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1、8-1 电源电源 电动势电动势8-2 电磁感应定律电磁感应定律8-3 动生电动势动生电动势8-4 感生电动势和感生感生电动势和感生( (应应) )电场电场8-6 磁场的能量磁场的能量8-5 互感和自感互感和自感8-7 麦克斯韦麦克斯韦电磁场理论基础电磁场理论基础一、电源电源l电容器放电过程电容器放电过程-不能形成稳恒电流不能形成稳恒电流8-1 电源电源 电动势电动势l电源电源:提供非静电力的装置提供非静电力的装置-将正电荷从低电势将正电荷从低电势处移到高电势处处移到高电势处二、电动势二、电动势单位：伏特单位：伏特(V)l l电源电动势：电源电动势：在电源内部，将单位正电荷从负极在电源内部，将单
2、位正电荷从负极移到正极，非静电力所作的功移到正极，非静电力所作的功l方向：方向：电源内从负极到正极的方向电源内从负极到正极的方向-电源内电势升高的方向电源内电势升高的方向表示表示非静电力对应的非静电力对应的“非静电场非静电场”讨论：讨论：u电动势和电势是两个不同的物理量电动势和电势是两个不同的物理量 电动势：与电动势：与非静电力的功非静电力的功相联系相联系 电势：与电势：与静电力的功静电力的功相联系相联系u非静电力存在于电流回路非静电力存在于电流回路L中时中时-非静电场是一个非保守场非静电场是一个非保守场8-2 电磁感应定律电磁感应定律一、电磁感应现象一、电磁感应现象l法拉弟法拉弟发现了电磁感
3、应现象发现了电磁感应现象1.实验现象观察实验现象观察相对相对相对相对运动运动运动运动开合开合开合开合绝缘架绝缘架绝缘架绝缘架切割磁切割磁切割磁切割磁力线力线力线力线旋转旋转旋转旋转 2.实验结果分析实验结果分析l共同特征：共同特征：所围面积内所围面积内m发生了变化发生了变化l感应电动势：感应电动势：回路中回路中m的变化而产生的变化而产生的电动势的电动势l两类感应电动势：两类感应电动势：(1)动生电动势动生电动势: 磁场不变，回路或导线磁场不变，回路或导线在磁场中运动在磁场中运动(2)感生电动势感生电动势: 回路不动，磁场变化回路不动，磁场变化 (1)两种情况兼而有之统称两种情况兼而有之统称感应
4、电动势感应电动势(2)不构成回路：不构成回路：说明：说明： 没有感应电流，但感应电没有感应电流，但感应电动势仍然存在动势仍然存在 l感应电动势感应电动势 i 的大小与穿过导体回路的大小与穿过导体回路磁通量的变化率磁通量的变化率d/dt成正比成正比负号负号反映感应电动势的方向反映感应电动势的方向二、法拉弟电磁感应定律二、法拉弟电磁感应定律即即 讨论：讨论：(1)回路是任意的，不一定是导体回路是任意的，不一定是导体F 闭合回路电阻为闭合回路电阻为R时时有有(2)t =t2-t1时间内通过回路的感应电量时间内通过回路的感应电量 ：磁通链数磁通链数或或全磁通全磁通F当当 ，则有，则有 =N(3)对对N
5、匝串联回路匝串联回路 二、楞次定律二、楞次定律l感感应应电电动动势势的的方方向向，总总是是使使得得感感应应电电流流的的磁磁场场去去阻阻碍碍引引起起感感应应电电动动势势 (或或感感应电流应电流)的磁通量变化的磁通量变化说明：说明：l实实际际应应用用时时一一般般将将大大小小和和方方向向分分开开考考虑虑(1)求大小求大小(2)由楞次定律确定感应电动势的方向由楞次定律确定感应电动势的方向 降低降低20A。求求(1)M 中的中的感应电动势感应电动势 i 和感应电流和感应电流 Ii；(2)2秒内通过秒内通过M的感的感应电量应电量qi例例1环芯的相对磁导率环芯的相对磁导率r=600的螺绕环，的螺绕环，截面积
6、截面积S=210-3m2，单位长度上匝数单位长度上匝数n=5000匝/m。环上有一匝数环上有一匝数N=5的线圈的线圈M，电阻电阻R=2。调节可变电阻使调节可变电阻使 I 每秒每秒解：解：(1)由安培环路定律由安培环路定律通过通过M的全磁通的全磁通代入数值可得代入数值可得 (2)2秒秒内内通通过过M的的感感应应电量电量 例例2一一长长直直导导线线载载有有稳稳恒恒电电流流I，其其右右侧侧有有一一长长为为l1、宽宽为为l2的的矩矩形形线线框框abcd，长长边边与与导导线线平平行行并并以以匀匀速速v垂垂直直于于导导线线向向右右运运动动。求求当当 ad 边边距距导导线线 x 时时线线框框中中感应电动势的
7、大小和方向感应电动势的大小和方向距长直导线距长直导线 r处取宽为处取宽为dr的矩形小面元的矩形小面元解：解：取线框回路的绕行方向为顺时针取线框回路的绕行方向为顺时针, 则线框的法线方向为则线框的法线方向为线框中线框中由由楞楞次次定定律律知知，i的的方方向向为顺时针方向为顺时针方向例例3边长为边长为a的正方形线圈，在磁感应的正方形线圈，在磁感应强度为强度为 的磁场中以转速的磁场中以转速n旋转，该线圈旋转，该线圈由电阻率由电阻率，截面积，截面积s的导线绕成，共的导线绕成，共N匝，设初始时刻线圈平面与磁场垂直。匝，设初始时刻线圈平面与磁场垂直。求求(1)线圈转过线圈转过300时线圈中的感应电动时线圈
8、中的感应电动势；势；(2)线圈转动时的最大电动势，此时线圈转动时的最大电动势，此时线圈的位置如何线圈的位置如何? (3)转过转过1800时导线中时导线中任一截面通过的感应电量任一截面通过的感应电量解解：(1) 转过转过 角时，通过线圈的磁通量为角时，通过线圈的磁通量为当当 时时 (2)当当 时时(3)线圈电阻线圈电阻一一、 动生电动势动生电动势取取回回路路方方向向为为顺顺时时针针方方向，当向，当ab与与dc相距相距 x 时时8-3 动生电动势动生电动势负号表示负号表示 i方向与所取回路方向相反方向与所取回路方向相反(1)由于框架静止，动生由于框架静止，动生电动势只存在于运动电动势只存在于运动导
9、线导线ab内，由内，由b指向指向a 讨论：讨论：(2)ab导线相当于一个电源导线相当于一个电源 电源内部，电动势方向由低电势指向电源内部，电动势方向由低电势指向高电势，即高电势，即a点的电势高于点的电势高于b点点1.自由电子随自由电子随ab向右运动受到洛向右运动受到洛仑兹力的作用仑兹力的作用二、洛仑兹力解释二、洛仑兹力解释-形成逆时针方向的感应电形成逆时针方向的感应电流流2.在在 作用下，电子沿导线从作用下，电子沿导线从a向向b运动运动3.洛仑兹力可等效为一个非静电场对电洛仑兹力可等效为一个非静电场对电子的作用子的作用回路中的动生电动势为回路中的动生电动势为 表示表示 方向与积分路径方向相同，
10、方向与积分路径方向相同，即即 b al对任意运动导线对任意运动导线L，动生电动势为动生电动势为-引起动生电动势的非引起动生电动势的非静电力是洛仑兹力静电力是洛仑兹力问题：问题： ，即洛仑兹力对电荷不作功，即洛仑兹力对电荷不作功，为何产生电动势？为何产生电动势？(课后思考课后思考)三三、动生电动势的计算举例动生电动势的计算举例1.法拉弟定律法拉弟定律2. 方法：方法：例例4在在与与均均匀匀恒恒定定磁磁场场垂垂直直的的平平面面内内，有有一一长长为为L的的导导线线OA，导导线线在在该该平平面面内内绕绕O点点以以匀匀角角速速 转转动动，求求OA的的动动生生电电动势和两端的电势差动势和两端的电势差解解:
11、 : 法法1在在OA上距上距O点为点为l处取线元处取线元 ,方向设为方向设为由由O指向指向A 上上OA上各线元上各线元 di 指向相同指向相同负号负号: i 的方向由的方向由A指向指向O即即A端端积积累累负负电电荷荷(负负极极)，O端积累正电荷端积累正电荷(正极正极)法法2任设一个回路任设一个回路OAAO设设OA在在dt时时间间转转过过角角度度d，对对d 扇扇形形面积的磁通量为面积的磁通量为在假设回路中磁通量随时间而减小，由在假设回路中磁通量随时间而减小，由楞次定律知楞次定律知 i 的方向由的方向由A指向指向O例例5一无限长直导线中通有电流一无限长直导线中通有电流I，长长为为 l 并与长直导线
12、垂直的金属棒并与长直导线垂直的金属棒AB以速以速度度 向上匀速运动，棒的近导线的一端向上匀速运动，棒的近导线的一端与导线的距离为与导线的距离为a，求金属棒中的动生电求金属棒中的动生电动势动势解：解：在在AB上距直导线上距直导线x处处取线元取线元 ，方向由，方向由A指向指向Bdx上上l负号负号: i 方向与所设方方向与所设方向相反，即由向相反，即由B指向指向A一、感生电动势一、感生电动势8-4 感生电动势和感生感生电动势和感生(应应)电场电场-涡旋电场涡旋电场l麦克斯韦假设麦克斯韦假设: 变化的磁变化的磁场在其周围空间总会产生场在其周围空间总会产生具有闭合电场线的感应电具有闭合电场线的感应电场，
13、这与空间中有无导体场，这与空间中有无导体或导体回路无关或导体回路无关感应电场对任意回路感应电场对任意回路L的线积分的线积分:又又-变化的磁场能产生电变化的磁场能产生电场场感生电动势感生电动势(1)两种不同性质的电场两种不同性质的电场F静电场静电场: 电场线起始于正电荷，终止电场线起始于正电荷，终止于负电荷，环流为零于负电荷，环流为零讨论：讨论：-保守力保守力场场F变化的磁场产生的电场变化的磁场产生的电场: 电场线闭合，电场线闭合，环流不为零环流不为零-非保守力非保守力场场(2)共同之处：共同之处：都具有场能，都能对场中都具有场能，都能对场中的电荷施加作用力的电荷施加作用力例例6长直螺线管半径为
14、长直螺线管半径为R，内部均匀磁场的内部均匀磁场的大小为大小为B，方向如图方向如图。如。如B以恒定的速率增加，以恒定的速率增加，求管内外的感生求管内外的感生(应应)电场电场解：解：B、dB/dt 均轴对称，故均轴对称，故涡旋电场线涡旋电场线为同心圆为同心圆环。环。当当 r R：管外管外得得沿逆时针方向沿逆时针方向得得沿逆时针方向沿逆时针方向例例7接上题，如在垂直于螺线管磁场的接上题，如在垂直于螺线管磁场的平面内放入由两种不同材料的半圆环组平面内放入由两种不同材料的半圆环组成的半径为成的半径为R的细金属圆环，圆心在螺的细金属圆环，圆心在螺线管轴上，左右半圆的电阻分别为线管轴上，左右半圆的电阻分别为
15、R1和和R2，试比较试比较M和和A两点电势的高低两点电势的高低解解: : 细金属环处的感应电动势为细金属环处的感应电动势为金属细环内的电流为金属细环内的电流为逆时针方向逆时针方向感感应应电电场场与与有有否否导导体体及及导体的种类无关导体的种类无关-两半圆相当于两半圆相当于 电动势电源电动势电源经左半圆由经左半圆由 A 至至 M 有有(2)R2R1时，时，UAR1时，时，UAUM，此时此时A处积累正电荷，处积累正电荷，M处积累处积累负电荷，因而存在有静电场负电荷，因而存在有静电场例例8如图装置，已知长直载流导线中的如图装置，已知长直载流导线中的电流为电流为 ，其中，其中I0和和为常量，为常量，t
16、为时间。求任一时刻矩形线框内所产生为时间。求任一时刻矩形线框内所产生的感应电动势。设的感应电动势。设t0时，时，ab与与cd重合重合解解: 导导体体框框中中既既有有动动生生电电动动势势, 又又有感生电动势有感生电动势设回路方向为顺时设回路方向为顺时针方向针方向解法解法1：法拉弟电磁感应定律求解法拉弟电磁感应定律求解在距长直导线在距长直导线 y 处处 ab与与cd相距相距x处时处时解法解法2：由动生电动势和由动生电动势和感生电动势的定义求解感生电动势的定义求解(1)t 1时，时， i 0，即即 i方向与回路绕方向与回路绕行方向相同，为顺时针方向行方向相同，为顺时针方向讨论：讨论：(2)t 1时，
17、时， i 10-3m):长波长波用于远用于远洋长距离通讯洋长距离通讯; 中波中波用于无线电广播；用于无线电广播；短波短波用于无线电广播、电报用于无线电广播、电报; 超短波超短波、微波微波用于电视、雷达、无线电导航等用于电视、雷达、无线电导航等F红外线红外线(7.610-7-10-3m): 红光与微红光与微波之间，有显著的热效应，应用于红外波之间，有显著的热效应，应用于红外侦察、红外制导、红外热成像、红外报侦察、红外制导、红外热成像、红外报警等警等F可见光可见光(410-7-7.610-7m): 人眼敏人眼敏感区感区F紫外线紫外线(10-9-410-7m): 紫光之外部紫光之外部分区域，有显著的生理作用和荧光效应，分区域，有显著的生理作用和荧光效应，可用有杀菌可用有杀菌红外线、可见光、紫外线统称为红外线、可见光、紫外线统称为光辐射光辐射F x射线射线(10-13-410-7m): 高速电子流高速电子流轰击金属可得，具有很强的穿透力，能轰击金属可得，具有很强的穿透力，能使照相底片感光，使荧光发光，可用于使照相底片感光，使荧光发光，可用于医疗检查、金属探伤、晶体分析医疗检查、金属探伤、晶体分析F 射线射线(10-8m以下): 原子核衰变时发原子核衰变时发出的波长极短的电磁波，可用于金属探出的波长极短的电磁波，可用于金属探伤等伤等
