哈工程大物下課件liu電磁感應(yīng)2剖析

教學(xué)基本要求一理解動生電動勢和感生電動勢的本質(zhì).了解有旋電場的概念.二駕馭動生電動勢和感生電動勢的計算方法.+++++++++++++++++++++++++++++++++++OP設(shè)桿長為

動生電動勢的非靜電力場來源洛倫茲力---++平衡時第3節(jié)動生電動勢與感生電動勢一動生電動勢問：動生電動勢可看成是由洛侖茲力做功引起的。而洛侖茲力始終與和電荷的運動方向垂直因而不對電荷做功，這兩者是否沖突？答：不沖突。洛侖茲力始終與電荷的運動方向垂直因而不對電荷做功。但對于運動的導(dǎo)線，其中電子的運動為隨導(dǎo)線的運動v和相對導(dǎo)線的運動u的合運動。安培力非靜電力電子所受的總的洛侖茲力為：其重量：對電子做正功對電子做負功總的洛侖茲力的功率為：磁場（洛侖茲力）供應(yīng)了電能和機械能之間轉(zhuǎn)換的中介，而其自身并不做功。解例1一長為的銅棒在磁感強度為的均勻磁場中,以角速度在與磁場方向垂直的平面上繞棒的一端轉(zhuǎn)動，求銅棒兩端的感應(yīng)電動勢.+++++++++++++++++++++++++++++++++++oP（點P的電勢高于點O的電勢）

方向O

P1.規(guī)定導(dǎo)線的正方向oP2.選坐標(biāo)l5.積分求解3.找微元4.確定微元處和例2如圖所示，一長直導(dǎo)線中通有電流I=10安培，有一長l=0.2米的金屬棒AB，以v

=2米/秒的速度平行于長直導(dǎo)線作勻速運動，如棒的近導(dǎo)線的一端距離導(dǎo)線a=0.1米，求金屬棒中的動生電動勢。ABaIl解方向：從B到A的，A點的電勢比B點高。1.規(guī)定導(dǎo)線的正方向AB2.選坐標(biāo)xo5.積分求解3.找微元xdx4.確定微元處

和AB例3在勻強磁場B中，有以半徑為R的3/4圓周長的圓弧導(dǎo)體。以如圖v方向運動。求：ab=???????????????????????????????ab

解I??????????????????????????????abxyo在導(dǎo)體弧上取微分元方向：逆時針

解II??????????????????????????????abxyo在導(dǎo)體弧上取微分元方向：逆時針

例4

如圖，一長直導(dǎo)線與直角三角形共面，已知：長直導(dǎo)線中通有電流強度為I，AC=b,且與導(dǎo)線平行，BC=a，若三角形以v向右平移，當(dāng)B點與長直導(dǎo)線的距離為d時。求：三角形內(nèi)感應(yīng)電動勢的大小和方向。ABCI方向：解ABCIox方向：順時針例5一導(dǎo)線矩形框的平面與磁感強度為的均勻磁場相垂直.在此矩形框上,有一質(zhì)量為長為的可移動的細導(dǎo)體棒;矩形框還接有一個電阻,其值較之導(dǎo)線的電阻值要大得很多.若開始時,細導(dǎo)體棒以速度沿如圖所示的矩形框運動,試求棒的速率隨時間變化的函數(shù)關(guān)系.

解如圖建立坐標(biāo)棒所受安培力方向沿軸反向++++++棒中且由方向沿軸反向棒的運動方程為則計算得棒的速率隨時間變化的函數(shù)關(guān)系為++++++產(chǎn)生感生電動勢的非靜電場感生電場麥克斯韋爾假設(shè)變化的磁場在其周圍空間激發(fā)一種電場,這個電場叫感生電場.閉合回路中的感生電動勢二感生電動勢渦電流感生電場是非保守場和均對電荷有力的作用.感生電場和靜電場的對比靜電場是保守場靜電場由電荷產(chǎn)生；感生電場是由變更的磁場產(chǎn)生.渦電流感應(yīng)電流不僅能在導(dǎo)電回路內(nèi)出現(xiàn)，而且當(dāng)大塊導(dǎo)體與磁場有相對運動或處在變更的磁場中時，在這塊導(dǎo)體中也會激起感應(yīng)電流.這種在大塊導(dǎo)體內(nèi)流淌的感應(yīng)電流,叫做渦電流,簡稱渦流.應(yīng)用熱效應(yīng)、電磁阻尼效應(yīng).渦電流應(yīng)用：有益如工業(yè)上利用這種熱效應(yīng)制成的高頻感應(yīng)電爐來冶煉金屬；有害如電機和變壓器中為了增加磁場，都接受鐵芯，這樣要消耗大量的能量,等。轉(zhuǎn)速計電磁驅(qū)動高頻感應(yīng)加熱渦旋電場與渦電流的應(yīng)用(1)電子感應(yīng)加速器線圈鐵芯真空管電子束（a）結(jié)構(gòu)示意圖（b）橫截面示意圖（c）真空管俯視圖原理：變更的磁場在空間激發(fā)渦旋電場問題的提出：1.磁場的方向變更—渦旋電場變更—電子有時加速、有時減速；2.電子受到的洛侖茲力必需指向圓心但在一個周期內(nèi)磁場的方向變更。結(jié)果：只有在第一個T/4內(nèi)電子即被加速、又作圓周運動直流電激勵電磁鐵此時環(huán)行真空室中只有恒定的磁場，電子在室內(nèi)只做勻速圓周運動。溝通電激勵電磁鐵當(dāng)激勵電流增加時，真空室中既有磁場又有有旋電場，電子在其中得到加速。磁場變更越快，電子的加速越明顯。(2)利用渦電流的阻尼作用—電動阻尼器電動阻尼器視頻演示：隨著航天事業(yè)的發(fā)展，模擬微重力環(huán)境下的空間懸浮技術(shù)已成為進行相關(guān)高科技探討的重要手段。目前的懸浮技術(shù)主要包括電磁懸浮、光懸浮、聲懸浮、氣流懸浮、靜電懸浮、粒子束懸浮等，其中電磁懸浮技術(shù)比較成熟。電磁懸浮技術(shù)簡稱EML技術(shù)。它的主要原理是利用高頻電磁場在金屬表面產(chǎn)生的渦流來實現(xiàn)對金屬球的懸浮。(3)空間電磁懸浮技術(shù)簡介

將一個金屬樣品放置在通有高頻電流的線圈上時，高頻電磁場會在金屬材料表面產(chǎn)生一高頻渦流，這一高頻渦流與外磁場相互作用，使金屬樣品受到一個洛淪茲力的作用。在合適的空間配制下，可使洛淪茲力的方向與重力方向相反，通過變更高頻源的功率使電磁力與重力相等，即可實現(xiàn)電磁懸浮。一般通過線圈的交變電流頻率為104—105Hz。（參考文獻：物理，25-9（1996），565—567）磁懸浮列車SMT磁懸浮列車試通車施洛德與朱镕基在車上日本的磁懸浮列車aerotrain月球能源引極大關(guān)注氦-3可供人類上萬年能源需求有中國“探月支配第一人”之稱的中科院院士、中國登月支配首席科學(xué)家歐陽自遠今日表示，月球上的氦-3可供人類上萬年能源需求。

歐陽自遠院士說，月球的能源始終引起地球人類極大的關(guān)注，有兩種能源可供地球運用，一種是太陽能，月球密度比地球上大得多，沒有任何建筑物，所以月球上有無限制的地方鋪設(shè)太陽能電磁板。月球的白天有14天，科學(xué)家認為月球的太陽能傳輸?shù)降厍虿怀蓡栴}，或許最好的途徑是用微波傳輸。另外一個月球的資源就是可控核聚變的發(fā)電?？煽睾司圩儼l(fā)電是1938年有人提出來的。在上世紀五十年頭，氫彈試驗成功以后，大家都覺得完全可以利用這種核反應(yīng)的方式，對人類做出切實的貢獻。所以，50年以來，已經(jīng)建了200多臺試驗裝置，應(yīng)當(dāng)說對可控核聚變?nèi)〉昧酥卮蟮倪M展。1998年完成了國際熱核反應(yīng)堆的設(shè)計，現(xiàn)在7個國家聯(lián)合起來，包括中國在內(nèi)，準(zhǔn)備在2020年共建一個熱核反應(yīng)堆，大約投資100億美元。歐陽自遠院士認為，假如能建成的話，這將是人類一個巨大的進步，必定會成為全球最終極解決能源問題的一個方式。

歐陽自遠院士說，對于地球的人類來說，能源的問題完全不值得悲觀。月球上的氦-3能釋放出巨大的能量，產(chǎn)生氦-4。而且氦-3是穩(wěn)定的，沒有放射性。所以，現(xiàn)在大家公認月球上的氦-3將是人類社會長期穩(wěn)定，平安、清潔、廉價的可控核聚變的能源原料。假如我們能夠運用這種能源的話，全中國能源的需求，須要的氦-3總量10噸就夠。所以，俄羅斯地球化學(xué)探討所所長說，每年只要派4架航天飛機到月球上運回氦-3回來的話，可以供全世界用一年。因此，月球上的氦-3可供人類上萬年的需求。例6設(shè)有一半徑為R,高度為h的鋁圓盤,其電導(dǎo)率為.把圓盤放在磁感強度為的均勻磁場中,磁場方向垂直盤面.設(shè)磁場隨時間變化,且為一常量.求盤內(nèi)的感應(yīng)電流值.（圓盤內(nèi)感應(yīng)電流自己的磁場略去不計）已知求解如圖取一半徑為,寬度為,高度為的圓環(huán).則圓環(huán)中的感生電動勢的值為代入已知條件得又所以由計算得圓環(huán)中電流于是圓盤中的感應(yīng)電流為

例7一半徑為R的長直螺線管，dB/dt>0，且為常數(shù)。在其內(nèi)放一導(dǎo)線ab，長為l，o到ab的垂直距離為h.求：1）管內(nèi)外的渦旋電場；2）ab上的感應(yīng)電動勢；3）當(dāng)ab=bc=R時，ac上的感應(yīng)電動勢。abOc解方向沿逆時針abOc（1）在管內(nèi)取半徑為r的同心環(huán)路，回路的正方向為逆時針rr在管外（2）另解：如圖，選閉合回路oab

三角形，abOcoxdxrh(3)同理abOcd例8一半徑為R的3/4園弧導(dǎo)體，以v在磁場中運動。在t時刻，磁場以dB/dt的速率削減，圓弧圓心處于磁場中心。求：此時導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。o解：由于導(dǎo)體運動產(chǎn)生動生電動勢，由上講結(jié)果方向：ac由于磁場變更，存在感生電動勢，所以感生電動勢求解：取半徑為R的圓周

方向：順時針。