大學(xué)物理103感生電動(dòng)勢(shì)課件

1、10 - 3 10 - 3 感生電動(dòng)勢(shì)感生電動(dòng)勢(shì)第十章第十章 電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 大學(xué)物理103感生電動(dòng)勢(shì)一一 感生電動(dòng)勢(shì)感生電動(dòng)勢(shì) 產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)的非靜電場(chǎng)產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)的非靜電場(chǎng) 感生電場(chǎng)感生電場(chǎng) 麥克斯韋假設(shè)麥克斯韋假設(shè) 變化的磁場(chǎng)變化的磁場(chǎng)在其周圍空間激發(fā)一種電場(chǎng)在其周圍空間激發(fā)一種電場(chǎng),這這個(gè)電場(chǎng)叫感生電場(chǎng)個(gè)電場(chǎng)叫感生電場(chǎng) .kENBii 電流電流是電荷的定向運(yùn)動(dòng)，而是電荷的定向運(yùn)動(dòng)，而電荷的運(yùn)動(dòng)必須要有電場(chǎng)力的電荷的運(yùn)動(dòng)必須要有電場(chǎng)力的作用。作用。E10 - 3 10 - 3 感生電動(dòng)勢(shì)感生電動(dòng)勢(shì)第十章第十章 電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 大學(xué)物理103感生電動(dòng)勢(shì) 感生電動(dòng)勢(shì)感生電動(dòng)勢(shì) 產(chǎn)生感生

2、電動(dòng)勢(shì)的非靜電場(chǎng)產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)的非靜電場(chǎng) 感生電場(chǎng)感生電場(chǎng)kESsBdSLsBtlEddddk閉合回路中的感生電動(dòng)勢(shì)閉合回路中的感生電動(dòng)勢(shì)tlELdddkiSLstBlEddddki感生電場(chǎng)的方向感生電場(chǎng)的方向: 與與 遵從右手螺旋關(guān)系遵從右手螺旋關(guān)系dtBdkEkEdtBd10 - 3 10 - 3 感生電動(dòng)勢(shì)感生電動(dòng)勢(shì)第十章第十章 電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 大學(xué)物理103感生電動(dòng)勢(shì) 感生感生電場(chǎng)是電場(chǎng)是非非保守場(chǎng)保守場(chǎng) 和和 均對(duì)電荷有力的作用均對(duì)電荷有力的作用.kE靜E感生電場(chǎng)和靜電場(chǎng)的感生電場(chǎng)和靜電場(chǎng)的對(duì)比對(duì)比0d LlE靜 靜靜電場(chǎng)是保守場(chǎng)電場(chǎng)是保守場(chǎng) 靜靜電場(chǎng)由電荷產(chǎn)生；電場(chǎng)由電荷產(chǎn)生；感

3、生感生電場(chǎng)是由變電場(chǎng)是由變化的磁場(chǎng)化的磁場(chǎng)產(chǎn)生產(chǎn)生 .相同之處相同之處:不同之處不同之處:1.激發(fā)源不同激發(fā)源不同2.電場(chǎng)線形狀電場(chǎng)線形狀不同不同靜電場(chǎng)線是起始于正電荷靜電場(chǎng)線是起始于正電荷,終止于負(fù)電荷終止于負(fù)電荷;而感生電場(chǎng)線是閉合的而感生電場(chǎng)線是閉合的.3.環(huán)流不同環(huán)流不同SLstBlEddddk0dkLlE10 - 3 10 - 3 感生電動(dòng)勢(shì)感生電動(dòng)勢(shì)第十章第十章 電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 大學(xué)物理103感生電動(dòng)勢(shì)解：解：由由感生電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算公式感生電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算公式 得得 例例 10-4 如圖所示，有一半徑為如圖所示，有一半徑為r r、電阻為、電阻為 R R 的細(xì)的細(xì)圓環(huán)，放在與圓環(huán)所圍的平

4、面相垂直的均勻磁場(chǎng)中，設(shè)圓環(huán)，放在與圓環(huán)所圍的平面相垂直的均勻磁場(chǎng)中，設(shè)磁場(chǎng)的磁感強(qiáng)度隨時(shí)間變化，且磁場(chǎng)的磁感強(qiáng)度隨時(shí)間變化，且 （常量）。求（常量）。求圓環(huán)上感受應(yīng)電流的大小。圓環(huán)上感受應(yīng)電流的大小。kdtdBSLstBlEddddki細(xì)圓環(huán)上的感受應(yīng)電流細(xì)圓環(huán)上的感受應(yīng)電流2idddSSSkrdSkdSdtdBStBRkrRIi2方向如何？方向如何？ l10 - 3 10 - 3 感生電動(dòng)勢(shì)感生電動(dòng)勢(shì)第十章第十章 電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 大學(xué)物理103感生電動(dòng)勢(shì) *例例 2 設(shè)有一半徑為設(shè)有一半徑為R ,高度為高度為h 的鋁圓盤的鋁圓盤, 其電導(dǎo)其電導(dǎo)率為率為 . 把圓盤放在磁感強(qiáng)度為把圓盤放在

5、磁感強(qiáng)度為 的均勻磁場(chǎng)中的均勻磁場(chǎng)中, 磁磁場(chǎng)方向垂直盤面場(chǎng)方向垂直盤面.設(shè)磁場(chǎng)隨時(shí)間變化設(shè)磁場(chǎng)隨時(shí)間變化, 且且 為一常量為一常量.求盤內(nèi)的感應(yīng)電流值求盤內(nèi)的感應(yīng)電流值.（圓盤內(nèi)感應(yīng)電流自（圓盤內(nèi)感應(yīng)電流自己的磁場(chǎng)略去不計(jì)）己的磁場(chǎng)略去不計(jì)）BktBddRBhrrdrrdh10 - 3 10 - 3 感生電動(dòng)勢(shì)感生電動(dòng)勢(shì)第十章第十章 電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 大學(xué)物理103感生電動(dòng)勢(shì)已知已知, R, h, , BktBdd求求I解解 如圖取一半徑為如圖取一半徑為 ,寬度寬度為為 ,高度為高度為 的圓環(huán)的圓環(huán).rrd h則圓環(huán)中的感生電動(dòng)勢(shì)的值為則圓環(huán)中的感生電動(dòng)勢(shì)的值為代入已知條件得代入已知條件得又

6、又rhrRd 21 d所以所以dRIi drrdrrdhSLstBlEddddki2i dddrkstBS10 - 3 10 - 3 感生電動(dòng)勢(shì)感生電動(dòng)勢(shì)第十章第十章 電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 大學(xué)物理103感生電動(dòng)勢(shì)rrkhId2 d代入并整理代入并整理于是圓盤中的感應(yīng)電流為于是圓盤中的感應(yīng)電流為RrrkhII0d2 dhRk241rrdrrdh即即hdrrrkdRIi2 d210 - 3 10 - 3 感生電動(dòng)勢(shì)感生電動(dòng)勢(shì)第十章第十章 電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 大學(xué)物理103感生電動(dòng)勢(shì)trIrIBsin22000 例例 3 在一長(zhǎng)通電直導(dǎo)線附近有一矩形線圈，矩形線在一長(zhǎng)通電直導(dǎo)線附近有一矩形線圈，矩形線圈

7、與直導(dǎo)線在同一平面內(nèi)，如圖所示。當(dāng)長(zhǎng)直導(dǎo)線中的圈與直導(dǎo)線在同一平面內(nèi)，如圖所示。當(dāng)長(zhǎng)直導(dǎo)線中的電流為電流為 時(shí)，求時(shí)，求（1 1）線圈中任一時(shí)刻感應(yīng)）線圈中任一時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式；（電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式；（2 2）初始時(shí)刻線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的）初始時(shí)刻線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向。大小和方向。 解：解：（1 1）由安培環(huán)路定理知）由安培環(huán)路定理知 由由感生電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算公式感生電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算公式tIIsin0SLstBlEddddkidSrdrbdrdS 10 - 3 10 - 3 感生電動(dòng)勢(shì)感生電動(dòng)勢(shì)第十章第十章 電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 大學(xué)物理103感生電動(dòng)勢(shì) 得得 也可用法拉第電磁感應(yīng)定律來求也可用法

8、拉第電磁感應(yīng)定律來求 矩形線圈中的磁通量為矩形線圈中的磁通量為 dadtbItbdrrIBdSaddlnsin2sin20000由法拉第電磁由法拉第電磁感應(yīng)定律得感應(yīng)定律得 dadtbIdtdlncos200bdrtrIstBaddScos2ddd00idadtbIlncos20010 - 3 10 - 3 感生電動(dòng)勢(shì)感生電動(dòng)勢(shì)第十章第十章 電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 大學(xué)物理103感生電動(dòng)勢(shì) （2）將）將t=0代入上式得代入上式得 方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向 dadtbIdtdlncos200dadbIln200010 - 3 10 - 3 感生電動(dòng)勢(shì)感生電動(dòng)勢(shì)第十章第十章 電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 大

9、學(xué)物理103感生電動(dòng)勢(shì) 例例 10-5 一長(zhǎng)為一長(zhǎng)為L(zhǎng)的金屬棒的金屬棒AB放在均勻磁場(chǎng)中，若該放在均勻磁場(chǎng)中，若該磁場(chǎng)被限定在半徑為磁場(chǎng)被限定在半徑為R的圓筒內(nèi)，并以勻速率的圓筒內(nèi)，并以勻速率 變變化，如圖所示。求棒中感生電動(dòng)勢(shì)?；?，如圖所示。求棒中感生電動(dòng)勢(shì)。 tB / 解解 方法一方法一 利用利用 計(jì)算。計(jì)算。 Lkl dE先要計(jì)算感生電場(chǎng)先要計(jì)算感生電場(chǎng) ：SdtBl dESLk可得可得 tBrEk21Rr 上式表示上式表示 與與 之間滿足右手螺旋關(guān)系。之間滿足右手螺旋關(guān)系。 kEtB10 - 3 10 - 3 感生電動(dòng)勢(shì)感生電動(dòng)勢(shì)第十章第十章 電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 大學(xué)物理103感生電動(dòng)勢(shì)

10、在本題中，感生電動(dòng)勢(shì)的非靜電力正是感生電場(chǎng)力。在本題中，感生電動(dòng)勢(shì)的非靜電力正是感生電場(chǎng)力。 LLRtBdltBhdltBrdlEl dELBABAkBAk220)2(212cos21cos式中式中 22)2(cosLRrh為為 與與 間的夾角。間的夾角。 kEl d10 - 3 10 - 3 感生電動(dòng)勢(shì)感生電動(dòng)勢(shì)第十章第十章 電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 大學(xué)物理103感生電動(dòng)勢(shì) 方法二方法二 利用法拉第電磁感應(yīng)定律求解。利用法拉第電磁感應(yīng)定律求解。 分別連接分別連接OA、OB，由金屬棒，由金屬棒AB與與OA、OB組成三角組成三角形回路形回路ABOA，該回路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于，該回路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于AB、

11、BO、AO三條邊感生電動(dòng)勢(shì)之和，由于三條邊感生電動(dòng)勢(shì)之和，由于BO和和OA兩邊都沿徑矢方向，兩邊都沿徑矢方向，而感生電場(chǎng)而感生電場(chǎng) 沿圓環(huán)的切線方向，所以沿圓環(huán)的切線方向，所以BO和和OA兩邊上兩邊上的的 分別與分別與BO和和OA兩邊垂直，即兩邊垂直，即 ，故故 ，所以回路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于，所以回路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于AB邊的感邊的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有 kEkEl dEk0BOOA22)2(21LRLBSBAOB故故 dtdBLLRdtdAOBAB22)2(2110 - 3 10 - 3 感生電動(dòng)勢(shì)感生電動(dòng)勢(shì)第十章第十章 電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 大學(xué)物理103感生電動(dòng)勢(shì)二二 渦電流渦電流 感應(yīng)電流不僅感應(yīng)電流不僅能在導(dǎo)電回能在導(dǎo)電回 路內(nèi)出路內(nèi)出現(xiàn)，現(xiàn)， 而且當(dāng)而且當(dāng)大塊導(dǎo)大塊導(dǎo)體體與磁場(chǎng)有相對(duì)運(yùn)與磁場(chǎng)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或處在變化的磁動(dòng)或處在變化的磁場(chǎng)中時(shí)，在這塊導(dǎo)場(chǎng)中時(shí)，在這塊導(dǎo)體中也會(huì)激起感應(yīng)體中也會(huì)激起感應(yīng)電流電流.這種在大塊導(dǎo)這種在大