(精品)动生电动势和感生电动势.ppt

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1、 8-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势产生感应电动势的条件：穿过产生感应电动势的条件：穿过闭合回路闭合回路的的磁通磁通量变化量变化电磁感应定律：电磁感应定律：1 8-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势 法拉第发明的人类历史上第一台发电机法拉第发明的人类历史上第一台发电机-法拉第法拉第圆盘发电机是一个在磁场中转动的导体圆盘。圆盘发电机是一个在磁场中转动的导体圆盘。问：法拉第圆盘发电机的原理是什么？问：法拉第圆盘发电机的原理是什么？2 8-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势第一类：动生电动势：第一类：动生电动势：磁场恒定磁场恒定，导体或导体或回回路路磁场

2、磁场随时间变化随时间变化，导体导体第二类：第二类：感生电动势感生电动势：一、感应电动势分类一、感应电动势分类运动运动或回或回路静止路静止3 8-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势二、动生电动势（二、动生电动势（motional emf）1、动生电动势、动生电动势1 1）设回路）设回路正正方向：方向：顺时针顺时针2 2）通过）通过回路回路磁通量为：磁通量为：3 3）动生电动势为：）动生电动势为：负号表明：负号表明：动生动生电动势方向是反电动势方向是反时针时针Labl4 8-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势2、动生电动势的非静电力、动生电动势的非静电力导线导线ab是电

3、源是电源，动生动生电动势的非静电力？电动势的非静电力？Labl动生电动势的非静电力是洛仑兹力动生电动势的非静电力是洛仑兹力！导体内电子受洛仑兹力为导体内电子受洛仑兹力为洛仑兹力克服静电场力，洛仑兹力克服静电场力，将电子从将电子从高电位移向低电高电位移向低电位位作功，使导体作功，使导体ab两端形两端形成成电势差电势差，产生电动势产生电动势。5 8-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势动生电动势的非静电场强为动生电动势的非静电场强为3、动生电动势的计算方法、动生电动势的计算方法根据电动势的定义，根据电动势的定义，得导线得导线L L的动生电动势为：的动生电动势为：1 1）为为 与与 夹角

4、夹角，为为 与与 夹角夹角。讨论：讨论：6 8-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势x xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx x3 3）动生电动势方向的确定）动生电动势方向的确定动生电动势方向动生电动势方向:朝向朝向非静电场方向非静电场方向，由由右手定则确定右手定则确定。2 2）速度）速度、磁场磁场、导线导线L L三个相互垂直三个相互垂直，动生电，动生电动势为动势为7 8-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势 求解动生求解动生电动势的方法：电动势的方法：1、确定载流导线的确定载流导线的磁场大小和方向磁场大小和方向；2、

5、求导线中的动生电动势求导线中的动生电动势；3、由、由 确定动生电动势方向确定动生电动势方向。8 8-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势BPOdl+-例例1.1.在均匀磁场在均匀磁场 B B 中，中，长为长为L L杆杆以速度以速度运动。运动。求求棒的动生电动势棒的动生电动势。4 4、举例、举例解：解：因为速度、磁场和棒因为速度、磁场和棒三个相互垂直三个相互垂直，所以动生，所以动生电动势为电动势为电动势方向：电动势方向：O PO P，沿沿 方向方向9 8-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势w w oLBpdl例例2.2.在均匀磁场在均匀磁场B B中，长为中，长为L L铜

6、棒铜棒OPOP绕端点绕端点O O以角速以角速度度 垂直磁场逆时针转动。垂直磁场逆时针转动。求棒上的动生电动势求棒上的动生电动势。l10 8-2 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方向：电动势方向：O PO P，沿沿 方向方向。P P端为负极端为负极，O O端为正极端为正极。因为速度、磁场和棒因为速度、磁场和棒三个相互垂直三个相互垂直，所以动生，所以动生电动势为电动势为在距在距O O点点l 处处取线元取线元d dl。解：解：11 8-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势解：解：长直载流线产生的磁长直载流线产生的磁场为：场为：因为速度、磁场和棒因为速度、磁场和棒三个相互

7、垂直三个相互垂直，所以动生，所以动生电动势为电动势为例例3.3.一无限长载流一无限长载流I I的直线的直线旁边有一个直导线旁边有一个直导线ABAB，ABAB以速度以速度v v平行于载流直线运平行于载流直线运动。动。求求ABAB的动生电动势的动生电动势。12 8-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势 电动势的方向电动势的方向:B AB A，沿沿 方向方向。A A端是正极端是正极，B B端为负极端为负极。13 8-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势例例4.4.R R半径为半径为、厚为厚为h h的圆盘在磁场以角速度的圆盘在磁场以角速度 逆时逆时针转动。针转动。求圆盘的动生电

8、动势求圆盘的动生电动势。解：解：圆盘分成圆盘分成N N条杆，条杆，每每条杆上的动生电动势都条杆上的动生电动势都为为每条杆为电源每条杆为电源，圆盘等效圆盘等效N N个电个电源并联源并联。圆盘的动生电动势为圆盘的动生电动势为h hR RB B电动势方向：电动势方向：圆盘边缘指向圆心圆盘边缘指向圆心方向：指向圆心方向：指向圆心14 8-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势 例例5.一导线矩形框的平面与磁感强度为一导线矩形框的平面与磁感强度为 的均匀磁场相的均匀磁场相垂直。在此矩形框上，有一质量为垂直。在此矩形框上，有一质量为 长为长为 的可移动的细的可移动的细导体棒导体棒;矩形框还接有一

9、个电阻矩形框还接有一个电阻 。开始时，导体棒以。开始时，导体棒以速度速度 运动。运动。求棒的速率随时间变化的关系求棒的速率随时间变化的关系。解：解：棒受棒受安培力为安培力为方向沿方向沿 轴负向轴负向+棒棒的动生电动势为的动生电动势为15 8-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势棒的棒的运动方程为运动方程为积分得积分得计算得计算得棒的速率随时间变化的函数关系为棒的速率随时间变化的函数关系为+16 8-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势三、感生电动势三、感生电动势1 1、闭合回路闭合回路中中感生电动势为感生电动势为闭合回路闭合回路L L是电源是电源，产生感生电动势的非静电

10、力？产生感生电动势的非静电力？2 2、感生电场感生电场麦克斯韦提出：麦克斯韦提出：时间变化磁场产生非静电性的时间变化磁场产生非静电性的电场电场 ，称为，称为感生电场感生电场(涡旋电场）涡旋电场）。感生电动势的非静电场是感生电场感生电动势的非静电场是感生电场！即：！即：17 8-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势上式为上式为感生电场与时间变化磁场的关系感生电场与时间变化磁场的关系。该表该表示：示：时间变化的磁场要产生感生电场时间变化的磁场要产生感生电场。因为因为18 8-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势构成右手螺旋关系构成右手螺旋关系。与与 19 8-2 动生电动势

11、和感生电动势动生电动势和感生电动势静电场静电场感生电场感生电场场源场源由静止电荷激发由静止电荷激发由变化的磁场激发由变化的磁场激发电电力力线线形形状状电力线为非闭合曲线电力线为非闭合曲线电力线为闭合曲线电力线为闭合曲线静电场为有源场静电场为有源场感生电场为无源场感生电场为无源场3 3、感生电场和静电场的对比感生电场和静电场的对比20 8-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势电电场场的的性性质质静电场静电场感生电场感生电场对电荷有力的作用对电荷有力的作用对电荷有力的作用对电荷有力的作用保守场保守场,可引入势可引入势(能能)非保守场非保守场,不能引入势不能引入势(能能)静电场为有源场静

12、电场为有源场感生电场为无源场感生电场为无源场感生电场与磁场相似感生电场与磁场相似！21 8-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势4 4、感生电动势的计算方法、感生电动势的计算方法方法方法1 1：由法拉第电磁感应定律计算：由法拉第电磁感应定律计算普遍有普遍有效效方法方法2 2：已知感生电场已知感生电场 ，由由感生电动势感生电动势的定义计算的定义计算22 8-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势例例1.1.磁场均匀分布在半径为磁场均匀分布在半径为R R 的圆形区域内的圆形区域内，且且磁场磁场随时间均匀增加随时间均匀增加 。求空间感生电场的分布求空间感生电场的分布。解：解：由

13、于磁场增加，因此由于磁场增加，因此圆形圆形磁场区域内磁场区域内、外感生电场外感生电场 的力线为一系列同心圆的力线为一系列同心圆，在圆在圆上各点的感生电场大小相等上各点的感生电场大小相等，方向沿逆时针方向方向沿逆时针方向。感生电场沿回路感生电场沿回路L L积分为：积分为：o o o oR R R R1 1、r R r R r R 感生电场感生电场 E E E Ek k k kR Rr ro oE E感感分布分布曲线曲线o o o oR R R R感生电场沿回路感生电场沿回路L L积分：积分：24 8-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势三、电磁感应的一些应用三、电磁感应的一些应用1

14、1）涡电流涡电流(涡流涡流)的的热效应热效应-高频感应加热炉高频感应加热炉-变压器铁芯用绝缘硅钢变压器铁芯用绝缘硅钢 片叠成片叠成1 1、涡电流、涡电流 导体放在变化磁场中，变化磁场产生导体放在变化磁场中，变化磁场产生涡旋的感生涡旋的感生电场电场，感生电场作用在导体内的自由电荷上，感生电场作用在导体内的自由电荷上，使使电荷运动电荷运动，形成涡电流形成涡电流。I涡涡25 8-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势2 2）涡电流涡电流(涡流涡流)的的机械效应机械效应-电磁阻尼（电表，制动器）电磁阻尼（电表，制动器）-电磁驱动（异步感应电动机）电磁驱动（异步感应电动机）I涡涡26 8-2

15、动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势基本构思：使电子沿轴对称的基本构思：使电子沿轴对称的 感生电场电力感生电场电力线运动线运动，可不断加速可不断加速主要构件：主要构件：1)电磁铁，电磁铁，2)环形真空室环形真空室作用：电磁铁作用：电磁铁提供轴对称的时变提供轴对称的时变磁场和提供向心力磁场和提供向心力B方向：方向：加速：感生电场电力加速：感生电场电力线线沿沿逆时针逆时针1947年第一台v俯视图俯视图2 2、电子感应加速器速器电子感应加速器速器27 8-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势第第6 6次作业次作业 第第7 7章作业章作业 7171页页一、计算题一、计算题7 7，8 8，1010第第8章作业章作业 7373页页一、选择题一、选择题2,3,4,5,62,3,4,5,6，7 7，8 8，9 9二、填空题二、填空题1,3,5,6,7,81,3,5,6,7,8，9 928