普通物理82動生電動勢感生電動勢ppt課件

1、8.2 動生電動勢感生電動勢動生電動勢感生電動勢 8.2.1 動生電動勢動生電動勢 8.2.2 感生電動勢感生電動勢 一一. 電源電源 要在導(dǎo)體中產(chǎn)生恒定電流, 必須在導(dǎo)體內(nèi)維持一穩(wěn)恒電場, 即在導(dǎo)體兩端維持一恒定的電勢差。但僅靠靜電力不能達(dá)到目的。+ + + + + + + + + + + + +- - - - - - - - - - - - -導(dǎo)線內(nèi)導(dǎo)線內(nèi)電場電場電場作用下電場作用下電荷移動電荷移動極板上極板上電荷減電荷減少少0V0I補充補充 能夠提供非靜電力把正電荷從低電勢移到高能夠提供非靜電力把正電荷從低電勢移到高電勢的裝置稱為電源。電勢的裝置稱為電源。 為維持恒定電流，必須有一非靜電

2、力為維持恒定電流，必須有一非靜電力 把正把正電荷從低電勢移至高電勢。電荷從低電勢移至高電勢。F 正極正極 高電勢高電勢低電勢低電勢 負(fù)極負(fù)極+ + + + + +I- - - - - -+ +-F F+- -+ +電源電源非靜電力非靜電力電場作用下電場作用下電荷移動電荷移動靜電力靜電力伏打電池伏打電池18011801年伏打向拿破年伏打向拿破倫演示他的電池倫演示他的電池電源就是把其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能的裝置電源就是把其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能的裝置機(jī)械能機(jī)械能水力水力機(jī)械能機(jī)械能風(fēng)力風(fēng)力 法國的法國的太陽能太陽能電站鏡電站鏡面系統(tǒng)面系統(tǒng)化學(xué)能化學(xué)能 二二. 電動勢電動勢 正電荷 q 沿非靜電力方

3、向經(jīng)過電源內(nèi)部繞行閉合回路 L 一周，靜電力與非靜電力作功之和為 LlEEqWd)(正極正極負(fù)極負(fù)極+ + + + + +I- - - - - -+ +E E- -+ +電源電源非靜非靜電性電性電場電場穩(wěn)恒電場穩(wěn)恒電場靜電場靜電場+ +qqE由靜電場和穩(wěn)恒電場特性，有由靜電場和穩(wěn)恒電場特性，有0d LlEq LLlEqWlEqWd d那么那么電源的電動勢電源的電動勢 ：單位正電荷通過電源內(nèi)部繞閉：單位正電荷通過電源內(nèi)部繞閉合路徑一周時非靜電力所作的功，單位伏特合路徑一周時非靜電力所作的功，單位伏特(V)。 LlEd 由于非靜電力僅存在于電源內(nèi)部，電動勢又由于非靜電力僅存在于電源內(nèi)部，電動勢又可

4、定義為：單位正電荷從負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移到正可定義為：單位正電荷從負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移到正極時非靜電力所作的功。極時非靜電力所作的功。 電動勢是標(biāo)量，規(guī)定其方向指向為：從負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部到正極，即電源內(nèi)部電勢升高的方向。 正極負(fù)極lEd(沿電源內(nèi)部沿電源內(nèi)部)+ + + + + +- - - - - - -+ +高電勢高電勢正極正極低電勢低電勢 負(fù)極負(fù)極電電 源源歷史背景歷史背景法拉第的圓盤實驗法拉第的圓盤實驗交流發(fā)電機(jī)交流發(fā)電機(jī)8.2.1 動生電動勢動生電動勢 1. 定義定義 電磁感應(yīng)現(xiàn)象：當(dāng)通過一閉合回路所包圍電磁感應(yīng)現(xiàn)象：當(dāng)通過一閉合回路所包圍面積的磁通量發(fā)生變化時，回路中就會產(chǎn)生電面積的磁通量發(fā)

5、生變化時，回路中就會產(chǎn)生電流的現(xiàn)象流的現(xiàn)象磁通量磁通量 SdBm 電動勢電動勢動生電動勢動生電動勢感生電動勢感生電動勢 感生電動勢：導(dǎo)體回路不動，磁場發(fā)生變感生電動勢：導(dǎo)體回路不動，磁場發(fā)生變化，這時所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢化，這時所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢2. 動生電動勢動生電動勢 電動勢：將單位正電荷從負(fù)極通過電源內(nèi)電動勢：將單位正電荷從負(fù)極通過電源內(nèi)部移到正極的過程中，非靜電力所做的功部移到正極的過程中，非靜電力所做的功 l dK 動生電動勢：導(dǎo)體或?qū)w回路在恒定的磁動生電動勢：導(dǎo)體或?qū)w回路在恒定的磁場中運動，這時所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢場中運動，這時所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢 動生電動勢：由于導(dǎo)體在恒定的磁場中

6、運動生電動勢：由于導(dǎo)體在恒定的磁場中運動而產(chǎn)生的電動勢動而產(chǎn)生的電動勢 在均勻恒定的磁場在均勻恒定的磁場 中，有一矩形中，有一矩形B其它邊不動其它邊不動導(dǎo)體回路導(dǎo)體回路 ， 以速度以速度 向右滑動，向右滑動，abcdabv abcdvFvBBv BveFK )(BvqF eq )(BveF l dK bal dBv)(所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度; ;（2 2） 是導(dǎo)體線元是導(dǎo)體線元 的速度，的速度， 是是l dBvl d留意留意（1 1） 是標(biāo)量，是標(biāo)量， 時，時， 的方向由的方向由 0 a到到 ， 時，時， 的方向由的方向由 到到 ；b0 ba.cossin)(dlvBl dBv

7、（3 3） 中有兩個夾角中有兩個夾角 和和 ，l dBv )( ， sinvBBv 其中其中；時時，00 Bv bal dBv)( 特例：特例：BlvBv ,)1(時時0,/)2( 時時Bv 形象地說形象地說“當(dāng)導(dǎo)體切割磁感應(yīng)線時產(chǎn)生當(dāng)導(dǎo)體切割磁感應(yīng)線時產(chǎn)生動生電動勢動生電動勢” 洛倫茲力與電荷的運動方向垂直，永遠(yuǎn)不洛倫茲力與電荷的運動方向垂直，永遠(yuǎn)不做功，而這里又說動生電動勢是由洛倫茲力做做功，而這里又說動生電動勢是由洛倫茲力做功引起的，兩者是否矛盾？功引起的，兩者是否矛盾？ vBvu uF F F總洛倫茲力為總洛倫茲力為BuveF )( 總洛倫茲力與合成總洛倫茲力與合成速度速度 垂直，不對

8、垂直，不對電子做功電子做功 )(uv F的一個分量的一個分量 )(BveF 做正功做正功. . 另一個分量另一個分量 )(BueF 做負(fù)功做負(fù)功. . 兩個分量兩個分量 與與 所做功的代數(shù)和等于所做功的代數(shù)和等于零因此，洛倫茲力的作用并不是提供能量，零因此，洛倫茲力的作用并不是提供能量，而是傳遞能量而是傳遞能量 F F 法拉第的圓盤實驗法拉第的圓盤實驗 實例：法拉第利用一半徑為實例：法拉第利用一半徑為 的銅盤在均的銅盤在均勻磁場勻磁場 中轉(zhuǎn)動，角速度為中轉(zhuǎn)動，角速度為 求盤上沿半徑求盤上沿半徑方向產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢方向產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢R B解法見例解法見例1 1例例1 1 如下圖，長度為如下圖，

9、長度為 的一根銅棒在均勻磁的一根銅棒在均勻磁場場 中繞其一端中繞其一端 以角速度以角速度 做勻角速轉(zhuǎn)動，做勻角速轉(zhuǎn)動，且轉(zhuǎn)動平面與磁場方向垂直，求銅棒兩端的電且轉(zhuǎn)動平面與磁場方向垂直，求銅棒兩端的電勢差勢差 LBo 解解 Al dBv0)( 221LBUoA LdlvB000cos2sin 221LB oA ldlB例例2 2 無限長直導(dǎo)線中通有電流無限長直導(dǎo)線中通有電流 ，另一長，另一長為為 的金屬棒的金屬棒 以以 的速度平行的速度平行于長直導(dǎo)線作勻速運動兩者同在紙面內(nèi)，相于長直導(dǎo)線作勻速運動兩者同在紙面內(nèi)，相互垂直，且棒互垂直，且棒 的端與長直導(dǎo)線距離為的端與長直導(dǎo)線距離為 ，如下圖求棒中

10、的動生電動勢如下圖求棒中的動生電動勢 A10 Im2 . 0 lABsm0 . 2 vAm1 . 0IvBAxdx BAl dBv)( 3 . 01 . 002dxxIv xIB 20 解解 BAdxvB cos2sin電動勢的方向電動勢的方向 由由 指向指向 BA60104 . 41 . 03 . 0ln2 Iv)V(8.2.2 感生電動勢感生電動勢 感生電場與靜電場的共同點就是對電荷感生電場與靜電場的共同點就是對電荷有作用力有作用力 感生電場渦旋電場）感生電場渦旋電場）:變化的磁場在其周變化的磁場在其周圍會激發(fā)一種電場圍會激發(fā)一種電場 不同點：不同點：1. 靜電場存在于靜止電荷周圍的靜電場

11、存在于靜止電荷周圍的空間，感生電場則是由變化的磁場所激發(fā)，不空間，感生電場則是由變化的磁場所激發(fā)，不是由電荷激發(fā)；是由電荷激發(fā)； 2. 另一方面靜電場的電場線是始于正電荷，另一方面靜電場的電場線是始于正電荷，終于負(fù)電荷，而感生電場的電場線是閉合的，終于負(fù)電荷，而感生電場的電場線是閉合的，它不是保守場產(chǎn)生感生電動勢的非靜電力是它不是保守場產(chǎn)生感生電動勢的非靜電力是感生電場力感生電場力感生電動勢感生電動勢 SmLSdBdtddtdl dE 感感感感靜靜EEE 0 Ll dE靜靜 SLSdtBl dE感感 SLSdtBl dE電磁感應(yīng)定律的普遍形式電磁感應(yīng)定律的普遍形式例例3 3 半徑為半徑為 的圓柱形空間分布著均勻磁場，的圓柱形空