第7章-變化的電磁場

第七章變化的電磁場一、電磁感應現(xiàn)象：②

閉合導體回路附近有變化的電流；導體回路中有電流。①閉合導體回路附近有磁鐵與它發(fā)生相對運動，回路中要產(chǎn)生電流。1、實驗：③不變，導線運動，也可產(chǎn)生電流?！痢痢痢痢痢痢痢痢痢痢痢立墚敹疾蛔?，線圈在磁場中轉動，也可有電流產(chǎn)生。共同點：穿過閉合導體回路的磁通量發(fā)生了變化?！?.1法拉第電磁感應定律G或者說線圈面積變化產(chǎn)生電流電磁感應現(xiàn)象：當穿過閉合導體回路的磁通量發(fā)生變化時，回路中就會產(chǎn)生感應電流。感應電動勢：當穿過導體回路的磁通量發(fā)生變化時，回路中產(chǎn)生的電動勢。2、產(chǎn)生感應電流的條件：

穿過一閉合導體回路的磁通量發(fā)生變化。3、其他物理學家沒有發(fā)現(xiàn)電磁感應現(xiàn)象的原因：

安培：注重穩(wěn)態(tài)過程。

教訓：每個人都不會知道自己的局限在哪里。

——不固步自封，虛心聽取別人的意見。

科拉頓：瑞士物理學家，1825年用一個線圈和檢流計組成閉合回路，用一個磁鐵靠近閉合回路，做各種可能的組合。但他為了消除磁鐵對檢流計的影響，將檢流計和磁鐵放在不同的房間進行試驗。結果沒有觀察到電磁感應現(xiàn)象。GNS教訓：1）同步觀察實驗結果；2）在未知/難于把握/困難的問題面前，不要追求完美的做法。當問題中有你不了解的規(guī)律或者無法控制的因素的時候，這缺失的方面很可能是你沒有意識到但實際上卻是非常關鍵的因素?！龃笫虏痪行」?jié)！“大行不顧細謹，大禮不辭小讓?！币驗橥昝揽偸窍鄬Φ?，事物一個方面的完美，意味著另一個方面的缺失。說明：回路由N匝線圈串聯(lián)組成，總感應電動勢：2、感應電動勢的方向：感應電動勢的方向應該由磁通量變化的方向決定規(guī)定穿過一個回路所圍截面的磁通量也有方向：即是磁場穿過該回路所圍截面的方向。知識和概念都是為應用服務的，可以靈活更改，不要拘泥。1、表述：閉合電路中的感應電動勢與穿過回路的磁通量的

變化率成正比，在SI中：二、法拉第電磁感應定律:感應電流和感應電動勢哪個重要？NBNBB圖中磁通量Φ方向向上

若圖中磁場增強，則磁通量變化的方向向上

若圖中磁場減弱，則磁通量變化的方向向下

Φ和dΦ的方向不一定一致，類似v和a方向間的關系。電動勢方向和磁通量變化的方向之間滿足左手螺旋關系：伸出左手，彎曲四指，大拇指指向磁通量變化的方向，則四指的指向就是感應電動勢的方向。dΦ向上，則電動勢方向如圖。dΦ向下，則電動勢方向如圖。為將這種方向間的關系在一個公式中表現(xiàn)出來，需要給電動勢和磁通量規(guī)定正方向。正方向是指：選定一個可能的方向為正方向，若物理量沿著該方向，則取其值為正，若逆著該方向，則取值為負。為避免混亂，規(guī)定電動勢的正方向和磁通量的正方向之間必須滿足右手螺旋關系：規(guī)定正方向后，可以用物理量值的正負表示物理量的方向。Φ正方向E正方向NBNBdΦ>0，E<0dΦ<0，E>0電動勢的正方向也稱為回路的繞行方向；磁通量的正方向也是回路所圍截面的（法線）方向。Φ正方向E正方向en

規(guī)定：回路繞行方向和回路所圍截面的（法線）方向必須滿足右手螺旋關系。實際問題中判斷感應電動勢方向：1）問題簡單時，直接用左手螺旋法則判斷；2）電動勢隨時間變化的情況比較復雜時，先規(guī)定回路繞行方向和回路所圍截面的（法線）方向，然后計算Φ，然后計算E=-dΦ/dt，最后根據(jù)E的正負和回路繞行方向判斷E的方向。例、勻強磁場B中，有一面積為S繞AB軸以角速度ω轉動的N匝線圈，線圈總電阻為R，求線圈中的電動勢和電流強度。RABω三、楞次定律：感應電流自身產(chǎn)生的磁通總是反抗引起感應電流的原磁通的變化與左手螺旋法則一致。當磁通增加時，感應電流的磁通與原來磁通的方向相反。當磁通減少時，感應電流的磁通與原來磁通的方向相同。注意：感應電流產(chǎn)生的磁場所反抗的不是原磁通本身，而是原磁通的變化。楞次定律可以推廣為：感應電流總是阻礙引起感應電流的原因。感應電流相當于一個條形磁鐵，N極在右，S極在左，與產(chǎn)生感應電流的磁鐵正好同極相對，產(chǎn)生排斥力。該能量即轉化為了電流的能量。楞次定律是能量轉化和守恒定律在電磁感應現(xiàn)象中的應用。若磁鐵繼續(xù)向左運動，就需要克服排斥力做功，輸入能量。課前作業(yè)21：2、產(chǎn)生感生電動勢的機制是什么？當周圍空間沒有導體存在時，變化的磁場還會激發(fā)出感生電場嗎？感生電場的方向由什么決定？它和磁場變化的方向間滿足什么關系？靜電場和感生電場有什么區(qū)別和聯(lián)系？3、變化的電場會激發(fā)出磁場嗎？太陽光是電磁波，它攜帶能量和動量嗎？為什么人們觀察到彗星的尾巴都是背離彗星和太陽連線的方向，而和彗星相對太陽運動的方向無關？1、動生電動勢公式中電動勢的正方向是哪個方向？勻強磁場中整體平動（各部分速度相同）的閉合導體回路中產(chǎn)生的電動勢是多少？4、簡諧振動有什么力學特征和運動學特征？描寫簡諧振動的物理量有哪些，各有什么物理含義？1、動生電動勢大小：自由電子受洛侖茲力：感生電動勢：導體不動，磁場隨時間變化產(chǎn)生的電動勢。動生電動勢：導體運動，磁場不變產(chǎn)生的電動勢。在均勻磁場中，導體ab

以運動?！?.2動生電動勢導體ab兩端產(chǎn)生電動勢電動勢的大小等于從導體的一端到另一端非靜電力對單位正電荷做的功?！鄤由妱觿荩簩θ我庖欢螌wL，動生電動勢為：2、方向：電動勢的方向是電子運動的反向，即沿導線dl

的投影方向考慮最復雜的情況，一段導線上沿導線的投影方向隨導線變化，整根導線的電動勢方向應該是占優(yōu)勢的那個投影方向。導線上的積分方向是人為規(guī)定的，若積分得到電動勢E>0，說明在導線上的投影沿的方向占優(yōu)勢，所以電動勢應該沿的方向。注意：與或與平行時，不會產(chǎn)生電動勢。到此——導線積分方向即是電動勢的正方向。若E<0，在導線上的投影逆著的方向占優(yōu)勢，所以電動勢應該逆著的方向。根據(jù)得到的電動勢的正負和導線積分方向確定電動勢的方向。例1、用動生電動勢計算公式分析勻強磁場中運動的矩形線圈中產(chǎn)生的電動勢。ABCD推廣：勻強磁場中整體平動（各部分速度相同）的閉合導體回路，產(chǎn)生的電動勢：[例2]

求勻強磁場中旋轉棒的電動勢。解：[法1]即：[法2]取aM

固定不變，ab

在MM′上滑動。Φ沿垂直紙面向里方向增加。ε沿逆時針方向，且由運動部分ab產(chǎn)生的。?+:

-:baba。E>0，說明電動勢沿導線積分方向，即感生電動勢：導線不動，磁場隨時間變化產(chǎn)生的電動勢。問題：產(chǎn)生感應電動勢的力？§7.3感生電動勢變化的磁場在其周圍空間激發(fā)出了一個新的力場，因其對電荷有作用力，稱其為“感生電場”，其電場強度記做E感或Ei。注意：不論有無導體，變化的磁場都將在其周圍空間激發(fā)出感生電場。如何確定感生電場的場強？得其中和要滿足右手螺旋關系。理解：1）變化磁場在其周圍空間激發(fā)出電場；2）和滿足左手螺旋關系；3）有時不等于零說明：感生電場是有旋場，其場線是閉合曲線。2、感應電場與靜電場的異同：相同點：起源：電場線：做功：與路徑無關可引入電勢與路徑有關不能引入電勢不同點：靜止的電荷變化的磁場靜電場感應電場正→負閉合曲線①

對電荷都有力的作用。用場強描述。引入電場線描述的分布。有源無旋場無源有旋場性質：基本規(guī)律:[例]

寬為a，長為l的矩形線圈近旁有一共面的長直導線，兩者相距為d，當導線中有i=Kt（K>0）的電流通過時,求電動勢。解∶建立坐標系如圖，在x

處取d

x

寬的面積元，則由E<0，知電動勢逆著規(guī)定的回路繞行方向，即逆時針方向。計算感應電動勢思路：（都先規(guī)定電動勢正方向）①B不