变化电磁场PPT讲稿.ppt

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1、变化电磁场第1页，共47页，编辑于2022年，星期六抗磁介质抗磁介质顺磁介质顺磁介质铁磁介质铁磁介质真空真空为为1上次内容回顾第2页，共47页，编辑于2022年，星期六其方向与外磁场方向相反其方向与外磁场方向相反附加磁矩附加磁矩抗磁介质的固有磁矩为零抗磁介质的固有磁矩为零上次内容回顾第3页，共47页，编辑于2022年，星期六顺磁介质在磁场中也会产生附加磁矩顺磁介质在磁场中也会产生附加磁矩附加磁矩可以忽略附加磁矩可以忽略对于抗磁介质来说，附加磁矩是其产生磁效应的唯一原因，对于顺磁介质来说，固有磁矩是其产生磁效应的主要原因上次内容回顾第4页，共47页，编辑于2022年，星期六介质内部任何两个分子电

2、流的方向相反是互相抵介质内部任何两个分子电流的方向相反是互相抵消的，但介质外侧表面上的电流元未被抵消，沿消的，但介质外侧表面上的电流元未被抵消，沿截面边缘相当于一个大的圆电流，截面边缘相当于一个大的圆电流，磁化电流磁化电流磁化现象磁化现象上次内容回顾上次内容回顾第5页，共47页，编辑于2022年，星期六单位体积内分子磁矩的矢单位体积内分子磁矩的矢量和称为磁化强度矢量量和称为磁化强度矢量其方向与磁场的关系：其方向与磁场的关系：上次内容回顾上次内容回顾第6页，共47页，编辑于2022年，星期六上次内容回顾上次内容回顾第7页，共47页，编辑于2022年，星期六定义磁场强度矢量：定义磁场强度矢量：上次

3、内容回顾上次内容回顾第8页，共47页，编辑于2022年，星期六磁场强度磁场强度第9页，共47页，编辑于2022年，星期六如何解决磁化电流不便测量的问题在电流和磁介质在电流和磁介质分布有对称性分布有对称性磁场分布磁场分布有对称性有对称性利用环路定利用环路定理求理求H分布分布磁场分布磁场分布第10页，共47页，编辑于2022年，星期六利用磁场安培环路定理解题步骤：利用磁场安培环路定理解题步骤：在电流和磁介质在电流和磁介质分布有对称性分布有对称性磁场分布磁场分布有对称性有对称性利用环路定利用环路定理求理求H分布分布磁场分布磁场分布1根据电流和磁介质分布的称性分根据电流和磁介质分布的称性分析磁场分布的

4、对称性析磁场分布的对称性2 选取合适的积分回路选取合适的积分回路3 3 利用磁场安培环路定理求出利用磁场安培环路定理求出H H分布分布4 4 利用利用求出求出B B分布分布第11页，共47页，编辑于2022年，星期六横截面图横截面图解：解：显然空间磁场有柱对称显然空间磁场有柱对称令：令：op=r第12页，共47页，编辑于2022年，星期六介质外的空间介质外的空间介质内部介质内部第13页，共47页，编辑于2022年，星期六铜导线内部铜导线内部第14页，共47页，编辑于2022年，星期六第15页，共47页，编辑于2022年，星期六解：空间磁场的对称性解：空间磁场的对称性第16页，共47页，编辑于2

5、022年，星期六截面图截面图第17页，共47页，编辑于2022年，星期六静磁场小结静磁场小结毕萨定律毕萨定律安培环路定理安培环路定理有对称性情有对称性情况下应用况下应用在没有对称在没有对称性情况下性情况下磁场对运动电荷（电流）的作用力磁场对运动电荷（电流）的作用力磁介质磁介质第18页，共47页，编辑于2022年，星期六12章章 变化的电磁场变化的电磁场第19页，共47页，编辑于2022年，星期六一 电源和电动势第一节第一节 法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律在一段均匀导体中产生稳恒电流的条件是在导体在一段均匀导体中产生稳恒电流的条件是在导体内维持一恒定不变的电场，此条件如何能满足？内维持一恒

6、定不变的电场，此条件如何能满足？仅有静电力是不能形成稳恒电仅有静电力是不能形成稳恒电流的，必须有一种本质上完全流的，必须有一种本质上完全不同于静电力的力不同于静电力的力非静电力非静电力第20页，共47页，编辑于2022年，星期六非静电力非静电力静静电电力力静静电电力力负载负载电源中的非静电力不电源中的非静电力不断的克服静电力作功断的克服静电力作功电源是把其他形式的电源是把其他形式的能转化为电能的装置能转化为电能的装置静电力在电能的静电力在电能的传送中起作用传送中起作用A,B是电源是电源的两个极板的两个极板电源就是提供非静电力的装置第21页，共47页，编辑于2022年，星期六电池锌皮做外壳锌皮做

7、外壳干电池间的非静电力来源干电池间的非静电力来源于这些物质的相互作用于这些物质的相互作用第22页，共47页，编辑于2022年，星期六温差电偶温差电偶只要冷热端的温度保持不变，电势差保持不变，只要冷热端的温度保持不变，电势差保持不变，温差电偶中的非静电力来源于两端的温度差温差电偶中的非静电力来源于两端的温度差在发电机中的非静电力是磁场在发电机中的非静电力是磁场对运动电荷的作用力对运动电荷的作用力第23页，共47页，编辑于2022年，星期六回路电动势：单位正电荷绕回路一周非回路电动势：单位正电荷绕回路一周非静电力所作的功静电力所作的功电源的电动势电源的电动势把单位正电荷从电源负极移向正极过程把单位

8、正电荷从电源负极移向正极过程中非静电力所作的功，称为电源的电动势中非静电力所作的功，称为电源的电动势很很重重要要电源电动势电源电动势第24页，共47页，编辑于2022年，星期六电源电动势与电势的区别与联系区别区别描述对象不同描述对象不同定义不同定义不同联系：联系：电源电动势就是两个极板的电势差电源电动势就是两个极板的电势差第25页，共47页，编辑于2022年，星期六A AK K二、电磁感应现象二、电磁感应现象 G G当线圈中的磁当线圈中的磁通量发生变化通量发生变化线圈中就会引线圈中就会引起电动势，如起电动势，如果线圈闭合，果线圈闭合，就有电流就有电流a ab b G G这类现象就称为电磁感应现

9、象这类现象就称为电磁感应现象铁磁介质铁磁介质第26页，共47页，编辑于2022年，星期六三、楞次定律：感应电动势的方向三、楞次定律：感应电动势的方向闭合回路中产生的感应电流具有确定的方向感应电闭合回路中产生的感应电流具有确定的方向感应电流的方向总是使其产生的通过回路面积的磁通量，流的方向总是使其产生的通过回路面积的磁通量，去阻碍原磁通量的变化。去阻碍原磁通量的变化。第27页，共47页，编辑于2022年，星期六四、法拉第电磁感应定律四、法拉第电磁感应定律感应电动势感应电动势通过回路中的磁通量发生变化时，回路中产生通过回路中的磁通量发生变化时，回路中产生的感应电动势与磁通量的变化成正比。的感应电动

10、势与磁通量的变化成正比。B B第28页，共47页，编辑于2022年，星期六几点说明1.给出求电动势大小的方法给出求电动势大小的方法2.2.导体不闭合，有导体不闭合，有 无无 I3.3.回路面积随时间变回路面积随时间变,导导体动体动,产生产生动生电动势，动生电动势，B B随时间变随时间变,产生产生感生电感生电动势动势实际问题中用其求电动势的大小实际问题中用其求电动势的大小方向由楞次定律来判断方向由楞次定律来判断4,如果是如果是N匝线圈匝线圈磁通链数磁通链数第29页，共47页，编辑于2022年，星期六磁通量与流过线圈电荷的关系磁通量与流过线圈电荷的关系第30页，共47页，编辑于2022年，星期六第

11、31页，共47页，编辑于2022年，星期六 例题例题2 一长直螺线管横截面的半径为一长直螺线管横截面的半径为a,单位长度上单位长度上密绕了密绕了n匝线圈，通以电流匝线圈，通以电流I=Iocos t(Io、为常量为常量)。一。一半径为半径为b、电阻为电阻为R的单匝圆形线圈套在螺线管上，如图所的单匝圆形线圈套在螺线管上，如图所示。求圆线圈中的感应电动势和感应电流。示。求圆线圈中的感应电动势和感应电流。解解 由由 m=BS 得得 m=onI a2BIab第32页，共47页，编辑于2022年，星期六 例题例题3 长直导线中通有电流长直导线中通有电流I=Iocos t(Io 和和 为常量为常量)。有一与

12、之共面的三角形线圈。有一与之共面的三角形线圈ABC,已知已知AB=a,BC=b。若。若线圈以垂直于导线方向的速度线圈以垂直于导线方向的速度 向右平移向右平移,当当B点与长直导点与长直导线的距离为线的距离为x时时,求线圈求线圈ABC中的感应电动势。中的感应电动势。解解 先求磁通量：先求磁通量：将三角形沿竖直方向分为若干宽将三角形沿竖直方向分为若干宽为为dr的矩形积分。的矩形积分。tg=a/b m=xb ABCaIdrrds第33页，共47页，编辑于2022年，星期六,I=Iocos t,x(t),xb ABCaI第34页，共47页，编辑于2022年，星期六第二节第二节动生电动势动生电动势第35页

13、，共47页，编辑于2022年，星期六ab两两端电端电动势：动势：非静电力是非静电力是洛沦兹力洛沦兹力动生电动势第36页，共47页，编辑于2022年，星期六在这一小段上非静电力对单位正电荷作的功：在这一小段上非静电力对单位正电荷作的功：从电源负极到正极非静从电源负极到正极非静电力对单位作的功电力对单位作的功动生电动势的计算动生电动势的计算先根据具体情况判断出正负极先根据具体情况判断出正负极第37页，共47页，编辑于2022年，星期六是否与洛沦兹力不作功相矛盾？是否与洛沦兹力不作功相矛盾？实际运动方向实际运动方向对电子作功，提供非静电力对电子作功，提供非静电力第38页，共47页，编辑于2022年，

14、星期六例例1 1 如如图图所所示示铜铜棒棒OAOA长长50cm,50cm,在在方方向向垂垂直直纸纸面面向向内内的的匀匀强强磁磁场场(B=0.01T)(B=0.01T)中中,沿沿顺顺时时针针方方向向绕绕O O轴轴转转动动，角角速速度度=100=100 rad/s,rad/s,求求铜铜棒棒中中动动生生电电动动势势的的大大小小和和指向。指向。LdLAO解解 在在铜铜棒棒上上距距O O点点为为L L处处取取长度元长度元dLdL，其速度，其速度v=v=L L A高高o底底第39页，共47页，编辑于2022年，星期六如果是铜盘转动，可以把铜盘想象成由无数根并如果是铜盘转动，可以把铜盘想象成由无数根并联的铜

15、棒组合而成，每根铜棒都类似于联的铜棒组合而成，每根铜棒都类似于OA，因，因这些铜棒是并联的所以铜盘中心与边缘之间的电这些铜棒是并联的所以铜盘中心与边缘之间的电势差仍等于每根铜棒的电势差势差仍等于每根铜棒的电势差第40页，共47页，编辑于2022年，星期六例例2 2 在空间均匀的磁场中在空间均匀的磁场中 设设导线导线ab绕绕Z轴以轴以 匀速旋转匀速旋转导线导线ab与与Z轴夹角为轴夹角为 求：导线求：导线ab中的电动势中的电动势b高高a底底第41页，共47页，编辑于2022年，星期六例例3 3 如如图图所所示示,一一长长直直导导线线中中通通有有电电流流I=10A,I=10A,在在其其附附近近有有一

16、一长长L=0.2mL=0.2m的的金金属属棒棒AB,AB,以以v=2m/sv=2m/s的的速速度度平平行行于于长长直直导导线线作作匀匀速速运运动动,如如棒棒的的近近导导线线的的一一端端距距离离导导线线d=0.1md=0.1m，求金属棒中的动生电动势。，求金属棒中的动生电动势。解解 将金属棒分成很多长度元将金属棒分成很多长度元dxdxILvxdxABdB高高A底底第42页，共47页，编辑于2022年，星期六B高高A底底第43页，共47页，编辑于2022年，星期六 例题例题4 如图所示，均匀磁场被限制在两平面之间，一边如图所示，均匀磁场被限制在两平面之间，一边长为长为l的正方形线圈匀速的正方形线圈

17、匀速 自左側无场区进入均匀磁场又穿自左側无场区进入均匀磁场又穿出，进入右側的无场区。下列图形中哪一个符合线圈中的电出，进入右側的无场区。下列图形中哪一个符合线圈中的电流随时间的变化关系？流随时间的变化关系？(设逆时针为电流的正方向，不计线圈设逆时针为电流的正方向，不计线圈的自感的自感)ab Ito(A)Ito(C)Ito(B)Ito(D)(D)当线圈各边都在磁场中时当线圈各边都在磁场中时第44页，共47页，编辑于2022年，星期六Ii 例题例题5 有一很长的长方的有一很长的长方的U形导轨形导轨,与水平面成与水平面成 角角,裸导裸导线线ab可在导轨上无摩擦地下滑可在导轨上无摩擦地下滑,导轨位于磁

18、感应强度为导轨位于磁感应强度为B的垂的垂直向上的均匀磁场中直向上的均匀磁场中,如图所示。设导线如图所示。设导线ab的质量为的质量为m,长长度为度为l,导轨上串接有一电阻导轨上串接有一电阻R，导轨和导线导轨和导线ab的电阻略去的电阻略去不计不计,abcd形成电路形成电路,t=0,=0;试求试求:导线导线ab下滑的速度下滑的速度 与时与时间间t的函数关系。的函数关系。解解 导线导线ab在安培力和重力作用下，在安培力和重力作用下，沿导轨斜面运动沿导轨斜面运动 i=Bl cos Rabcd BmgFmFm=IilB第45页，共47页，编辑于2022年，星期六Fm=IilB 沿斜面方向应用牛顿第二沿斜面方向应用牛顿第二定律：定律：dtIiRabcdB BmgFm第46页，共47页，编辑于2022年，星期六 dt第47页，共47页，编辑于2022年，星期六