《电磁感应规律的应用》要点PPT课件

-,1,感生电动势和动生电动势,第5节电磁感应规律的应用,-,2,【复习回顾】,1、什么是电源？什么是电动势？,穿过闭合回路磁通量发生了变化，回路中产生感应电动势。产生感应电动势那部分导体相当于电源，哪一种作用扮演了非静电力的角色呢？,2、楞次定律,-,3,法拉第电磁感应定律指出，当穿过闭合回路的磁通量发生变化时，回路中就要产生感应电动势。,穿过闭合回路的磁通量发生变化的方式实质为两类：I、闭合回路面积不变，磁场随时间变化。II、磁场不变，闭合回路的面积随时间变化。,-,4,【演示实验】,一.电磁感应中的感生电场和感生电动势,变化的磁场在闭合电路中产生了感应电动势.哪一种作用扮演了非静电力的角色?,-,5,分析:磁场对静止电荷不会有洛伦兹力;静电力是电荷间的相互作用力,与磁场无关.,猜想:可能是变化的磁场对电荷产生作用力,-,6,英国物理学家麦克斯韦认为,变化的磁场会在空间激发一种电场.如果此刻空间存在闭合导体,导体中自由电荷就会在这种电场的作用下做定向移动,产生感应电流,或者说导体中产生感应电动势.变化的磁场在周围空间激发的电场,叫感生电场,由感生电场产生的感应电动势称为感生电动势.感生电动势的非静电力就是感生电场对自由电荷的作用力。,-,7,感生电场与静电场的区别,静电场E0,感生电场Ek,起源,由静止电荷激发,由变化的磁场激发,电场线形状,电场线为非闭合曲线,电场线为闭合曲线,Ek,静电场为有源场,感生电场为无源场,-,8,静电场E0,感生电场Ek,电场的性质,为保守场,可引入势(能),为非保守场,不可引入势(能),静电场为有源场,感生电场为无源场,他们间也有共性：具有场物质形式的所有共性；均对电荷有力的作用，且场强定义相同；在导体中，感生电场可引起电荷的积累从而建立静电场。,-,9,产生感生电动势的导体就是电源,其电路就是内电路,当它与外电路连接后就会对外电路供电.,感生电场是产生感应电流或感应电动势的原因,感生电场的方向同样可由楞次定律判断.,-,10,-,11,铁,芯,线圈,电,束,子,环形真空室,B,磁场,电子感应加速器是利用感生电场使电子加速的设备。,-,12,二.电磁感应中的洛伦兹力和动生电动势,导体切割磁感线也会产生感应电动势,该电动势产生的机理是什么?导体切割磁感线产生的感应电动势的大小与哪些因素有关?,-,13,理论分析：,v,f,f,f,【演示实验】,-,14,v,导体两端产生电势差动生电动势,动生电动势是导体中的自由电荷在磁场中受到洛仑兹力作用的结果。,f,-,15,三.动生电动势和感生电动势的划分,在某些情况下只有相对意义.例如在教科书图4.2-2所示的实验中,如果在相对于磁棒静止的参考系内观察，磁棒不动，空间各点的磁场也没有发生变化，而线圈在运动，线圈内的电动势是动生的但是，如果在相对于线圈静止的参考系内观察，则看到由于磁棒运动，引起空间磁场变化，因而线圈中的电动势是感生的在这种情况下，究意把电动势看作动生的还是感生的，决定于观察者所在的参考系然而，并不是在任何情况下都能通过参考系的变换把一种电动势归结为另一种电动势，教科书图4.2-5所示的实验就是一例子,图4.2-2,图4.2-5,-,16,小结,感应电场:由变化的磁场激发的电场.感生电动势:由感生电场产生的感应电动势称为感生电动势.动生电动势:由于导体运动而产生的感应电动势.,感生电动势和动生电动势,-,17,导体CD在匀强磁场B中以速度V向右运动,并且导线CD与B、V的方向相垂直,由于导体中的自由电子随导体一起运动.因此每个电子受到的洛伦兹力为F洛=eVB,F洛方向向下在力的作用下，自由电子沿导体向下运动，使导体下端出现过剩的负电荷,导体上端出现过剩的正电荷结果使导体上端C的电势高于下端D的电势,出现由C指向D的静电场,此时电场对自由电子的作用力是向上,与洛伦兹力方向相反,当二力互相平衡时，两端便产生一个稳定的电势差。,【理论分析】,-,18,可见,运动的导体CD就是一个电源,C为正极,自由电子受到洛伦兹力的作用,从端搬到端；也可以看作是正电荷受洛伦兹力的作用从端搬运到端这里洛伦兹力就相当于电源中的非静电力,根据电动势的定义,电动势等于单位正电荷从负极通过电源内部移动到正极非静电力所做的功,作用在单位正电荷上的洛伦兹力,于是动生电动势就是,与法拉第电磁感应定律得到的结果一致.,-,19,问题：洛伦兹力总与电荷的运动方向垂直.因此,洛伦兹力对电荷不做功.但是动生电动势又等于洛伦兹力搬运单位正电荷所做的功,两者是否矛盾？,其实并不矛盾运动导体中的自由电子，不仅随导体以速度v运动，而且还沿导体v做定向运动，正是这个定向运动产生感应电流因此导体中电子的合速度是vv，电子所受的总的洛伦兹力为e与合速度v垂直，它对电子不做功的一个分量是=evB,这个分力对电子做功，产生电动势的另一个分量是evB，