【教学课件】第八章电磁感应电磁场.ppt

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1、第八章 电磁感应 电磁场,大学物理多媒体教学课件,一、动生电动势,由于导体运动而产生的感应电动势，称为动生电动势。,82 动生和感生感生电动势,感应电动势,在一般情况下，磁场可以不均匀,导线在磁场中运动时各部分的速度也可以不同，和 也可以不相互垂直，这时运动导线内的动生电动势为,设回路方向为顺时针,负号表示逆时针,对于闭合回路,由上式可以看出，矢积 与 成锐角时，为正；成钝角时，为负。因此，由上式算出的电动势有正负之分，为正时，表示电动势方向顺着 的方向；为负时，则表示电动势的方向逆着 的方向。,或,V B dl 中任意两个量平行，电动势为0。,动生电动势,当导线 以速度 向右运动时，导线内每

2、个自由电子也就获得向右的定向速度，由于导线处在磁场中，自由电子受到的洛仑兹力 为,若以 表示非静电场强，则有,结果一样！,动生电动势的产生是由洛仑兹力引起的。,推导,动生电动势,由此可得金属棒上总电动势为,例1 长为L的铜棒在磁感强度为 的均匀磁场中，以角速度 在与磁场方向垂直的平面内绕棒的一端O 匀速转动，如图所示，求棒中的动生电动势。,解:在铜棒上距O点为 处取线元，其方向沿O指向A，其运动速度的大小为。,显然、相互垂直，所以 上的动生电动势为,二、举例,另解:,负号表示i的指向.,(OCAO顺时),例2 直导线ab以速率 沿平行于长直载流导线的方向运动，ab与直导线共面，且与它垂直，如图

3、所示。设直导线中的电流强度为I，导线ab长为L，a端到直导线的距离为d，求导线ab中的动生电动势，并判断哪端电势较高。,解,（1）应用 求解,在导线ab所在的区域,长直载流导线在距其r 处取一线元dr,方向向右。,由于,表明电动势的方向由a 指向b,b 端电势较高。,动生电动势,（2）应用电磁感应定律求解,设某时刻导线ab 到U 形框底边的距离为x，取顺时针方向为回路的正方向,则该时刻通过回路 的磁通量为,表示电动势的方向与所选回路正方向相同,即沿顺时针方向。因此在导线ab上,电动势由a 指向b,b 端电势较高。,讨论 这是法拉第电磁感应定律的直接应用。求解这类问题的关键是确定磁通量的变化关系

4、。,动生电动势,动生电动势,由于导体运动而产生的感应电动势，称为动生电动势。,三 感生电动势,感应电动势,通过回路所包围面积的磁通量发生变化时，回路中产生感应电动势,感生电动势、感生电场,当导体回路不动，由于磁场变化引起磁通量改变而产生的感应电动势，叫做感生电动势。,变化的磁场在其周围激发了一种电场，这种电场称为感生电场（涡旋电场）。,以 表示感生电场的场强，根据电源电动势的定义及电磁感应定律，则有,在自然界中存在着两种方式激发的电场，所激发电场的性质也截然不同。由静止电荷所激发的电场是保守力场（无旋场）；由变化磁场所激发的电场不是保守力场（有旋场）。,注意：,变化的磁场与感生电场的联系,电子

5、感应加速器是利用感应电场来加速电子的一种设备。,电子感应加速器,它的柱形电磁铁在两极间产生磁场。在磁场中安置一个环形真空管道作为电子运行的轨道。当磁场发生变化时，就会沿管道方向产生感应电场。射入其中的电子就受到这感应电场的持续作用而被不断加速。,电子感应加速器全貌,电子感应加速器的一部分,电子感应加速器,当大块导体，特别是金属导体处在变化的磁场中时，由于通过金属块的磁通量发生变化，因此在金属块中产生感应电动势。而且由于大块金属电阻特别小，所以往往可以产生极强的电流，这些电流在金属内部形成一个个闭合回路，所以称作涡电流，又叫涡流。,感应淬火,高频感应炉：利用金属块中产生的涡流所发出的热量使金属块

6、熔化。具有加热速度快、温度均匀、易控制、材料不受污染等优点。,四、涡电流,感生电动势,例一圆形线圈，半径为R，置于变化的磁场中，磁感应强度B随时间变化关系为,当t=1 秒时，图中1、2两点间的电压为 伏。,说明 本题中虽然线圈未运动，但空间中的磁场为时间t的函数，结果使通过线圈的磁通量随时间变化，因此在线圈中产生感应电动势。采用的方法仍是先确定磁通量，然后由法拉第电磁感应定律求解。,感生电动势,例4 如图所示，在均匀磁场中有一金属框架aOba，ab边可无摩擦自由滑动，磁场随时间变化规律为Bt=t2/2。若t=0时，ab边由x=0处开始以速率v作平行于x轴的匀速滑动。试求任意时刻t金属框中感应电动势的大小和方向。,例题3,解 由于B随时间变化，同时ab导线切割磁场线，故回路中既存在感生电动势，又存在动生电动势。由法拉第电磁感应定律可知，t时刻金属框中感应电动势的大小为,动的方向从b指向a，感的方向为逆时针方向。,说明 在电磁感应问题中，动生电动势和感生电动势是经常同时出现的。对于这类问题，既可直接用法拉第电磁感应定律求解总的感应电动势，也可分别计算动生电动势和感生电动势，即假设磁场不变化，金属棒切割磁场线，求动；再假设金属棒不动，因磁场变化，求感。最后求出总的感应电动势。,