与磁铁运动有关的电磁感应现象

磁铁相对于线圈运动,在线圈中产生感生电流是电磁感应的基本实验之一(图一),也是法拉弟电磁感应定律的实验基础,有关书籍对此实验都有介绍,但在解释实验现象时,不能简单地把图一等效地看作磁铁静止,线图运动,把磁场和电场作为不变量来处理,得出线圈中的感生电流来源于洛仑兹力(磁力).因为电磁现象不服从伽利略的相对性原理,即使在磁铁低速(υ　c)运动时,也不能使用林利略变换,因为这里涉及磁场和电场在不同参考系中的变换,本文对此作较深刻的分析,以期对这类感应现象有进一步的认识和理解. 由于电磁感应只服从爱因斯坦的相对性原理,因此正确…     

一个简单电磁力现象反映的相对论

两个静止的电荷只受到静电库仑力的作用, 当这两个电荷运动时, 一个运动电荷要在另一个电荷处产 生磁场, 另一个电荷还要受到洛伦兹力. 这一简单电磁力的变化反映了相对论, 只有用做匀速运动电荷电场的变化 与产生的磁场, 才能求出电荷受到的作用力, 也可以用相对论力的变换求出电荷受到的作用力     

感应电动势的相对性

关于电磁感应现象的相对性,已有不少讨论.当我们深入到一个闭合线圈的感应电动势的定量变换时,如果忽视了同时概念的相对性,就容易得出不正确的结论来[1].本文试图通过具体的例子来阐明这一点. 首先,为了避免同时概念的相对性带来的麻烦,设一平面闭合线圈固定在惯性系Σ'的x'=a平面内,该线圈相对于另一惯性系Σ,则是以匀速v垂直于四面沿x轴正向行进着.若Σ系里原有稳恒磁场B=B(x,y,z),由于运动线圈切割B线,线圈内产生的电动势 它将促使运动线圈的电量重新分布,从而又相应形成电场E;为简化讨论,假定它沿着线圈的环流为零,即这时,线圈内的电…     

毕奥萨伐尔定律建立的探讨

毕奥萨伐尔定律是电磁学中一个重要的定律。它是法国科学家毕奥和萨伐尔合作研究发现载流长直导线对磁极作用反比于距离的实验结果,并确定了电流对磁极作用力为横向力。该定律是由实验方法得到的,为了能够更好掌握毕萨定律的建立过程,我们尝试根据电磁场理论,应用电磁场变换的关系式推导运动电荷产生的磁场。进而得出经典物理学上的重要电磁规律---毕奥萨伐尔定律。在该条件下求出的毕萨定律,不仅适用条件清晰明了,同时为应用相对性原理解决问题做了充足准备。     

阴极射线偏转演示实验释疑

在“磁场对电流的作用力”和“磁场对运动电荷的作用力”教学中，阴极射线偏转演示实验起着承上启下的作用．在学生已知磁场对电流有作用力后，自然地提出磁场力是否直接作用于运动电荷？将阴极射线管放在马蹄形磁铁的两极间，从荧光屏上可以观察到：电子束的运动径迹发生弯曲．证明了我们的推想：运动电荷确实受到磁场力的作用．同时可以推论，不载电流的物体是不会使电子束发生偏转的．但是，当我们把一只手靠近射线管时，出乎意料的是电子束也发生了偏转！它偏离了手的方向．而用书本代替手做同样的实验时，却没有明显的偏离现象．为什么…     

探究电磁驱动现象组合教具的研发与自制

高中物理<选修3-2>第四章电磁感应第七节讲到电磁驱动:当磁场以某种方式运动时,导体中的安培力阻碍导体与磁场间的相对运动.本人通过对比法、实验法,用轴承制作旋转的磁场,用强磁铁代替U型磁铁,用易拉罐做不同形状不同厚度的铝框,在摸索中自制了探究电磁驱动现象的组合教具,它具有现象明显、直观、物美价廉的优点.     

普物教学中如何讲述电磁场变换

从洛伦兹力公式和运动电荷磁场出发，导出了两惯性系间电磁场的变换关系．     

在普通物理教学中引入磁场的一个方法

一、缘起 在普通物理教学中,可以在狭义相对论的基础上,通过运动电荷之间的相互作用,从理论上引入磁场概念,目前见到这样做的教科书,一本是A.P.French的“SpecialRelativity(狭义相对论)”(1968)。它根据下述基本事实:静止的源电荷对另一电荷 (不管它以多大速度运动)的作用力都由库仑定律给出,并利用了狭义相对论坐标变换关系。它导出运动的源电荷对另一运动电荷的作用力,除了电场E的作用外,还有一种力可归之于另一种场,叫磁场。该磁场B可根据下述定义由电场E给出式中v是运动源电荷的速度,该书还在此基础上讨论了直线电流的磁场分布。由…     

轴对称导体在均匀磁场中转动时的电荷分布及其电磁场的求解方法

指出了某些文献中的问题,根据电荷守恒定律,证明了由转动磁场所导致的电场E=±v×B的散度,并非与真实的电荷体密度有本质上的关联,而只是一种相对论效应.并根据电磁场变换原理,给出了轴对称导体在均匀稳恒磁场中转动时表面电荷密度及其电磁场的求解方法,得出了在均匀稳恒磁场中转动的导体球表面电荷密度及其电磁场.     

由相对论力的变换求匀速运动点电荷产生的磁场

在一个平面内有两个带负电的电荷,要受到相互排斥的库仑力作用,当平面以速度v运动时,这两个电荷的任何一个电荷,除受到库仑力作用外,还要受到洛仑磁力的作用。两个电荷由静止变为匀速运动,受到力的变化,只不过是在不同参考系观察而已,通过相对论力的变换求电荷受到力的变化,与电荷受到电磁力的变化是等效的,由此也可求出匀速运动电荷产生磁场的大小。     

从爱因斯坦火车到洛伦兹变换

爱因斯坦火车是狭义相对论中展示同时性的相对性的经典模型, 爱因斯坦利用该模型证明了“ 同时性 的相对性” . 在狭义相对论中, 空间和时间并不相互独立, 而是一个统一的四维时空整体, 不同惯性参考系之间的时 空坐标变换关系式与洛伦兹变换在数学表达式上是一致的, 通过分析爱因斯坦火车模型中光在不同惯性参考系内 到达车壁的时间, 利用简单的数学变换更加容易地得到了洛伦兹变换, 从而验证了洛伦兹变换在狭义相对论的核 心地位     

关于动生电动势起源的讨论

法拉第电磁感应定律统一描写了两种不同的物理现象：(1)曲面内磁通变化在构成曲面边界的闭合曲线上存在感应电动势；(2)在磁场中运动的曲线上存在动生电动势。虽然都知道这两个现象背后的基本规律均为麦克斯韦方程组和洛伦兹力公式，但是对现象(2)有不同的解释。本文从电荷轨道约束的角度讨论动生电动势的意义。对运动电荷的轨道进行约束需要对电荷施加一定的约束力。若预定轨道依赖于时间，约束力会对电荷作功，从而导致动生电动势，磁场在其中起着传递约束力的作用。我们通常不知道约束力的准确表达式。动生电动势的主要用处是让我们在分析电荷沿预定轨道运动的能量变化时无需求助于约束力，而这严格来说仅适用于准静态过程。电动势概念从准静态过程到迅变过程的推广并不唯一。本文把电动势一般地定义为：在单位正电荷瞬间走过某预定轨道的虚过程中外界对该电荷所作的虚功。这个定义同时适用于感应电动势和动生电动势，预定轨道曲线可以具有任意形状(开或闭合)并随时间变化。     

读“等效的磁荷观点”有感

文章在假想的“磁荷世界”中修改了麦克斯韦方程组和洛伦兹力公式.由磁的库仑定律出发,并根据磁荷与电荷产生的电磁场的等效性,得到真空中静磁场的高斯定理和环路定理.仿照“电荷世界”中的电流定义了磁流强度,又根据磁场的相对论变换,由毕奥—萨伐尔定律和法拉第电磁感应定律得到稳恒电场D的高斯定理和环路定理.     

运动电荷的电/磁场高斯定理的直接验证

尽管麦氏方程组的张量协变形式已然揭示了高斯定理的相对论协变性,但在大学物理的教学中仍然缺乏对运动电荷的高斯定理的切身体会与直接验证.本文首先运用电磁场张量变换的方法推导出运动电荷的电场与磁场强度,再运用积分及矢量运算的若干技巧,直接而简单地验证了高斯定理对于运动电荷的电场与磁场仍然满足,从而直接验证了电场与磁场的高斯定...     

纯相对的运动观必须批判──试评相对性原理

一、从牛顿的纯绝对运动观到 爱因斯坦的纯相对运动观 在经典力学中,牛顿把物体的运动机械地割裂为“绝对的和相对的,真正的和表现的,数学的和通常的”.在他看来,相对运动“不过是整体的和绝对的运动的一部分”,“是真正运动之差”.他认为自己的“水桶实验”找到了“直接与相对运动相反的水的真正绝对的旋转运动”。当物理学的发展深入到电磁现象的新领域时,光的传播定律就与体现这种形而上学的纯绝对运动观的经典相对性原理发生了严重的抵触. 爱因斯坦抓住电磁观象对于惯性运动也具有相对性的事实,把经典相对性原理推广为狭义相对性原理.他…     

在似稳条件下磁场的计算

在电磁学教学中计算似稳态的磁场时,一般教科书都明确指出,仍可用毕奥-沙伐尔定律,即(1)使用这一公式时,只需考虑真实电流,如低频交流电路中的传导电流、低速(v《c)运动电荷的运流电流,而不需考虑位移电流所激发的磁场。这就带来了几个问题:1.在计算低速运动电荷的磁场中为什么绝口不谈电荷运动引起的位移电流产生的磁场;2.考虑存在位移电流的情况下,安培环路定理必须修改而代之全电流定理 在真空情况下,可写为在磁场结构具有良好对称性的情况下用全电流定理求出磁场B,这是否会与根据(1)式计算出的结果相矛盾?3.在低频交流电路的局部地区,…     

电磁感应中的“佯谬”与电磁感应定律的表述

一、电磁感应定律的两种 表述形式 当一固定导体回路内磁通量发生变化时,回路中将产生感生电动势 固定感是变化磁场激发的感应电场产生的。 另一方面,当导体切割磁通时,运动导体中的电子将受洛仑力 F=(v× B),而在导体中产生动生电动势 稳定 因此当B随时间而变,而导体回路整体或部分又因运动而切割磁通时,回路中的总电动势为 感+6动= (1)式应是电磁感应定律的普遍表述,概念很清晰,但是许多书却宁愿把牛曼(1845年)导出的公式作为电磁感应定律的普遍表述,大概是这一表述形式简洁,符合物理学家把电磁感应现象作统一表述的要求,一些书还从(2)…     

谈谈感生电动势和动生电动势的相对性

有的书认为“……把感应电动势分成感生和动生的两种,这种分法在一定程度上只有相对意义。……”实际上这是感应电动势的相对性问题。我们知道由于运动的相对性,对于同一电磁现象的描述,因为所选用的参照系不同,而得到不同的电磁场量,这本来是电磁场量相对性的具体表现。那末对于描述处于磁场中的导体,因电磁感应而产生电动势这个问题是否同样具有相对性呢?应该说也是有相对性的。但是既然我们已经确定了有感生和动生的两种感应电动势,这就表明我们在描述感应电动势时,必须选择确定的参照系,比如我们描述动生电动势有赖于洛仑芘力,而洛仑芘…     

电磁感应中含容电路的问题设置误区——从一道错题谈起

电磁感应教学中有教师会让学生记忆电荷量与磁通量变化量、导体棒切割运动的位移成正比的结论.以一道含容电路试题为例,分析指出电磁感应含容电路问题中该结论的错误,并提供了正确的设问范例.     

关于感生电动势和动生电动势问题的讨论

一引言 常见的一些普物教材[1]中,在介绍法拉第电磁感应定律时,大都是按照磁通量变化的原因不同分成两种情形,一种是磁场不随时间变化,在运动导体内产生的动生电动势,引起它的非静电力是作用于运动电荷上的磁力.写成公式式中v为导体回路c的运动速度,B为磁感应强度矢量;另一种是导体不动,因磁场随时间变化而产生的感生电动势,引起它的非静电力是涡旋电场力.写成公式式中E旋是涡旋电场强度矢量,S为闭合回路c包围的面积. 试问:引起磁通量变化的两个因素同时存在时,产生的总感应电动势是上述两种电动势之和呢,还是存在二者之间的相互影响? 二…