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1、13 - 2 13 - 2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势第十三章第十三章电磁感应电磁感应 电磁场电磁场引起磁通量变化的原因引起磁通量变化的原因 1）稳恒磁场中的导体运动）稳恒磁场中的导体运动 , 或者回路面积或者回路面积变化、取向变化等变化、取向变化等 动生电动势动生电动势 2）导体不动，磁场变化）导体不动，磁场变化 感生电动势感生电动势 电动势电动势+-I 闭合电路的总电动势闭合电路的总电动势 : 非静电的电场强度非静电的电场强度.13 - 2 13 - 2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势第十三章第十三章电磁感应电磁感应 电磁场电磁场+ + + + + + +
2、+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + OP设杆长为设杆长为 一一 动生电动势动生电动势动生电动势的动生电动势的非非静电力场来源静电力场来源 洛伦兹力洛伦兹力- -+平衡时平衡时13 - 2 13 - 2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势第十三章第十三章电磁感应电磁感应 电磁场电磁场解解 例例1 一长为一长为 的铜棒在磁感强度为的铜棒在磁感强度为 的均匀的均匀磁场中磁场中,以角速度以角速度 在与磁场方向垂直的平面上绕在与磁场方向垂直的平面上绕棒的一端转动，棒的一端转动，求求铜棒两端的感应电动势铜棒两端的感应电动
3、势. + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +oP（点点 P 的电势高于点的电势高于点 O 的电势）的电势） 方向方向 O P13 - 2 13 - 2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势第十三章第十三章电磁感应电磁感应 电磁场电磁场 例例2 一导线矩形框的平面与磁感强度为一导线矩形框的平面与磁感强度为 的均的均匀磁场相垂直匀磁场相垂直.在此矩形框上在此矩形框上,有一质量为有一质量为 长为长为 的的可移动的细导体棒可移动的细导体棒 ; 矩形框还接有一个电阻矩形框还接有一个电阻 ,其值较之
4、导线的电阻值要大得很多其值较之导线的电阻值要大得很多.若开始时若开始时,细导体细导体棒以速度棒以速度 沿如图所示的矩形框运动沿如图所示的矩形框运动,试求棒的速率试求棒的速率随时间变化的函数关系随时间变化的函数关系. 解解 如图建立坐标如图建立坐标棒所受安培力棒所受安培力方向沿方向沿 轴反向轴反向+棒中棒中且由且由13 - 2 13 - 2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势第十三章第十三章电磁感应电磁感应 电磁场电磁场方向沿方向沿 轴反向轴反向棒的棒的运动方程为运动方程为则则计算得计算得棒的速率随时间变化的函数关系为棒的速率随时间变化的函数关系为+13 - 2 13 - 2 动生电动
5、势和感生电动势动生电动势和感生电动势第十三章第十三章电磁感应电磁感应 电磁场电磁场 例例 3 圆盘发电机圆盘发电机 一半径为一半径为 、厚、厚度度 的铜圆盘的铜圆盘,以角速率以角速率 ,绕通过盘心绕通过盘心 垂直的金属轴垂直的金属轴 转动转动 , 轴的半径为轴的半径为 , 且且 圆盘放在磁感强度圆盘放在磁感强度 的均匀的均匀磁场中磁场中, 的方向亦与盘面垂直的方向亦与盘面垂直. 有两个集电刷分别与有两个集电刷分别与圆盘的边缘和转轴相连圆盘的边缘和转轴相连.试计算它们之间的电势差试计算它们之间的电势差,并指并指出何处的电势较高出何处的电势较高. 13 - 2 13 - 2 动生电动势和感生电动势
6、动生电动势和感生电动势第十三章第十三章电磁感应电磁感应 电磁场电磁场已知已知求求. .解解 因为因为 ，所以不计圆盘厚度所以不计圆盘厚度.如图取线元如图取线元则则（方法一）（方法一）13 - 2 13 - 2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势第十三章第十三章电磁感应电磁感应 电磁场电磁场圆盘边缘的电势高于圆盘边缘的电势高于中心转轴的电势中心转轴的电势.解解. .13 - 2 13 - 2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势第十三章第十三章电磁感应电磁感应 电磁场电磁场. .已知已知求求（方法二）（方法二）则则 解解 取取一一虚拟的闭和虚拟的闭和回路回路 并去取其并去取其绕
7、向与绕向与 相同相同 .13 - 2 13 - 2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势第十三章第十三章电磁感应电磁感应 电磁场电磁场 设设 时点时点 与点与点 重合即重合即则则 时刻时刻方向与回路方向与回路 绕向绕向相反相反,即盘缘的电势高于中心即盘缘的电势高于中心. .13 - 2 13 - 2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势第十三章第十三章电磁感应电磁感应 电磁场电磁场二二 感生电动势感生电动势 产生感生电动势的非静电场产生感生电动势的非静电场 感生电场感生电场 麦克斯韦尔假设麦克斯韦尔假设 变化的磁场在其周围空间激变化的磁场在其周围空间激发一种电场发一种电场,这个
8、电场叫感生电场这个电场叫感生电场 .闭合回路中的感生电动势闭合回路中的感生电动势13 - 2 13 - 2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势第十三章第十三章电磁感应电磁感应 电磁场电磁场 感生感生电场是电场是非非保守场保守场 和和 均对电荷有力的作用均对电荷有力的作用.感生电场和静电场的感生电场和静电场的对比对比 静静电场是保守场电场是保守场 静静电场由电荷产生；电场由电荷产生；感生感生电场是由变化的磁电场是由变化的磁场场产生产生 .13 - 2 13 - 2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势第十三章第十三章电磁感应电磁感应 电磁场电磁场 例例 4 设有一半径为设有一半
9、径为R ,高度为高度为h 的铝圆盘的铝圆盘, 其电其电导率为导率为 . 把圆盘放在磁感强度为把圆盘放在磁感强度为 的均匀磁场中的均匀磁场中, 磁场方向垂直盘面磁场方向垂直盘面.设磁场随时间变化设磁场随时间变化, 且且 为一常量为一常量.求盘内的感应电流值求盘内的感应电流值.（圆盘内感应电流自（圆盘内感应电流自己的磁场略去不计）己的磁场略去不计）13 - 2 13 - 2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势第十三章第十三章电磁感应电磁感应 电磁场电磁场已知已知求求解解 如图取一半径为如图取一半径为 ,宽宽度为度为 ,高度为高度为 的圆的圆环环.则则圆环中的感生电动势的值为圆环中的感生电
10、动势的值为代入已知条件得代入已知条件得又又所以所以13 - 2 13 - 2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势第十三章第十三章电磁感应电磁感应 电磁场电磁场由由计算得圆环中电流计算得圆环中电流于是圆盘中的感应电流为于是圆盘中的感应电流为13 - 2 13 - 2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势第十三章第十三章电磁感应电磁感应 电磁场电磁场四四 涡电流涡电流 感应电流不仅感应电流不仅能在导电回能在导电回 路内出路内出现，现， 而且当而且当大块导大块导体体与磁场有相对运与磁场有相对运动或处在变化的磁动或处在变化的磁场中时，在这块导场中时，在这块导体中也会激起感应体中也会激起感应电流电流.这种在大块导这种在大块导体内流动的感应电体内流动的感应电流流,叫做叫做涡电流涡电流 , 简简称涡流称涡流. 应用应用 热效应、电磁阻尼效应热效应、电磁阻尼效应.
