大學(xué)物理電源與電動勢

1、大學(xué)大學(xué)物理物理-第二學(xué)期第二學(xué)期與物理最后一次親密的接觸；與物理最后一次親密的接觸；1. 新學(xué)期有何目標(biāo)？新學(xué)期有何目標(biāo)？2. 新學(xué)期對自己的要求如何？新學(xué)期對自己的要求如何？3. 新學(xué)期對大學(xué)的認(rèn)識是否提高？新學(xué)期對大學(xué)的認(rèn)識是否提高？全國部分地區(qū)大學(xué)生物理競賽全國部分地區(qū)大學(xué)生物理競賽大學(xué)物理競賽輔導(dǎo)大學(xué)物理競賽輔導(dǎo)第第2周第周第10周周 周五、日周五、日 9、10節(jié)節(jié), 浩學(xué)樓（浩學(xué)樓（四教四教東東302）主要分析講解前三屆的試卷及重要知識點主要分析講解前三屆的試卷及重要知識點本學(xué)期教學(xué)內(nèi)容：本學(xué)期教學(xué)內(nèi)容：第八章第十一章。第八章第十一章。主要內(nèi)容：電磁感應(yīng)、振動波動、光學(xué)主要內(nèi)容：電

2、磁感應(yīng)、振動波動、光學(xué)學(xué)期總成績學(xué)期總成績平時平時成績成績30作業(yè)：作業(yè)：20考勤：考勤：10 期末考試成績期末考試成績 ：70答疑時間答疑時間: 周四周四 5、6節(jié)節(jié)答疑地點：博遠(yuǎn)樓答疑地點：博遠(yuǎn)樓6027 2 電源電源 電動勢電動勢一、電源一、電源ABi當(dāng)當(dāng) VA = VB 時時 i=0電勢差是維持恒定電流的條件電勢差是維持恒定電流的條件保持極板間的電勢差必須依保持極板間的電勢差必須依靠非靠非靜電力靜電力的作用的作用+dqi電源：提供電源：提供非靜電力非靜電力的裝置。即能夠把其它形式的裝置。即能夠把其它形式的能量轉(zhuǎn)化為電能的裝置。的能量轉(zhuǎn)化為電能的裝置。1.電源電源電源外的電路電源外的電路

3、 外電路：靜電力外電路：靜電力 把把 +q從正極移到負(fù)極從正極移到負(fù)極 電源電源 內(nèi)部內(nèi)部 內(nèi)電路：非靜電力把內(nèi)電路：非靜電力把+q從負(fù)極移到正極從負(fù)極移到正極2.非靜電力非靜電力化學(xué)電源：物質(zhì)的物理化學(xué)作用化學(xué)電源：物質(zhì)的物理化學(xué)作用發(fā)電機：磁場對運動電荷的作用發(fā)電機：磁場對運動電荷的作用溫差電源：自由電子的擴(kuò)散作用溫差電源：自由電子的擴(kuò)散作用ABIR+dqEkEABIR+dq3.非靜電場強非靜電場強qFEkk 方向：負(fù)極指向正極方向：負(fù)極指向正極 二、電源電動勢二、電源電動勢電源電動勢是定量描述電源轉(zhuǎn)化能量本領(lǐng)大小的量度。電源電動勢是定量描述電源轉(zhuǎn)化能量本領(lǐng)大小的量度。定義：單位正電荷繞閉

4、合回路一周非靜電力作的功。定義：單位正電荷繞閉合回路一周非靜電力作的功。ldEldEqW)(A)(Bkk 注意注意（1）電動勢只與電源自身的性質(zhì)有關(guān)，）電動勢只與電源自身的性質(zhì)有關(guān)，與外電路的性質(zhì)、接通與否無關(guān)。與外電路的性質(zhì)、接通與否無關(guān)。（2）電動勢有方向，即非靜電力的方向，）電動勢有方向，即非靜電力的方向，負(fù)極指向正極。負(fù)極指向正極。第第八八章章 電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 電磁場電磁場 對稱性對稱性磁的電效應(yīng)磁的電效應(yīng)奧斯特奧斯特電流磁效應(yīng)電流磁效應(yīng)？8 - 1 電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)定律一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象 磁鐵棒與線圈在相對運動磁鐵棒與線圈在相對運動時的電磁感應(yīng)現(xiàn)象時的電磁感應(yīng)現(xiàn)象

5、 線圈中電流改變時線圈中電流改變時的電磁感應(yīng)現(xiàn)象的電磁感應(yīng)現(xiàn)象 金屬棒在磁金屬棒在磁場中運動時的場中運動時的電磁感應(yīng)現(xiàn)象電磁感應(yīng)現(xiàn)象金屬框在磁場金屬框在磁場中旋轉(zhuǎn)時的電中旋轉(zhuǎn)時的電磁感應(yīng)現(xiàn)象磁感應(yīng)現(xiàn)象A線圈的接頭線圈的接頭法拉弟感應(yīng)環(huán)法拉弟感應(yīng)環(huán)B線圈的接頭線圈的接頭電電 氣氣 化化 時時 代代1832年年 第一臺永磁體發(fā)電機第一臺永磁體發(fā)電機 （法國比齊）（法國比齊）1833年年 轉(zhuǎn)動中樞式發(fā)電機轉(zhuǎn)動中樞式發(fā)電機 （美國薩克斯頓）（美國薩克斯頓）1858年年 英國沿海岸燈塔英國沿海岸燈塔1845年年 電磁鐵發(fā)電機電磁鐵發(fā)電機 （美國惠斯通）（美國惠斯通）1876年年 電話電話1866年年 自

6、激發(fā)電機（美、英、德）自激發(fā)電機（美、英、德）1879年年 電燈電燈1880年年 電力機車電力機車G第一類第一類 i v = 0 B = 0 I = 0v I 空間磁場發(fā)生變化空間磁場發(fā)生變化B第二類第二類: 均勻磁場均勻磁場B i S = 0n i = 0V V V V V V V V V結(jié)結(jié) 論論 當(dāng)閉和線圈中的當(dāng)閉和線圈中的m 發(fā)生變化時，線圈中發(fā)生變化時，線圈中產(chǎn)生電流，這種現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)，其相應(yīng)的產(chǎn)生電流，這種現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)，其相應(yīng)的電流稱為感應(yīng)電流。電流稱為感應(yīng)電流。二、二、 電磁感應(yīng)規(guī)律電磁感應(yīng)規(guī)律 dtdmi 1. 法拉第電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律 njmjdtdi N

7、 匝串聯(lián)回路匝串聯(lián)回路dtddtdNmi 平均感應(yīng)電動勢平均感應(yīng)電動勢tmi 若若N21 則則 稱為稱為 磁鏈磁鏈 mN 閉合回路中感應(yīng)電流的方向，總是閉合回路中感應(yīng)電流的方向，總是使它所激發(fā)的磁場來使它所激發(fā)的磁場來阻止阻止引起感應(yīng)電流引起感應(yīng)電流的的磁通量的變化磁通量的變化。楞次定律是能量守恒。楞次定律是能量守恒定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象上的具體體現(xiàn)。定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象上的具體體現(xiàn)。三、三、 楞次定律楞次定律 - - “慣性定律慣性定律”注注 意意法拉第電磁感應(yīng)定律僅適用于法拉第電磁感應(yīng)定律僅適用于閉和回路閉和回路 兩根無限長平行直導(dǎo)線載有大小相等方兩根無限長平行直導(dǎo)線載有大小相等方向相反的電流向

8、相反的電流 I , I 以以dI/dt的變化率贈長，一的變化率贈長，一矩形線圈位于導(dǎo)線平面內(nèi)（如圖），則線圈矩形線圈位于導(dǎo)線平面內(nèi)（如圖），則線圈中的感應(yīng)電流的方向如何？中的感應(yīng)電流的方向如何？II例例1121B 2Bi1i2i = i1 i2（順時針）（順時針） 如圖所示，在一長直通電導(dǎo)線的上方有一閉合導(dǎo)如圖所示，在一長直通電導(dǎo)線的上方有一閉合導(dǎo)線圓環(huán)向下運動，則在圓環(huán)中的感應(yīng)電流的方向為線圓環(huán)向下運動，則在圓環(huán)中的感應(yīng)電流的方向為（A）順時針；）順時針； （B）逆時針；）逆時針；（C）零；）零； （D）無法確定。）無法確定。IB vi例例2 如圖所示，有一彎成如圖所示，有一彎成角的金屬架角

9、的金屬架COD，一導(dǎo)體桿，一導(dǎo)體桿MN（MN垂直于垂直于OD）以恒定速度）以恒定速度v在金屬架上滑動，且在金屬架上滑動，且v的方的方向垂直于向垂直于MN向右。已知外磁場向右。已知外磁場B大小為大小為k t（k0），方向），方向垂直于金屬架垂直于金屬架COD平面朝外。設(shè)平面朝外。設(shè)t = 0時，時，x = 0。求。求t 時刻時刻導(dǎo)體桿導(dǎo)體桿 MN 運動到運動到 x 處時框架內(nèi)的感應(yīng)電動勢處時框架內(nèi)的感應(yīng)電動勢 i 。例例3MNOxBvCDMNdtdmi SBSBm MN 順時針順時針mddt i2 23kv t tan2解：解：1( tan )2ktx x 21kt(vt) tan2電吉他電吉他

10、NS金屬吉他弦金屬吉他弦到放大器到放大器電吉他拾音器電吉他拾音器云南邊境的掃雷部隊云南邊境的掃雷部隊作業(yè)作業(yè)習(xí)題集（第習(xí)題集（第26單元）單元）（一）（一） 1, 2，5；（二）（二）5（三）（三）1, 2, 3（四）（四）3可測出可測出0.3克金屬的克金屬的AN-19/2式單兵探雷器式單兵探雷器（奧地利、瑞典）（奧地利、瑞典）探探 雷雷 手手 套套例例5 下圖示出了三種情況，相同的圓形導(dǎo)電回路處在以相下圖示出了三種情況，相同的圓形導(dǎo)電回路處在以相同的速率變化的均勻磁場中，求回路中的電動勢。（設(shè)回同的速率變化的均勻磁場中，求回路中的電動勢。（設(shè)回路面積為路面積為S）0dtdB （a）0dtdB

11、 0dtdB （b）0dtdB 0dtdB （c）S)BB(21a dtdaia S)BB(21b dtdBS2 )dtdBdtdB(S12ib dtdBS2 S)BB(21c )dtdBdtdB(S12ic 0 置于空氣中的置于空氣中的直導(dǎo)線通有交流電直導(dǎo)線通有交流電求：與其共面的求：與其共面的N匝矩形回路中的感匝矩形回路中的感應(yīng)電動勢（其中應(yīng)電動勢（其中 I0 和和 是大于零的是大于零的常數(shù)）常數(shù)）tIIsin0IdsdaOXl例例2x2.如圖所示，一矩形金屬線框，以速度如圖所示，一矩形金屬線框，以速度V從無場空從無場空間進(jìn)入一均勻磁場中，然后又從磁場中出來，到間進(jìn)入一均勻磁場中，然后又從

12、磁場中出來，到無場空間中，不計線圈的自感，下面哪一條圖線無場空間中，不計線圈的自感，下面哪一條圖線正確的表示了線圈中感應(yīng)電流對時間的函數(shù)關(guān)系？正確的表示了線圈中感應(yīng)電流對時間的函數(shù)關(guān)系？（從線圈進(jìn)入磁場時刻開始計時，（從線圈進(jìn)入磁場時刻開始計時，I以順時針反方以順時針反方向為正）向為正）2.如圖，矩形區(qū)域為均勻穩(wěn)恒磁場，半圓形閉合如圖，矩形區(qū)域為均勻穩(wěn)恒磁場，半圓形閉合導(dǎo)線回路在紙面內(nèi)繞軸導(dǎo)線回路在紙面內(nèi)繞軸O作逆時針方向勻角速轉(zhuǎn)作逆時針方向勻角速轉(zhuǎn)動，動，O點是圓心且恰好落在磁場的邊緣上，半圓點是圓心且恰好落在磁場的邊緣上，半圓形閉合導(dǎo)線完全在磁場外時開始計時。圖（形閉合導(dǎo)線完全在磁場外時開

13、始計時。圖（A）（D）的）的t t函數(shù)圖象中哪一條屬于半圓形導(dǎo)函數(shù)圖象中哪一條屬于半圓形導(dǎo)線回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢？線回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢？3.如圖所示，一半徑為如圖所示，一半徑為r的很小的金屬圓環(huán)，在初始的很小的金屬圓環(huán)，在初始時刻與一半徑為時刻與一半徑為a的大金屬圓環(huán)共面且同心。在大圓的大金屬圓環(huán)共面且同心。在大圓環(huán)中統(tǒng)一恒定的電流環(huán)中統(tǒng)一恒定的電流I，方向如圖。如果小圓環(huán)以勻，方向如圖。如果小圓環(huán)以勻角速度角速度繞其任意方向的直徑轉(zhuǎn)動，并設(shè)小圓環(huán)的繞其任意方向的直徑轉(zhuǎn)動，并設(shè)小圓環(huán)的電阻為電阻為R R，求任意時刻，求任意時刻t t通過小圓環(huán)的磁通量及小圓通過小圓環(huán)的磁通量及小圓環(huán)中的感應(yīng)電流。環(huán)中的感應(yīng)電流。G例例4 有一個有一個S=20cm2的空心螺繞環(huán)，的空心螺繞環(huán)，n=5匝匝/cm。環(huán)外