第五章随时间变化的电磁场 麦克斯韦方程 教学要求:
1、深刻理解并掌握法拉第电磁感应定律和楞次定律。
2、深刻理解感应电场的概念,熟练掌握动生电动势和感生电动势的计算方法。 3、了解自感、互感观象及其规律,掌握自感系数、互感系数计算方法。 4、了解暂态过程中的物理特征,掌握RL、RC串联电路暂态过程的计算方法。对RLC 串联电路的暂过程能正确列出微分方程,并对其作定性分析。
5、理解磁能和磁能密度的概念,掌握自感磁能和互感能的计算方法.
6、深入理解位移电流的概念及其物理实质,会运用它讨论和求解有关的简单问题.
7、深刻领会麦克斯韦方程组及其物理意义
8、理解和掌握电磁波的基本性质、能流密度矢量的概念和求能流密度矢量的方法。
9、知道偶极子辐射场的基本情况,了解似稳电磁场和似稳电路的基本概念. 教学重点:
1、法拉第电磁感应定律 2、位移电流及其物理实质 3、麦克斯韦方程组及其物理意义 教学难点:
1、位移电流
2、电磁波的产生与辐射 §5.1 电磁感应现象与磁感应定律 §5.2 电磁感应现象的物理实质 §5.3 互感与自感
§5.4 LR电路中的暂态过程磁场的能量 §5.5 位移电流及其物理实质
§5.6 真空中的麦克斯韦方程组电磁波 §5.7 电磁场的能量与动量 §5.8 电磁波的产生辐射 §5.1 电磁感应现象与磁感应定律 1、电磁感应现象
实验指出,当通过闭合导线回路所圈围面积的磁通量发生变化时,回路中将产生电流。这种现象称为电磁感应现象,其电流称为感应电流,相应的电动势称为感应电动势。
2、楞次定律
大量实验表明:闭合回路中感应电流的方向,总是企图使感应电流产生的磁场去阻止引起该感应电流的磁感通量的变化,这一结论成为楞次定律。
①楞次定律是判断感应电动势方向的定律,只有在纯电阻电路中,感应电流和感应电
动势的方向才是完全一致的。
② 能量守恒定律要求感应电动势的方向服从楞次定律。 3、法拉第电磁感应定律
导线回路中感应电动势ε与通过回路圈围面积的磁感通量的变化率m d dt Φ成正比。在国
际单位制中,法拉第电磁感应定律的数学表达式为 m d dt εΦ=-
若回路由N 匝导线组成,当磁场对每一匝导线回路所圈围的磁感通量都是m Φ时,则N 匝回路中感应电动势为:
m m m d d N d N d t d t d t ψεΦΦ =-=- =-
式中m ψ=m N Φ称为磁通匝链数。
1感应电动势的大小只取决于磁感通量的变化率m d dt
Φ,与m Φ的大小及?m Φ无直接 关系。 2在用ε=-m
d dt Φ确定ε的方向时,必须满足下述约定,即ε和m Φ的正方向构成右手螺旋关系(如图所示,在这种约定下,所确定的ε的方向才与楞次定律相一致。因此,上式中的负号是楞次定律的数学表示,是楞次定律在这种正方向约定下的体现。 3当根据ε=-
m
d dt Φ中的负号来确定ε的方向时,应按以下几个步骤进行:
① 任意规定回路的一个绕行方向为回路的正方向,当ε取正值时,表示其方向与此方向一致;当ε取负值时,表示其方向与规定的方向相反。
② 用右手螺旋关系确定以回路为边界的曲面正法线矢量?n e 的方向。 ③ 由B 与?n e
的夹角为锐角或钝角来确定m Φ的正负,依此确定m d Φ的正负。 ④ 由ε=-