物理竞赛电磁学.pptx
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1、物理竞赛电磁学物理竞赛电磁学2法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律楞次定律楞次定律闭合回路中感应电流的方向,总是使它所闭合回路中感应电流的方向,总是使它所激发的磁场来阻止引起感应电流的磁通量激发的磁场来阻止引起感应电流的磁通量的变化。的变化。感应电动势感应电动势与与导体闭合回路的磁通量的变化率成正比。导体闭合回路的磁通量的变化率成正比。通过线圈通过线圈的磁通量的磁通量变化变化3 整个导体回路或其中一部分,以及一段孤立导体整个导体回路或其中一部分,以及一段孤立导体在稳恒磁场中运动时,所产生的感应电动势。在稳恒磁场中运动时,所产生的感应电动势。ab一、一、动生电动势动生电动势ab均均匀匀磁磁场场l
2、典型装置典型装置4建坐标如图建坐标如图设回路设回路L方向如图方向如图负号说明电动势方向与所设方向相负号说明电动势方向与所设方向相反,反,b点电势高点电势高(相当于正极相当于正极),a点点电势低电势低(相当于负极相当于负极)。ab均均匀匀磁磁场场l应用法拉第电磁感应定律应用法拉第电磁感应定律0 xLab5电动势电动势 :非静电力与电源非静电力与电源 1 非静电力非静电力i+使正电荷逆着静电场使正电荷逆着静电场的方向运动的方向运动2 电源:电源:提供非静电力的装置提供非静电力的装置3 电动势电动势 (1)定义:电源内部,将单位正电荷从负极板定义:电源内部,将单位正电荷从负极板移动到正极板的过程中,
3、非静电力的功。移动到正极板的过程中,非静电力的功。电动势电动势 ,只与电源本身的性只与电源本身的性质有关,与外电路无关质有关,与外电路无关(2)方向:电源内部,从负极到正极,从低电位指)方向:电源内部,从负极到正极,从低电位指向高电位向高电位+q-q6计算公式计算公式将非静电力的作用看做场的作用将非静电力的作用看做场的作用非静电场、外来场非静电场、外来场若非静电力存在于整个回路中若非静电力存在于整个回路中7abba-非静电场强非静电场强=vBl动生电动势的一般计算公式动生电动势的一般计算公式若整个导体回路均处于磁场中若整个导体回路均处于磁场中由定义求由定义求 i8OA例例.求长为求长为L的直导
4、线在磁场中转动时的电动势。的直导线在磁场中转动时的电动势。解:解:与与 反向反向负号表示电动势方向与积分方向相反,即负号表示电动势方向与积分方向相反,即Ao9 半径为半径为 R 的铜盘,在均匀磁场中以角速度的铜盘,在均匀磁场中以角速度 w w 转动,转动,求盘上沿半径方向产生的感应电动势。求盘上沿半径方向产生的感应电动势。w wOA解:解:0感应电动势的方向感应电动势的方向 O AOA10例:如图一矩形管,画斜线的前后两侧面为金属板,例:如图一矩形管,画斜线的前后两侧面为金属板,其他两面(上下面)为绝缘板,用导线将两金属板相其他两面(上下面)为绝缘板,用导线将两金属板相连,金属板和导线的电阻可
5、忽略不计。今有电阻率为连,金属板和导线的电阻可忽略不计。今有电阻率为 的水银流过矩形管,流速为的水银流过矩形管,流速为v0.设管中水银的流速与设管中水银的流速与管两端压强差成正比,已知流速为管两端压强差成正比,已知流速为v0时的压强差为时的压强差为P0。在垂直于矩形管上下平面的方向上加均匀磁场,磁感在垂直于矩形管上下平面的方向上加均匀磁场,磁感应强度为应强度为B。求加磁场后水银的流速求加磁场后水银的流速vab解:设加磁场后水银的流速解:设加磁场后水银的流速v水银中产生感生电动势水银中产生感生电动势1112二、感生电动势二、感生电动势根据法拉第电磁感应定律,根据法拉第电磁感应定律,感应电动势感应
6、电动势的一般表的一般表示式为:示式为:如果回路如果回路L及其包围的面积保持不变,则及其包围的面积保持不变,则感生电动势:感生电动势:由于磁场随时由于磁场随时间变化而引起间变化而引起的感应电动势。的感应电动势。动生电动势动生电动势:导体在稳恒磁场导体在稳恒磁场中运动时中运动时,所产所产生感应电动势。生感应电动势。13感生电场感生电场感生电动势产生的原因感生电动势产生的原因 1861年麦克斯韦大胆假设年麦克斯韦大胆假设:“变化的磁场会产生感应电场变化的磁场会产生感应电场”。随时间变化随时间变化的磁场会在空间激发一种电场,称为的磁场会在空间激发一种电场,称为感生电场感生电场。即即感生电动势等于感生电
7、场场强的环流。感生电动势等于感生电场场强的环流。非静电力非静电力,感生感生电场的电场强度电场的电场强度 感生电场的电场力就是形成感生电动势的感生电场的电场力就是形成感生电动势的非静电力。非静电力。问问题题产生感生电动势的非静电力是什么?产生感生电动势的非静电力是什么?感生电场被实验所证实:电子感应加速器感生电场被实验所证实:电子感应加速器14感生电场的计算感生电场的计算(1 1)原则原则(2 2)特殊特殊空间均匀的磁场被限制在圆柱体内,磁感强度方向平空间均匀的磁场被限制在圆柱体内,磁感强度方向平行柱轴,如长直螺线管内部的场。行柱轴,如长直螺线管内部的场。磁场随时间变化磁场随时间变化 则感生电场
8、则感生电场具有柱对称分布。具有柱对称分布。具有某具有某种对称性才有种对称性才有可能计算出来可能计算出来15特殊情况下感生电场的计算特殊情况下感生电场的计算解:设场点距轴心为解:设场点距轴心为 r,根据对称性,根据对称性,取以取以O为心,过场点的圆周环路为心,过场点的圆周环路L L空间均匀的磁场限制在半径为空间均匀的磁场限制在半径为 R 的的圆柱内,圆柱内,的方向平行柱轴,且有的方向平行柱轴,且有求:求:E 感生感生 分布分布L_ r RLO16LL_ r R17o.oABd解:整个磁场可视为圆柱解:整个磁场可视为圆柱O内的内的均匀磁场均匀磁场B和空腔内和空腔内 B 的叠加的叠加空腔内的空腔内的
9、感应电场感应电场由这两部分产生由这两部分产生r1E1E2r218r1E1E2r2OOyxO O EL19例:例:202122EinEout解:长直密绕螺线管内解:长直密绕螺线管内B=B=0 0niniRrr23例:一金质圆环以其边缘为支点直立在两磁极间例:一金质圆环以其边缘为支点直立在两磁极间,环的环的底部受两个固定挡的限制底部受两个固定挡的限制,使其不能滑动使其不能滑动,现环受一扰现环受一扰动偏离竖直面动偏离竖直面0.1弧度弧度,并开始倒下并开始倒下.已知已知B=0.5T,环半环半径径r1=4cm,截面半径截面半径r2=1mm,金的电导率金的电导率 =4.0 107/m,设环重设环重F=0.
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