2021-2022学年高二物理竞赛课件：电磁感应和麦克斯韦电磁论

1、1电磁感应和麦克斯韦电磁理论 2 12-1 电磁感应及其基本规律 12-2 互感和自感 *12-3 涡流和趋肤效应 12-4 磁场的能量 12-5 超导体的电磁特性 12-6 麦克斯韦电磁理论 12-7 电磁波的产生和传播 *12-8 电磁波理论*12-9 电磁场的能量和动量 第十二章 电磁感应和麦克斯韦电磁理论31820年, 奥斯特发现电流的磁效应以后，引起不少人从事它的逆现象的研究， 即电流能够产生磁场， 反过来磁场能产生电流吗？1823年, 科拉顿实验1829年, 亨利发现发现通电线圈突然中断时，中断处出现电火花, 此即自感现象, 但未发表1851年，法拉第总结出电磁感应定律，并被推选为

2、英国皇家学会会长1831年8月29日，法拉第发现了电磁感应现象 1831年11月24日的论文中，法拉第把产生感应电流的情况概括成五类：变化着的电流；变化着的磁场；运动的恒定电流；运动的磁场；在磁场中运动的导体 1821年, 法拉第开始转向电磁学的研究 电流 磁场 产生 ?历史背景4Michael Faraday,1791-1867 开尔文勋爵在纪念法拉第的文章中说： “他的敏捷和活跃的品质，难以用言语形容。他的天才光辉四射，使他的出现呈现出智慧之光，他的神态有一种独特之美，这是有幸在他家里见过他的任何人都会感觉到的: 从思想最深刻的哲学家到最质朴的儿童。”5 12-1 电磁感应及其基本规律 一

3、、电磁感应现象 (electromagnetic induction phenomenon) 1. 磁场相对于线圈或导体回路改变大小和方向 实验表明，磁场相对于线圈或回路改变大小或方向，会在回路中产生电流，并且磁场变得越迅速，产生的电流越大实验1 现象？结论：运动产生电流？ 实验2 线圈A接外电路， 改变R, 现象？v磁棒换成线圈？ v 越大, 电流越大问题：B 不变时， 会否有电流 I 产生 ？R12GmR改变越快，产生电流越大R、v 的改变实质上都是B的改变62. 线圈或导体回路相对于磁场改变面积和取向实验表明，导体回路相对于磁场改变面积和取向会在回路中产生电流，并且改变得越迅速，产生的电

4、流越大。实验3 现象？线圈面积 S 发生变化 边ab静止/反向滑动，现象？ 实验4 现象？接电流计线圈面积 S未变化，但 S 相对磁场 B 的夹角发生变化 7 综上所述， B、S、的变化，最终效果都使得穿过线圈的磁通量 发生变化，从而在闭合线圈或导体回路中产生电流 电流与电动势相比，电动势具有更根本的性质当回路不闭合时，没有电流产生但仍有感应电动势;I=I(R) 但与R 无关 由磁通量的变化所引起的回路电流称为感应电流。在电路中有电流通过，说明这个电路中存在电动势，由磁通量的变化所产生的电动势称为感应电动势 当穿过导体回路的磁通量发生变化时，回路中必定产生感应电动势。把由于磁通量变化产生感应电

5、动势的现象，统称为电磁感应现象。8二、电磁感应定律(electromagnetic induction law) 1. 法拉第电磁感应定律 如果回路有n匝线圈，穿过每匝的 为1,2,n，那么 =1 + 2 + + n 如果每匝 都相等于，则 n 导体回路中感应电动势 的大小与穿过该回路的磁通量的时间变化率成正比，式中负号代表 方向与磁通变化方向相反， 和 都是标量1. 标定 和 的正方向; 2. 确定 的正负 N(0)(0)( 0) 2. 楞次定律+ ( 0)规定两个标定方向满足右手螺旋关系 确定 方向四步法 ： 4. 由 确定的方向 3. 确定d /dt的正负9 2. 楞次定律(Lenzs

6、law) 闭合回路中感应电流的方向，总是使得它所激发的磁场 阻碍引起感应电流 的磁通量的变化 1. 确定原磁通 方向(向上）2. 确定原磁通 增减 （增）3. 感应电流的磁通 方向与 相反(向下) 4. 感应电流方向与磁通 成右手螺旋关系 楞次定律四步法N+I效果:原因: 线圈排斥或吸引磁铁 磁通增加或减少 感应电流的效果总是反抗 引起感应电流的原因10 “阻碍”或“反抗”是能量守恒定律在电磁感应现象中的具体体现。磁棒插入或拔出线圈回路时，感应电流所释放出的焦耳热不能无中生有，只能是外力克服磁场力作功转化的效果:原因: 导线ab受磁场力向左导线ab向右运动 反之，假如电流产生的作用不是反抗导线运动，而是帮助导线运动，只要最初使导线作微小的移动，以后它就会越来越快的运动下去，获得无穷大的能量，违背能量守恒和转化定律 11三、感应电动势 (induction electromotive force) 导体在磁场中运动所产生的感应电动势。 1. 动生电动势 a babf在运动导体上产生的动生电动势为 注意：1. 不要求回路；2. 在磁场中运动的导体； 3. 导线运动必须切割磁感应线。 2. 感生电动势 作用于自由电子的洛伦兹力 大小等于作用于单位正电荷的洛伦兹力 提供动生电动势的非静电力，该力所对应的非静电性电场为对应第二类电磁感应现象e12 LO例 1: 长为