2013電磁感應(yīng)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)

電磁感應(yīng)定律與動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)17-1電磁感應(yīng)定律17-2動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)(上)1重點(diǎn)法拉第電磁感應(yīng)定律楞次定律動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)難點(diǎn)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算2電流磁場(chǎng)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(shí)驗(yàn)產(chǎn)生第十七章電磁感應(yīng)電磁場(chǎng)3主要內(nèi)容電磁感應(yīng)定律動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)自感、互感和磁場(chǎng)能量麥克斯韋的渦旋電場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)中的旋轉(zhuǎn)。

5重點(diǎn)法拉第電磁感應(yīng)定律楞次定律動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)難點(diǎn)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算6準(zhǔn)備知識(shí)：什么是電動(dòng)勢(shì)？1.電路中的電流是如何維持連續(xù)流動(dòng)的?*在外電路中,靜電場(chǎng)力作功推動(dòng)電荷流動(dòng).結(jié)論正電荷在電源內(nèi)受到指向電源負(fù)極的靜電力，但仍向正極運(yùn)動(dòng)。正電荷到達(dá)負(fù)極后怎樣運(yùn)動(dòng)？17-1電磁感應(yīng)定律ABCD7為了維持電流的持續(xù)流動(dòng),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(chǎng)與非靜電力定義單位正電荷所受的非靜電力為非靜電場(chǎng)強(qiáng)度點(diǎn)電荷在非靜電場(chǎng)中所受的非靜電力為:非靜電力對(duì)點(diǎn)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(dòng)勢(shì)

電源的電動(dòng)勢(shì)等于把單位正電荷從負(fù)極經(jīng)內(nèi)電路移動(dòng)到正極時(shí)所做的功，單位為伏特。電源的電動(dòng)勢(shì)的方向規(guī)定：自負(fù)極經(jīng)內(nèi)電路指向正極。

電源迫使正電荷dq從負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移動(dòng)到正極所做的功為dA，電源的電動(dòng)勢(shì)為

從電源內(nèi)部：負(fù)極→正極。物理意義：電源內(nèi)部非靜電力對(duì)單位正電荷作功的本領(lǐng)的大小的度量q在整個(gè)回路中繞行一周，非靜電力所做的功為：電動(dòng)勢(shì)雖然是標(biāo)量，但有方向：電源負(fù)極→正極。9一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)一、磁棒插入線圈NSGABE實(shí)驗(yàn)二、線圈B插入線圈A

現(xiàn)象：

現(xiàn)象：有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生感應(yīng)電流，速度越快，電流越大；且運(yùn)動(dòng)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(shí)驗(yàn)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?，F(xiàn)象

結(jié)論：線圈A周圍的磁場(chǎng)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(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生感應(yīng)電流；運(yùn)動(dòng)速度越大，感應(yīng)電流越大；運(yùn)動(dòng)方向不同，感應(yīng)電流方向不同。實(shí)驗(yàn)四、導(dǎo)體作切割磁力線運(yùn)動(dòng)結(jié)論：磁場(chǎng)不變，線框面積變，產(chǎn)生感應(yīng)電流。現(xiàn)象G通過一個(gè)閉合回路所包圍的面積的磁通量發(fā)生變化時(shí)，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(dòng)勢(shì)：由于磁通量的變化而產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。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(dòng)勢(shì)方向:1、內(nèi)容：當(dāng)穿過閉合回路所包圍面積的磁通量發(fā)生變化時(shí)，不論這種變化是什么原因引起的，回路中都有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，并且感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)正比于磁通量對(duì)時(shí)間變化率的負(fù)值。負(fù)號(hào)表示感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(fù)。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(gè)右手螺旋系統(tǒng)。的正負(fù)號(hào)：和L方向繞行一致為正,反之為負(fù)的正負(fù)號(hào)：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(dòng)勢(shì)等于各匝線圈所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)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(shí)刻磁通量為Ф1，t2時(shí)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(cè)磁通計(jì)。16線圈內(nèi)磁場(chǎng)變化導(dǎo)線或線圈在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)兩類實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感生電動(dòng)勢(shì)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)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(cè)活動(dòng)，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(huì)。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(duì)充實(shí)、完善電磁感應(yīng)規(guī)律是一大貢獻(xiàn)。1842年，楞次還和焦耳各自獨(dú)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(chǎng)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(dòng)勢(shì)的方向。演示192、應(yīng)用：判斷感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)？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(dòng)勢(shì)存在，有電場(chǎng)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(chǎng)力（安培力），將反抗外力。即可以說外力反抗磁場(chǎng)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(diǎn)力開始使導(dǎo)線移動(dòng)，若洛侖茲力不去阻撓它的運(yùn)動(dòng)，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(zhǎng)直導(dǎo)線通以電流，旁邊一個(gè)共面的矩形線圈abcd。求線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。已知：，，ab邊與直線相距為

x。解：規(guī)定順時(shí)針方向?yàn)榛芈氛较颍┻^回路的磁通量為22線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為討論：由楞次定律可得相同結(jié)果。2317-2動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)引起磁通量變化的原因有兩種：1．磁場(chǎng)不變，回路全部或局部在穩(wěn)恒磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)——?jiǎng)由妱?dòng)勢(shì)2．回路不動(dòng)，磁場(chǎng)隨時(shí)間變化——感生電動(dòng)勢(shì)當(dāng)上述兩種情況同時(shí)存在時(shí)，則同時(shí)存在動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)與感生電動(dòng)勢(shì)。24正負(fù)電荷積累在導(dǎo)體內(nèi)建立電場(chǎng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，不再有宏觀定向運(yùn)動(dòng)，則每個(gè)電子受到方向向上的洛侖茲力為

導(dǎo)體ab

相當(dāng)一個(gè)電源，a為負(fù)極（低電勢(shì)），b

為正極（高電勢(shì)），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(fù)極）通過電源內(nèi)部搬運(yùn)到b

端（正極）。則單位正電荷所受的非靜電力即非靜電場(chǎng)強(qiáng)為一、動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)25

根據(jù)電動(dòng)勢(shì)定義，運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體ab上的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)為

即將單位正電荷，通過電源內(nèi)部從負(fù)極移到正極，非靜電力所作的功。

即動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)等于運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體在單位時(shí)間內(nèi)切割的磁感應(yīng)線數(shù)。262、動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算沿導(dǎo)線假定電動(dòng)勢(shì)的一個(gè)指向；循電動(dòng)勢(shì)的指向，在導(dǎo)線上任取一個(gè)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(dòng)勢(shì)的指向，對(duì)上式積分判斷電動(dòng)勢(shì)方向，若電動(dòng)勢(shì)大于零表明電動(dòng)勢(shì)方向與指向一致假定指向的箭頭方向?yàn)檎龢O另一端為負(fù)極，否則相反。27均勻磁場(chǎng)非均勻磁場(chǎng)計(jì)算動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)分類方法平動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)閉合導(dǎo)體回路不閉合回路28例1已知:求:+++++++++++++La均勻磁場(chǎng)導(dǎo)線平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)解：與L方向一致特例++++++++++++++++++++++++++++++29閉合線圈平動(dòng)均勻磁場(chǎng)平動(dòng)閉合線圈平動(dòng)直導(dǎo)線平動(dòng)30有一半圓形金屬導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)求：動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)。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(zhǎng)度為L(zhǎng)的銅棒，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的均勻的磁場(chǎng)中，以角速度w

在與磁場(chǎng)方向垂直的平面上繞棒的一端O作勻速運(yùn)動(dòng)，試求銅棒兩端之間產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(jī)，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(dòng)勢(shì)。解:法拉第電機(jī)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(dòng)勢(shì)類似于一根銅棒繞其一端旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)。33例5，如圖所示的直角三角形ABC金屬框放在磁場(chǎng)中，AB邊平行于磁場(chǎng)的方向，BC邊垂直于磁場(chǎng)的方向，線圈以逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，求回路ABC中的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)及各邊的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)。ABCab解：用法拉第電磁感應(yīng)定律求總的電動(dòng)勢(shì)因?yàn)锽，S都不變，故：34AB邊的電動(dòng)勢(shì)：BC邊的電動(dòng)勢(shì)：ABCabdrrCA邊的電動(dòng)勢(shì)不好求。先求出BC邊的電動(dòng)勢(shì)，其值的負(fù)數(shù)即為CA邊的電動(dòng)勢(shì)。35abIl方法一解：方向例6:

一直導(dǎo)線CD在一無限長(zhǎng)直電流磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)。求：動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)。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(dòng)勢(shì)大小為總結(jié)利用求解動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)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