第13章電磁場與麥克斯韋方程組.doc

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1、《新編基礎(chǔ)物理學(xué)》學(xué)習(xí)指導(dǎo)第13章電磁場與麥克斯韋方程組第13章電磁場與麥克斯韋方程組一、基本要求1．掌握電磁感應(yīng)定律和楞次定律；2．掌握簡單情況下動生電動勢及感生電動勢的求解；3．了解自感和互感，并會計(jì)算自感系數(shù)和互感系數(shù)。二、基本內(nèi)容（一）本章重點(diǎn)和難點(diǎn)：重點(diǎn)：計(jì)算動生電動勢及感生電動勢。難點(diǎn)：法拉第電磁感應(yīng)定律的理解和應(yīng)用。（二）知識網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖：電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)定律全磁通（磁鏈）楞次定律感生電動勢動生電動勢非靜電力自感互感自感系數(shù)互感系數(shù)（三）容易混淆的概念：1.動生電動勢和感生電動勢動生電動勢由導(dǎo)體切割磁場線運(yùn)動引起，受到

2、洛侖茲力即非靜電力的作用。當(dāng)導(dǎo)體做勻速直線運(yùn)動洛侖茲力和靜電力平衡，就得到了非靜電場強(qiáng)公式，再由電動勢定義式就可得動生電動勢計(jì)算公式166《新編基礎(chǔ)物理學(xué)》學(xué)習(xí)指導(dǎo)第13章電磁場與麥克斯韋方程組；感生電動勢產(chǎn)生的原因是感生電場（渦旋電場），變化的磁場激發(fā)感生電場，并引起回路中磁通量發(fā)生變化，于是得到感生電動勢計(jì)算公式。2.自感和互感自感現(xiàn)象是指當(dāng)一個線圈中電流發(fā)生變化時，其激發(fā)的變化磁場引起線圈自身回路的磁通量發(fā)生變化，從而在線圈自身產(chǎn)生感應(yīng)電動勢；互感是指空間存在兩個相鄰線圈，當(dāng)一個線圈中的電流發(fā)生變化時，在周圍空間產(chǎn)生變化磁場

3、，從而在另一線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。（四）主要內(nèi)容：1．法拉第電磁感應(yīng)定律：或：（為磁通匝或磁鏈）2．楞次定律：當(dāng)穿過閉合回路所圍面積磁通量發(fā)生變化時，回路的感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通量要抵償引起電磁感應(yīng)的磁通量的變化；或回路中感應(yīng)電流總是要使它建立的磁場反抗任何引起電磁感應(yīng)的變化。楞次定律可以確定感應(yīng)電流方向。3．動生電動勢和感生電動勢：（1）非靜電場和動生電動勢非靜電場：動生電動勢：，（沿）（2）感生電場和感生電動勢變化磁場在周圍空間激發(fā)感生電場　感生電動勢：（感生電場不是保守場，是渦旋電場）4．自感與互感：（1）自感：線圈中由于自身電

4、流變化而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。（其中為自感系數(shù)，僅與回路形狀及周圍介質(zhì)有關(guān)，與電流無關(guān)。）（2）互感：相鄰兩線圈，一線圈電流變化引起鄰近線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。166《新編基礎(chǔ)物理學(xué)》學(xué)習(xí)指導(dǎo)第13章電磁場與麥克斯韋方程組（其中為互感系數(shù)，取決于兩回路各自形狀、匝數(shù)、相對位置及周圍介質(zhì)，與電流無關(guān)。）5．麥克斯韋方程組的積分形式（五）思考問答：問題1有兩個尺寸完全一樣的環(huán)，一個是銅環(huán)，一個是木環(huán)。現(xiàn)在用兩個條形磁鐵的同一磁極一相同的速度分別同時插入兩環(huán)中，問環(huán)內(nèi)有無感生電場，有無感生電流？答兩環(huán)內(nèi)均有感生電場，因?yàn)楦猩妶鍪怯勺兓拇艌霎a(chǎn)

5、生的，與閉合回路是否由導(dǎo)體構(gòu)成無關(guān)；但是木環(huán)內(nèi)不能形成電流。問題2感生電場與靜電場有哪些異同？答相同點(diǎn)：感生電場與靜電場都具有電能，對帶電粒子都有作用力。不同點(diǎn)：首先靜電場與感生電廠產(chǎn)生的原因不同，靜電場是由靜止電荷激發(fā)的，而感生電場是由變化的磁場激發(fā)的;其次，感生電場與靜電場的場性質(zhì)也不同，靜電場的場性質(zhì)有（有源場），（無旋場、保守場），感生電場的性質(zhì)有（無源場），(有旋場、非保守場)。問題3在磁感應(yīng)定律中,負(fù)號的意義是什么?你是如何根據(jù)符號來確定感應(yīng)電動勢的方向的?答：負(fù)號表示感應(yīng)電動勢方向總是阻礙磁通變化的方向，是楞次定律的

6、數(shù)學(xué)表達(dá)式。先由右手法確定回路繞行正向及發(fā)現(xiàn)方向，在由判斷回路中的是增還是減.若(增)，則，與繞行正方向相反；若(減),則，與繞行正方向相同。166《新編基礎(chǔ)物理學(xué)》學(xué)習(xí)指導(dǎo)第13章電磁場與麥克斯韋方程組問題4把一銅環(huán)放在均勻磁場中，并使環(huán)的平面與磁場的方向垂直。如果使環(huán)沿著磁場的方向移動（見圖a)，在銅環(huán)中是否產(chǎn)生感應(yīng)電流？為什么？如果磁場是不均勻的(見圖b），是否產(chǎn)生感應(yīng)電流？為什么？答：第一種情況，無感應(yīng)電流。因?yàn)榄h(huán)在移動過程中環(huán)內(nèi)的磁通量不發(fā)生變化?；蜻\(yùn)動方向平行于磁場線，無切割磁場線；第二種情況，產(chǎn)生感應(yīng)電流，因?yàn)榄h(huán)中的

7、磁通量隨環(huán)沿著磁場方向的移動而減少，或有切割磁場線，由法拉第中磁感應(yīng)定律知環(huán)內(nèi)有感應(yīng)電流。問題5如果要設(shè)計(jì)一個自感較大的線圈，應(yīng)該從哪些方面去考慮？答：由于自感系數(shù)L與線圈匝數(shù)、形狀、尺寸、磁介質(zhì)有關(guān)，應(yīng)從這幾個方面考慮。問題6自感是由L=規(guī)定的，能否由此式說明，通過線圈中的電流越小，自感L就越大？答：不能。因?yàn)長是由線圈自身的屬性決定的，它是反映線圈阻礙電流改變的能力（即電磁慣）的物理量，與線圈中有無磁通、電流無關(guān)。式L=只是定義式，具有“測量”價值，當(dāng)電流變化時，也會隨之變化，但兩者比值不變。問題7試說明：（1）當(dāng)線圈中電流增

8、加時，自感電動勢的方向和電流方向是相同還是相反；（2）當(dāng)線圈中的電流減小時，自感電動勢的方向和電流的方向是相同還是相反。為什么？答：（1）相反。阻礙電流的增加，故與電流反向相反；（2）相同。阻礙電流的減小，故與電流方向相同。問題8有的電阻元件是用電