动生电动势和感生电动势教学文稿.ppt

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1、动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势13-2 13-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势 b b、感应电流的效果总是反抗引起感应电感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因。流的原因。c c、直接由、直接由感应电动势的符号来确定其方向。感应电动势的符号来确定其方向。即由即由b b指向指向a a。的正方向与的正方向与 的正方向符合右手螺旋的正方向符合右手螺旋。213-2 13-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势 法拉第电磁感应定律告诉我们：法拉第电磁感应定律告诉我们：当穿过闭合回路中的磁通量发生变化当穿过闭合回路中的磁通量发生变化时，回路中就会产生感应电动势。穿时

2、，回路中就会产生感应电动势。穿过闭合回路中的磁通量变化主要有下过闭合回路中的磁通量变化主要有下述不同方式：述不同方式：313-2 13-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势413-2 13-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势 电动势电动势+-I 闭合电路的总电动势闭合电路的总电动势 :非静电的电场强度非静电的电场强度.1）稳恒磁场中的导体运动）稳恒磁场中的导体运动 2）导体不动，磁场变化）导体不动，磁场变化动生电动势动生电动势感生电动势感生电动势引起磁通量变化的原因引起磁通量变化的原因一一 动生电动势动生电动势513-2 13-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感

3、生电动势:非静电的电场强度非静电的电场强度.613-2 13-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势 AB（一）（一）动生电动势的成因分析动生电动势的成因分析：713-2 13-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势 ABff+813-2 13-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势 AB+金属导轨将导体棒金属导轨将导体棒AB两端连接起来，这两端连接起来，这样在导轨中将出现沿着样在导轨中将出现沿着ACB方向的电场，金属方向的电场，金属中的自由电子在电场力作用下沿着中的自由电子在电场力作用下沿着BCA方向定方向定向运动，形成沿着向运动，形成沿着ACB方向的电流。方向

4、的电流。913-2 13-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势 AB+f 随着电子定向运动到随着电子定向运动到A端，两端累积的电荷端，两端累积的电荷减少，电场减弱，向下的洛仑兹力将大于向上减少，电场减弱，向下的洛仑兹力将大于向上的电场力。在洛仑兹力的作用下，电子克服电的电场力。在洛仑兹力的作用下，电子克服电场力继续从场力继续从A端通过导体棒回到端通过导体棒回到B端，从而保持端，从而保持两端有稳定的电荷累积，有稳定的电势差两端有稳定的电荷累积，有稳定的电势差。1013-2 13-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势 运动导体棒运动导体棒AB作为电源，电源，A端相当于电源的

5、端相当于电源的正极，正极，B端相当于负极；不断地将电子从电源端相当于负极；不断地将电子从电源A端通过电源内部搬运到电源端通过电源内部搬运到电源B端端,洛仑兹力就是此洛仑兹力就是此电源的非静电力，即动生电动势中的非静电力。电源的非静电力，即动生电动势中的非静电力。AB1113-2 13-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势设杆长为设杆长为（二）（二）动生电动势的表达式动生电动势的表达式非静电场非静电场洛伦兹力洛伦兹力动生电动势的动生电动势的非非静电力静电力+OP-+1213-2 13-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势讨讨论论（1）洛仑兹力是否做功？）洛仑兹力是否做功？

6、AB1313-2 13-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势 AB对电子做正功！对电子做正功！1413-2 13-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势 AB对电子做负功！对电子做负功！1513-2 13-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势 AB总洛仑兹力与总速度垂直，不做功！总洛仑兹力与总速度垂直，不做功！1613-2 13-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势 AB讨讨论论（2）回路中的电能从何而来？）回路中的电能从何而来？外力克服安培力所做的功转化为回路中的电能！外力克服安培力所做的功转化为回路中的电能！1713-2 13-2 动生电动势和

7、感生电动势动生电动势和感生电动势（3）动生电动势与切割磁场线）动生电动势与切割磁场线为：为：线元在单位时间线元在单位时间 切割的磁场线切割的磁场线讨讨论论1813-2 13-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势例例1 已知已知:求求:+L 均匀磁场均匀磁场 平动平动解：解：1913-2 13-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势+L 典型结论典型结论特例特例+2013-2 13-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势例例2 有一半圆形金属导线在匀强磁场中作切割磁有一半圆形金属导线在匀强磁场中作切割磁 力线运动。力线运动。已知：已知：求：动生电动势。求：动生电动

8、势。+R作辅助线，形成闭合回路作辅助线，形成闭合回路方向：方向：解：解：方法一方法一2113-2 13-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势+解：解：方法二方法二+R方向：方向：2213-2 13-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势均匀磁场均匀磁场 转动转动例例3 如图，长为如图，长为L的铜棒在磁感应强度为的铜棒在磁感应强度为的均匀磁场中，以角速度的均匀磁场中，以角速度绕绕O轴转动。轴转动。求：棒中感应电动势的大小求：棒中感应电动势的大小 和方向。和方向。2313-2 13-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势解：解：方法一方法一取微元取微元 符号表明方向

9、为符号表明方向为2413-2 13-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势方法二方法二作辅助线，形成闭合回路作辅助线，形成闭合回路OACO符号表示方向沿符号表示方向沿AOCAOC、CA段没有动生电动势段没有动生电动势把铜棒换成金属圆盘，把铜棒换成金属圆盘，中心和边缘之间的电动势是多少？中心和边缘之间的电动势是多少？2513-2 13-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势例例4 一直导线一直导线CD在一无限长直电流磁场中作在一无限长直电流磁场中作 切割磁力线运动。求：动生电动势。切割磁力线运动。求：动生电动势。abIl解：解：方法一方法一方向方向2613-2 13-2 动生

10、电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势方法二方法二abI作辅助线，作辅助线，方向方向形成闭合回路形成闭合回路CDEF2713-2 13-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势思考思考abI做法对吗？做法对吗？2813-2 13-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势二、感生电动势和感生电场二、感生电动势和感生电场1、感生电动势、感生电动势由于磁场发生变化由于磁场发生变化而激发的电动势而激发的电动势电电磁磁感感应应非静电力非静电力 洛仑兹力洛仑兹力感生电动势感生电动势动生电动势动生电动势非静电力非静电力2913-2 13-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势 变

11、化的磁场变化的磁场在其周围空间会激发一种涡旋状在其周围空间会激发一种涡旋状的电场，称为的电场，称为涡旋电场涡旋电场或或感生电场感生电场。记作。记作 或或感生电动势感生电动势非静电力非静电力感生电场力感生电场力由电动势的定义由电动势的定义2、麦克斯韦假设麦克斯韦假设：3013-2 13-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势结合法拉第电磁感应定律结合法拉第电磁感应定律由电动势的定义由电动势的定义3113-2 13-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势讨论讨论 2）S 是以是以 L 为边界的任一曲面。为边界的任一曲面。的法线方向应选得与曲线的法线方向应选得与曲线 L的积分方向

12、成右手螺旋关的积分方向成右手螺旋关系系1）此式反映变化磁场和感生电场的相互关此式反映变化磁场和感生电场的相互关系，系，即感生电场是由变化的磁场产生的。即感生电场是由变化的磁场产生的。3213-2 13-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势与与构成左旋关系。构成左旋关系。4）是曲面上的任一面元上磁感应强度的变化率是曲面上的任一面元上磁感应强度的变化率不是积分回路线元上的磁感应强度的变化率不是积分回路线元上的磁感应强度的变化率3）3313-2 13-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势5）感生电场电力线感生电场电力线 3413-2 13-2 动生电动势和感生电动势动生电动势

13、和感生电动势由静止电荷产生由静止电荷产生由变化磁场产生由变化磁场产生线是线是“有头有尾有头有尾”的，的，是一组闭合曲线是一组闭合曲线起于正电荷而终于负电荷起于正电荷而终于负电荷线是线是“无头无尾无头无尾”的的感生电场（涡旋电场）感生电场（涡旋电场）静电场（库仑场）静电场（库仑场）具有电能、对电荷有作用力具有电能、对电荷有作用力具有电能、对电荷有作用力具有电能、对电荷有作用力3513-2 13-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势特特点点磁场不变，闭合电路磁场不变，闭合电路的整体或局部在磁场的整体或局部在磁场中运动导致回路中磁中运动导致回路中磁通量的变化通量的变化闭合回路的任何部分闭

14、合回路的任何部分都不动，空间磁场发都不动，空间磁场发生变化导致回路中磁生变化导致回路中磁通量变化通量变化动生电动势动生电动势感生电动势感生电动势非静非静电力电力感生电场力感生电场力洛仑兹力洛仑兹力原原因因由于由于S的变化引起的变化引起回路中回路中 m变化变化由于由于 的变化引起的变化引起回路中回路中 m变化变化3613-2 13-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势3、感生电场的计算、感生电场的计算例例1 局限于半径局限于半径 R 的圆柱形空间内分布有均的圆柱形空间内分布有均匀磁场，匀磁场，方向如图。磁场的变化率方向如图。磁场的变化率求：圆柱内、外的求：圆柱内、外的 分布。分布。3

15、713-2 13-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势方向：逆时针方向方向：逆时针方向3813-2 13-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势讨论讨论负号表示负号表示与与反号反号与与 L 积分方向切向同向积分方向切向同向与与 L 积分方向切向相反积分方向切向相反3913-2 13-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势在圆柱体外，由于在圆柱体外，由于B=0上上于是于是虽然虽然每点为每点为 0，在在但在但在 上则并非如此。上则并非如此。由图可知，这个圆面积包括柱体内部分的面积，而柱由图可知，这个圆面积包括柱体内部分的面积，而柱体内体内上上故故4013-2 13-

16、2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势方向：逆时针方向方向：逆时针方向4113-2 13-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势4213-2 13-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势利用涡旋电场对电子进行加速利用涡旋电场对电子进行加速电子束电子束电子枪电子枪靶靶三三 电子感应加速器电子感应加速器4313-2 13-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势BEK.R环形真空室环形真空室电子轨道电子轨道OBFv4413-2 13-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势R环形真空室环形真空室电子轨道电子轨道OBFv由洛伦兹力和由洛伦兹力和牛顿第二定

17、律，有牛顿第二定律，有其中，其中，BR为电子轨道所在处的磁感强度为电子轨道所在处的磁感强度.4513-2 13-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势四、四、涡电流（涡流）涡电流（涡流）大块的金属在磁场中运动，或处在变化的磁大块的金属在磁场中运动，或处在变化的磁场中，金属内部也要产生感应电流，这种电流在场中，金属内部也要产生感应电流，这种电流在金属内部自成闭合回路，称为金属内部自成闭合回路，称为涡电流或涡流涡电流或涡流。铁芯铁芯交交流流电电源源涡流线涡流线4613-2 13-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势涡电流的热效应涡电流的热效应利用涡电流进行加热利用涡电流进行加热利利1、冶炼难熔金属及特种合金、冶炼难熔金属及特种合金2、家用、家用 如：电磁灶如：电磁灶3、电磁阻尼、电磁阻尼铁芯铁芯交交流流电电源源涡流线涡流线弊弊热效应过强、温度过高，热效应过强、温度过高，易破坏绝缘，损耗电能，还可能造成事故易破坏绝缘，损耗电能，还可能造成事故减少涡流：减少涡流：1、选择高阻值材料选择高阻值材料2、多片铁芯组合、多片铁芯组合47结束结束