5、感生电动势和动生电动势解析

感生电动势和动生电动势知识回顾+++---+++++++++电路中电动势的作用是某种非静电力对自由电荷的作用。每一个电动势都对应有一种非静电力——正是由于非静电力做功把其它形式的能转化为电能。感应电动势对应的非静电力是一种什么样的作用?问题一、感生电场与感生电动势磁场变强一个闭合电路静止于磁场中,由于磁场强弱的变化,闭合电路内产生了感应电动势.哪一种作用是非静电力?英国物理学家麦克斯韦在他的电磁场理论中指出，变化的磁场会在空间激发一种电场，这种电场对电荷会产生力的作用。如果此刻周围空间存在闭合导体，导体中自由电荷会在这种电场力的作用下定向移动，产生感应电流，或者说产生感应电动势。变化的的磁场能在周围空间激发电场,这种电场叫感生电场,由感生电场产生的感应电动势称为感生电动势.詹姆斯·克拉克·麦克斯韦，英国物理学家、数学家。科学史上，称牛顿把天上和地上的运动规律统一起来，是实现第一次大综合，麦克斯韦把电、光统一起来，是实现第二次大综合，因此应与牛顿齐名。1873年出版的《论电和磁》，也被尊为继牛顿《自然哲学的数学原理》之后的一部最重要的物理学经典。没有电磁学就没有现代电工学，也就不可能有现代文明。1、感生电场（1）定义:变化的磁场在周围空间激发的电场叫感生电场(涡旋电场).（2）方向:就是感生电流的方向.用楞次定律和安培定则判断.（3）电场线:是闭合的曲线.由感生电场产生的感应电动势。感生电动势所对应的非静电力是感生电场对自由电荷的作用.2、感生电动势感生电场是产生感生电动势的原因。感生电动势在电路中的作用就是电源,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。3、应用实例---电子感应加速器电子感应加速器是用感生电场来加速电子的一种设备。铁芯电子束环形真空管道线圈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。当磁场发生变化时，就会沿管道方向产生感生电场。射入其中的电子就受到感生电场的持续作用而不断加速。二、洛伦兹力与动生电动势导体切割磁感线时也会产生感生电动势,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?它是如何将其它形式的能转化为电能的?【思考】1、自由电荷会随着导体棒运动,并因此受到洛伦兹力。导体中自由电荷沿什么方向运动？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。XXXXXXXXXXXXCDv○－分析:导体中自由电荷具有水平方向的速度，由左手定则可判断受到沿棒向下的洛伦兹力作用，其合运动是斜向下的。fv′2、导体棒一直运动下去，自由电荷是否也会沿着导体棒一直运动下去?为什么?XXXXXXXXXXXXCDv○－f﹢﹢﹣﹣F电分析：自由电荷不会一直运动下去。因为C、D两端聚集电荷越来越多，在CD棒间产生的电场越来越强,当电场力等于洛伦兹力时，自由电荷不再定向运动。可见，运动的导体就是一个电源，C为正极，相当于正电荷受到洛伦兹力的作用，vBeFF洛BLvFLE从D端搬到C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与法拉第电磁感应定律得到的结果一致.分析：导体棒中电流是由D指向C的。此时导体棒可以看作是一个电源，导体棒切割磁感线产生了动生电动势。3、导体棒的哪端电势比较高?4、如果用导线把C、D两端连到磁场外的一个用电器上，导体棒中电流是沿什么方向的?BLvELEeevB或C端电势高1、动生电动势：由于导体的运动(切割磁感线)而产生的感应电动势叫动生电动势.2、动生电动势所对应的非静电力是洛伦兹力的分力.特别注意：动生电动势与洛伦兹力有关，但洛伦兹力始终不做功.【例1】如图所示，固定于水平桌面上的金属框架cdef，处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒ab搁在框架上，可无摩擦滑动．此时abce构成一个边长为l的正方形，棒的电阻为r，其余部分电阻不计．开始磁感强度为B0．（1）若从t=0时刻起，磁感强度均匀增加，每秒增量为k，同时棒保持静止．求棒中的感应电流．在图上标出感应电流的方向；（2）在上述（1）情况中，始终保持棒静止，当t=t1末时需加的垂直于棒的水平拉力为多大？（3）若t=0时刻起，磁感强度逐渐减小，当棒以恒定速度v向右做匀速运动时，可使棒中不产生感应电流，则磁感强度应怎样随时间变化（写出B与t的关系式）？abefcd解析：（1）磁感强度均匀增加，每秒增量为k，得∵感应电动势∴感应电流由楞次定律可判定感应电流方向为逆时针，棒ab上的电流方向为b→a．（2）t=t1时，B=B0+kt1又∵F=BIL∴（3）∵棒中不产生感应电流∴回路中总磁通量不变∴Bl（L+vt）=B0l2，得ktB2SkltBtErklktBF310)(vtllBB0【例2】如图所示，两根平行金属导轨的端点P、Q用电阻可忽略的导线相连，两导轨间的距离l=0.20m．有随时间变化的匀强磁场垂直于桌面，已知磁感应强度B与时间t的关系为B=kt，比例系数k＝0.020T／s．一电阻不计的金属杆可在导轨上无摩擦地滑动，在滑动过程中保持与导轨垂直．导轨固定在水平桌面上，每根导轨每米的电阻为r0＝0.10Ω／m，在t=0时刻，导轨的金属杆紧靠在P、Q端，在外力作用下，杆以恒定的加速度从静止开始向导轨的另一端滑动，求在t＝6.0s时金属杆所受的安培力．a解析：以a表示金属杆运动的加速度，在t时刻，金属杆与初始位置的距离L＝at2/2，此时杆的速度v＝at这时，杆与导轨构成的回路的面积S=Ll回路中的感应电动势E＝SΔB/Δt＋Blv回路的总电阻R＝2Lr0回路中的感应电流I=E/R作用于杆的安培力F＝BIl代入数据为F＝1.44×10-3NktBtttBtBktB)(trlkF022231.如何把电流表改装成电压表?2.如何把电流表改装成量程较大的电流表?知识回顾UIgVURgRUgURIgUgAIUgIIgIRRRg分压电阻分流电阻能否把电流表改装成直接测量电阻的欧姆表?例题如图电源的电动势E=1.5V,内阻r=0.5Ω,电流表满偏电流Ig=10mA,电流表电阻Rg=7.5Ω,A、B为接线柱。(1)用导线把A、B直接连起来,此时应把可变电阻R调节为多少才能使电流表恰好达到满偏电流?rABERRg)(gRrIER-gRrREI=gg=142Ω例题rABER(2)调到满偏后保持R的值不变,在A、B间接一个150Ω的电阻R0,电流表指针指着多少刻度的位置?R0(1)用导线把A、B直接连起来,此时应把可变电阻R调节为多少才能使电流表恰好达到满偏电流?如图电源的电动势E=1.5V,内阻r=0.5Ω,电流表满偏电流Ig=10mA,电流表电阻Rg=7.5Ω,A、B为接线柱。142Ω1RrREI0=gR0=5mA例题rABER(2)调到满偏后保持R的值不变,在A、B间接一个150Ω的电阻R0,电流表指针指着多少刻度的位置?R0(1)用导线把A、B直接连起来,此时应把可变电阻R调节为多少才能使电流表恰好达到满偏电流?如图电源的电动势E=1.5V,内阻r=0.5Ω,电流表满偏电流Ig=10mA,电流表电阻Rg=7.5Ω,A、B为接线柱。142Ω1RrREI0=gR0=5mA例题rABERRx(1)用导线把A、B直接连起来,此时应把可变电阻R调节为多少才能使电流表恰好达到满偏电流?如图电源的电动势E=1.5V,内阻r=0.5Ω,电流表满偏电流Ig=10mA,电流表电阻Rg=7.5Ω,A、B为接线柱。142ΩRrREIx=gRx(3)如果把任意电阻Rx接在A、B间,电流表读数Ix与Rx的值有什么关系?通过以上计算你有何启发?如果把电流表10mA刻度标为“0Ω”,5mA刻度标为“150Ω”,0mA刻度标为“∝Ω”,把其它电流刻度都按Rx=1.5/Ix-150转换成电阻刻度,它岂不成了一个能直接测量电阻的仪器?思考一、欧姆表(一)结构:欧姆表由电流表G、电池、调零电阻R，刻度盘和红、黑表笔组成.如图，就电路部分而言，在欧姆表内部是电流表、电池、调零电阻三者串联而成，在欧姆表外部，接上被测电阻后，与欧姆表内部电路一起组成闭合电路．IRx(二)原理:ERg+r+RIg=ERg+r+RRx+Ix=I=0闭合电路欧姆定律(电阻测量转换为电流测量)改变Rx,电流Ix随之改变,Rx与Ix一一对应.表头刻度IxRxR内=Rg+r+R=R中欧姆表:内阻中值电阻Ix=ERg+r+R+RxE=R内+RxRx=-R内EIx051015ΩΩ20304050100200500∞1K(1)零刻度在右边，左边为无限大。(2)刻度不均匀,左边密、右边稀。(三)刻度:??(3)刻度顺序与电流表、电压表的刻度顺序相反.Rx优点：测量方便缺点：若电池用久了，电动势会变化，产生误差较大，只能粗略测量电阻Rx(四)优缺点:思考与讨论AABAABR1AABR2电流表欧姆表电压表AABAABR1AABR2电流表、欧姆表和电压表都有一个表头，能不能让它们共用一个表头制成一个多用电表呢?123ABR1R2A现在要使B接1时能成为电流表，接2时能成为欧姆表，接3时能成为电压表，这就成了一个简单的多用电表。这个多用电表的电路图是怎样的？请把它在下图基础上画出来。二、多用电表(一)结构EEAB1234561.开关S调到1、2、3、4、5、6个位置时电表分别测的是什么?2.在测量电流或电压时两个位置中哪个位置的量程比较大?在识别电阻档和电压档电路时，可以把虚线框内的电路当成一个电流表。1、2为电流表3、4为欧姆表5、6为电压表电流：1大电压：6大(一)结构指针式多用电表数字式多用电表指针式多用电表数字式多用电表问题2:多用电表可以有哪些用途?怎样使用?怎样读数?问题1:说一说指针式多用电表的基本构造?(一)结构(3)红表笔接高电势,黑表笔接低电势.(4)读数时先看量程再看小格,要正视表针.1.测量电压怎样用多用电表测量小灯泡的电压?测量中应注意什么?步骤:(1)选档;(2)测量;(3)读数.注意:(2)量程应大于小灯泡两端电压的估计值.(二)使用(1)将电压表并联在待测电路两端.2.测量电流怎样用多用电表测量通过小灯泡的电流?测量中应注意什么?(1)将电流表串联在待测电路中.注意:(2)量程应大于通过小灯泡电流的估计值.(3)电流应从红表笔流入电表.(4)读数时先看量程再看小格,要正视表针.(二)使用步骤:(1)选档;(2)测量;(3)读数.①机械调0(左侧0):用螺丝刀进行机械调0(左侧0).②选挡:测电阻时选择合适的倍率.以使指针指在中央1/3刻度范围,可用比估计值低1个数量级的倍率,如估计值为200Ω就应该选×10的倍率.③电阻调0(右侧0):用(电阻)调0旋钮进行调0(表笔直接接触，指针指右侧0刻度).④测量:将红黑表笔接被测电阻两端进行测量.⑤读数:将指针示数乘以倍率得测量值.⑥将选择开关调至off档或交流电压最高档位置.欧姆表的使用步骤3.测量电阻：怎样用多用电表测量定值电阻?测量中应注意什么?(二)使用电流从欧姆表的黑表笔流出,经过被测电阻,从红表笔流入.(1)二极管的单向导电性怎样用多用电表测量二极管的正反向电阻?测量中应注意什么?(2)欧姆表中电流的方向3.测量电阻：二极管是一种半导体元件.导电特点:电流从正极流入时电阻较小;电流从正极流出时电阻较大.Rx(二)使用I(3)测量二极管的正向电阻①机械调0(左侧0):②选挡:将选择开关旋至低倍率的欧姆挡(例如“×10Ω挡).③电阻调0(右侧0):④测量:将黑表笔接触二极管正极,红表笔接触二极管负极,.⑤读数:将指针示数乘以倍率得测量值.(二)使用3.测量电阻：(4)测量二极管的反向电阻①机械调0(左侧0):②选挡:将选择开关旋至高倍率的欧姆挡(例如“×100Ω挡).③电阻调0(右侧0):④测量:将黑表笔接触二极管负极,红表笔接触二极管正极,.⑤读数:将指针示数乘以倍率得