电磁感应——动生电动势总结

对“感应电动势”教学的一点思考

摘 要：课程标准指出：教科书的内容应重视科学的发生过程。科学过程是科学家群体从事科学活动的智力劳动过程。电磁感应现象的本质是：穿过闭合回路的磁通量发生变化时，在闭合回路中产生感应电动势的现象。由于引起磁通量变化的原因不同，感应电动势产生的机理也不同，可以分为两种：感生电动势和动生电动势。从而认识感应电动势的两种非静电力，即感生电场力和洛伦兹力，它揭示了电磁感应现象的本质，使学生对电磁感应现象的认识上升到了一个新的高度。

关键词：感应电动势 感生电动势 动生电动势

课程标准指出：教科书的内容应重视科学的发生过程。科学过程是科学家群体从事科学活动的智力劳动过程。笔者通过对“感应电动势”新旧教材的对比发现，新教材较好地落实了课程标准的要求，增加了反电动势、动生电动势和感生电动势的相关内容，使学生对电磁感应现象的认识由现象逐步深入到物理本质。

一、新旧教材的对比

旧教材：《电磁感应现象》主要讲述电磁感应现象的产生，确定感应电动势大小和感应电流方向的一般规律——法拉第电磁感应定律和楞次定律，并分析说明，电磁感应的规律与能量守恒定律相符合。重点研究了感应电动势的大小跟哪些因素有关。没有涉及到感应电动势产生的本质或原理，这对于学生对问题的理解不够深入，也存在着疑惑。

新教材：对电磁感应现象及其本质、规律的阐述分为三个阶段逐步深入。第1节“划时代的发现”，阐述法拉第电磁感应现象的过程；第2节“探究感应电流的产生条件”，通过几个典型实验的探究得出结论；第3节“楞次定律”，通过实验阐述楞次定律的内容，说明楞次定律与右手定则的关系。前3节是从感应电流角度来认识电磁感应现象，这是认识电磁感应现象的第一阶段。第4节“法拉第电磁感应定律”，从感应电流深入到感应电动势来理解电磁感应现象，这是第二个阶段，它的核心内容是法拉第电磁感应定律，增加了反电动势的意义。第5节“电磁感应规律的应用”，介绍了感应电动势的两种非静电力，即感生电场力和洛伦兹力，它揭示了电磁感应现象的本质，这是认识电磁感应现象的第三个阶段，使学生对电磁感应现象的认识上升到了一个新的高度。在《物理选修3-1》中，学生学习了电动势的本质是非静电力移动电荷做功，它是反映电源性能的物理量，继而自然会追问，感应电动势的本质是什么呢？考虑到随时间变化的磁场产生涡旋电场是电磁感应规律的核心内容，也是麦克斯韦电磁场理论基本方程的内容，它鲜明地显示了磁场与电场的联系，教材介绍了感生电动势的本质是涡旋电场力。不过应该注意到，这部分对感生电动势的介绍是粗浅的、形象的，它只要求学生对此有初步的认识即可。教材对动生电动势的本质用洛伦兹力做了具体的分析、说明，在学生学习了洛伦兹力之后，由导线运动切割磁感线产生动生电动势的机理就比较容易理解了。

电机学中的磁动势分布情况

安徽理工大学电气工程及其自动化（2）班 张杰 2013/1/15 1 1.交流绕组的磁动势

+A0faF图1

fAfAfA10AF1AF1AF1AF10AF1AF图2

AaF(+A)0faF1AaF1 图3 电机学中的磁动势分布情况

安徽理工大学电气工程及其自动化（2）班 张杰 2013/1/15 2

从图中可以看出三相电流产生的总的磁场是随着转子的旋转而旋转的，设转子开始的位置就是A相的轴线位置，也就是0时，此时aF在轴线+A轴上，当转子逆时针转动1角时，aF也转动1角，这样最大的磁动势线就对应在1，1也就是t。

值得注意的是，上面的图是三相电流合成之后的磁动势，而对于每一相电流，他们产生的基波磁动势的表达式是1142coscoscoscos2kkkfNItFt，这个式子可以傅里叶变换为：'''1111111cos()cos()22kkkkkfFtFtff，可以发现，一个脉振磁动势可以分解为两个极对数和波长与脉振波完全一样，类比上面的合成磁动势，这里的cos()t可以看成是振幅为112kF的磁动势沿着逆时针转动，也就是转子的转动方向旋转，并且旋转的角速度为ddtdtdt，也就是说，这个行波是电角速度为，大小与转子转动的电角速度相等，也就是线圈中电流的电角速度相等。另外，cos()t部分可以看成振幅为112kF的磁动势沿着顺时针转动，这个行波是电角速度为-，大小与转子转动的电角速度相等，也就是线圈中电流的电角速度相等。

这些都是电枢绕组上的电枢电流所产生的磁动势特征，分别通过对总的电枢磁动势aF的旋转方向来过渡到单相电流产生的磁动势，由于转子是逆时针方向转动，所以电动势是逆时针转动，导致电枢电流逆时针转动，然后就有了aF逆时针转动，可以形象的通过上面的图3看出随着而转动。

1

§ 6-2 动生电动势和感生电动势

动生电动势： 回路或其一部分在磁场中的相对运动所产生的感应电动势。

感生电动势： 仅由磁场的变化而产生的感应电动势。

动生电动势

B

图6-5动生电动势

动生电动势的产生可以用洛伦兹力来解释。

长为I的导体棒与导轨构成矩形回路 abed平放在纸面内，均匀磁场 B垂直纸面向 里。当导体棒ab以速度v沿导轨向右滑动时，导体棒内自由电子也以速度 v随之一起 向右运动。每个自由电子受到的洛伦兹力为

F = (- e) v B ,

方向从b指向a，在其作用下自由电子向下运动。

如果导轨是导体，在回路中将形成沿着 abed逆时针方向的电流。如果导轨是绝缘 体，则洛伦兹力将使自由电子在a端累积，从而使a端带负电，b端带正电，在ab棒上 产生自上而下的静电场。当作用在自由电子上的静电力与洛伦兹力大小相等时达到平 衡，ab间电压达到稳定值，b端电势比a端高。这一段运动导体相当于一个电源，它的 非静电力就是洛伦兹力。

电动势定义为单位正电荷从负极通过电源内部移到正极的过程中， 非静电力K所作

的功，即

F K v B .

-e

动生电动势为

+ b

名=J K d \ = f (v 汉 B) d l . (6.4)

- a ' '

均匀磁场情况：若v — B，则有；=Bl v;若导体顺着磁场方向运动，v B,则有 v B = 0，没有动生电动势产生。因此，可以形象地说，只有当导线切割磁感应线而运 动时，才产生动生电动势。

普遍情况：在任意的恒定磁场中，一个任意形状的导线线圈 L(闭合的或不闭合的)2

在运动或发生形变时，各个线元dl的速度v的大小和方向都可能是不同的。 这时，在整 个线圈L中产生的动生电动势为

=(v B) d l .

(L)

图6-6洛伦兹力不作功

洛伦兹力对电荷不作功：洛伦兹力总是垂直于电荷的运动速度，即 Fv_ v，因此洛 伦兹力对电荷不作功。然而，当导体棒与导轨构成回路时会有感应电流出现，这时感应 电动势却是要作功的。

感应电动势的原理及应用

随着时代的发展，电力与电子技术的不断进步，电动机的发展越来越快，其安全性和运行效率也越来越高。其中，感应电动机应用相当广泛，可以在很多不同的场合中使用。感应电动机的原理是什么？它的应用领域又有哪些？本文将从感应电动势的原理和应用领域两个方面进行介绍。

一、感应电动势的原理

感应电动机的原理是基于法拉第电磁感应定律的。在交流电场中，线圈接收到变化的磁场，也就是电磁感应会形成感应电动势。感应电流，就是在轴线上的转子中，感应产生的磁场通过空气隙传递到周围的铜线中，产生电流。

感应电动机主要由定子和转子两部分组成。定子是由三个定子线圈、铁芯和端环组成。转子是一组导条，用铁芯支撑，能够在定子中转动。交流电对定子线圈产生磁场，形成旋转磁场，导致转子和磁场产生相对运动，工作部分转子上的铜导条在电磁场作用下，产生感应电流，感应电流与磁场作用力产生转矩，促使转子转动，从而实现了电动机的动力传递。

二、感应电动机的应用领域

1. 工业领域

感应电动机广泛应用于工业制造，如机械制造、化学、炼油、冶金、纸浆和造纸等许多行业。感应电动机运行稳定，转矩大、噪音低、寿命长等诸多优点，能够为不同的工业流程带来可靠的运行支持。

2. 车辆领域

感应电动机也是许多电动汽车和混动汽车中使用的一种电动机。较传统的直流电机，感应电动机可实现更高的效率，提高电池续航能力，实现更快的车速和更加节能的实现。

3. 家用电器领域

感应电动机在家用电器领域也有广泛应用，例如电风扇、洗衣机、空气净化器等。这些家用电器的要求比较高，设备的稳定性、效率和寿命是消费者们最关注的因素之一。感应电动机可以通过比较精确的控制技术实现对设备的控制，使设备质量更加稳定并且具有更长端使用寿命。

结语

感应电动机的原理和应用领域非常广泛，可以被运用在家庭中和一个具有挑战性的工业环境中，提高效率、生产和消费效益和能效的同时，也减少了电动机的额外工具成本。感应电动机还可以通过创新技术来进行升级和改进，为未来的科技领域带来更多的变革，相信感应电动为我们带来更多的方便和支持。