電磁感應(yīng)和電磁波1ppt課件

1、電磁感應(yīng)和電磁波電磁感應(yīng)和電磁波.電磁感應(yīng)和電磁波電磁感應(yīng)和電磁波一、變化的磁場一、變化的磁場二、變化的電場二、變化的電場三、真空中的麥克斯韋方程組和電磁波三、真空中的麥克斯韋方程組和電磁波法拉第電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律動生電動勢與感生電動動生電動勢與感生電動勢勢磁場能量磁場能量一一. . 法拉第電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律電電 流流磁磁 場場電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)感應(yīng)電流感應(yīng)電流 1831年法拉第年法拉第閉合回路閉合回路變化變化m 實驗實驗產(chǎn)生產(chǎn)生產(chǎn)產(chǎn) 生生?問題的提出問題的提出(1)(1)電磁感應(yīng)的基本現(xiàn)象電磁感應(yīng)的基本現(xiàn)象B B變變S S變變B BvS S變變B B 變變 wn0規(guī)律：

2、規(guī)律：回路中的回路中的B、面積、面積S、兩者的夾角、兩者的夾角 變化變化都會使回路中產(chǎn)生電流都會使回路中產(chǎn)生電流電磁感應(yīng)現(xiàn)象：電磁感應(yīng)現(xiàn)象：當(dāng)通過一個閉合回路所圍面積的當(dāng)通過一個閉合回路所圍面積的磁通磁通量量發(fā)生變化時，不管這種變化是由于發(fā)生變化時，不管這種變化是由于什么原因產(chǎn)生的，回路中就會有什么原因產(chǎn)生的，回路中就會有電流電流出現(xiàn)。出現(xiàn)。感應(yīng)電動勢：感應(yīng)電動勢：由于回路的磁通量發(fā)生變化而引起的由于回路的磁通量發(fā)生變化而引起的電動勢電動勢。楞次定律楞次定律：閉合導(dǎo)體回路中：閉合導(dǎo)體回路中感應(yīng)電流的方向感應(yīng)電流的方向，總是，總是使得它所激發(fā)的磁場去阻止回路磁通量使得它所激發(fā)的磁場去阻止回路磁通

3、量 的變化。的變化。主要用于判斷感應(yīng)電流的方向主要用于判斷感應(yīng)電流的方向 當(dāng)磁通量增加時，感應(yīng)電流的場與原磁場當(dāng)磁通量增加時，感應(yīng)電流的場與原磁場相反相反 當(dāng)當(dāng)磁通量減少時，感應(yīng)電流的場與原磁場磁通量減少時，感應(yīng)電流的場與原磁場相同相同I1vINSVtdd負號反映了感應(yīng)電動勢的方向負號反映了感應(yīng)電動勢的方向，是楞次定律的數(shù)，是楞次定律的數(shù)學(xué)表示。學(xué)表示。（各量（各量SISI制）制）當(dāng)穿過回路所包圍面積的磁通量發(fā)生變化當(dāng)穿過回路所包圍面積的磁通量發(fā)生變化時，回路中產(chǎn)生的時，回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢感應(yīng)電動勢正比于穿過正比于穿過回路的磁通量隨時間的變化率的回路的磁通量隨時間的變化率的負值負值。00d

4、td0dtdi00dtd0dtdi與規(guī)定方向相反與規(guī)定方向相反與規(guī)定方向相同與規(guī)定方向相同規(guī)定：導(dǎo)體回路與磁場線符合右手螺旋的方向為正。規(guī)定：導(dǎo)體回路與磁場線符合右手螺旋的方向為正。LnBLnBtNtNdddd (1)如果圍繞磁場的線圈有如果圍繞磁場的線圈有N匝匝, ,則電動勢則電動勢: :tRIdd1 N 為磁通鏈匝數(shù)為磁通鏈匝數(shù)( (磁鏈磁鏈).).(2)當(dāng)回路電阻為當(dāng)回路電阻為R時時, ,電流電流(3)通過回路的電量為通過回路的電量為: : 21dtttIqR21 ttRttddd121進一步討論：進一步討論：電量與 成正比而與d /dt 無關(guān)。 1）穩(wěn)恒磁場中的導(dǎo)體運動）穩(wěn)恒磁場中的導(dǎo)

5、體運動 , 或者回路面積或者回路面積變化、取向變化等變化、取向變化等 動生電動勢動生電動勢 2）導(dǎo)體不動，磁場變化）導(dǎo)體不動，磁場變化 感生電動勢感生電動勢引起磁通量變化的原因引起磁通量變化的原因tdd3. 感應(yīng)電動勢感應(yīng)電動勢電動勢電動勢 在電源內(nèi)將單位正電荷從負極移動到正極的在電源內(nèi)將單位正電荷從負極移動到正極的過程中過程中非靜電力非靜電力所作的功所作的功_kdlE3. 動生電動勢與感生電動勢動生電動勢與感生電動勢設(shè)導(dǎo)體內(nèi)每個電子受洛侖茲力為設(shè)導(dǎo)體內(nèi)每個電子受洛侖茲力為BefmvCDefvBmf 洛倫茲力是非靜電力，對應(yīng)洛倫茲力是非靜電力，對應(yīng)的的“非靜電場非靜電場”的場強的場強BeFEv

6、kDCil dBl dEvk動生電動勢為動生電動勢為CDefvBmfCCiDDBdlBdlBlvvv直導(dǎo)體棒在均勻磁場中運動的特例直導(dǎo)體棒在均勻磁場中運動的特例 方向方向D C非均勻磁場而且導(dǎo)體各段運動速度不同非均勻磁場而且導(dǎo)體各段運動速度不同dv B dl考慮以速度考慮以速度v v 運動的導(dǎo)體元運動的導(dǎo)體元dldl()babavBdl對整個導(dǎo)體積分：對整個導(dǎo)體積分：例例 已知已知:L,B,v 求求: l d)Bv(d )cos(dlsinvB 009090dlsinBv LdlBvsin sinBvL +L BvdlBv 均勻磁場均勻磁場 平動平動方向沿導(dǎo)線由方向沿導(dǎo)線由下端下端指向指向上端

7、上端vARBB例例4.25 一半徑為一半徑為 R 的半圓形金屬導(dǎo)線在垂直于均的半圓形金屬導(dǎo)線在垂直于均勻磁場勻磁場 B 的平面內(nèi)向右以速度的平面內(nèi)向右以速度 v 運動，求導(dǎo)線中運動，求導(dǎo)線中的動生電動勢。的動生電動勢。 解：在導(dǎo)線上任取一段線元解：在導(dǎo)線上任取一段線元dl線元產(chǎn)生的動生電動勢為線元產(chǎn)生的動生電動勢為l dBdivcoscosBRdBdlvv整個導(dǎo)線上產(chǎn)生的電動勢：整個導(dǎo)線上產(chǎn)生的電動勢： 22cosdBRdiiv方向沿導(dǎo)線由方向沿導(dǎo)線由A指向指向B BRdBRvv2cos22Bvl d均勻磁場均勻磁場 平動平動例例2 2.一金屬桿在勻強磁場中轉(zhuǎn)動，求動生電動勢。一金屬桿在勻強磁

8、場中轉(zhuǎn)動，求動生電動勢。 已知已知LBw w、 、+w w LOAC+B均勻磁場均勻磁場 轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動負號表示電動勢負號表示電動勢的方向指向的方向指向Ol d)Bv(d 00sin90cos180BldlBl dlww LldlB0w221LBw w 解法一：解法一：+w w OAC+Bdllv12B SBL L 221122ddBLBLdtdtww OACO回路回路+w w LOAC+解二解二 直接利用法拉第電磁感應(yīng)定律數(shù)學(xué)表達式求解。直接利用法拉第電磁感應(yīng)定律數(shù)學(xué)表達式求解。 負號表示方向沿負號表示方向沿AOCA OC、CA段沒有動生電動勢段沒有動生電動勢v例例 一直導(dǎo)線一直導(dǎo)線CD在一無限長

9、直電流磁場中作在一無限長直電流磁場中作 切割磁力線運動。求：動生電動勢。切割磁力線運動。求：動生電動勢。abIl dlBv l d)Bv(d 000180902cosdlsinlIv dllvI 20 baaldlvI 20abalnvI 20CD方向方向CD 非均勻磁場非均勻磁場 平動平動iddt 適用于一切產(chǎn)生電動勢的回路適用于一切產(chǎn)生電動勢的回路討論討論適用于切割磁力線的導(dǎo)體適用于切割磁力線的導(dǎo)體iiddvBdli導(dǎo)體中有電動勢導(dǎo)體中有電動勢, ,即有非靜電力即有非靜電力. .可歸結(jié)為兩類情況可歸結(jié)為兩類情況: :1.場不變場不變,導(dǎo)體在運動導(dǎo)體在運動,“切割切割”磁力線磁力線. 2.導(dǎo)

10、體不運動導(dǎo)體不運動,場變場變,變化磁場在空間產(chǎn)生非靜電場變化磁場在空間產(chǎn)生非靜電場 動生電動勢：動生電動勢：感生電動勢：感生電動勢： 非靜電力非靜電力 ？非靜電力非靜電力 洛侖茲力洛侖茲力LEdl感生感生變化的磁場變化的磁場在其周圍空間會激發(fā)一種渦旋狀的電場，在其周圍空間會激發(fā)一種渦旋狀的電場，稱為稱為渦旋渦旋電場或電場或感生電場感生電場。記作。記作 或或感感E渦渦E由電動勢的定義由電動勢的定義感生電動勢：感生電動勢：非靜電力非靜電力 感生電場力感生電場力ddLSBElSt 感生法拉第電磁感應(yīng)定律表示為法拉第電磁感應(yīng)定律表示為: :此式反映了此式反映了變化的磁場可以激發(fā)電場變化的磁場可以激發(fā)電

11、場的客觀事實的客觀事實. .ddddddkLsElBStt 當(dāng)僅有磁場的變化時當(dāng)僅有磁場的變化時BB r t,討論討論 2） S 是以是以 L 為邊界的任一曲面。為邊界的任一曲面。SLSS 的法線方向應(yīng)選得與曲線的法線方向應(yīng)選得與曲線 L的積分方向成右手螺旋關(guān)系的積分方向成右手螺旋關(guān)系是曲面上的任一面元上磁感應(yīng)強度的變化率是曲面上的任一面元上磁感應(yīng)強度的變化率tB 1） 此式反映變化磁場和感生電場的相互關(guān)系，此式反映變化磁場和感生電場的相互關(guān)系， 即感生電場是由變化的磁場產(chǎn)生的。即感生電場是由變化的磁場產(chǎn)生的。 不是積分回路線元上的磁感應(yīng)強度的變化率不是積分回路線元上的磁感應(yīng)強度的變化率ddLSBElSt 感生渦渦EtB 與與構(gòu)成左旋關(guān)系。構(gòu)成左旋關(guān)系。渦渦EtB 3）tB 渦渦EddLSBElSt 感生 B tdBd感生電場電力線感生電場電力線 渦渦E渦渦E靜電場靜電場 E ES S感生電場感生電場 E Ei i起源起源由靜止電荷激發(fā)由靜止電荷