感生和動生電動勢

1、【復(fù)習回顧【復(fù)習回顧】1、什么是電源？什么是電動勢？什么是電源？什么是電動勢？穿過閉合回路磁通量發(fā)生了變化，回路中產(chǎn)生感應(yīng)穿過閉合回路磁通量發(fā)生了變化，回路中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。產(chǎn)生感應(yīng)電動勢那部分導(dǎo)體相當于電源，電動勢。產(chǎn)生感應(yīng)電動勢那部分導(dǎo)體相當于電源，哪一種作用扮演了非靜電力的角色呢？哪一種作用扮演了非靜電力的角色呢？2、楞次定律楞次定律 法拉第電磁感應(yīng)定律指出，當穿過閉合回路的磁通法拉第電磁感應(yīng)定律指出，當穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化時，回路中就要產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。量發(fā)生變化時，回路中就要產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化的方式實質(zhì)為兩類：穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化的方式實質(zhì)為兩

2、類：I、閉合回路面積不變，磁場隨時間變化。、閉合回路面積不變，磁場隨時間變化。II、磁場不變，閉合回路的面積隨時間變化。、磁場不變，閉合回路的面積隨時間變化。【演示實驗【演示實驗】一一.電磁感應(yīng)中的感生電場和感生電動勢電磁感應(yīng)中的感生電場和感生電動勢變化的磁場在變化的磁場在閉合電路閉合電路中產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢中產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢. 哪一種作用扮演哪一種作用扮演了非靜電力的角色了非靜電力的角色?變化磁場產(chǎn)生電場.wmv磁場變強磁場變強英國物理學(xué)家麥克斯英國物理學(xué)家麥克斯韋認為，磁場變化時會韋認為，磁場變化時會在空間激發(fā)一種電場，在空間激發(fā)一種電場，稱為感生電場，也叫渦稱為感生電場，也叫渦旋電場。旋電

3、場。感生電場的電場線是感生電場的電場線是閉合的，感生電場的方閉合的，感生電場的方向可以根據(jù)楞次定律用向可以根據(jù)楞次定律用右手螺旋定則來判斷。右手螺旋定則來判斷。 由感生電場產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢稱為由感生電場產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢稱為感生電動勢感生電動勢，感生電動勢所對應(yīng)的非靜，感生電動勢所對應(yīng)的非靜電力是電力是感生電場感生電場對自由電荷的作用。對自由電荷的作用。 感生電場方向就是感應(yīng)電流方向感生電場方向就是感應(yīng)電流方向, ,判斷方法判斷方法: :楞次定律楞次定律靜電場靜電場 E E0 0感生電場感生電場 E Ek起源起源由靜止電荷激發(fā)由靜止電荷激發(fā)由變化的磁場激發(fā)由變化的磁場激發(fā)電電場場線線形形狀狀電場

4、線為非閉合曲線電場線為非閉合曲線電場線為閉合曲線電場線為閉合曲線E Ek靜電場為有源場靜電場為有源場感生電場為無源場感生電場為無源場靜電場靜電場E E0 0感生電場感生電場E Ek電電場場的的性性質(zhì)質(zhì)為保守場為保守場, 可引入勢可引入勢(能能) 為非保守場為非保守場, 不可引入勢不可引入勢(能能)靜電場為有源場靜電場為有源場感生電場為無源場感生電場為無源場他們間也有共性：具有場物質(zhì)形式的所有共性；均對電他們間也有共性：具有場物質(zhì)形式的所有共性；均對電荷有力的作用，且場強定義相同；在導(dǎo)體中，感生電場可引荷有力的作用，且場強定義相同；在導(dǎo)體中，感生電場可引起電荷的積累從而建立靜電場。起電荷的積累從

5、而建立靜電場。產(chǎn)生感生電動勢的導(dǎo)體就是電源,其電路就是內(nèi)電路,當它與外電路連接后就會對外電路供電.感生電場是產(chǎn)生感應(yīng)電流或感應(yīng)電動勢的原因,感生電場的方向同樣可由楞次定律判斷.鐵鐵芯芯線圈線圈電電束束子子B磁場磁場電子感應(yīng)加速器是利用電子感應(yīng)加速器是利用感生電場感生電場使電子加速的設(shè)備。使電子加速的設(shè)備。 它的柱形電磁鐵在兩極間產(chǎn)生磁場。在磁場中它的柱形電磁鐵在兩極間產(chǎn)生磁場。在磁場中安置一個環(huán)形真空管道作為電子運行的軌道。當磁安置一個環(huán)形真空管道作為電子運行的軌道。當磁場發(fā)生變化時，就會沿管道方向產(chǎn)生感應(yīng)電場。射場發(fā)生變化時，就會沿管道方向產(chǎn)生感應(yīng)電場。射入其中的電子就受到這感應(yīng)電場的持續(xù)作

6、用而被不入其中的電子就受到這感應(yīng)電場的持續(xù)作用而被不斷加速。斷加速。二二.電磁感應(yīng)中的洛倫茲力和動生電動勢電磁感應(yīng)中的洛倫茲力和動生電動勢導(dǎo)體切割磁感線也會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,該電動勢產(chǎn)生的機理是什么?導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小與哪些因素有關(guān)?【演示實驗【演示實驗】理論分析：理論分析：v_fffv_+導(dǎo)體兩端產(chǎn)生電勢導(dǎo)體兩端產(chǎn)生電勢差差動生電動勢動生電動勢動生電動勢動生電動勢是是導(dǎo)體中的自由導(dǎo)體中的自由電荷在磁場中電荷在磁場中受到受到洛侖茲力洛侖茲力作用的結(jié)果。作用的結(jié)果。f動生電動勢動生電動勢感生電動勢感生電動勢特特點點磁場不變，閉合電路的整磁場不變，閉合電路的整體或局部在磁場中運動導(dǎo)

7、體或局部在磁場中運動導(dǎo)致回路中磁通量的變化致回路中磁通量的變化閉合回路的任何部分都不閉合回路的任何部分都不動，空間磁場發(fā)生變化導(dǎo)動，空間磁場發(fā)生變化導(dǎo)致回路中磁通量變化致回路中磁通量變化原原因因由于由于S的變化引起的變化引起回路中回路中 變化變化由于由于B的變化引起的變化引起回路中回路中 變化變化非靜電力就是洛侖茲力，非靜電力就是洛侖茲力，由洛侖茲力對運動電荷由洛侖茲力對運動電荷作用而產(chǎn)生電動勢作用而產(chǎn)生電動勢變化磁場在它周圍空間激發(fā)變化磁場在它周圍空間激發(fā)渦旋電場，非靜電力就是感渦旋電場，非靜電力就是感生電場力，由感生電場力對生電場力，由感生電場力對電荷作功而產(chǎn)生電動勢電荷作功而產(chǎn)生電動勢方

8、方向向的來源的來源非靜電力非靜電力楞次定律判斷楞次定律判斷楞次定律或右手定則楞次定律或右手定則 例：如圖，水平面上有兩根相距例：如圖，水平面上有兩根相距0.5m0.5m的足夠長的平行的足夠長的平行金屬導(dǎo)軌金屬導(dǎo)軌MNMN和和PQPQ，它們的電阻可忽略不計，在，它們的電阻可忽略不計，在MM和和 P P之間接有阻值為之間接有阻值為R R 3.03.0的定值電阻，導(dǎo)體棒的定值電阻，導(dǎo)體棒abab長長0.5m0.5m，其電阻為，其電阻為r r 1.01.0 ，與導(dǎo)軌接觸良好，與導(dǎo)軌接觸良好. .整個裝置整個裝置處于方向豎直向上的勻強磁場中，處于方向豎直向上的勻強磁場中，B B0.4T0.4T?，F(xiàn)使?，F(xiàn)

9、使abab以以v v10m10ms s的速度向右做勻速運動。的速度向右做勻速運動。（1 1）a ba b哪點電勢高哪點電勢高? a b? a b兩點間的電壓多大？兩點間的電壓多大？（2 2）維持）維持a ba b做勻速運動的外力多大？做勻速運動的外力多大？（3 3）a ba b向右運動向右運動1m1m的過程中，外力做的功是多少？電路的過程中，外力做的功是多少？電路中產(chǎn)生的熱量是多少？中產(chǎn)生的熱量是多少？ RBrPMNaQbv（1） a 1.5V（2）0.1N（3）0.1J 0.1J小結(jié)感應(yīng)電場:由變化的磁場激發(fā)的電場.感生電動勢:由感生電場產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢稱為感生電動勢.動生電動勢:由于導(dǎo)體運

10、動而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢.感生電動勢和動生電動勢感生電動勢和動生電動勢導(dǎo)體CD在勻強磁場B中以速度V向右運動,并且導(dǎo)線CD與B、V的方向相垂直,由于導(dǎo)體中的自由電子隨導(dǎo)體一起運動.因此每個電子受到的洛倫茲力為F洛=eVB,F洛方向向下在力的作用下，自由電子沿導(dǎo)體向下運動，使導(dǎo)體下端出現(xiàn)過剩的負電荷, 導(dǎo)體上端出現(xiàn)過剩的正電荷結(jié)果使導(dǎo)體上端C的電勢高于下端D的電勢,出現(xiàn)由C指向D的靜電場,此時電場對自由電子的作用力是向上,與洛倫茲力方向相反,當二力互相平衡時，兩端便產(chǎn)生一個穩(wěn)定的電勢差。 LDCX X XX X XX X XX X XX X XVF電電F洛洛【理論分析【理論分析】可見,運動的導(dǎo)體CD

11、就是一個電源,C為正極,自由電子受到洛倫茲力的作用,從端搬到端；也可以看作是正電荷受洛倫茲力的作用從端搬運到端這里洛倫茲力就相當于電源中的非靜電力,根據(jù)電動勢的定義,電動勢等于單位正電荷從負極通過電源內(nèi)部移動到正極非靜電力所做的功,作用在單位正電荷上的洛倫茲力vBeFF洛于是動生電動勢就是BLvFLE與法拉第電磁感應(yīng)定律得到的結(jié)果一致.問題：問題：洛倫茲力總與電荷的運動方向垂直洛倫茲力總與電荷的運動方向垂直.因此因此,洛倫茲力對電荷不做功洛倫茲力對電荷不做功.但但是動生電動勢又等于洛倫茲力搬運單位正電荷所做的功是動生電動勢又等于洛倫茲力搬運單位正電荷所做的功,兩者是否矛盾？兩者是否矛盾？其實并

12、不矛盾運動導(dǎo)體中的自由電子，不僅隨導(dǎo)體以速度v運動，而且還沿導(dǎo)體v做定向運動，正是這個定向運動產(chǎn)生感應(yīng)電流因此導(dǎo)體中電子的合速度是 v v，電子所受的總的洛倫茲力為e與合速度v垂直，它對電子不做功的一個分量是=evB,這個分力對電子做功，產(chǎn)生電動勢的另一個分量是evB，的方向與v方向相反，是阻礙導(dǎo)體運動的，做負功可以證明兩個分力和所做的功代數(shù)和為零結(jié)果仍然是洛倫茲力并不提供能量，而只是起到傳遞能量的作用，即外力克服洛倫茲力的一個分量所做的功，通過另一個分量轉(zhuǎn)化為感應(yīng)電流的能量vFF1F2X X XX X XX X XX X XX X X三三. .動生電動勢和感生電動勢的動生電動勢和感生電動勢的劃分劃分 在某些情況下只有相對意義.例如在教科書圖4.2-2所示的實驗中,如果在相對于磁棒靜止的參考系內(nèi)觀察，磁棒不動