中南林业科技大学：《大学物理》PPT教学课件 第十章 电磁感应（10.2）动生电动势与感生电动势

510-2动生电动势与感生电动势第十章电磁感应 A# b Central South University of Forestry & Technology 引起磁通量变化的原因 1)稳恒磁场中的导体运动,或者回路面积 变化、取向变化等 动生电动势 2)导体不动,磁场变化少感生电动势 ◆电动势|I C=EK dz E:非静电的电场强度 ◆闭合电路的总电动势E E,·dl 2021年2月24日星期 http://blog.sinacomcn/p 第1页

§10-2 动生电动势与感生电动势 第十章 电磁感应 Central South University of Forestry & Technology 2021年2月24日星期三 http://blog.sina.com.cn/phy 第1页 引起磁通量变化的原因 1）稳恒磁场中的导体运动 , 或者回路面积 变化、取向变化等 动生电动势 2）导体不动，磁场变化 感生电动势 电动势 + - Ek I  k  E l d + − =   k d l  =  E l 闭合电路的总电动势  Ek  : 非静电的电场强度

510-2动生电动势与感生电动势第十章电磁感应 A#a Central South University of Forestry Technology 动生电动势 动生电动势的非静电力场来源洛伦兹力 Fn=(-e)×B B++++ ++F + 平衡时F=-F=-eE k +++ t FF + E k 艺×B m +++ + lok·dZ (×B)dl JOP 设杆长为lE;=UBdl=℃Bl 2021年2月24日星期 http://blog.sinacomcn/p 第2页

§10-2 动生电动势与感生电动势 第十章 电磁感应 Central South University of Forestry & Technology 2021年2月24日星期三 http://blog.sina.com.cn/phy 第2页 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + v  B  O P 设杆长为 l 一 动生电动势 动生电动势的非静电力场来源 洛伦兹力 - Fm  - - ++ Fe  F e B    m = (− )v 平衡时 m e Ek F F e    = − = − B e F E     =  − = v m k  =   OP B l    i k d (v ) d OP  =  E l  i 0 d l  = = B l Bl  v v

510-2动生电动势与感生电动势第十章电磁感应 A*a Central South University of Forestry Technology 例1一长为L的铜棒在磁感强度为B的均匀 常场中,以角速度O在与磁场方向垂直的平面上绕 棒的一端转动,求铜棒两端的感应电动势. 解de;=(×B)·d++++,n -=oBd +、+ +++士计 o Bdl B ++++!十 L 十++ E1方向O→P Bol 2 (点P的电势高于点O的电势) 2021年2月24日星期 http://blog.sinacomcn/p 第3页

§10-2 动生电动势与感生电动势 第十章 电磁感应 Central South University of Forestry & Technology 2021年2月24日星期三 http://blog.sina.com.cn/phy 第3页 解 = vBdl  = L lB l 0  d i 0 d L  = B l  v 2 i 1 2   = B L i d ( ) d  =   v B l 例1 一长为 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上绕 棒的一端转动，求铜棒两端的感应电动势.  L B  + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + o  P B   （点 P 的电势高于点 O 的电势）  i 方向 O P v  l  d

510-2动生电动势与感生电动势第十章电磁感应 Central South University of Forestry Technology 例2一导线矩形框的平面与磁感强度为B的均 为磁场相垂直在此矩形框上,有一质量为m长为l的 可移动的细导体棒MN;矩形框还接有一个电阻R, 其值较之导线的电阻值要大得很多若开始时细导体 棒以速度o沿如图所示的矩形框运动试求棒的速率 随时间变化的函数关系 解如图建立坐标 棒中E=Bl0且由M一N B R 棒所受安培力 B212 F=Bl 方向沿O轴反向Q M O 2021年2月24日星期三 http://blog.sinacomcn/p 第4页

§10-2 动生电动势与感生电动势 第十章 电磁感应 Central South University of Forestry & Technology 2021年2月24日星期三 http://blog.sina.com.cn/phy 第4页 例2 一导线矩形框的平面与磁感强度为 的均 匀磁场相垂直.在此矩形框上,有一质量为 长为 的 可移动的细导体棒 ; 矩形框还接有一个电阻 , 其值较之导线的电阻值要大得很多.若开始时,细导体 棒以速度 沿如图所示的矩形框运动,试求棒的速率 随时间变化的函数关系. m l B  MN R 0 v  解 如图建立坐标 棒所受安培力 R v 2 2 B l F = IBl = 方向沿ox轴反向 F R l  B  v  o x M N 棒中  i = Blv 且由 M N I

510-2动生电动势与感生电动势第十章电磁感应 Central South University of Forestry& Technology B= f=Bl= 方向沿Ox轴反向 R 棒的运动方程为 B212 B R dt R v dU t B l 则 M U Jo mr al I 计算得棒的速率随时间变化的函数关系为 (B212/mR)t One 2021年2月24日星期 http://blog.sinacomcn/p 第5页

§10-2 动生电动势与感生电动势 第十章 电磁感应 Central South University of Forestry & Technology 2021年2月24日星期三 http://blog.sina.com.cn/phy 第5页 R v 2 2 B l F = IBl = 方向沿 ox 轴反向 棒的运动方程为 R v v 2 2 d d B l t m = − 则   = − t t B l 0 2 2 d d v mR v v v0 计算得棒的速率随时间变化的函数关系为 (B l )t 2 2 e mR v v0 − = F  R l B  v  o x M N

510-2动生电动势与感生电动势第十章电磁感应 Central South University of Forestry Technology 3圆盘发电机 半径为R1=1.2m、厚 度d=1.0×103m的铜圆盘,以角速率=5×2πrads, 绕通过盘心垂直的金属轴OO转动,轴的半径为R2, 且R,=20×103m圆盘放在磁感强度B=10T的均匀 磁场中,B的方向亦与盘面垂直有两个集电刷分别与 圆盘的边缘和转轴相连试计算它们之间的电势差,并指 出何处的电势较高 2021年2月24日星期 http://blog.sinacomcn/p 第6页

§10-2 动生电动势与感生电动势 第十章 电磁感应 Central South University of Forestry & Technology 2021年2月24日星期三 http://blog.sina.com.cn/phy 第6页 例 3 圆盘发电机 一半径为 、厚 度 的铜圆盘,以角速率 , 绕通过盘心 垂直的金属轴 转动 , 轴的半径为 , 且 圆盘放在磁感强度 的均匀 磁场中, 的方向亦与盘面垂直. 有两个集电刷分别与 圆盘的边缘和转轴相连.试计算它们之间的电势差,并指 出何处的电势较高. 1.0 10 m −3 d =  B  R1 =1.2m 2.0 10 m 3 2 − R =  oo' 1 5 2π rad s −  =   R2 B =10T

510-2动生电动势与感生电动势第十章电磁感应 Central South University of Forestry& Technology R1=12m,d=10×103m,O=5×2兀rads 2R, R2=2.0×10°m,B=10T, 求 (方法一) 解因为d<<R1 所以不计圆盘厚度 B 如图取线元dF 则dE1=(0×B)df B uBdr= rob dr 2021年2月24日星期 http://blog.sinacomcn/p 第7页

§10-2 动生电动势与感生电动势 第十章 电磁感应 Central South University of Forestry & Technology 2021年2月24日星期三 http://blog.sina.com.cn/phy 第7页 R1 B  r  . .. o o' M N  B  2 2R Ei 解 因为 d  R1 ， 所以不计圆盘厚度. r  d 如图取线元 r  d 则 d ( ) d  i =   v B r = vBdr = rB dr （方法一） 1.0 10 m, −3 1.2m, d =  R1 = 2.0 10 m, 3 2 − R =  1 5 2π rad s − 已知  =   i 求  = ? B =10T

510-2动生电动势与感生电动势第十章电磁感应 A# b Central South University of Forestry & Technology dE=(ux B). dr=uBdr=raBdr 2R2 R roBi R OB(R12-R2) B =226V B 圆盘边缘的电势高于 中心转轴的电势 2021年2月24日星期 http://blog.sinacomcn/p 第8页

§10-2 动生电动势与感生电动势 第十章 电磁感应 Central South University of Forestry & Technology 2021年2月24日星期三 http://blog.sina.com.cn/phy 第8页 2 1 i d R R   = r B r  ( ) 2 1 2 2 2 = B R1 − R = 226V 圆盘边缘的电势高于 中心转轴的电势. 解 d ( ) d  i =   v B r = vBdr = rBdr R1 B  r  . .. o o' M N  B  2 2R Ei r  d

510-2动生电动势与感生电动势第十章电磁感应 A*a Central South University of Forestry Technology BR=1.2m d=1.0×103m,O=5×2xrad.si R2=2.0×103m,B=10T, 2R2 求 (方法 取一虚拟的闭和 回路MOM并去取其 R 绕向与B相同 B 则 ④=Bm(R-R2) 2元 B B(R-R2)6 2021年2月24日星期 http://blog.sinacomcn/p 第9页

§10-2 动生电动势与感生电动势 第十章 电磁感应 Central South University of Forestry & Technology 2021年2月24日星期三 http://blog.sina.com.cn/phy 第9页 （方法二） 则 π ( ) 2π 2 2 2 Φ= B R1 − R  ( ) 2 1 2 2 2 = B R1 − R M N 解 取一虚拟的闭和 回路 并去取其 绕向与 相同 . MNOM B   d N' R1 B  . .. o o'  B  2 2R Ei 1.0 10 m, −3 R1 =1.2m, d =  2.0 10 m, 3 2 − R =  1 5 2π rad s − 已知  =   i 求  = ? B =10T

510-2动生电动势与感生电动势第十章电磁感应 Central South University of Forestry Technology 2R d=-BRI-R26 设t=0时点M 与点N重合即O=0 N 、R1 则t时刻=cx oK nb C B(R2-R2) 2 dg B dt 方向与回路MNOM绕向=-B(R2-R2)O 相反,即盘缘的电势高于中心 2 2021年2月24日星期 http://blog.sinacomcn/p 第10页

§10-2 动生电动势与感生电动势 第十章 电磁感应 Central South University of Forestry & Technology 2021年2月24日星期三 http://blog.sina.com.cn/phy 第10页 设 时点 与点 重合即 M N t = 0  = 0 则 t 时刻  =t Φ B(R R )t 2 1 2 2 2 = 1 − i d d Φ t  = − ( ) 2 1 2 2 2 方向与回路 MNOM 绕向 = − B R1 − R 相反,即盘缘的电势高于中心. ( ) 2 1 2 2 2 Φ= B R1 − R R1 B  . .. o o'  B  2 2R Ei M N  N' d