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8-2 动生电动势和感生电动势 产生感应电动势的条件：穿过闭合回路的磁通 量变化 电磁感应定律： 1 8-2 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 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？ 2 8-2 动生电动势和感生电动势 第一类：动生电动势：磁场恒定，导体或回路 磁场随时间变化，导体第二类：感生电动势： 一、感应电动势分类 运动 或回路静止 3 8-2 动生电动势和感生电动势 二、动生电动势（motional emf ） 1、动生电动势 1）设回路正方向：顺时针 2）通过回路磁通量为： 3）动生电动势为： 负号表明：动生电动势方向是反时针 L a b l 4 8-2 动生电动势和感生电动势 2、动生电动势的非静电力 导线ab是电源，动生电动势的非静电力？ L a b l 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 洛仑兹力克服静电场力， 将电子从高电位移向低电 位作功，使导体ab两端形 成电势差，产生电动势。 5 8-2 动生电动势和感生电动势 动生电动势的非静电场强为 3、动生电动势的计算方法 根据电动势的定义，得导线L的动生电动势为： 1） 为 与 夹角， 为 与 夹角。 讨论： 6 8-2 动生电动势和感生电动势 x x x x x x x x x x x x x x x x 3）动生电动势方向的确定 动生电动势方向: 朝向非静电场方向 ，由右手定则确定。 2）速度、磁场、导线L三个相互垂直，动生电 动势为 7 8-2 动生电动势和感生电动势 求解动生电动势的方法： 1、确定载流导线的磁场大小和方向； 2、求导线中的动生电动势； 3、由 确定动生电动势方向。 8 8-2 动生电动势和感生电动势 B P O dl + - 例1. 在均匀磁场 B 中， 长为L杆以速度运动。求 棒的动生电动势。 4、举例 解：因为速度、磁场和棒 三个相互垂直，所以动生 电动势为 电动势方向：O P，沿 方向 9 8-2 动生电动势和感生电动势 w o L B p dl 例2.在均匀磁场B中，长为L铜棒OP绕端点O以角速 度垂直磁场逆时针转动。求棒上的动生电动势。 l 10 8-2 动生电动势和感生电动势 电动势方向：O P，沿 方向。 P端为负极，O端为正极。 因为速度、磁场和棒三个相互垂直，所以动生 电动势为 在距O点l 处取线元dl。 解： 11 8-2 动生电动势和感生电动势 解：长直载流线产生的磁 场为： 因为速度、磁场和棒三个相互垂直，所以动生 电动势为 例3.一无限长载流I的直线 旁边有一个直导线AB，AB 以速度v平行于载流直线运 动。求AB的动生电动势。 12 8-2 动生电动势和感生电动势 电动势的方向: B A， 沿 方向。A端是正极， B端为负极。 13 8-2 动生电动势和感生电动势 例4. R半径为、厚为h的圆盘在磁场以角速度 逆时 针转动。求圆盘的动生电动势。 解：圆盘分成N条杆，每 条杆上的动生电动势都为 每条杆为电源，圆盘等效N个电 源并联。圆盘的动生电动势为 h h R R B B 电动势方向：圆盘边缘指向圆心 方向：指向圆心 14 8-2 动生电动势和感生电动势 例5. 一导线矩形框的平面与磁感强度为 的均匀磁场相 垂直。在此矩形框上，有一质量为 长为 的可移动的细 导体棒 ; 矩形框还接有一个电阻 。开始时，导体棒以 速度 运动。求棒的速率随时间变化的关系。 解： 棒受安培力为 方向沿 轴负向 + + + + + + 棒的动生电动势为 15 8-2 动生电动势和感生电动势 棒的运动方程为 积分得 计算得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 三、感生电动势 1、闭合回路中感生电动势为 闭合回路L是电源，产生感生电动势的非静电力？ 2、 感生电场 麦克斯韦提出：时间变化磁场产生非静电性的 电场 ，称为感生电场(涡旋电场）。 感生电动势的非静电场是感生电场！即： 17 8-2 动生电动势和感生电动势 上式为感生电场与时间变化磁场的关系。该表 示：时间变化的磁场要产生感生电场。 因为 18 8-2 动生电动势和感生电动势 构成右手螺旋关系。 与 19 8-2 动生电动势和感生电动势 静电场感生电场 场源 由静止电荷激发 由变化的磁场激发 电 力 线 形 状 电力线为非闭合曲线电力线为闭合曲线 静电场为有源场感生电场为无源场 3、 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 电 场 的 性 质 静电场感生电场 对电荷有力的作用对电荷有力的作用 保守场, 可引入势(能 ) 非保守场, 不能引入势(能 ) 静电场为有源场 感生电场为无源场 感生电场与磁场相似！ 21 8-2 动生电动势和感生电动势 4、感生电动势的计算方法 方法1：由法拉第电磁感应定律计算普遍有 效 方法2：已知感生电场 ，由感生电动势 的定义计算 22 8-2 动生电动势和感生电动势 例1. 磁场均匀分布在半径为R 的圆形区域内，且磁场 随时间均匀增加 。求空间感生电场的分布。 解：由于磁场增加，因此圆形 磁场区域内、外感生电场 的力线为一系列同心圆，在圆 上各点的感生电场大小相等， 方向沿逆时针方向。 感生电场沿回路L积分为： o o R R 1、 r R 感生电场 E Ek k R R r r o o E感分布 曲线 o o R R 感生电场沿回路L积分： 24 8-2 动生电动势和感生电动势 三、电磁感应的一些应用 1） 涡电流(涡流)的热效应 -高频感应加热炉 -变压器铁芯用绝缘硅钢 片叠成 1、涡电流 导体放在变化磁场中，变化磁场产生涡旋的感生 电场，感生电场作用在导体内的自由电荷上，使 电荷运动，形成涡电流。 I涡 25 8-2 动生电动势和感生电动势 2） 涡电流(涡流)的机械效应 -电磁阻尼（电表，制动器） -电磁驱动（异步感应电动机） I涡 26 8-2 动生电动势和感生电动势 基本构思：使电子沿轴对称的 感生电场电力线运动， 可不断加速 主要构件：1) 电磁铁，2) 环形真空室 作用：电磁铁 提供轴对称的时变 磁场和提供向心力 B方向： 加速：感生电场电力线沿逆时针 194