大学物理CH101.ppt

同学们好！,第十章 变化中的磁场和电场,结构框图,学时：8,相对论建立以前，人们通过对变化中的场的研究认识到电场与磁场的联系，并建立了经典电磁学的基本方程。,10.1 电磁感应,内容：闭合回路中感应电动势的大小与通过回路的 磁通量的变化率成正比：,:通过线圈的磁通链数（全磁通）,(1)通量还是 通量？还是二者皆可？,引起闭合回路中产生感应电动势的是通过回路的 通量的变化，而不是 通量的变化,(2)式中负号含义,楞次定律的本质是什么？,如右所示，用楞次定律分析可知，无论磁棒插入还是拔出线圈的过程中，都要克服磁阻力而作功，正是这部分机械功转化成感应电流所释放的焦耳热，所以小灯泡亮了。,(3)引起 变化的原因有哪些？与参考系选择有关吗？,引起 变化的原因：,不同惯性系中的变换很难概括为一个简单公式，分两种情况处理。,二.动生电动势,1.磁场不变，导体运动引起穿过回路的磁通量变化 所产生的感应电动势叫动生电动势。,平衡时,电源，反抗 做功，将 由负极 正极，维持 的非静电力 洛仑兹力,产生 的非静电力,非静电场强,由电动势定义：,或：,注:动生电动势只存在于运动导体内。,3.能量关系,充当非静电力的只是载流子所受总磁场力的一个分力,4.计算（两种方法）,(1)由电动势定义求,例1：长 的铜棒，绕其固定端 在均匀磁场 中 以 逆时针转动，铜棒与 垂直，求,与 同向,解二：,构成扇形闭合回路,由楞次定律:,例2.如图所示，一矩形导线框在无限长载流导线I 的场中向右运动，求其动生电动势。,方向,解二：,三.感生电动势,1.导体回路不动，由于磁场变化产生的感应电动 势叫感生电动势。,2.产生感生电动势的非静电力？,不是洛仑兹力,录象：涡旋电场（）,假设：存在一种不同于静电场的新类型的电场（感生电场、涡旋电场）。它来源于磁场的 变化，并提供产生感生电动势的非静电力。,(2)会是什么力？,电荷受力,不是洛仑兹力，不是静电力，只可能是一种新型的电场力,电荷受力,同学们好！,上讲：,一.法拉第电磁感应定律,10.1 电磁感应(续),三.感生电动势,1.导体回路不动，由于磁场变化引起穿过回路的 磁通量变化，产生的感应电动势叫感生电动势。,2.非静电力：涡旋电场力(感生电场力),电荷受力：,非静电力：非静电场强：,由电动势定义：,由法拉第定律：,得：,感生电场是非保守场。,又：感生电场线闭合成环,感生电场是无源场。,3.两种电场比较,作为产生 的非静电力，可以引起导体中电荷堆积，从而建立起静电场.,由于 作用在导体 中建立起静电场。,只有以螺线管轴线为中心的圆周切向分量,感生电场线是在垂直于轴线平面内，以轴线为中心的一系列同心圆。,作如图环路,(2)求感生电场分布是一个复杂问题，只要求本题 这种简单情况。,5.感生电动势的计算,两种方法：,解一：感应电场分布,解二：连接,形成闭合回路,半径,通过 的磁通:,练习：P.285 10-11,取三角形回路,取三角形回路,由法拉第电磁感应定律,(2)由对称性：,电子轨道上 的大小相等，指向与电子速度相反,由电动势定义：,讨论 同时存在的情况.,例：P.284 10-8,设导线不动,例题：P.285 10-13,自学：P.268 例六,小结：,同学们好！,第十章 变化中的磁场和电场(续),10.1 电磁感应(续),四.自感,1.自感现象,由叠加原理：,磁通链：,由线圈形状、大小、匝数、周围介质分布等因素决定。,由毕-沙定律：,(2)物理意义,(3)计算,例：求长直螺线管自感系数(),提高L的途径,(2)实际上不可能真正线密绕、线泄漏，绕的匝数要多一些。,五.互感,1.互感现象,2.互感系数,定义 当线圈几何形状、相对位置、周围介质磁 导率均一定时,(2)物理意义,当一个回路中电流变化率为一个单位时，在相邻另一回路中引起的互感电动势。,(3)计算,解：设内管通电流I2(教材设外管电流I1求解),又：,穿过外管的全磁通：,两螺线管共轴，且：完全耦合两螺线管轴相互垂直，：不耦合,自感线圈的串、并联 求等效L,串联：对每个线圈i=1+2,总=i,反接 磁通减弱,无耦合M=0,L=L1+L2,重接 L=0,并联,例：矩形截面螺绕环尺寸如图,密绕N匝线圈,其轴 线上置一无限长直导线，当螺绕环中通有电流 时，直导线中的感生电动势为多少？,解一：这是一个互感问题 先求M,解二：由法拉第定律求解.,螺绕环,如何构成闭合回路？,长直导线在无穷远处闭合,穿过回路的磁通量：,10.2 磁场能量,一.自感磁能,电流由 过程中自感电动势所做的功等于线圈中储存的磁能,自感磁能：,对长直螺线管：,可以推广到一般情况,自感磁能：,二.磁场能量,1.磁能密度：磁场单位体积内的能量,2.磁场能量,3.电场能量与磁场能量比较,取体积元：,自学 P.274 例,小结：,法拉第电磁感应定律,同学们好！,10.3 位移电流,麦克斯韦提出又一重要假设：位移电流,一.问题的提出,非稳恒情况如何？,非稳恒情况举例：电容器充放电,说明将安培环路定理推广到一般情况时需要进行补充和修正。,传导电流不连续的后果：电荷在极板上堆积。,电荷密度随时间变化（充电，放电）极板间出现变化电场.,大小：,二.位移电流,2.物理意义,3.传导电流与位移电流的比较,P.277 问题：比较导体、介质中 数量级,三.安培环路定理的推广,1.全电流,2.推广的安培环路定理,对任何电路，全电流总是连续的,解：(1),(2),解：(1),(2)由安培环路定理：,10.4 麦克斯韦方程组的积分形式,一.麦克斯韦方程组的积分形式,麦克斯韦方程组的积分形式,二.麦克斯韦方程组的意义,1.是对电磁场宏观实验规律的全面总结和概括，是经典物理三大支柱之一。,2.揭示了电磁场的统一性和相对性,电磁场是统一的整体,如振荡偶极子,4.预言了光的电磁本性,电磁波的传播速率,麦克斯韦对两个预言坚信不疑。,5.是经典物理 近代物理桥梁,6.局限性,(1)是在承认电荷连续分布基础上建立的宏观 经典理论，未和物质微观结构联系起来。,思考：如果存在磁单极，麦克斯韦方程如何修正？,引入磁荷、磁流,由对称性：,自学11.1.：用描述矢量场的一般方法(求通量、环流)来描述引力场，引力场的高斯定理、环路定理,期末复习要点,绪论（12章）基本粒子的三大家族，四种基本相互作用,经典力学（36章）1.以守恒量 为中心，守恒条件，守恒定律与时空对称性的联系，应用守恒定律解题。,2.注意在中学基础上的加深和扩展，例如 运动学的两类基本问题 变力作用下物体的运动规律，如变力的冲量、变力的功的计算等。保守力 角动量、力矩、转动惯量、转动动能 刚体定轴转动问题,相对论（7、11章）1.狭义相对论 两条相对原理（准确叙述）；洛仑兹坐标变换，钟慢尺缩效应；质速关系，质能关系，能量与动量关系；2.广义相对论（两条基本原理）,3.相对论的理性基础 物理规律的对称和统一,电磁学（8 10章）1.基本实验定律库仑定律、毕 沙定律、安培定律、法拉弟电磁感应定律,3.必须掌握的基本方法：,3)类比方法 动量、角动量、能量守恒条件比较（P.120例）静电场稳恒电场；静电场感生电场；极化磁化；电容 c 自感 L 互感 M 计算；电场能 We 磁场能 Wm 典型电荷的电场分布 典型电流的磁场分布（P.205，P.251，自己列表比较）.,4)模型:从实际问题抽象出模型解决问题电介质分子 电偶极子；磁介质分子 分子电流；点电荷、均匀带电球面、无限大带电（载流）平面无限长带电（载流）直线、长直螺旋管,4.应用静电屏蔽、磁屏蔽、尖端放电、电子感应加速器、磁聚焦、涡流、产生匀强电场、匀强磁场的方法、霍耳效应分辨半导体类型.,5.基本计算,3)C 的计算,4)We 的计算,3)磁力、磁力矩,4)霍耳效应,2)的计算：,第10章:,1)感应电动势的计算,2)L、M 的计算,3)磁场能,4)位移电流,