2021-2022学年高二物理竞赛课件：非静电力为运动电荷所受的洛伦兹力.pptx

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1、非静电力为运动电荷所受的洛非静电力为运动电荷所受的洛伦兹力伦兹力结果一样！若以若以 表示非静电场强，则有表示非静电场强，则有+-AB非静电力为运动电荷所受的洛伦兹力非静电力为运动电荷所受的洛伦兹力动生电动势是运动电荷受洛伦兹力的结果动生电动势是运动电荷受洛伦兹力的结果.x xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx x 任任意意形形状状的的导导线线回回路路L L，在在恒恒定定磁磁场场中中运运动动或形变，回路中产生的动生电动势为或形变，回路中产生的动生电动势为非静电力非静电力即单位电荷所受到的洛仑兹力，所以非静电即单位电荷所受到的洛仑兹力，所以非静电

2、力来源于洛仑兹力。力来源于洛仑兹力。动生电动势是洛仑兹力作功的结果？动生电动势是洛仑兹力作功的结果？再论洛仑兹力不做功再论洛仑兹力不做功因洛仑兹力垂直于因洛仑兹力垂直于v，所以功率，所以功率非静电力来源于洛仑兹力。但洛仑兹力不做功，非静电力来源于洛仑兹力。但洛仑兹力不做功，是否矛盾？是否矛盾？分析：分析：导体内自由电子速度为,v是随导体一起运动速度,u是导体内自由电子相对导体的定向运动速度.f为非静电力来源为非静电力来源，欲使导体棒以，欲使导体棒以v向右运动，必须向右运动，必须克服克服f，即外力克服即外力克服f做负功。做负功。可以证明，洛仑兹力可以证明，洛仑兹力f所作的正功等于所作的正功等于f

3、对棒所作的对棒所作的负功。负功。f对对棒所作的功率棒所作的功率f对对棒所作的功率棒所作的功率所以所以F的总功率为：的总功率为：即即:故故洛仑兹力作用并不是提供能量，而是传递能量洛仑兹力作用并不是提供能量，而是传递能量，即，即把外力克服洛仑兹力的一个分量把外力克服洛仑兹力的一个分量f所做的功通过另一所做的功通过另一个洛仑兹力分量个洛仑兹力分量f转化为感应电流的能量。转化为感应电流的能量。动生电动势的计算动生电动势的计算a.直接利用动生电动势表达式直接利用动生电动势表达式 进行计算进行计算.b.利用法拉第电磁感应定律计算利用法拉第电磁感应定律计算1)闭合回路整体或局部在稳恒磁场中运动闭合回路整体或

4、局部在稳恒磁场中运动.2)一段导线在磁场中运动一段导线在磁场中运动.可设想添加辅助线构成闭合回路计算可设想添加辅助线构成闭合回路计算.一段导线的动生电动势的大小等于它在单位时间内扫过的面积的一段导线的动生电动势的大小等于它在单位时间内扫过的面积的磁通磁通.Lorentz Lorentz 力不作功，只传递能量力不作功，只传递能量由此可得金属棒上总电动势为由此可得金属棒上总电动势为例例1 1 长为长为L L的铜棒在磁感强度为的铜棒在磁感强度为 的均匀磁场中，以角速度的均匀磁场中，以角速度 在与磁场方向垂直的平面内绕棒的一端在与磁场方向垂直的平面内绕棒的一端O 匀速转动，如图所示，匀速转动，如图所示

5、，求棒中的动生电动势。求棒中的动生电动势。在铜棒上距在铜棒上距O点为点为 处取线处取线元元 ，其方向沿，其方向沿O O指向指向A A，其，其运动速度的大小运动速度的大小 。解解 显然显然 、相互垂直，相互垂直，所以所以 上的动生电动势为上的动生电动势为因为因为 ，所以，所以 的方向为的方向为A 0，即，即O点电势较高点电势较高.例例2 2 直导线直导线ab以速率以速率 沿平行于长直载流导线的方向运沿平行于长直载流导线的方向运动，动，ab与直导线共面，且与它垂直，如图所示。设直导线中与直导线共面，且与它垂直，如图所示。设直导线中的电流强度为的电流强度为I I，导线，导线ab长为长为L L，a端到

6、直导线的距离为端到直导线的距离为d，求，求导线导线ab中的动生电动势，并判断哪端电势中的动生电动势，并判断哪端电势较高。较高。解解（1 1）应用）应用 求解求解 在导线在导线ab所在的区域所在的区域,长直载流长直载流导线在距其导线在距其r 处取一线元处取一线元d dr,方向向方向向右。右。由于由于 ,表明电动势的方向由表明电动势的方向由a 指向指向b,b 端电势较高。端电势较高。在磁场中转动的线圈内的感应电动势在磁场中转动的线圈内的感应电动势在磁场中转动的线圈内的感应电动势在磁场中转动的线圈内的感应电动势 设矩形线圈设矩形线圈ABCD 的匝数为的匝数为N ,面积为面积为S，使这线圈在匀强磁场中

7、使这线圈在匀强磁场中绕固定的轴线绕固定的轴线OO 转动，转动，磁感应强度磁感应强度 与与 轴轴垂直。当垂直。当 时，时，与与 之间的夹角为零，经过之间的夹角为零，经过时间时间 ，与与 之间的之间的夹角为夹角为 。在匀强磁场内转动在匀强磁场内转动的线圈中所产生的电动的线圈中所产生的电动势是随时间作周期性变势是随时间作周期性变化的，这种电动势称为化的，这种电动势称为交变电动势交变电动势。在交变电动势的在交变电动势的作用下，线圈中的电流也是交变的，称为作用下，线圈中的电流也是交变的，称为交变电流或交变电流或交流交流。交变电动势和交变电流交变电动势和交变电流在磁场中运动的导线内的感应电动势在磁场中运动的导线内的感应电动势