感生和动生电动势

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1、【复习回顾【复习回顾】1、什么是电源？什么是电动势？什么是电源？什么是电动势？穿过闭合回路磁通量发生了变化，回路中产生感应穿过闭合回路磁通量发生了变化，回路中产生感应电动势。产生感应电动势那部分导体相当于电源，电动势。产生感应电动势那部分导体相当于电源，哪一种作用扮演了非静电力的角色呢？哪一种作用扮演了非静电力的角色呢？2、楞次定律楞次定律 法拉第电磁感应定律指出，当穿过闭合回路的磁通法拉第电磁感应定律指出，当穿过闭合回路的磁通量发生变化时，回路中就要产生感应电动势。量发生变化时，回路中就要产生感应电动势。穿过闭合回路的磁通量发生变化的方式实质为两类：穿过闭合回路的磁通量发生变化的方式实质为两

2、类：I、闭合回路面积不变，磁场随时间变化。、闭合回路面积不变，磁场随时间变化。II、磁场不变，闭合回路的面积随时间变化。、磁场不变，闭合回路的面积随时间变化。【演示实验【演示实验】一一.电磁感应中的感生电场和感生电动势电磁感应中的感生电场和感生电动势变化的磁场在变化的磁场在闭合电路闭合电路中产生了感应电动势中产生了感应电动势. 哪一种作用扮演哪一种作用扮演了非静电力的角色了非静电力的角色?变化磁场产生电场.wmv磁场变强磁场变强英国物理学家麦克斯英国物理学家麦克斯韦认为，磁场变化时会韦认为，磁场变化时会在空间激发一种电场，在空间激发一种电场，称为感生电场，也叫涡称为感生电场，也叫涡旋电场。旋电

3、场。感生电场的电场线是感生电场的电场线是闭合的，感生电场的方闭合的，感生电场的方向可以根据楞次定律用向可以根据楞次定律用右手螺旋定则来判断。右手螺旋定则来判断。 由感生电场产生的感应电动势称为由感生电场产生的感应电动势称为感生电动势感生电动势，感生电动势所对应的非静，感生电动势所对应的非静电力是电力是感生电场感生电场对自由电荷的作用。对自由电荷的作用。 感生电场方向就是感应电流方向感生电场方向就是感应电流方向, ,判断方法判断方法: :楞次定律楞次定律静电场静电场 E E0 0感生电场感生电场 E Ek起源起源由静止电荷激发由静止电荷激发由变化的磁场激发由变化的磁场激发电电场场线线形形状状电场

4、线为非闭合曲线电场线为非闭合曲线电场线为闭合曲线电场线为闭合曲线E Ek静电场为有源场静电场为有源场感生电场为无源场感生电场为无源场静电场静电场E E0 0感生电场感生电场E Ek电电场场的的性性质质为保守场为保守场, 可引入势可引入势(能能) 为非保守场为非保守场, 不可引入势不可引入势(能能)静电场为有源场静电场为有源场感生电场为无源场感生电场为无源场他们间也有共性：具有场物质形式的所有共性；均对电他们间也有共性：具有场物质形式的所有共性；均对电荷有力的作用，且场强定义相同；在导体中，感生电场可引荷有力的作用，且场强定义相同；在导体中，感生电场可引起电荷的积累从而建立静电场。起电荷的积累从

5、而建立静电场。产生感生电动势的导体就是电源,其电路就是内电路,当它与外电路连接后就会对外电路供电.感生电场是产生感应电流或感应电动势的原因,感生电场的方向同样可由楞次定律判断.铁铁芯芯线圈线圈电电束束子子B磁场磁场电子感应加速器是利用电子感应加速器是利用感生电场感生电场使电子加速的设备。使电子加速的设备。 它的柱形电磁铁在两极间产生磁场。在磁场中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

6、用而被不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。断加速。二二.电磁感应中的洛伦兹力和动生电动势电磁感应中的洛伦兹力和动生电动势导体切割磁感线也会产生感应电动势,该电动势产生的机理是什么?导体切割磁感线产生的感应电动势的大小与哪些因素有关?【演示实验【演示实验】理论分析：理论分析：v_fffv_+导体两端产生电势导体两端产生电势差差动生电动势动生电动势动生电动势动生电动势是是导体中的自由导体中的自由电荷在磁场中电荷在磁场中受到受到洛仑兹力洛仑兹力作用的结果。作用的结果。f动生电动势动生电动势感生电动势感生电动势特特点点磁场不变，闭合电路的整磁场不变，闭合电路的整体或局部在磁场中运动导

7、体或局部在磁场中运动导致回路中磁通量的变化致回路中磁通量的变化闭合回路的任何部分都不闭合回路的任何部分都不动，空间磁场发生变化导动，空间磁场发生变化导致回路中磁通量变化致回路中磁通量变化原原因因由于由于S的变化引起的变化引起回路中回路中 变化变化由于由于B的变化引起的变化引起回路中回路中 变化变化非静电力就是洛仑兹力，非静电力就是洛仑兹力，由洛仑兹力对运动电荷由洛仑兹力对运动电荷作用而产生电动势作用而产生电动势变化磁场在它周围空间激发变化磁场在它周围空间激发涡旋电场，非静电力就是感涡旋电场，非静电力就是感生电场力，由感生电场力对生电场力，由感生电场力对电荷作功而产生电动势电荷作功而产生电动势方

8、方向向的来源的来源非静电力非静电力楞次定律判断楞次定律判断楞次定律或右手定则楞次定律或右手定则 例：如图，水平面上有两根相距例：如图，水平面上有两根相距0.5m0.5m的足够长的平行的足够长的平行金属导轨金属导轨MNMN和和PQPQ，它们的电阻可忽略不计，在，它们的电阻可忽略不计，在MM和和 P P之间接有阻值为之间接有阻值为R R 3.03.0的定值电阻，导体棒的定值电阻，导体棒abab长长0.5m0.5m，其电阻为，其电阻为r r 1.01.0 ，与导轨接触良好，与导轨接触良好. .整个装置整个装置处于方向竖直向上的匀强磁场中，处于方向竖直向上的匀强磁场中，B B0.4T0.4T。现使。现

9、使abab以以v v10m10ms s的速度向右做匀速运动。的速度向右做匀速运动。（1 1）a ba b哪点电势高哪点电势高? a b? a b两点间的电压多大？两点间的电压多大？（2 2）维持）维持a ba b做匀速运动的外力多大？做匀速运动的外力多大？（3 3）a ba b向右运动向右运动1m1m的过程中，外力做的功是多少？电路的过程中，外力做的功是多少？电路中产生的热量是多少？中产生的热量是多少？ RBrPMNaQbv（1） a 1.5V（2）0.1N（3）0.1J 0.1J小结感应电场:由变化的磁场激发的电场.感生电动势:由感生电场产生的感应电动势称为感生电动势.动生电动势:由于导体运

10、动而产生的感应电动势.感生电动势和动生电动势感生电动势和动生电动势导体CD在匀强磁场B中以速度V向右运动,并且导线CD与B、V的方向相垂直,由于导体中的自由电子随导体一起运动.因此每个电子受到的洛伦兹力为F洛=eVB,F洛方向向下在力的作用下，自由电子沿导体向下运动，使导体下端出现过剩的负电荷, 导体上端出现过剩的正电荷结果使导体上端C的电势高于下端D的电势,出现由C指向D的静电场,此时电场对自由电子的作用力是向上,与洛伦兹力方向相反,当二力互相平衡时，两端便产生一个稳定的电势差。 LDCX X XX X XX X XX X XX X XVF电电F洛洛【理论分析【理论分析】可见,运动的导体CD

11、就是一个电源,C为正极,自由电子受到洛伦兹力的作用,从端搬到端；也可以看作是正电荷受洛伦兹力的作用从端搬运到端这里洛伦兹力就相当于电源中的非静电力,根据电动势的定义,电动势等于单位正电荷从负极通过电源内部移动到正极非静电力所做的功,作用在单位正电荷上的洛伦兹力vBeFF洛于是动生电动势就是BLvFLE与法拉第电磁感应定律得到的结果一致.问题：问题：洛伦兹力总与电荷的运动方向垂直洛伦兹力总与电荷的运动方向垂直.因此因此,洛伦兹力对电荷不做功洛伦兹力对电荷不做功.但但是动生电动势又等于洛伦兹力搬运单位正电荷所做的功是动生电动势又等于洛伦兹力搬运单位正电荷所做的功,两者是否矛盾？两者是否矛盾？其实并

12、不矛盾运动导体中的自由电子，不仅随导体以速度v运动，而且还沿导体v做定向运动，正是这个定向运动产生感应电流因此导体中电子的合速度是 v v，电子所受的总的洛伦兹力为e与合速度v垂直，它对电子不做功的一个分量是=evB,这个分力对电子做功，产生电动势的另一个分量是evB，的方向与v方向相反，是阻碍导体运动的，做负功可以证明两个分力和所做的功代数和为零结果仍然是洛伦兹力并不提供能量，而只是起到传递能量的作用，即外力克服洛伦兹力的一个分量所做的功，通过另一个分量转化为感应电流的能量vFF1F2X X XX X XX X XX X XX X X三三. .动生电动势和感生电动势的动生电动势和感生电动势的划分划分 在某些情况下只有相对意义.例如在教科书图4.2-2所示的实验中,如果在相对于磁棒静止的参考系内观察，磁棒不动，空间各点的磁场也没有发生变化，而线圈在运动，线圈内的电动势是动生的但是，如果在相对于线圈静止的参考系内观察，则看到由于磁棒运动，引起空间磁场变化，因而线圈中的电动势是感生的在这种情况下，究意把电动势看作动生的还是感生的，决定于观察者所在的参考系然而，并不是在任何情况下都能通过参考系的变换把一种电动势归结为另一种电动势，教科书图4.2-5所示的实验就是一例子图4.2-2图4.2-5