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变化的磁场产生电场

二．电磁场、电磁波
• 1、电磁场 • 麦克斯韦根据自己的理论进一步预言，如果
在空间某域中有周期性变化的电场，那么，这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场，这个变化的磁场又在它周围空间产生新的周期性变化的电场……。可见，变化的电场和变化的磁场是相互联系的，形成一个不可分离的统一体，这就是电磁场。
麦克斯韦确信自然界规律的统一与和谐，相信电场与磁场有对称之美。他认为；既然变化的磁场能够空间产生电场，那么变化的电场也能够在空间产生磁场。
2．答：麦克斯韦关于电磁场理论的两大支柱是：（1）变化的磁场能够在空间产生电场，（2）变化的电场也能够在空间产生磁场。
根据上述两个基本论点，麦克斯韦进一步推断：如果在空间某区域有不均匀变化的电场，那么这个变化的电场就在空间引起变化的磁场；这个变化的磁场又会引起新的变化的电场和磁场……于是，变化的电场和磁场交替产生，形成怀近及远的电磁波。
• （2）如果用不导电的塑料线绕制线圈，线圈中还会有电流、电场吗？
• 有电场、无电流。
• （3）想象线圈不存在时线圈所在处的空间还有电场吗？
• 有！
• （4）总结：麦克斯韦认为线圈只不过用来显示电场的存在，线圈不存在时，变化的磁场同样在周围空间产生电场，即这是一种普遍存在的现象，跟闭合电路是否存在无关。
• 2．变化的电场产生磁场
• 既然变化的磁场能够在空间产生电场，那么，变化的电场能不能够在空间产生磁场？
麦克斯韦相信自然界规律的统一与和谐，相信电场与磁场具有对称之美。他大胆地提出的相似和联系。经过反复思考提出假设：变化的电场也相当于一种电流，也在空间产生磁场，即变化的电场在空间产生磁场。
• （2）非均匀变化的磁场产生变化的电场，不均匀变化的电场产生变化的磁场

变化电场产生变化磁场的实验

。
取一些蕃茄计在白纸上写字或作
,
,
因此极板上电荷的变化也不是均
,
这样就制成
画
,
然后将此纸在火上稍稍烘一很快白纸上出现焦黄色的字
。
匀的
则在极板周围的电场变化
,
了一个音频隔离器
下
也是不均匀的
这个不均匀变化
。
方法是把买来的音频线在中间剪
气)
这说明蕃茄汁显示酸性 2 ) 测有机酸 (
。
号时为一水平亮线电
然后开始起
,
断
,
再用一段话筒线接一同芯插
.
用毛笔馥
由于手摇速度不是均匀的
头 ( 型号视录音机耳机插孔而定) 按下图连接
起甩
,
就停止
,
给录像带配音时孔孔
,
ห้องสมุดไป่ตู้
将一个输
有有机酸
,
还可再作一个实验
3
,
:
极板带了一定量的电荷
入端插入放像机的单频输出插另一个插入录音机的耳机插
在试管中加入加入
2
毫升蕃茄汁再
,
在它周围空间存在一定强度的电
,
并将原带放入放像机里放入录像机里待放音状态
, ,
空白带
将你要配曲的磁

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a dx
d
x
b 选ab为L正方向
x ei a b v2 0 Ixd x 2 0 Ilvn d d l 0
方向：从 ba 12
I
v b

dl
d
a
rdr
r
L ：ab
dei vBdlvBdlcos
电可以产生磁效应，磁是否可以产生电？
1
1831年，法拉第（英）发现了电流变化时产生的电磁感应规律；同年，楞次（俄）独立的完成类似的实验。
电磁感应定律的发现，揭示了电和磁的内在联系及转化的规律，它的发现在科学和技术上都具有划时代的意义，不仅完善了电磁学理论，而且为以后大规模开发电能开辟了道路，引起一系列重大技术革命，推动社会向前发展。
L ox
b
e
l
i v
a
e 动产生的原因：
当导线切割磁力线运动时，随导
x
线运动的电子e要受到洛仑兹力的作
用：
F 洛ev B
e向下运动（ba），在a端积累负电荷，在b端积累正电荷。在导线 ab 中建立了电场，E的方向从ba 。

在 F洛作用下， e从ba 相当于+q从 ab
即： +q从低电势能点高电势能点运动
ei

e a
bd i
vBab
方向从ba ，a(+) b(-)
9
例2：
金属圆盘转动
o

半径切割，并联，o与边缘之间出现电势差
选取从oa为正方向
一个半径
ordr a
dr上：vr
e d i v B d r rB d r
ei

e a
od i

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S
式中： B(t) (t)
S(t)
5
二. 楞次定律（P442，自己看）
§10.2 感应电动势
两种不同机制
• 相对于实验室参照系，若磁场不变，而导体回路运动 •
化—感生电动势
（切割磁场线）— 动生电动势相对于实验室参照系，若导体回路静止，磁场随时间变
一. 动生电动势
L
l v
b ei
B 运动，切割线， ab 向右以 v 选回路 L 的正方向：顺时
第10章变化的磁场和变化的电场
电磁感应现象是电磁学中最伟大的发现之一
在很长的一段历史时期内，电、磁的研究彼此独立的向前发展； 1820年，奥斯特（丹麦）首先发现了电流的磁效应，此后，许多人从事它的逆效应的研究； 1822年，安培（法）发现磁铁附近载流导线会受到磁力的作用，一个新的研究领域被发现了。
r
d r
a

d v B d r r B d r i a 1 2 e d e BR i i o 2 o负极，低电势 a正极，高电势
e

1 因为并联，所以圆盘电动势：ei BR2 圆心为负极 2 边缘为正极 10
解（二）：用法拉第定律角到 o， oa 转过 a
电可以产生磁效应，磁是否可以产生电？
1
1831年，法拉第（英）发现了电流变化时产生的电磁感应规律；同年，楞次（俄）独立的完成类似的实验。电磁感应定律的发现，揭示了电和磁的内在联系及转化的规律，它的发现在科学和技术上都具有划时代的意义，不仅完善了电磁学理论，而且为以后大规模开发电能开辟了道路，引起一系列重大技术革命，推动社会向前发展。
m 2
dqi dt
1 1 q d q d ( )与 t 无关 i i m m 1 m 2 m 1 R R

电磁学讲——变化的电场产生磁场电磁场与电磁波

cos (t

x) u

1）电磁波是横波 E
u
E0 ,H
cos(t
u ;

kx)
E

k 2π
u
2） E 和 H 同相位 ;
H
3） E 和 H 数值成比例 H E ；
4）电磁波传播速度 u 1 , 真空中波速
等于光速 u c 1 00 2.998108 m/s.
例1 有一圆形平行平板电容器, R 3.0cm.现对
其充电,使电路上的传导电流 Ic dQ dt 2.5A,
若略去边缘效应, 求（1）两极板间的位移电流;（2）两
极板间离开轴线的距离为 r 2.0cm 的点 P 处的磁
感强度 .
解如图作一半径
Q Q
为 r平行于极板的圆形
回路，通过此圆面积的电位移通量为
B

0r
2π R2
dQ dt
代入数据计算得 Id 1.1A B 1.11105T
二、电磁场麦克斯韦电磁场方程组
静电场高斯定理
D

ds

dV
q
S
V
静电场环流定理

l E dl 0
磁场高斯定理

SB

ds

0
安培环路定理
H dl
电能
We

Q2 2C
,
磁能 W m

1 2
LI 2 ,
LC回路总能量 1 Q2 1 LI 2 常量 2C 2
Q dQ LI dI 0 I dQ
C dt dt
dt

_变化的电场产生磁场_的演示实验设计

・物理实验・“变化的电场产生磁场”的演示实验设计郑曙辉(宁波市第二中学,浙江宁波　315010) 在高中物理(试验修订本・必修加选修)第二册教材第19章“电磁场和电磁波”第三节“电磁场”这节内容中,学生对麦克斯韦电磁理论的两条核心内容:(1)变化的磁场产生电场;(2)变化的电场产生磁场,都能接受,但缺乏感性、直观的认识.而通常教师在教学中也只对“变化的磁场产生电场”这个结论用实验验证.对“变化的电场产生磁场”大多数采用理论分析说明,灌输给学生.教材及教参中也没有演示实验介绍,学生无法看到直观的演示现象,这样,不利于学生能力的培养.笔者分析原因认为:教材及教参对“变化的电场产生磁场”没有实验介绍是因为一般的变化电场产生的磁场比较弱,不足以使磁针发生偏转.也就是说,找不到一个较理想的变化电场来产生较强的磁场.笔者在教学中发现,用感应圈的放电柱与平行板电容器的两极板相连,通过平行板电容器内的电场变化可产生较强的磁场,从而使得处于其中的磁针发生偏转.[做法]用导线将感应圈的两个放电柱分别与平行板电容器的两块极板相连,感应圈接6～8V 的直流电,通过感应圈的通、断电使电容器极板上的电场发生变化,从而产生一个较强的磁场.是否产生新磁场可用小磁针来检验:将一枚小磁针事先放在电容器的两个极板间,在感应圈通、断电的瞬间小磁针由于受到新磁场的作用而偏离了原来的位置.在此实验中,小磁针的偏转可用实物投影把偏转现象放大.实验装置的示意图如图1所示.图1图1中木块起垫高作用,使小磁针与平行板电容器的铜板等高.实验中发现,每当通、断电时,小磁针就会发生较明显的偏转.显然,小磁针受到了除地磁场以外的其它磁场对它的作用力.这个磁场只能是在通、断电时平行板电容器间的变化电场产生的.因此,实验证明变化的电场的确可以产生磁场.此实验的效果相当好,大大地激发了学生的学习积极性.为什么用感应圈给电容器充、放电可以产生较强的磁场?这牵涉到感应圈的结构及工作原理.如图2是感应圈的内部结构示意图.其主要部分是在铁芯上用较粗的绝缘金属线绕成圈数不多的原线圈L 1,在原线圈L 1的外面,套上一个用几千圈绝缘性能良好的细金属线绕成的副线圈L 2,副线圈L 2两端分别接到放电柱上.图2其工作原理如图3所示.当拨动转换开关ZK 至1、2接点位置时,电源接通,电流通过ZK 1,DK 、原线圈L 1、ZK 2返回电源,构成原线圈边回路.这时,铁芯被磁化,吸引断续器DK 簧片,使原线圈L 1断路.原线圈边无电流通过,铁芯失磁,DK 簧片返回,电流再度接通.这样,借助断续器DK 的作用,在原线圈L 1里出现断图3续的电流,引起铁芯磁通量的交替变化.若通、断电时电流变化率较大,可使放电柱间的空气击穿而放电,放电时的电流呈脉动状单向直流.但是,在本实验中,我们不需要放电柱放电,而是把放电柱用导线与平行板电容器的两极板相连,使感应出的几万伏高压降落在电容器极板上,在两极板间产生强电场.然后,通过通、断电使电容器间的电场产生变化.这样,这个变化的电场可产生较强的磁场,使得小磁针偏离了原—42—V ol.24N o.4 物　理　教　师第24卷第4期　(2003) PHY SICS TE ACHER 2003年　提高“用油膜法估测分子的大小”实验成功率的探讨张丽英　吴新民(云南省建水第一中学,云南建水　654300) “油膜法估测分子大小”是高中物理新大纲增设的学生分组实验.本实验能使学生对分子运动理论的内容增加理解和感受.实验研究的对象是油酸(C17H33 C OOH)在水面上形成的油膜.实验原理是:当把一滴用酒精稀释过的油酸滴在水面上时,油酸就在水面上散开,其中酒精溶于水中,并很快挥发,剩下一层油酸薄膜浮于水面.油酸(C17H33C OOH)中的烃基C17H33———与水没有亲合力要冒出水面,羧基———C OOH因对水有很强的亲合力被水吸引,就留在水里.这样油酸分子一个个直立在水面上形成单分子厚度的油膜.实验只要知道油膜的体积并测出油膜的面积,即可根据计算式d=V/S估算出油酸分子的直径.我校高二年级首开本实验.配用的仪器是杭州之江光学仪器厂生产的油膜实验器(标准代号:Q/ HZG57—2001),水盘是直径为22cm,面积为380cm2的圆盘.用注射器做滴管,其针筒容积为3m L,针头为6号针头.稀释的油酸浓度为1/500.用的粉是市售痱子粉.我校高二年级10个教学班,共有学生600多人,每班约分30个小组,每组2-3人,实验反馈的结果使我们非常震惊.测得油酸分子大小数量级在10-10m-10-8m范围内的学生还不到50%!有的小组一次都没做成功,有的小组一次成功,一次又不成功.有的班级成功率高,有的班级成功率低.一个新开的学生实验做成如此结果,促使我们下决心进行研究和分析.笔者经过多次反复实验,并了解了部分学生的实验情况,发现了一些应注意的问题.鉴于有些问题在有关刊物上已有同行指出过,故下面列出的仅是我们发现的问题中的一部分.1　水盘的选择盘子为深色(最好是黑色)为好(大小可依油酸浓度的配制而定).因为水是无色透明的,而痱子粉是白色的,这样可增大黑白对比度,使油膜面积的测量较为准确.2　水的深度在1～2cm之间为宜,水太浅了痱子粉散不开,而太深时倒进去的水不能很快静止,学生们性急,又赶时间,痱子粉撒上后,由于水的流动使粉末也运动,扩散后油膜形状不稳定、不规则,面积测量误差大,故要提醒学生待水静止后才开始撒粉.3　水的温度这是一个容易忽略的问题.引起我们注意的原因是上午几个班做实验时,先做的几个班较好,越后的班级越差.而我们用的水是自来水管里面的水,水管暴露在外受太阳光的照射.后来我们用不同温度的水反复做实验,证实水温确实会影响成功率.一般来说,水温不能太高(最好低于35℃),水温高了的结果是粉撒下后不稳定,油膜扩散后的形状也不稳定,使面积变得不规则,奇形怪状,难于测量,测出来误差就大.这可能是水温高,水分子运动太激烈的缘故.4　撒粉的方法(1)只须撒在盘的中央.方法是用手拈一点痱子粉,手在盘中央的正上方20cm左右处轻轻地撒下即可,不必到处都撒,粉自己会散开.(2)绝不能撒得太多,不然粉太厚,油膜扩散时推不开,油膜扩散的面积很小,只是形成一个小窟窿,或几条裂缝,导致实验完全失败.5　滴油酸的方法来的位置.由于利用的是将感应的高电压直接降落在电容器的两个极板上,而不让其放电.因此,在实验中应注意平行板电容器的两极板间的距离不能太小(一般为20 cm左右),以避免放电;其次,应注意平行板电容器两块极板与小磁针的位置,避免变化电场产生的新磁场与地磁场的方向一致,而出现小磁针不偏离原来方向的情况,发生无新磁场产生的错觉;另外,在实验中应注意安全,撤掉仪器前应先将电容器放电,以防高压电击.(收稿日期:2002-10-31)—52—第24卷第4期物　理　教　师 V ol.24N o.4　2003年 PHY SICS TE ACHER (2003)。

变化的磁场和变化的电场精品PPT课件

法拉第电磁感应定律不论任何原因, 当穿过闭合导体回路所包围面积的磁通量发生变化时, 在回路中都会出现感应电动势, 而且感应电动势的大小总是与磁通量对时间的变化率成正比.
i
说明：
dΦm dt
1) N 匝线圈, 令
单位: 伏特(V)
Ψ m NΦm
磁通链数
i
dΨ m dt
8 January 2021
大学物理学
ANHUI UNIVERSITY
第十一章变化的磁场和变化的电场
11－1 电磁感应定律 11－2 动生电动势和感生电动势 11－3 自感和互感 11－4 磁场的能量 *11－5 电感和电容电路的暂态过程 11－6 位移电流 11－7 麦克斯韦方程
8 January 2021
Page 1
安徽大学出版社
Page‹#›
ANHUI UNIVERSITY
大学物理学
第十一章变化的磁场和变化的电场
• 电磁感应定律中的负号反映了感应电动势的方向与磁通量变化状况的关系, 是楞次定律的数学表示.
Φ 0
Φ 0 符号法则：
1. 对回路L任取一绕行方向.
i
N S
N S
i
2.
当回路中的磁感线方向与回路的绕行方向成右
Page‹#›
ANHUI UNIVERSITY
大学物理学
第十一章变化的磁场和变化的电场
一1、1电－磁1感电应磁现象感应定律
1831年法拉第首次发现, 载流线圈中电流发生变化时, 处在附近的闭合回路中有感应电流产生.
实验一当条形磁
铁插入或拔出线圈回路时，在线圈回路中会产生电流；而当磁铁与线圈保持相对静止时，回路中不存在电流.

变化的磁场和变化的电场

N
L S
Φ 0 dΦ 0 dt
如35
dΦm
dt
0
N
L n
S
Φ0 dΦ 0 dt
如 -3 -5
dΦm
dt
0
N
L S
Φ 0
dΦ 0 dt
如53
dΦm
dt
0
N
L n
S
Φ0
dΦ 0 dt
如 -3 -5
dΦm
Φm
B dS
d m

dt
dΦm
dt
dΦm
dt
（3）确定电动势的方向的方法
I 规定绕行方向 L，电动势与该方向一致时为正，否则为负
II 确定 m 的正负
III 根据法拉第定律确定电动势的方向
大学物理：变化的磁场和变化的电场
B
n
B
B
n
B
电动势的性质
（1）电动势与外电路及电路开、关无关
（2）电动势的方向从负极通过电源内部指向正极
（3）电动势是有正负的标量
+-
大学物理：变化的磁场和变化的电场
非静电场
可以认为：电源在其内部建立了一个非静电场
EK

FK q
类比静电场
Ee

Fe q
EK
非静电场和静电场一样对电荷作用，但它仅存在在电源内部
例在匀强磁场 B 中，长 R 的铜棒绕其一端 O 在垂直于
B 的平面内转动，角速度为
求棒上的电动势
解方法一 (动生电动势):
i

A(v
B)

变化的电场产生磁场

3、麦克斯韦的贡献
麦克斯韦于1856年、1862年、 1864年发表了三篇划时代的论文，牢固地奠定了麦克斯韦电磁场理论的基础。《电磁通论》在 1873年问世，这部经典著作，以著名的方程组把电荷、电流、电场和磁场间的普遍联系完全统一了起来，电磁波传播的研究和光的电磁理论是这部著作的精髓。在物理学史上，这一鸿篇巨著可以与牛顿的《自然哲学之数学原理》相媲美。
变化的磁场（电场）产生电场（磁场）
3.按照麦克斯韦的电磁场理论，以下说法中正确的是（ D ） A、恒定的磁场在周围产生恒定的电场 B、变化的磁场在周围产生变化的电场 C、均匀变化的磁场在周围产生均匀变化的电场 D、均匀变化的磁场在周围产生恒定的电场
均匀变化的磁场（电场）产生恒定的电场（磁场）
4.按照麦克斯韦的电磁场理论，以下说法中不正确的是（ D） A、振荡的磁场在周围产生恒定的电场 B、振荡的磁场在周围产生均匀变化的电场 C、振荡的电场在周围产生不同频率的振荡磁场 D、振荡的电场在周围产生同频率的振荡磁场
振荡磁场（电场）产生同频率的振荡电场（磁场）
（3）不需要传播介质，在真空中可以传播
3.电磁波与机械波比较 [传播条件] 机械波传播需要介质，而电磁波不需要介质也能传播。 [传播规律] 都遵循“V=λf=λ/T”这个关系式；且电磁波也能发生反射、折射、衍射、干涉等现象。 [传播本质] 机械波传播的是机械能，电磁波传播的是电磁能。
四、赫兹的电火花
《电磁通论》
麦克斯韦电磁理论在他的生前并未得到充分的重视，因为他的思想太不寻常了，德国物理学家赫兹用实验的方法证实了他电磁理论预言的所有方面，麦克斯韦的理论才得到了普遍的承认。
二、伟大的预言 1、麦克斯围电磁场理论