大学物理 课件 第10章电磁感应

2026/7/23

第10章电磁感应§10.1电流电动势一、电流密度载流子：电荷的携带者，如自由电子（金属导体）空穴（半导体）

、正负离子（电解液）电流

电荷的定向运动。电流形成条件

(导体内)：导体内有可以自由运动的电荷；导体内要维持一个电场。电流强度：单位时间通过导体某一横截面的电量。方向：正电荷运动的方向（有方向的标量）单位：安培（A）恒定电流：电流的大小和方向不随时间而变化。2026/7/23几种典型的电流分布粗细均匀的金属导体粗细不均匀的金属导线半球形接地电极附近的电流

可见，导体中不同部分电流分布不同，电流强度I

不能细致反映导体中各点电流分布，需要一个精确描述导体中电流分布情况的物理量。2026/7/23二电流密度电流密度矢量定义：方向与该点正电荷运动方向一致大小等于垂直于电流方向的单位面积的电流。电流强度与电流密度的关系为单位：Ａ/ｍ２∴电流强度I是标量，没有方向。2026/7/23AB用电器▲

静电力欲使正电荷从高电位到低电位。▲

非静电力Fk欲使正电荷从低电位到高电位。提供非静电力的装置就是电源。三、电动势电源2026/7/23电源：提供非静电力的装置2026/7/23电源

电源内部，“非静电力”把电荷从电势能低的一端移到电势能高的一端。通过作功，把其他形式的能量转变成电能。电源电动势定义：把单位正电荷经内电路从负极移到正极的过程中，非静电力所作的功。定义式：

作用：通过内部电荷的移动，保持外电路电场的存在。单位：Ｊ/Ｃ，即Ｖ（伏特）2026/7/23

定义非静电场强++++----+BA因非静电场仅存在于电源内部，即电源外部回路：故：电源电动势等于非静电场场强

沿整个闭合回路的环流。2026/7/23反映电源作功能力，与外电路无关是有方向的标量，规定其方向为电源内部负极指向正极。(与电流的流向一致)与电压的关系：关于电源电动势：电源的电动势和内阻

**正极负极电源+_计算式：方向:2026/7/232026/7/23§10.2电磁感应定律英国物理学家和化学家，电磁理论的创始人之一.他创造性地提出场的思想，最早引入磁场这一名称.1831年发现电磁感应现象，后又相继发现电解定律，物质的抗磁性和顺磁性，及光的偏振面在磁场中的旋转.法拉第（MichaelFaraday,1791－1867）2026/7/23一电磁感应现象2026/7/23二电磁感应定律

当穿过闭合回路所围面积的磁通量发生变化时，回路中会产生感应电动势，且感应电动势正比于磁通量对时间变化率的负值.国际单位制韦伯伏特2026/7/23（1）闭合回路由

N

匝密绕线圈组成磁通匝数（磁链）（2）若闭合回路的电阻为R

，感应电流为2026/7/23NS三楞次定律

闭合的导线回路中所出现的感应电流，总是使它自己所激发的磁场反抗任何引发电磁感应的原因（反抗相对运动、磁场变化或线圈变形等）.2026/7/23NS用楞次定律判断感应电流方向NS2026/7/23

【例1】在匀强磁场中，置有面积为S的可绕轴转动的N匝线圈.若线圈以角速度

作匀速转动.求线圈中的感应电动势.解：设时,与

同向,则令则正弦交流电2026/7/23【例2】一长直导线载有交流电流i=I0sinωt

，旁边有一与它共面的矩形线圈abcd，边长分别为l1、l2

，ab与导线相距d，求线圈中感应电动势的大小和方向。【解】：先求感应电动势的大小：在ab离长直导线

x处：即，电流在线圈所在区域激发的磁场是非均匀磁场。在x处取宽为dx的长条面积元dS

如图。

dS=l1dx。穿过dS内的磁通量：I0adxdcbdSl1l2dx可见感应电动势的方向是随时间而改变的，亦为交流电。§10.3动生电动势与感生电动势2026/7/23

（1）稳恒磁场中的导体运动，或者回路面积变化、取向变化动生电动势；

（2）导体不动，磁场变化感生电动势；讨论引起磁通量变化的原因：

法拉第电磁感应定律

（3）导体动，磁场也变

感生电动势+动生电动势。2026/7/23××××××××××××××××××××OP一动生电动势产生动生电动势的非静电力场来源洛伦兹力-复习：电动势定义导体OP在磁场中以速度向右运动时：--++OP相当于电源（O负P正）若为匀强磁场，OP杆长为

：

2026/7/23二感生电动势——导体不动，仅磁场变化产生∴产生感生电动势的非静电场感生电场。

麦克斯韦假设变化的磁场在其周围空间激发一种电场——感生电场（非静电场）.结合法拉第电磁感应定律，得闭合回路中的感生电动势复习：电动势定义2026/7/23感生电场静电场非保守场保守场由变化的磁场产生由电荷产生感生电场和静电场的对比§10.4自感应与互感应2026/7/23一自感1.自感现象

自感现象K闭合的瞬间：S2灯渐渐亮，最后I1=I2K断开的瞬间：

S1灯猛一亮后渐熄电路稳定：I2

>>I12.自感2026/7/23I

（自身回路）I当线圈中的电流发生变化，在线圈自身中产生的电动势——自感电动势若线圈有N

匝：磁通匝数自感

无铁磁质时，自感仅与线圈形状、磁介质及匝数N

有关.注意单位：亨利（H）2026/7/233.自感电动势

当时，自感电磁惯性自感的应用：稳流，LC谐振电路滤波电路，感应圈等2026/7/23二互感应

通过一个线圈的电流发生变化时，在另一个线圈中产生感应电动势和感应电流的现象，叫互感现象。

在电流回路(2)中所产生的磁通量

在电流回路(1)中所产生的磁通量21当I1(I2)变化，则回路2(1)中将产生感应电动势和感应电流。2026/7/231互感系数注意

互感仅与两个线圈形状、大小、匝数、相对位置以及周围的磁介质有关.

注意：2互感电动势

§10.5磁场的能量2026/7/23一自感磁能∴电源须反抗自感电动势作功：电源反抗自感电动势作的功转化为磁能储存在线圈中，即为自感磁能：2026/7/23二磁场能量以长直密绕螺线管(自感线圈)为例先求L：设通电流

I

由安培环路定理求B——磁场能量密度∴磁场能量*§10.6电磁场与电磁波2026/7/23

经典电磁理论的奠基人，气体动理论创始人之一.提出了有旋电场和位移电流的概念，建立了经典电磁理论，预言了以光速传播的电磁波的存在.在气体动理论方面，提出了气体分子按速率分布的统计规律.麦克斯韦（1831－1879）英国物理学家2026/7/231865

年麦克斯韦在总结前人工作的基础上，提出完整的电磁场理论，他的主要贡献是提出了“有旋电场”和“位移电流”两个假设，从而预言了电磁波的存在，并计算出电磁波的速度（即光速）.

(

真空中)1888

年赫兹的实验证实了他的预言，麦克斯韦理论奠定了经典电动力学的基础，为无线电技术和现代电子通讯技术发展开辟了广阔前景.2026/7/23一问题提出++++----IcC以L为边做任意曲面

S1：介质中稳恒磁场的安培环路定理：仍以L为边再做

S2：矛盾电容器放电过程稳恒磁场的安培环路定理不适用于非稳恒电流的电路。矛盾原因：非稳定情况下电流不再连续。解决方法：引入位移电流Id使电流“连续”2026/7/23麦克斯韦假设:电场中某一点位移电流密度等于该点电位移矢量对时间的变化率。即

+++++++++-----IcIcAB