14.电磁感应.动生.ppt

1、1,前面我们分别研究了静电场和稳恒磁场的性质，电场和磁场有什么联系？,电场和磁场是一个统一的整体，这种场叫做电磁场。静电场和稳恒磁场不过是电磁场的两种特例。,例: 地面上有一点电荷，在与它相对静止的观察者看来，电荷周围存在静电场；而与它相对匀速运动的观察者看来，电荷周围既有电场又有磁场。,如果电场或磁场随时间变化，则变化的磁场会产生变化的电场，变化的电场又会产生变化的磁场，电场和磁场成为紧密相关的、不可分割的统一的电磁场。,本章重点讨论电磁感应定律和位移电流的概念，然后介绍麦克斯韦的电磁场方程组。,第12章 电磁感应,2,法拉第（Michael Faraday, 1791-1867），伟大的英

2、国物理学家和化学家.他创造性地提出场的思想，磁场这一名称是法拉第最早引入的.他是电磁理论的创始人之一，于1831年发现电磁感应现象，后又相继发现电解定律，物质的抗磁性和顺磁性，以及光的偏振面在磁场中的旋转.,磁 场,电磁感应,问题的提出,电 流,3,12.1.1 电磁感应现象,12-1 电磁感应定律,4,当回路 1中电流发生变化时，在回路 2中出现感应电动势。,1,2,5,当通过一个闭合导体回路所包围面积内的磁通量发生变化时，回路中就会产生感应电流。这称为电磁感应现象。,结论：,线圈内磁场变化,导线或线圈在磁场中运动,两类实验现象,产生的电流称为感应电流,相应的电动势为感应电动势。,6,单位:

3、1V=1Wb/s,1、法拉第电磁感应定律： 当穿过闭合回路所包围面积的磁通量发生变化时，不论这种变化是什么原因引起的，回路中都有感应电动势产生，并且感应电动势正比于磁通量对时间变化率的负值。,12.1.2 法拉第电磁感应定律,7,1）闭合回路由 N 匝密绕线圈（S相同）组成,全磁通（磁链）,2）若闭合回路的电阻为 R ，感应电流为,时间内，流过回路的感应电量,只与回路中磁通量的变化量有关，与变化的快慢无关。,8,（1）楞次定律判断感应电流方向, 回路中 是增加还是减少；, 由楞次定律确定 B感 方向；,回路内感应电流产生的磁场总是企图阻止或补偿回路中磁通量的变化。, 由右手定则判定 I感 方向

4、。,如图磁铁插入是增加。,与原方向相反。,俯视顺时针。,2 感应电动势的方向,9,（1）选定回路L的 正方向。,（2）确定感应电动势方向的“正方向法”：,（ 与回路成右螺旋）,如图俯视顺时针。,若磁铁抽出则俯视逆时针。,10,解：,例题：长直螺线管长L绕有N匝线圈，通有电流I且dI/dt=C;且常数C 0，求感应电动势,确定回路中的磁感应强度 B ；,3.应用法拉第电磁感应定律解题的方法,11,小圆线圈。求圆线圈以u匀速运动到如图位置（ar）时，线圈中i,解：取ox方向如图，则：,方向：顺时针。,思考：若线圈不动，I随t增大，线圈中大小、方向如何？,例题：无限长载流直导线周围，有一半径为r的N

5、匝,12,感应电动势,磁通量m变,动生电动势,回路 S 、变,感生电动势,磁感应强度 B 变,11.2 动生电动势,1. 动生电动势产生的原因-洛仑兹力,举个熟悉的例子。,产生动生电动势的原因：电子受到洛仑兹力。,13,正负电荷分离后，建立的静电场使电子还受到 电场力,当 时,就达到了平衡状态。,a 端电势高，b端电势低。 ab相当一个电源。,洛仑兹力将正负电荷 分开,它是这电源中的非静电力。,此“非静电场”的强度为,14, 方法一 由电动势的定义,所以对不均匀磁场、或导线上各个部分速度 不同的情况，原则上都能求。, 方法二 由法拉第电磁感应定律,（考虑 时，须设计 一个闭合回路）,2. 动生

6、电动势的计算方法,15,向垂直的半径为 R 的半圆形导线以速度 向左运动。试求导线中的动生电动势。,【解】,结论：相当于ab直导线中的电动势。,哪点电势高？,（答：b点电势高）,由电动势的定义,例题： 有一均匀磁场B， 方向如图，与磁场方,16,（1）直导线在均匀磁场中平动：,（2）弯曲导线在均匀磁场中平动：,推广：等效切割磁力线的方法。,17,求：动生电动势。, 方法二 用法拉第电磁 感应定律：,【解】,（考虑 时，须设 计一个闭合回路）, 方法一 由电动势 的定义,例题： 长为 R 的导线绕 0点以角速度 在均匀磁场,方向： o a,18,负号表示：动生电动势 方向是o a,a 端的正电荷

7、集中、 电势高。,选obao为闭合回路，按正方向法，,19,思考：求下列情况下转动导线中的电动势。,20,例题: 在通有电流 I 的无限长载流直导线,旁，距 a 垂直放置一长为 L 以速度v 向上运动的导体棒，求导体棒中的动生电动势。,解1：由动生电动势定义计算,21,构成假想矩形回路，,将回路分割成无限多长为 y 、宽为 dx的面元,穿过面元的磁通量为：,电动势的方向水平向左。,解2：利用法拉第电磁感应定律计算,22,每个载流子受的洛仑兹力：,洛仑兹力的总功率为：,由矢量运算法则，有：,洛仑兹力的总功率为零。,3动生电动势功能关系的分析,23,洛仑兹力的作用并不提供能量，而只是传递 能量，即外力克服洛仑兹力的一个分量 所 做的功，通过另一个分量 转换为动生电流 的能量。实质上表示能量的转换和守恒。,结论,反之，把电能转化成其他形式的能量是电动机。,这就是发电机中的能量转换：靠洛仑兹力将机械能转换为电能。,洛仑兹力对电子做功 的代数和为零。,对电子做正功，,反抗外力做功,24,例:用一细导线密绕N匝，面积为S的矩形线圈，在磁感应强度B的匀强场中绕OO轴每秒转动n次，求（1）线圈从其平面垂直于磁场时的起始位置转过30o的位置上的动生电动势；（2）线圈转动时的最大动生电动势及其对应的角位置。,解：以线圈平面垂直于磁场时为起始角位置，则任一时刻t ，线圈法线与磁场的夹角为：,通过线圈的