大學(xué)物理-11第十一講-電磁感應(yīng)定律、動(dòng)生電動(dòng)勢-PPT課件

1、自從1821年丹麥物理學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)后，人們就開始了其逆效應(yīng)，即磁產(chǎn)生電的研究。 1831年8月英國物理學(xué)家M.Faraday發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律，大大推動(dòng)了電磁理論的發(fā)展。電磁感應(yīng)定律的發(fā)現(xiàn)，不但找到了磁生電的規(guī)律,更重要的是它揭示了電和磁的聯(lián)系，為電磁理論奠定了基礎(chǔ)。并且開辟了人類使用電能的道路。成為電磁理論發(fā)展的第一個(gè)重要里程碑。第二十二章電磁感應(yīng)1IINS一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象22-1 法拉第電磁感應(yīng)定律當(dāng)穿過導(dǎo)體回路所圍面積的磁通量發(fā)生變化時(shí)，回路中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。這一現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)。2回路中有電流產(chǎn)生，就意味著有某種電動(dòng)勢存在。這說明電磁感應(yīng)的直接結(jié)果就是產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。

2、 實(shí)驗(yàn)表明，回路中感應(yīng)電動(dòng)勢或感應(yīng)電流的大小與穿過回路面積的磁通量的時(shí)間的變化率相關(guān)。 二、法拉第電磁感應(yīng)定律回路中感應(yīng)電動(dòng)勢的大小與穿過回路面積的磁通量的時(shí)間變化率成正比，即3在國際單位制中，k=1，所以考慮方向有：負(fù)號(hào)表示感應(yīng)電動(dòng)勢總是反抗回路中磁通量的變化。若回路共有N匝線圈，且通過每匝的相同，則41.確定的正負(fù)回路正法線方向 ：根據(jù)回路繞行方向按右手螺旋法確定。 方向的判定3.當(dāng) 0，則 方向與回路繞行方向相同； 當(dāng) 0，則 方向與回路繞行方向相反。51.2.四種情況：63.4.7若線圈有N 匝，通過各匝線圈的磁通分別為令稱為線圈的磁鏈數(shù)N8楞次定律回路中感應(yīng)電流的方向總是使得它所激發(fā)

3、的磁場來反抗引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。三、楞次定律1834年，楞次提出另一種判斷感應(yīng)電流方向的方法，再由此來判斷感應(yīng)電動(dòng)勢的方向。感應(yīng)電流的效果，總是反抗引起感應(yīng)電流的原因。9I感應(yīng)電流導(dǎo)致導(dǎo)體受磁場力（安培力），外力需反抗磁場力做功，并通過產(chǎn)生的感應(yīng)電流轉(zhuǎn)化為電路中的焦耳熱，這符合能量守恒的規(guī)律。否則，只需開始有一點(diǎn)力使導(dǎo)線移動(dòng)，運(yùn)動(dòng)就會(huì)不斷加速，電流會(huì)不斷增大，產(chǎn)生無限大的電能。顯然這違反了能量守恒定律！楞次定律是能量守恒在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的體現(xiàn)。四、電磁感應(yīng)的計(jì)算舉例10oYX例：載流長直導(dǎo)線通以交變電流 ，三角形線圈與之共面。求線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢。已知解：建立坐標(biāo)系 oxy，abc分割

4、成小面元dS：規(guī)定回路繞行方向如圖.11oYXabc12例: 均勻磁場與導(dǎo)體回路法線的夾角為60 ,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小 B=Kt,（K為常數(shù)）。導(dǎo)線 l 以速率v向右滑動(dòng)，求回路中任一時(shí)刻的感應(yīng)電動(dòng)勢。解：xll負(fù)號(hào)說明 與回路的繞行方向相反。13磁場本身不變，但由于回路中部分導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)、回路轉(zhuǎn)動(dòng)或發(fā)生形變致使回路中磁通變化而產(chǎn)生的電動(dòng)勢稱為動(dòng)生電動(dòng)勢。引起回路磁通量變化的原因有兩種：一定，回路面積變化22-2 動(dòng)生電動(dòng)勢與感生電動(dòng)勢(a) 一、動(dòng)生電動(dòng)勢14一般情況，回路中可能包含上述兩種電動(dòng)勢，將其統(tǒng)稱為感應(yīng)電動(dòng)勢，其產(chǎn)生的原因均系回路中磁通的變化。(b).回路不動(dòng)， 隨時(shí)間變化回路不動(dòng)亦無形

5、變，由于磁場本身隨時(shí)間變化而導(dǎo)致回路中磁通變化而產(chǎn)生的電動(dòng)勢稱為感生電動(dòng)勢。15動(dòng)生電動(dòng)勢公式上述公式是在 三者相互垂直的特殊情況下得出的結(jié)果。普遍情況的動(dòng)生電動(dòng)勢公式：等于導(dǎo)線單位時(shí)間所切割的磁力線的數(shù)目。動(dòng)生電動(dòng)勢只產(chǎn)生于運(yùn)動(dòng)的那段導(dǎo)體中。16+自由電子受洛侖茲力:對(duì)應(yīng)非靜電力場：二、動(dòng)生電動(dòng)勢產(chǎn)生的原因動(dòng)生電動(dòng)勢是由洛侖茲力所致。非靜電力17洛侖茲力的作用外力和洛侖茲力分別使電子具有向右和向下的運(yùn)動(dòng).總洛侖茲力：合成速度：功率18對(duì)電子做正功，產(chǎn)生.洛侖茲力對(duì)電子做功的代數(shù)和為零。洛侖茲力并不提供能量，其作用是傳遞能量.即外力克服洛侖茲力的一個(gè)分量 所做的功,通過另其一個(gè)分量 轉(zhuǎn)換為動(dòng)生

6、電流的能量。實(shí)質(zhì)上反映了能量的轉(zhuǎn)換和守恒。發(fā)電機(jī)的工作原理就是靠洛侖茲力將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。結(jié)論阻礙導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)，做負(fù)功。191.由三、動(dòng)生電動(dòng)勢的計(jì)算2.由計(jì)算計(jì)算 對(duì)于一段不閉合導(dǎo)線ab，無磁通量概念，如圖所示?？杉傧胗昧硪欢螌?dǎo)線bca，其與ab共同組成一閉合回路。20解法一：例：一長為L 的銅棒在磁感強(qiáng)度為B 的均勻磁場中，以角速度 在與磁場方向垂直的平面內(nèi)繞棒的一端轉(zhuǎn)動(dòng)，求棒兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢。+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +oPP點(diǎn)電勢高于點(diǎn) O 電勢. 方向 O P21解法2：按定義

7、求導(dǎo)體轉(zhuǎn)過 角度后，所切割的磁通為oPaL22解:設(shè) t =0 時(shí) 與 同向，則例：勻強(qiáng)磁場中置有面積為 S 的可繞 軸轉(zhuǎn)動(dòng)的N匝線圈。若線圈以角速度 作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，求線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢.23在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈內(nèi)的感應(yīng)電流是時(shí)間的正弦函數(shù)，即為交流電。發(fā)電機(jī)原理24的方向如圖。取a b為 方向，則例：如圖，求ab 。解：負(fù)號(hào)表示ab方向與 反向，即由ba。+_25解法2：用法拉第電磁感應(yīng)定律求解。t =0 時(shí)導(dǎo)線處于ab 處，t 時(shí)刻導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)x 距離。x+_連 成閉合回路，回路正向?yàn)轫槙r(shí)針向，則回路磁通的增量為與回路繞向相同，即由ba26R例：半圓形導(dǎo)線acb向上運(yùn)動(dòng)，求其中的動(dòng)生電動(dòng)勢。解：半圓acb與直線boa構(gòu)成一閉合回路，總感應(yīng)電 動(dòng)勢27如何計(jì)算