变化的电场和磁场PPT讲稿.ppt
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1、变化的电场和磁场2023/1/17变化的电场和磁场变化的电场和磁场第1页,共68页,编辑于2022年,星期六2023/1/17变化的电场和磁场变化的电场和磁场法法 拉拉 第第 电电 磁磁 感感 应应 定定 律律二、电磁感应定律二、电磁感应定律二、电磁感应定律二、电磁感应定律几点说明:几点说明:第2页,共68页,编辑于2022年,星期六2023/1/17变化的电场和磁场变化的电场和磁场法法 拉拉 第第 电电 磁磁 感感 应应 定定 律律几点说明:几点说明:“”号号反映感应电动势的方向与磁通量变化之间反映感应电动势的方向与磁通量变化之间的关系。的关系。楞次定律(楞次定律(1833年):年):感应电
2、动势产生的感感应电动势产生的感应电流的方向,总是使感应电流的磁场通应电流的方向,总是使感应电流的磁场通过回路的磁通量过回路的磁通量阻碍阻碍原磁通量的原磁通量的变化变化。第3页,共68页,编辑于2022年,星期六2023/1/17变化的电场和磁场变化的电场和磁场法法 拉拉 第第 电电 磁磁 感感 应应 定定 律律几点说明:几点说明:第4页,共68页,编辑于2022年,星期六2023/1/17变化的电场和磁场变化的电场和磁场法法 拉拉 第第 电电 磁磁 感感 应应 定定 律律几点说明:几点说明:先求总的磁通量先求总的磁通量,再对时间求导。,再对时间求导。第5页,共68页,编辑于2022年,星期六2
3、023/1/17变化的电场和磁场变化的电场和磁场法法 拉拉 第第 电电 磁磁 感感 应应 定定 律律几点说明:几点说明:如果闭合回路中电阻为如果闭合回路中电阻为R,则回路中的感应电流为:则回路中的感应电流为:感应电量与回路中磁通量的变化量有关,而与磁通感应电量与回路中磁通量的变化量有关,而与磁通量变化的快慢无关。量变化的快慢无关。第6页,共68页,编辑于2022年,星期六2023/1/17变化的电场和磁场变化的电场和磁场解:解:由楞次定律得感应电动势的方向为:顺时针由楞次定律得感应电动势的方向为:顺时针第7页,共68页,编辑于2022年,星期六2023/1/17变化的电场和磁场变化的电场和磁场
4、例例8.2:均匀磁场中刚性线圈绕固定轴均匀磁场中刚性线圈绕固定轴OO转动,匝数转动,匝数N,面积,面积S,两,两端与外电路连接,当外力使线圈以端与外电路连接,当外力使线圈以转动,求其中的感应电动势。转动,求其中的感应电动势。它是交流发电机的原理装置,其结论适合任何它是交流发电机的原理装置,其结论适合任何均匀磁场均匀磁场均匀磁场均匀磁场中中转动线圈所产生的感应电动势。转动线圈所产生的感应电动势。第8页,共68页,编辑于2022年,星期六2023/1/17变化的电场和磁场变化的电场和磁场例:例:长直导线载恒流长直导线载恒流I,线框,线框N匝,左边与导匝,左边与导线相距线相距c。设线框以。设线框以v
5、垂直导线向右运动。垂直导线向右运动。求线框中感应电动势。求线框中感应电动势。由楞次定律得感应电动势的方向为:顺时针由楞次定律得感应电动势的方向为:顺时针解:解:第9页,共68页,编辑于2022年,星期六2023/1/17变化的电场和磁场变化的电场和磁场非常类似于水泵抽水!非常类似于水泵抽水!“法法”律与动生电动势的关系律与动生电动势的关系一、一、电源电动势的定义电源电动势的定义第10页,共68页,编辑于2022年,星期六2023/1/17变化的电场和磁场变化的电场和磁场二、二、动生电动势的机理动生电动势的机理产生动生电动势的非静电力是洛伦兹力产生动生电动势的非静电力是洛伦兹力“法”律与动生电动
6、势的关系第11页,共68页,编辑于2022年,星期六2023/1/17变化的电场和磁场变化的电场和磁场动生电动势的一般表达式动生电动势的一般表达式“法”律与动生电动势的关系第12页,共68页,编辑于2022年,星期六2023/1/17变化的电场和磁场变化的电场和磁场可以证明可以证明当当B B不随时间变时,感应电动势就等于动生电动势不随时间变时,感应电动势就等于动生电动势验证:验证:abcd“法”律与动生电动势的关系第13页,共68页,编辑于2022年,星期六2023/1/17变化的电场和磁场变化的电场和磁场三、动生电动势的计算三、动生电动势的计算计算动生电动势的两种方法:计算动生电动势的两种方
7、法:“法”律与动生电动势的关系第14页,共68页,编辑于2022年,星期六2023/1/17变化的电场和磁场变化的电场和磁场例:例:长直导线载恒流长直导线载恒流I,线框,线框N匝,左边与导匝,左边与导线相距线相距c。设线框以。设线框以v垂直导线向右运动。求垂直导线向右运动。求线框中感应电动势。线框中感应电动势。由楞次定律得感应电动势的方向为:顺时针由楞次定律得感应电动势的方向为:顺时针解:解:第15页,共68页,编辑于2022年,星期六2023/1/17变化的电场和磁场变化的电场和磁场解法一:解法一:在铜棒上任取一小段在铜棒上任取一小段 dl,其产生的动生电动势为其产生的动生电动势为 例:例:
8、如图,铜棒如图,铜棒 OA 长为长为 L,在方向垂直于屏幕内的磁场在方向垂直于屏幕内的磁场 中,沿逆中,沿逆时针方向绕时针方向绕 O 轴转动,角速度为轴转动,角速度为,求铜棒中的动生电动势。若是半求铜棒中的动生电动势。若是半径为径为 R 的铜盘绕的铜盘绕 O 轴转动,则盘心轴转动,则盘心 O 点和铜盘边缘之间的电势差为多少?点和铜盘边缘之间的电势差为多少?第16页,共68页,编辑于2022年,星期六2023/1/17变化的电场和磁场变化的电场和磁场整个铜棒产生的动生电动势为整个铜棒产生的动生电动势为(O点电势高)点电势高)(1)若为铜盘,则动生电动势仍为)若为铜盘,则动生电动势仍为 (2)若轴
9、的半径为)若轴的半径为R2,盘的半径为盘的半径为R1,则动生电动势为:则动生电动势为:第17页,共68页,编辑于2022年,星期六2023/1/17变化的电场和磁场变化的电场和磁场解法二:解法二:取扇形面积取扇形面积OCA,其面积为:其面积为:由法拉第电磁感应定律,得由法拉第电磁感应定律,得穿过它的磁通量为穿过它的磁通量为由楞次定律得动生电动势的方向为:逆时针即由楞次定律得动生电动势的方向为:逆时针即第18页,共68页,编辑于2022年,星期六2023/1/17变化的电场和磁场变化的电场和磁场若铜棒绕如图的若铜棒绕如图的 O 点转动,那么点转动,那么 A、B 两点的电势差两点的电势差UAB第1
10、9页,共68页,编辑于2022年,星期六2023/1/17变化的电场和磁场变化的电场和磁场 例:例:如图,一长直导线中通有电流如图,一长直导线中通有电流 I,有一长为有一长为 l 的金属棒的金属棒AB与导线垂直共面。当棒与导线垂直共面。当棒 AB 以速度以速度 v 平行于长直导线匀速平行于长直导线匀速运动时,求棒运动时,求棒 AB 产生的动生电动势。已知棒的一端到导线产生的动生电动势。已知棒的一端到导线的垂直距离为的垂直距离为 a。解:解:在金属棒在金属棒 AB上任取上任取 dx第20页,共68页,编辑于2022年,星期六2023/1/17变化的电场和磁场变化的电场和磁场若金属棒与水平方向成若
11、金属棒与水平方向成角,其产生的电动势大小为角,其产生的电动势大小为第21页,共68页,编辑于2022年,星期六2023/1/17变化的电场和磁场变化的电场和磁场例例(习题习题8-5).一导体被弯成附图所示的形状,放在均匀磁场一导体被弯成附图所示的形状,放在均匀磁场B中,为半中,为半径径R的的3/4圆弧,圆弧,若此导线以角速度,若此导线以角速度 绕通过绕通过o点并与磁场平行的点并与磁场平行的轴逆时针匀速转动,求此导线轴逆时针匀速转动,求此导线oab中的动生电动势。并指出哪一端电势高。中的动生电动势。并指出哪一端电势高。解:解:作辅助线连接作辅助线连接ob,由于闭合回路,由于闭合回路oabo在转动
12、过程在转动过程中磁通量不变,所以总电动势为零。中磁通量不变,所以总电动势为零。故有故有 方向:方向:b a o,o点点电势电势高高 第22页,共68页,编辑于2022年,星期六2023/1/17变化的电场和磁场变化的电场和磁场例:例:有一根导线有一根导线ab,弯成半径为弯成半径为R的半圆形,如它在均匀磁的半圆形,如它在均匀磁场场B中,以直径中,以直径ab为轴作匀角速转动,设角速度为为轴作匀角速转动,设角速度为,求,求当半圆形导线所在平面和磁场平行时,当半圆形导线所在平面和磁场平行时,ab两端的动生电两端的动生电动势。动势。第23页,共68页,编辑于2022年,星期六2023/1/17变化的电场
13、和磁场变化的电场和磁场作业:8-1 8-3 8-4 8-5 8-6 第24页,共68页,编辑于2022年,星期六2023/1/17变化的电场和磁场变化的电场和磁场“法法”律与感生电动势的关系律与感生电动势的关系思考(思考(1)感生电动势感生电动势?机理?机理?(2)感应、感生、动生电动势的区别?感应、感生、动生电动势的区别?(3)感生电动势的计算?)感生电动势的计算?第25页,共68页,编辑于2022年,星期六2023/1/17变化的电场和磁场变化的电场和磁场一、感生电动势的机理一、感生电动势的机理 当磁通曲积当磁通曲积S不变,由于磁场随时间变化而引起磁通不变,由于磁场随时间变化而引起磁通量的
14、变化产生的感应电动势为量的变化产生的感应电动势为感生电动势感生电动势。Maxwell的假设的假设:变化的磁场总是在其周围激发:变化的磁场总是在其周围激发感生电场或涡旋电场感生电场或涡旋电场。产生感生电动势的非静电力为感生电场力或涡旋电场力产生感生电动势的非静电力为感生电场力或涡旋电场力.第26页,共68页,编辑于2022年,星期六2023/1/17变化的电场和磁场变化的电场和磁场涡旋电场的性质(与静电场相比较)涡旋电场的性质(与静电场相比较)1.在激发电场,对电场中电荷产生力的作用上在激发电场,对电场中电荷产生力的作用上是一致的是一致的2.涡旋电场的电场线是闭合曲线,故涡旋电场涡旋电场的电场线
15、是闭合曲线,故涡旋电场不是保守力场,没有电势的概念不是保守力场,没有电势的概念第27页,共68页,编辑于2022年,星期六2023/1/17变化的电场和磁场变化的电场和磁场二、感应、感生、动生电动势的关系二、感应、感生、动生电动势的关系1.线圈线圈:2.线段线段:第28页,共68页,编辑于2022年,星期六2023/1/17变化的电场和磁场变化的电场和磁场ILabxdx例:例:在通有电流为在通有电流为 I=I0 cost 的长直载流导线旁,放置的长直载流导线旁,放置一矩形回路,如图所示,回路以速度一矩形回路,如图所示,回路以速度v 水平向右运动,求水平向右运动,求回路中的感应电动势。回路中的感
16、应电动势。解:解:如图所示取一窄带如图所示取一窄带dx,xo第29页,共68页,编辑于2022年,星期六2023/1/17变化的电场和磁场变化的电场和磁场ILabxdxxo第30页,共68页,编辑于2022年,星期六2023/1/17变化的电场和磁场变化的电场和磁场第31页,共68页,编辑于2022年,星期六2023/1/17变化的电场和磁场变化的电场和磁场理解:理解:第32页,共68页,编辑于2022年,星期六2023/1/17变化的电场和磁场变化的电场和磁场(1)电子感应加速器电子感应加速器 (2)涡旋电流)涡旋电流 热效应:高频加热炉,电磁灶。热效应:高频加热炉,电磁灶。机械效应:电磁阻
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