 维持滑杆运维持滑杆运动必须外加一力，动必须外加一力，此过程为外力克此过程为外力克服安培力做功转服安培力做功转化为焦耳热化为焦耳热.机械能机械能焦耳热焦耳热例如例如B viImF第八章第八章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场8-1 8-1 电磁感应定律电磁感应定律物理学物理学第五版第五版9RNooiBne 例例 在匀强磁场在匀强磁场中，置有面积为中，置有面积为 S 的可绕的可绕 轴转动的轴转动的N 匝线圈匝线圈.若线圈以角若线圈以角速度速度 作匀速转动作匀速转动.求求线圈中的感应电线圈中的感应电动势动势.第八章第八章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场8-1 8-1 电磁感应定律电磁感应定律物理学物理学第五版第五版10解解设设 时时,0tBne与与 同向同向,则则ttNBSNcostNBStsinddE令令NBSmEtsinmEE 则则RNooiBne第八章第八章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场8-1 8-1 电磁感应定律电磁感应定律物理学物理学第五版第五版11tsinmEE tItRisinsinmmE交流电交流电RNooiBne第八章第八章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场物理学物理学第五版第五版12本章目录本章目录8-08-0 教学基本要求教学基本要求8-18-1 电磁感应定律电磁感应定律8-28-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势8-38-3 自感和互感自感和互感*8-4 8-4 R L电路电路8-58-5 磁场的能量磁场的能量 磁场能量密度磁场能量密度选择进入下一节：选择进入下一节：第八章第八章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场8-2 8-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势物理学物理学第五版第五版1 （1）稳恒磁场中的导体运动稳恒磁场中的导体运动，或者回，或者回路面积变化、取向变化等路面积变化、取向变化等 动生电动势动生电动势 （2）导体不动，磁场变化导体不动，磁场变化 感生电动势感生电动势引起磁通量变化的原因引起磁通量变化的原因 tddiE第八章第八章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场8-2 8-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势物理学物理学第五版第五版2 电动势电动势+-kEIlEdkEllEdkE 闭合电路的总电动势闭合电路的总电动势 kE:非静电的电场强度非静电的电场强度.第八章第八章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场8-2 8-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势物理学物理学第五版第五版3 vBOP一一 动生电动势动生电动势动生电动势的动生电动势的非非静电力场来源静电力场来源 洛伦兹力洛伦兹力-mF-+eFBeFv)(m平衡时平衡时kemEeFFBeFEvmkOPlBd)(vOPlEdkiE第八章第八章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场8-2 8-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势物理学物理学第五版第五版4BllBlvv0idE设杆长为设杆长为 lOPlBd)(vOPlEdkiE vBOP-mF-+eF第八章第八章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场8-2 8-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势物理学物理学第五版第五版5解解 根据楞次定律，判根据楞次定律，判断感应电动势的方向断感应电动势的方向 例例1 一长为一长为 的铜棒在磁感强度为的铜棒在磁感强度为 的均匀磁场中，以角速度的均匀磁场中，以角速度 在与磁场方向在与磁场方向垂直的平面上绕棒的一端垂直的平面上绕棒的一端转动，转动，求求铜棒两端的铜棒两端的感应电动势感应电动势.LB OPB 方向方向 O PiEvld第八章第八章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场8-2 8-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势物理学物理学第五版第五版6LllB0dLlB0idvE2i21LBE OPBvld 方向方向 O PiElBdvlBd)(di vE第八章第八章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场8-2 8-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势物理学物理学第五版第五版7 例例2 一导线矩形框的平面与磁感强度为一导线矩形框的平面与磁感强度为 的均匀磁场相垂直的均匀磁场相垂直.在此矩形框上，有一在此矩形框上，有一质量为质量为 长为长为 的可移动的细导体棒的可移动的细导体棒 ；矩形框还接有一个电阻矩形框还接有一个电阻 ，其值较之导线的，其值较之导线的电阻值要大得很多电阻值要大得很多.开始开始时，细导体棒以速度时，细导体棒以速度 沿如图所示的矩形框沿如图所示的矩形框运动，试求棒的速率随运动，试求棒的速率随时间变化的函数关系时间变化的函数关系.mlBMNR0v+lRBvMN第八章第八章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场8-2 8-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势物理学物理学第五版第五版8Rv22lBIBlF方向沿方向沿 轴反向轴反向ox解解 如图建立坐标如图建立坐标vBliE棒中棒中且由且由MNF+lRBvMNoxIRvv22ddlBtm则则ttlB022dd0mRvvvvtlB)(022emRvv第八章第八章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场8-2 8-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势物理学物理学第五版第五版9 例例 3 圆盘发电机圆盘发电机，一半径为，一半径为R1的铜的铜薄圆盘，以角速率薄圆盘，以角速率 ，绕通过盘心垂直的，绕通过盘心垂直的金属轴金属轴 O转动转动，轴的半径为轴的半径为R2，圆盘放在圆盘放在磁感强度为磁感强度为 的均匀磁场中的均匀磁场中，的方向亦的方向亦与盘面垂直与盘面垂直.有两个集电刷有两个集电刷a，b分别与圆盘分别与圆盘的边缘和转轴相连的边缘和转轴相连.试计算它们之间的电势试计算它们之间的电势差，并指出何处的电势较高差，并指出何处的电势较高.BB第八章第八章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场8-2 8-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势物理学物理学第五版第五版101RBr.o oMNB22RiE解解 1Rd 因为因为 ，所以不，所以不 计圆盘厚度计圆盘厚度.rd如图取线元如图取线元rdrBd)(di vErBrrBd d v（方法一）（方法一）第八章第八章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场8-2 8-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势物理学物理学第五版第五版1121idRRrBrE)(212221RRB圆盘边缘的电势高于圆盘边缘的电势高于中心转轴的电势中心转轴的电势.rBd)(di vErBrrBdd v1RBr.o oMNB22RiErd第八章第八章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场8-2 8-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势物理学物理学第五版第五版12（方法二）（方法二）则则)(22221RRB)(212221RRB取一取一虚拟的闭合回路虚拟的闭合回路 并取其绕向与并取其绕向与 相同相同.MNOMB1RB.o oB22RiENMNd第八章第八章 电