2013電磁感應(yīng)動生電動勢

電磁感應(yīng)定律與動生電動勢17-1電磁感應(yīng)定律17-2動生電動勢和感生電動勢(上)1重點法拉第電磁感應(yīng)定律楞次定律動生電動勢難點動生電動勢的計算2電流磁場產(chǎn)生電磁感應(yīng)感應(yīng)電流1831年法拉第閉合回路變化實驗產(chǎn)生第十七章電磁感應(yīng)電磁場3主要內(nèi)容電磁感應(yīng)定律動生電動勢和感生電動勢自感、互感和磁場能量麥克斯韋的渦旋電場和位移電流麥克斯韋方程組4法拉第(MichaelFaraday1791—1867)偉大的英國物理學(xué)家和化學(xué)家。主要從事電學(xué)、磁學(xué)、磁光學(xué)、電化學(xué)方面的研究，并在這些領(lǐng)域取得了一系列重大發(fā)現(xiàn)。他創(chuàng)造性地提出場的思想，是電磁理論的創(chuàng)始人之一。1831年發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，后又相繼發(fā)現(xiàn)電解定律，物質(zhì)的抗磁性和順磁性，以及光的偏振面在磁場中的旋轉(zhuǎn)。

5重點法拉第電磁感應(yīng)定律楞次定律動生電動勢難點動生電動勢的計算6準備知識：什么是電動勢？1.電路中的電流是如何維持連續(xù)流動的?*在外電路中,靜電場力作功推動電荷流動.結(jié)論正電荷在電源內(nèi)受到指向電源負極的靜電力，但仍向正極運動。正電荷到達負極后怎樣運動？17-1電磁感應(yīng)定律ABCD7為了維持電流的持續(xù)流動,在電源內(nèi)部一定存在有一種非靜電力,它能夠克服靜電力而作功,維持電流的連續(xù).2非靜電場與非靜電力定義單位正電荷所受的非靜電力為非靜電場強度點電荷在非靜電場中所受的非靜電力為:非靜電力對點電荷所做的功為:非靜電力不是保守力,沿閉合回路作功不一定為零:83.電源電動勢

電源的電動勢等于把單位正電荷從負極經(jīng)內(nèi)電路移動到正極時所做的功，單位為伏特。電源的電動勢的方向規(guī)定：自負極經(jīng)內(nèi)電路指向正極。

電源迫使正電荷dq從負極經(jīng)電源內(nèi)部移動到正極所做的功為dA，電源的電動勢為

從電源內(nèi)部：負極→正極。物理意義：電源內(nèi)部非靜電力對單位正電荷作功的本領(lǐng)的大小的度量q在整個回路中繞行一周，非靜電力所做的功為：電動勢雖然是標量，但有方向：電源負極→正極。9一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象實驗一、磁棒插入線圈NSGABE實驗二、線圈B插入線圈A

現(xiàn)象：

現(xiàn)象：有相對運動，產(chǎn)生感應(yīng)電流，速度越快，電流越大；且運動方向不同，電流方向也不同。

插入與拔出，線圈都中有感應(yīng)電流產(chǎn)生；速度越快，電流越大；且插入與拔出方向不同，電流方向也不同。

實驗三、線圈B中的電流發(fā)生變化

電流變化，產(chǎn)生感應(yīng)電流；電流變化越快，產(chǎn)生感應(yīng)電流越大；電流增加或減小，產(chǎn)生電流的方向不同。現(xiàn)象

結(jié)論：線圈A周圍的磁場發(fā)生變化，線圈A中將產(chǎn)生感應(yīng)電流；變化越快，電流越大；且電流有一定的方向性。10導(dǎo)體運動，產(chǎn)生感應(yīng)電流；運動速度越大，感應(yīng)電流越大；運動方向不同，感應(yīng)電流方向不同。實驗四、導(dǎo)體作切割磁力線運動結(jié)論：磁場不變，線框面積變，產(chǎn)生感應(yīng)電流。現(xiàn)象G通過一個閉合回路所包圍的面積的磁通量發(fā)生變化時，不管這種變化是由什么原因引起的，回路中就有電流產(chǎn)生，這種現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)現(xiàn)象。感應(yīng)電流：由于通過回路中的磁通量發(fā)生變化，而在回路中產(chǎn)生的電流。感應(yīng)電動勢：由于磁通量的變化而產(chǎn)生的電動勢叫感應(yīng)電動勢。2、結(jié)論11二、法拉第電磁感應(yīng)定律單位:1V=1Wb/s與L

反向與L

同向2、電動勢方向:1、內(nèi)容：當穿過閉合回路所包圍面積的磁通量發(fā)生變化時，不論這種變化是什么原因引起的，回路中都有感應(yīng)電動勢產(chǎn)生，并且感應(yīng)電動勢正比于磁通量對時間變化率的負值。負號表示感應(yīng)電動勢總是反抗磁通量的變化12若磁感線與的法線間夾角為鈍角，則為負。若磁感線與的法線間夾角為銳角，則為正；我們規(guī)定：回路L的繞行方向與回路包圍的面積的面元的法線方向構(gòu)成一個右手螺旋系統(tǒng)。的正負號：和L方向繞行一致為正,反之為負的正負號：1314磁通鏈數(shù):3、討論：若有N匝線圈，它們彼此串聯(lián)，總電動勢等于各匝線圈所產(chǎn)生的電動勢之和。令每匝的磁通量為

1、

2、

3

若每匝磁通量相同15閉合回路中的感應(yīng)電流感應(yīng)電量t1時刻磁通量為Ф1，t2時刻磁通量為Ф2回路中的感應(yīng)電量只與磁通量的變化有關(guān)，而與磁通量的變化率無關(guān)。用途：測磁通計。16線圈內(nèi)磁場變化導(dǎo)線或線圈在磁場中運動兩類實驗現(xiàn)象感應(yīng)電動勢感生電動勢動生電動勢產(chǎn)生原因、規(guī)律不相同都遵從電磁感應(yīng)定律（結(jié)束）17三、楞次定律楞次（Lenz,HeinrichFriedrichEmil）楞次是俄國物理學(xué)家和地球物理學(xué)家，生于愛沙尼亞的多爾帕特。早年曾參加地球物理觀測活動，發(fā)現(xiàn)并正確解釋了大西洋、太平洋、印度洋海水含鹽量不同的現(xiàn)象，1845年倡導(dǎo)組織了俄國地球物理學(xué)會。1836年至1865年任圣彼得堡大學(xué)教授，兼任海軍和師范等院校物理學(xué)教授。楞次主要從事電學(xué)的研究。楞次定律對充實、完善電磁感應(yīng)規(guī)律是一大貢獻。1842年，楞次還和焦耳各自獨立地確定了電流熱效應(yīng)的規(guī)律，這就是大家熟知的焦耳——楞次定律。他還定量地比較了不同金屬線的電阻率，確定了電阻率與溫度的關(guān)系；并建立了電磁鐵吸力正比于磁化電流二次方的定律。181、內(nèi)容：閉合回路中感應(yīng)電流的方向總是使得它所激發(fā)的磁場來阻止引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。1834年楞次提出一種判斷感應(yīng)電流的方法，再由感應(yīng)電流來判斷感應(yīng)電動勢的方向。演示192、應(yīng)用：判斷感應(yīng)電動勢的方向問題：將磁鐵插入非金屬環(huán)中，環(huán)內(nèi)有無感生電動勢？有無感應(yīng)電流？環(huán)內(nèi)將發(fā)生何種現(xiàn)象有感生電動勢存在，有電場存在將引起介質(zhì)極化，而無感生電流。非金屬環(huán)203、楞次定律與能量守恒定律感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場力（安培力），將反抗外力。即可以說外力反抗磁場力做功，從而產(chǎn)生感應(yīng)電流轉(zhuǎn)化為電路中的焦耳熱，這是符合能量守恒規(guī)律的。否則只需一點力開始使導(dǎo)線移動，若洛侖茲力不去阻撓它的運動，將有無限大的電能出現(xiàn)，顯然，這是不符合能量守恒定律的。21

例一一長直導(dǎo)線通以電流，旁邊一個共面的矩形線圈abcd。求線圈中的感應(yīng)電動勢。已知：，，ab邊與直線相距為

x。解：規(guī)定順時針方向為回路正方向，穿過回路的磁通量為22線圈中的感應(yīng)電動勢為討論：由楞次定律可得相同結(jié)果。2317-2動生電動勢和感生電動勢引起磁通量變化的原因有兩種：1．磁場不變，回路全部或局部在穩(wěn)恒磁場中運動——動生電動勢2．回路不動，磁場隨時間變化——感生電動勢當上述兩種情況同時存在時，則同時存在動生電動勢與感生電動勢。24正負電荷積累在導(dǎo)體內(nèi)建立電場達到動態(tài)平衡，不再有宏觀定向運動，則每個電子受到方向向上的洛侖茲力為

導(dǎo)體ab

相當一個電源，a為負極（低電勢），b

為正極（高電勢），洛侖茲力就是非靜電力。-非靜電力克服靜電力作功，將正電荷由a端（負極）通過電源內(nèi)部搬運到b

端（正極）。則單位正電荷所受的非靜電力即非靜電場強為一、動生電動勢25

根據(jù)電動勢定義，運動導(dǎo)體ab上的動生電動勢為

即將單位正電荷，通過電源內(nèi)部從負極移到正極，非靜電力所作的功。

即動生電動勢等于運動導(dǎo)體在單位時間內(nèi)切割的磁感應(yīng)線數(shù)。262、動生電動勢的計算沿導(dǎo)線假定電動勢的一個指向；循電動勢的指向，在導(dǎo)線上任取一個線元矢量；根據(jù)的速度和該處的以及兩者之間的夾角θ求；設(shè)矢量與之間的小于180o的夾角為γ，則循電動勢的指向，對上式積分判斷電動勢方向，若電動勢大于零表明電動勢方向與指向一致假定指向的箭頭方向為正極另一端為負極，否則相反。27均勻磁場非均勻磁場計算動生電動勢分類方法平動轉(zhuǎn)動閉合導(dǎo)體回路不閉合回路28例1已知:求:+++++++++++++La均勻磁場導(dǎo)線平動和轉(zhuǎn)動解：與L方向一致特例++++++++++++++++++++++++++++++29閉合線圈平動均勻磁場平動閉合線圈平動直導(dǎo)線平動30有一半圓形金屬導(dǎo)線在勻強磁場中作切割磁力線運動求：動生電動勢。例2:已知：+++++++++++++++++++R作輔助線ab，形成閉合回路。方向：方法一解：方法二方向：Bθdθvdlv×Bθ++++++++++++++++R31例3：一根長度為L的銅棒，在磁感應(yīng)強度為B的均勻的磁場中，以角速度w

在與磁場方向垂直的平面上繞棒的一端O作勻速運動，試求銅棒兩端之間產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小。解法2：用法拉第電磁感應(yīng)定律解法1：按定義式解32例4：法拉第電機，設(shè)銅盤的半徑為R，角速度為。求盤上沿半徑方向產(chǎn)生的電動勢。解:法拉第電機可視為無數(shù)銅棒一端在圓心，另一端在圓周上，即為并聯(lián)，因此其電動勢類似于一根銅棒繞其一端旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的電動勢。33例5，如圖所示的直角三角形ABC金屬框放在磁場中，AB邊平行于磁場的方向，BC邊垂直于磁場的方向，線圈以逆時針旋轉(zhuǎn)時，求回路ABC中的動生電動勢及各邊的動生電動勢。ABCab解：用法拉第電磁感應(yīng)定律求總的電動勢因為B，S都不變，故：34AB邊的電動勢：BC邊的電動勢：ABCabdrrCA邊的電動勢不好求。先求出BC邊的電動勢，其值的負數(shù)即為CA邊的電動勢。35abIl方法一解：方向例6:

一直導(dǎo)線CD在一無限長直電流磁場中作切割磁力線運動。求：動生電動勢。36方法二abI作輔助線，形成閉合回路CDEF方向37若金屬棒與水平方向成θ角，其產(chǎn)生的電動勢大小為總結(jié)利用求解動生電動勢的思路1、分析導(dǎo)線各部分速度(大小、方向)2、分析各部分(大小、方向)3、假定