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1、第1頁，共54頁。第八章第八章 變化的電磁場變化的電磁場奧斯特奧斯特奧斯特奧斯特電流磁效應(yīng)電流磁效應(yīng)電流磁效應(yīng)電流磁效應(yīng)（18201820年）年）年）年）對稱性對稱性對稱性對稱性磁的電效應(yīng)？磁的電效應(yīng)？法拉第十年研究法拉第十年研究法拉第十年研究法拉第十年研究，18311831年發(fā)現(xiàn)。年發(fā)現(xiàn)。年發(fā)現(xiàn)。年發(fā)現(xiàn)。8-18-1電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)定律8-28-2動生電動勢動生電動勢動生電動勢動生電動勢感生電動勢感生電動勢感生電動勢感生電動勢8-38-3自感和互感自感和互感自感和互感自感和互感8-48-4磁場的能量磁場的能量磁場的能量磁場的能量8-58-5位移電流位移電流位移電流

2、位移電流8-68-6麥克斯韋方程組麥克斯韋方程組麥克斯韋方程組麥克斯韋方程組電磁波電磁波電磁波電磁波 第2頁，共54頁。8-1電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)定律 法拉第電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)現(xiàn)象1電磁感應(yīng)現(xiàn)象2電磁感應(yīng)現(xiàn)象3（1）當當穿穿過過一一個個閉閉合合導導體體回回路路所所限限定定的的面面積積的的磁磁通通量量發(fā)發(fā)生生變變化化時時，在在回回路路中中產(chǎn)產(chǎn)生生的的電電流流叫叫感感應(yīng)應(yīng)電電流流，叫叫做做電電磁磁感感應(yīng)現(xiàn)象應(yīng)現(xiàn)象。（2）有感應(yīng)電流，說明在回路中產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢。）有感應(yīng)電流，說明在回路中產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢。實驗表明：實驗表明：實驗表明：實驗表明

3、：第3頁，共54頁。法拉第電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律注意：注意：感應(yīng)電流的方向與感應(yīng)電動勢的方向總是一致的。感應(yīng)電流的方向與感應(yīng)電動勢的方向總是一致的。楞次定律楞次定律楞次定律楞次定律內(nèi)容：內(nèi)容：閉合回路中感應(yīng)電流的方向，總是使它所激發(fā)的磁閉合回路中感應(yīng)電流的方向，總是使它所激發(fā)的磁場來場來阻止阻止引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。感應(yīng)電流的效果，總是感應(yīng)電流的效果，總是反抗反抗引起感應(yīng)電流的原因。引起感應(yīng)電流的原因。楞次定律演示第4頁，共54頁。判斷各圖中感應(yīng)電動勢的方向判斷各圖中感應(yīng)電動勢的方向第5頁，共54頁。NN匝線圈串聯(lián)匝線圈串聯(lián)匝線圈串聯(lián)匝線圈串聯(lián)若若有有

4、N 匝匝線線圈圈，它它們們彼彼此此串串聯(lián)聯(lián)，總總電電動動勢勢等等于于各各匝匝線線圈圈所所產(chǎn)產(chǎn)生生的的電電動動勢勢之之和和。令令每每匝匝的的磁磁通通量量為為 1、2、3-全磁通，或磁鏈全磁通，或磁鏈式中式中當每一匝線圈的磁通都相等時，當每一匝線圈的磁通都相等時，第6頁，共54頁。感應(yīng)電流感應(yīng)電流r=10cm的金屬圓環(huán)，其電阻的金屬圓環(huán)，其電阻R=1。求將求將求將求將環(huán)環(huán)環(huán)環(huán)面翻面翻面翻面翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)一次，沿一次，沿一次，沿一次，沿環(huán)環(huán)環(huán)環(huán)流流流流過過過過任一橫截面的任一橫截面的任一橫截面的任一橫截面的電電電電荷荷荷荷q q=?=?L第7頁，共54頁。兩兩根根平平行行無無限限長長直直導導線線相相距距

5、為為d，載載有有大大小小相相等等方方向向相相反反的的電電流流I，電電流流變變化化率率dI/dt=0。一一個個邊邊長長為為d的的正正方方形線圈位于導線平面內(nèi)與一根導線相距形線圈位于導線平面內(nèi)與一根導線相距d，如圖示。，如圖示。dddd求線圈中的感應(yīng)電動勢求線圈中的感應(yīng)電動勢，并說明，并說明線圈中的感應(yīng)電流是順時針還是逆時線圈中的感應(yīng)電流是順時針還是逆時針方向？針方向？ds第8頁，共54頁。解解：（1）載載流流為為I的的無無限限長長直直導導線線在在與與其其相相距距為為r處處產(chǎn)產(chǎn)生生的的磁感磁感應(yīng)應(yīng)強強度度為為以以順時針繞順時針繞向向為線為線圈回路的正方向，與圈回路的正方向，與線線圈相距圈相距較遠較

6、遠的的導線導線在在線線圈中圈中產(chǎn)產(chǎn)生的磁通量生的磁通量為為與與線線圈相距圈相距較較近的近的導線對線導線對線圈的磁通量圈的磁通量為為第9頁，共54頁。總總磁通量磁通量感感應(yīng)電動勢為應(yīng)電動勢為由由和回路正方向和回路正方向為順時針為順時針，所以，所以的的繞繞向向為為順順時時針針方方向向，線線圈圈中中的的感感應(yīng)應(yīng)電電流流亦亦是是順順時針時針方向。方向。第10頁，共54頁。半徑為半徑為r的小絕緣圓環(huán)，置于半徑為的小絕緣圓環(huán)，置于半徑為R的大導線環(huán)中心處的大導線環(huán)中心處,在大導線環(huán)通有正弦電流（取逆時針方向為正）在大導線環(huán)通有正弦電流（取逆時針方向為正）則任一時刻小線環(huán)中感應(yīng)電動勢則任一時刻小線環(huán)中感應(yīng)電

7、動勢（逆時針為正）為（逆時針為正）為第11頁，共54頁。8-2動生電動勢動生電動勢感生電動勢感生電動勢 動生電動勢動生電動勢動生電動勢動生電動勢楞次定律確定方向楞次定律確定方向可知它相當于右圖所表示的電源。可知它相當于右圖所表示的電源。ab 的的方向：方向：a b第12頁，共54頁。動生電動勢產(chǎn)生的原因動生電動勢產(chǎn)生的原因動生電動勢產(chǎn)生的原因動生電動勢產(chǎn)生的原因-洛倫茲力洛倫茲力洛倫茲力洛倫茲力洛倫茲力就是這電源中的洛倫茲力就是這電源中的非靜電力。非靜電力。此此“非靜電場非靜電場”的強度為的強度為動生電動勢動生電動勢(式中的式中的都是都是處的處的）第13頁，共54頁。動生電動勢的計算方法動生電

8、動勢的計算方法動生電動勢的計算方法動生電動勢的計算方法方法一方法一由電動勢的定義由電動勢的定義所以對不均勻磁場、或?qū)Ь€上各個部分速度所以對不均勻磁場、或?qū)Ь€上各個部分速度不同的情況，原則上都能求。不同的情況，原則上都能求。方法二方法二由法拉第電磁感應(yīng)定律由法拉第電磁感應(yīng)定律（考慮（考慮 時，須設(shè)計時，須設(shè)計一個閉合回路）一個閉合回路）適用于一切產(chǎn)生電動勢的回路適用于一切產(chǎn)生電動勢的回路 導線運動切割磁力線導線運動切割磁力線洛侖茲力洛侖茲力第14頁，共54頁。例例1有有一一均均勻勻磁磁場場方方向向如如圖圖，與與磁磁場場方方向向垂垂直直的的半半徑徑為為R 的的半半圓圓形形導導線線以以速速度度向向左

9、左運運動動。試試求求導導線線中中的動生電動勢。的動生電動勢。結(jié)論：結(jié)論：相當于相當于ab直導線中的電動勢。直導線中的電動勢。abR哪點電勢高？哪點電勢高？（答：（答：b點電勢高）點電勢高）解：解：解：解：由電動勢的定義由電動勢的定義第15頁，共54頁。例例2長為長為R 的導線繞的導線繞o點以角速度點以角速度 在均勻磁場在均勻磁場中轉(zhuǎn)動，中轉(zhuǎn)動，與轉(zhuǎn)動平面垂直，如圖。與轉(zhuǎn)動平面垂直，如圖。求：動生電動勢。求：動生電動勢。若為一半徑為若為一半徑為R的圓盤，結(jié)果同上的圓盤，結(jié)果同上方向是方向是oa，a 端電勢高。端電勢高。解：解：解：解：a oBR第16頁，共54頁。求：求：ac 邊電動勢大小和方向

10、邊電動勢大小和方向?整個回路？整個回路？解：解：任取任取處處 Lz a bcdl例例3B空間均勻空間均勻回路繞回路繞Z軸以軸以勻速旋轉(zhuǎn)勻速旋轉(zhuǎn)r與與的夾角的夾角方向是方向是ac，c 端電勢高。端電勢高。第17頁，共54頁。方向是方向是bc，c 端電勢高。端電勢高。整個回路電動勢為整個回路電動勢為整個回路電動勢為整個回路電動勢為0 0Lz a bcdl整個回路？整個回路？第18頁，共54頁。感生電動勢和感生電場感生電動勢和感生電場感生電動勢和感生電場感生電動勢和感生電場 感生電動勢產(chǎn)生的原因感生電動勢產(chǎn)生的原因感生電動勢產(chǎn)生的原因感生電動勢產(chǎn)生的原因-感生電場力感生電場力感生電場力感生電場力不動

11、不動變變1861年年，麥麥 克克 斯斯 韋韋（1831-1879）大大膽膽假假設(shè)設(shè)“變變化化的的磁磁場場會會產(chǎn)產(chǎn)生生感感生生電場電場”。他他提提出出：感感生生電電場場的的電電力力線線是是閉閉合合的的，是是一一種種非非靜靜電電場場。正正是是這這種種非非靜靜電電場場產(chǎn)產(chǎn)生了感生電動勢。生了感生電動勢。感生電場有什么性質(zhì)？感生電場有什么性質(zhì)？感生電場的環(huán)流怎么樣？通量怎么樣？感生電場的環(huán)流怎么樣？通量怎么樣？磁場變化引起的感應(yīng)電動勢稱為感生電動勢。磁場變化引起的感應(yīng)電動勢稱為感生電動勢。第19頁，共54頁。靜電場：靜電場：感生電場的環(huán)流感生電場的環(huán)流與與磁場的變化磁場的變化有聯(lián)系：有聯(lián)系：設(shè)感生電場

12、的電場強度為設(shè)感生電場的電場強度為由電動勢的定義有由電動勢的定義有按照法拉第電磁感應(yīng)定律，有按照法拉第電磁感應(yīng)定律，有（的正方向與的正方向與L 成右手螺旋關(guān)系）成右手螺旋關(guān)系）所以有所以有這就是感生電場的這就是感生電場的環(huán)環(huán)流規(guī)律。流規(guī)律。第20頁，共54頁。靜電場：靜電場：感生電場的通量等于什么？感生電場的通量等于什么？因為感生電場的電力線是閉合的，因為感生電場的電力線是閉合的，所以對任一封閉面，感生電場的通量為零。所以對任一封閉面，感生電場的通量為零。2.即即使使不不存存在在導導體體回回路路，變變化化的的磁磁場場在在其其周周圍圍空間也產(chǎn)生感生電動勢空間也產(chǎn)生感生電動勢1.感生電力線是無頭無

13、尾的閉合曲線感生電力線是無頭無尾的閉合曲線說明：說明：說明：說明：第21頁，共54頁。產(chǎn)生根源產(chǎn)生根源電荷電荷變化的磁場變化的磁場環(huán)流環(huán)流非勢場非勢場勢場勢場電力線閉合電力線閉合通量通量電力線不閉合電力線不閉合感生電場與靜電場的比較：感生電場與靜電場的比較：第22頁，共54頁。一般有一般有由于由于的通量為零，的通量為零，由于由于的環(huán)流為零，的環(huán)流為零，第23頁，共54頁。感生電動勢與感生電場的計算感生電動勢與感生電場的計算感生電動勢與感生電場的計算感生電動勢與感生電場的計算（有時需設(shè)計一個閉合回路）（有時需設(shè)計一個閉合回路）方法一：方法一：由電動勢的定義由電動勢的定義方法二：方法二：由法拉第電

14、磁感應(yīng)定律由法拉第電磁感應(yīng)定律例例1已知已知:半徑為半徑為R 的長直螺管的長直螺管內(nèi)內(nèi)求：管內(nèi)外的求：管內(nèi)外的第24頁，共54頁。解：解：解：解：由于磁場有軸對稱性，由于磁場有軸對稱性，也有軸對稱性，也有軸對稱性，沿沿切線方向切線方向取取場場點點P，過過場場點點作作軸軸對對稱稱圓圓回回路路L，與與B滿足右手關(guān)系的方向為正方向。滿足右手關(guān)系的方向為正方向。第25頁，共54頁。的分布曲線如圖所示：的分布曲線如圖所示：oRr EiEi線是一系列與線是一系列與B線相套鏈的同軸圓線相套鏈的同軸圓!第26頁，共54頁。Ei線是一系列與線是一系列與B線相套鏈的同軸圓線相套鏈的同軸圓!求半徑求半徑oa 線上的

15、感生電動勢線上的感生電動勢補上半徑方向的線段補上半徑方向的線段構(gòu)成回路構(gòu)成回路利用法拉第定利用法拉第定律求線段律求線段ab內(nèi)的感生電動勢。內(nèi)的感生電動勢。方法為補上兩個半徑方法為補上兩個半徑oa、bo與與ab構(gòu)構(gòu)成回路成回路oaboO第27頁，共54頁。abocd求求解：解：解：解：補上半徑補上半徑oa bo磁力線限制在圓柱體內(nèi)空間均勻磁力線限制在圓柱體內(nèi)空間均勻第28頁，共54頁。1、法拉第電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律：感應(yīng)電動勢感應(yīng)電動勢總結(jié)：總結(jié)：總結(jié)：總結(jié)：2、動生電動勢：、動生電動勢：3、感生電動勢感生電動勢:第29頁，共54頁。8-3自感和互感自感和互感自感自感一一個個線線圈圈的

16、的電電流流發(fā)發(fā)生生變變化化時時，通通過過線線圈圈自自身身的的全全磁磁通通也也會會發(fā)發(fā)生生變變化化，線線圈圈內(nèi)內(nèi)產(chǎn)產(chǎn)生生的的感感生生電動勢稱為電動勢稱為自感電動勢自感電動勢自感電動勢自感電動勢。全磁通與回路的電流成正比：全磁通與回路的電流成正比：L：線圈的：線圈的自感系數(shù)自感系數(shù)自感系數(shù)自感系數(shù)，簡稱，簡稱自感自感自感自感。單位：單位：亨利亨利亨利亨利(H)(H)自感自感自感自感第30頁，共54頁。自感電動勢自感電動勢回路的正方向一般取電流回路的正方向一般取電流 i 的方向。的方向。若若d i 0，則則 L 0，與與正正方方向向相相反反，I感感也也與與正正方方向向相相反，反，阻礙電流的變化阻礙電流的變化；若若di 0，與與正正方方向向相相同同，I感感也也與與正正方方向向相相同同，也也阻礙電流的變化阻礙電流的變化。所以自感電動勢稱為所以自感電動勢稱為反電動勢。反電動勢。反電動勢。反電動勢。自感自感L描述阻礙回路本身電流變化的能力。描述阻礙回路本身電流變化的能力。第31頁，共54頁。例例例例11已知已知:長直螺線管的長直螺線管的l、S、N、.。求：自感求：自感L。解：解：解：解：設(shè)電流設(shè)電流