馬文蔚《大學(xué)物理》第八章1

1、第八章第八章 電磁感應(yīng)與電磁場(chǎng)電磁感應(yīng)與電磁場(chǎng)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版電磁感應(yīng)與電磁場(chǎng)電磁感應(yīng)與電磁場(chǎng)第第 八八 章章第八章第八章 電磁感應(yīng)與電磁場(chǎng)電磁感應(yīng)與電磁場(chǎng)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版2 電磁感應(yīng)定律的發(fā)現(xiàn)，進(jìn)一步揭示了電與磁之電磁感應(yīng)定律的發(fā)現(xiàn)，進(jìn)一步揭示了電與磁之間的相互聯(lián)系及轉(zhuǎn)化規(guī)律。間的相互聯(lián)系及轉(zhuǎn)化規(guī)律。 麥克斯韋提出了麥克斯韋提出了“感生電場(chǎng)感生電場(chǎng)”和和“位移電流位移電流”兩個(gè)假說，從而建立了完整的電磁場(chǎng)理論體系兩個(gè)假說，從而建立了完整的電磁場(chǎng)理論體系麥克斯韋方程組。麥克斯韋方程組。 本章主要研究電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互激發(fā)的規(guī)律。本章主要研究電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互激發(fā)的規(guī)律。第八章第八章 電

2、磁感應(yīng)與電磁場(chǎng)電磁感應(yīng)與電磁場(chǎng)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版3本章目錄本章目錄8-38-3 電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)定律8-48-4 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)8-58-5 自感和互感自感和互感8-68-6 電場(chǎng)和磁場(chǎng)的能量電場(chǎng)和磁場(chǎng)的能量8-78-7 位移電流位移電流 電磁場(chǎng)基本方程的積分形式電磁場(chǎng)基本方程的積分形式物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版8-18-1 恒定電流與恒定電場(chǎng)恒定電流與恒定電場(chǎng)8-28-2 電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì) 洛倫茲力與安培力洛倫茲力與安培力第八章第八章 電磁感應(yīng)與電磁場(chǎng)電磁感應(yīng)與電磁場(chǎng)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版4二二 掌握掌握并能熟練應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)并能熟練應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)

3、定律和楞次定律來計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，并判明定律和楞次定律來計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，并判明其方向。其方向。三三 理解理解動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)的本動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)的本質(zhì)；了解有旋電場(chǎng)的概念。質(zhì)；了解有旋電場(chǎng)的概念。8-0 8-0 教學(xué)基本要求教學(xué)基本要求一一 掌握掌握電動(dòng)勢(shì)的基本概念，熟悉常見電動(dòng)勢(shì)的基本概念，熟悉常見電動(dòng)勢(shì)的非靜電力；了解恒定電流產(chǎn)生的條電動(dòng)勢(shì)的非靜電力；了解恒定電流產(chǎn)生的條件；理解恒定電場(chǎng)與靜電場(chǎng)的關(guān)系。件；理解恒定電場(chǎng)與靜電場(chǎng)的關(guān)系。第八章第八章 電磁感應(yīng)與電磁場(chǎng)電磁感應(yīng)與電磁場(chǎng)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版5 五五 了解了解電場(chǎng)磁場(chǎng)具有能量和能密度的電場(chǎng)磁場(chǎng)具有能量和能密度的概念，會(huì)

4、計(jì)算簡(jiǎn)單電場(chǎng)和磁場(chǎng)的能量。概念，會(huì)計(jì)算簡(jiǎn)單電場(chǎng)和磁場(chǎng)的能量。 六六 了解了解位移電流和麥克斯韋電場(chǎng)的基位移電流和麥克斯韋電場(chǎng)的基本概念以及麥克斯韋方程組（積分形式）本概念以及麥克斯韋方程組（積分形式）的物理意義。的物理意義。8-0 8-0 教學(xué)基本要求教學(xué)基本要求四四 了解了解自感和互感的現(xiàn)象，會(huì)計(jì)算幾自感和互感的現(xiàn)象，會(huì)計(jì)算幾何形狀簡(jiǎn)單的導(dǎo)體的自感和互感。何形狀簡(jiǎn)單的導(dǎo)體的自感和互感。8-1恒定電流恒定電流第八章第八章 電磁感應(yīng)與電磁場(chǎng)電磁感應(yīng)與電磁場(chǎng)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版7一、電流一、電流 電流密度電流密度+ISSenIdv 電流：電流：通過截面通過截面S 的電荷隨時(shí)間的的電荷隨時(shí)間的

5、變化率變化率:電子電子漂移速度漂移速度的大小的大小dvt/qIdd tSenqdddv 第八章第八章 電磁感應(yīng)與電磁場(chǎng)電磁感應(yīng)與電磁場(chǎng)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版8 電流密度電流密度：細(xì)致描述導(dǎo)體內(nèi)各點(diǎn)電流分：細(xì)致描述導(dǎo)體內(nèi)各點(diǎn)電流分布的情況布的情況. .該點(diǎn)該點(diǎn)正正電荷電荷運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)方向j方向方向： 大小大小：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)過該點(diǎn)且垂直于正電荷過該點(diǎn)且垂直于正電荷運(yùn)動(dòng)方向的單位面積的運(yùn)動(dòng)方向的單位面積的電荷電荷SdjIddddddvencosSIcosStQj 第八章第八章 電磁感應(yīng)與電磁場(chǎng)電磁感應(yīng)與電磁場(chǎng)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版9SSdjSI1I2ItQSjisddd 二、電流的連續(xù)

6、性方程二、電流的連續(xù)性方程 恒定電流條件恒定電流條件 單位時(shí)間內(nèi)通過閉合曲面向外流出的單位時(shí)間內(nèi)通過閉合曲面向外流出的電荷，等于此時(shí)間內(nèi)閉合電荷，等于此時(shí)間內(nèi)閉合曲面里電荷的減少量曲面里電荷的減少量 . . cosSjSjIddd sSjId第八章第八章 電磁感應(yīng)與電磁場(chǎng)電磁感應(yīng)與電磁場(chǎng)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版100 sSjd 恒定電流恒定電流 021 III0 t/Qidd 若閉合曲面若閉合曲面 S 內(nèi)的電荷內(nèi)的電荷不隨時(shí)間而變化，有不隨時(shí)間而變化，有SSdjSI1I2I基爾霍夫第一定律基爾霍夫第一定律第八章第八章 電磁感應(yīng)與電磁場(chǎng)電磁感應(yīng)與電磁場(chǎng)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版11恒定電場(chǎng)恒定電場(chǎng)

7、 （1 1）在恒定電流情況下，導(dǎo)體中電荷分在恒定電流情況下，導(dǎo)體中電荷分布不隨時(shí)間變化形成恒定電場(chǎng)；布不隨時(shí)間變化形成恒定電場(chǎng)； （2 2）恒定電場(chǎng)恒定電場(chǎng)與靜電場(chǎng)具有相似性質(zhì)與靜電場(chǎng)具有相似性質(zhì)（高斯定理和環(huán)路定理），（高斯定理和環(huán)路定理），恒定電場(chǎng)可引恒定電場(chǎng)可引入電勢(shì)的概念；入電勢(shì)的概念； （3 3）恒定電場(chǎng)的存在伴隨能量的轉(zhuǎn)換恒定電場(chǎng)的存在伴隨能量的轉(zhuǎn)換.SSdj0 sSjd 恒定電流恒定電流 第八章第八章 電磁感應(yīng)與電磁場(chǎng)電磁感應(yīng)與電磁場(chǎng)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版12例（例（1 1）若若每個(gè)銅原子貢獻(xiàn)一個(gè)自由電子，每個(gè)銅原子貢獻(xiàn)一個(gè)自由電子，問銅導(dǎo)線中自由電子數(shù)密度為多少？問銅導(dǎo)線中自

8、由電子數(shù)密度為多少？解解32810488m/.個(gè)個(gè) MNnA （2 2）家用線路電流最大值家用線路電流最大值 15A，銅導(dǎo)線，銅導(dǎo)線半徑半徑0.81mm 0.81mm 此時(shí)電子漂移速率多少？此時(shí)電子漂移速率多少？ 1-1-hmsm. 2103654nSeId v解解3310958m/kg. mol/kg.M310563 mol/.NA個(gè)個(gè)2310026 第八章第八章 電磁感應(yīng)與電磁場(chǎng)電磁感應(yīng)與電磁場(chǎng)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版13 （3 3）銅導(dǎo)線中電流密度均勻，電流密度銅導(dǎo)線中電流密度均勻，電流密度值多少？值多少？22mA.mA.( 624102871010815）SIj 解解第八章第八章 電磁

9、感應(yīng)與電磁場(chǎng)電磁感應(yīng)與電磁場(chǎng)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版14三、恒定電場(chǎng)與靜電場(chǎng)三、恒定電場(chǎng)與靜電場(chǎng)（一）恒定電流場(chǎng)與恒定電場(chǎng)（一）恒定電流場(chǎng)與恒定電場(chǎng)不隨時(shí)間改變的電荷分布產(chǎn)生不隨時(shí)間改變不隨時(shí)間改變的電荷分布產(chǎn)生不隨時(shí)間改變的電場(chǎng)稱為恒定電場(chǎng)的電場(chǎng)稱為恒定電場(chǎng)(穩(wěn)恒電場(chǎng)穩(wěn)恒電場(chǎng))。穩(wěn)恒電場(chǎng)包括了靜電場(chǎng)，但并不只限于靜穩(wěn)恒電場(chǎng)包括了靜電場(chǎng)，但并不只限于靜電場(chǎng)。電場(chǎng)。 1 1、載流子與電流、載流子與電流2 2、電流強(qiáng)度和電流密度矢量、電流強(qiáng)度和電流密度矢量3 3、電流密度矢量的通量、電流密度矢量的通量4 4、電流場(chǎng)的連續(xù)性原理、電流場(chǎng)的連續(xù)性原理電流場(chǎng)中的電荷電流場(chǎng)中的電荷守恒定律守恒定律 第八章

10、第八章 電磁感應(yīng)與電磁場(chǎng)電磁感應(yīng)與電磁場(chǎng)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版15三、恒定電場(chǎng)與靜電場(chǎng)三、恒定電場(chǎng)與靜電場(chǎng)（二）恒定電流場(chǎng)的特點(diǎn)（二）恒定電流場(chǎng)的特點(diǎn)1 1、穩(wěn)恒電流：、穩(wěn)恒電流：2 2、穩(wěn)恒條件：、穩(wěn)恒條件：要維持恒定電流，空間各處的電荷密度必須要維持恒定電流，空間各處的電荷密度必須不隨時(shí)間而變。這個(gè)必要條件稱為恒定條件不隨時(shí)間而變。這個(gè)必要條件稱為恒定條件（也稱穩(wěn)恒條件）。（也稱穩(wěn)恒條件）。與電流場(chǎng)相伴的電場(chǎng)中，各處的電荷分布不隨與電流場(chǎng)相伴的電場(chǎng)中，各處的電荷分布不隨時(shí)間而變化，即空間各點(diǎn)的電荷密度保持不變。時(shí)間而變化，即空間各點(diǎn)的電荷密度保持不變。電流場(chǎng)中各點(diǎn)的電流密度矢量電流場(chǎng)中各

11、點(diǎn)的電流密度矢量 都不隨時(shí)間而都不隨時(shí)間而變的電流叫做恒定電流（或穩(wěn)恒電流）。變的電流叫做恒定電流（或穩(wěn)恒電流）。J第八章第八章 電磁感應(yīng)與電磁場(chǎng)電磁感應(yīng)與電磁場(chǎng)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版163 3、穩(wěn)恒電流的閉合性：、穩(wěn)恒電流的閉合性：圖6-6 穩(wěn)定電流的閉合性這一閉合性決這一閉合性決定了穩(wěn)恒電流定了穩(wěn)恒電流的電路必須是的電路必須是閉合電路。閉合電路。 （二）恒定電流場(chǎng)的特點(diǎn)（二）恒定電流場(chǎng)的特點(diǎn)三、恒定電場(chǎng)與靜電場(chǎng)三、恒定電場(chǎng)與靜電場(chǎng)穩(wěn)恒電流場(chǎng)中的穩(wěn)恒電流場(chǎng)中的 線是既無起點(diǎn)又無終點(diǎn)線是既無起點(diǎn)又無終點(diǎn)的閉合曲線。這個(gè)性質(zhì)叫做穩(wěn)恒電流的閉合的閉合曲線。這個(gè)性質(zhì)叫做穩(wěn)恒電流的閉合性。性。 J第

12、八章第八章 電磁感應(yīng)與電磁場(chǎng)電磁感應(yīng)與電磁場(chǎng)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版174 4、穩(wěn)恒電流場(chǎng)的性質(zhì)：、穩(wěn)恒電流場(chǎng)的性質(zhì)：（1 1）在直流電路中同一支路的各個(gè)截面有相同的）在直流電路中同一支路的各個(gè)截面有相同的電流電流I；流進(jìn)直流電路任一節(jié)點(diǎn)的電流等于從；流進(jìn)直流電路任一節(jié)點(diǎn)的電流等于從該節(jié)點(diǎn)流出的電流。即為基爾霍夫第一定律。該節(jié)點(diǎn)流出的電流。即為基爾霍夫第一定律。（二）恒定電流場(chǎng)的特點(diǎn)（二）恒定電流場(chǎng)的特點(diǎn)三、恒定電場(chǎng)與靜電場(chǎng)三、恒定電場(chǎng)與靜電場(chǎng)（2 2）穩(wěn)恒電流場(chǎng)的環(huán)路定理：電流密度矢量沿閉）穩(wěn)恒電流場(chǎng)的環(huán)路定理：電流密度矢量沿閉合回路的線積分等于零。合回路的線積分等于零。0 l dJL基爾霍

13、夫第二基爾霍夫第二定律定律 第八章第八章 電磁感應(yīng)與電磁場(chǎng)電磁感應(yīng)與電磁場(chǎng)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版18三、恒定電場(chǎng)與靜電場(chǎng)三、恒定電場(chǎng)與靜電場(chǎng)（三）恒定電場(chǎng)及其性質(zhì)（三）恒定電場(chǎng)及其性質(zhì) 與恒定電流場(chǎng)（穩(wěn)定與恒定電流場(chǎng)（穩(wěn)定 場(chǎng)）相伴的電場(chǎng)場(chǎng)）相伴的電場(chǎng) 叫做恒定電場(chǎng)（又稱穩(wěn)恒電場(chǎng)）。叫做恒定電場(chǎng)（又稱穩(wěn)恒電場(chǎng)）。JE1 1、恒定電場(chǎng)的高斯定理、恒定電場(chǎng)的高斯定理0 SdES2 2、穩(wěn)恒電場(chǎng)的環(huán)路定理、穩(wěn)恒電場(chǎng)的環(huán)路定理0 l dEL歐姆定律的微分形式歐姆定律的微分形式 EJ RVGVI 第八章第八章 電磁感應(yīng)與電磁場(chǎng)電磁感應(yīng)與電磁場(chǎng)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版19（四）穩(wěn)恒電場(chǎng)與靜電場(chǎng)的對(duì)比（四）穩(wěn)恒電場(chǎng)與靜電場(chǎng)的對(duì)比 三、恒定電場(chǎng)與靜電場(chǎng)三、恒定電場(chǎng)與靜電場(chǎng)穩(wěn)恒電場(chǎng)與靜電場(chǎng)的共同特點(diǎn)：穩(wěn)恒電場(chǎng)與靜電場(chǎng)