學年高中物理第1章第5節(jié)電磁感應中的能量轉(zhuǎn)化與守恒課件教科版選修3-2

1、第一章電磁感應目標定位1.進一步理解能量守恒定律是自然界普遍遵循的一條規(guī)律，楞次定律的實質(zhì)就是能量守恒在電磁感應現(xiàn)象中的具體表現(xiàn).2.通過具體實例理解電磁感應現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化.3.掌握電磁感應中動力學問題的分析方法學案7電磁感應中的能量轉(zhuǎn)化與守恒知識探究自我檢測1電磁感應中產(chǎn)生的感應電流在磁場中將受到安培力作用，所以電磁感應問題往往與力學問題聯(lián)系在一起，處理此類問題的基本方法是：(1)用法拉第電磁感應定律和楞次定律求感應電動勢的大小和方向(2)求回路中的電流強度的大小和方向(3)分析研究導體受力情況(包括安培力)(4)列動力學方程或平衡方程求解一、電磁感應中的動力學問題知識探究2.電磁感應現(xiàn)象

2、中涉及的具有收尾速度的力學問題，關(guān)鍵要抓好受力情況和運動情況的動態(tài)分析.周而復始地循環(huán)，加速度等于零時，導體達到穩(wěn)定運動狀態(tài).3.兩種狀態(tài)處理導體勻速運動，應根據(jù)平衡條件列式分析；導體做勻速直線運動之前，往往做變加速運動，處于非平衡狀態(tài)，應根據(jù)牛頓第二定律或結(jié)合功能關(guān)系分析.二、電磁感應中的能量轉(zhuǎn)化與守恒 問題設(shè)計為什么說楞次定律是能量守恒定律在電磁感應中的具體表現(xiàn)？答案楞次定律表明，感應電流的效果總是阻礙引起感應電流的原因.正是由于“阻礙”作用的存在，電磁感應現(xiàn)象中產(chǎn)生電能的同時必然伴隨著其他形式能量的減少，可見，楞次定律是能量轉(zhuǎn)化和守恒定律的必然結(jié)果.1.電磁感應中的能量轉(zhuǎn)化特點外力克服安

3、培力做功，把機械能或其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能；感應電流通過電路做功又把電能轉(zhuǎn)化成其他形式的能(如內(nèi)能).這一功能轉(zhuǎn)化途徑可表示為：要點提煉2.求解電磁感應現(xiàn)象中能量守恒問題的一般思路(1)分析回路，分清電源和外電路.(2)分析清楚有哪些力做功，明確有哪些形式的能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化.如：有摩擦力做功，必有內(nèi)能產(chǎn)生；有重力做功，重力勢能必然發(fā)生變化；克服安培力做功，必然有其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，并且克服安培力做多少功，就產(chǎn)生多少電能.(3)列有關(guān)能量的關(guān)系式.3.焦耳熱的計算技巧(1)感應電路中電流恒定，焦耳熱QI2Rt.(2)感應電路中電流變化，可用以下方法分析：利用功能關(guān)系，產(chǎn)生的焦耳熱等于克服安培力

4、做的功，即QW安.而克服安培力做的功W安可由動能定理求得.利用能量守恒，即感應電流產(chǎn)生的焦耳熱等于其他形式能量的減少，即QE其他.典例精析一、電磁感應中的動力學問題例1如圖1甲所示，兩根足夠長的直金屬導軌MN、PQ平行放置在傾角為的絕緣斜面上，兩導軌間距為L，M、P兩點間接有阻值為R的電阻.一根質(zhì)量為m的均勻直金屬桿ab放在兩導軌上，并圖1與導軌垂直.整套裝置處于磁感應強度為B的勻強磁場中，磁場方向垂直于斜面向下.導軌和ab桿的電阻可忽略，讓ab桿沿導軌由靜止開始下滑，導軌和ab桿接觸良好，不計它們之間的摩擦，已知重力加速度為g.(1)由b向a方向看到的裝置如圖乙所示，請在此圖中畫出ab桿下滑

5、過程中某時刻的受力示意圖.解析如圖所示，ab桿受力分析：重力mg，豎直向下；支持力N，垂直于斜面向上；安培力F安，沿斜面向上.答案見解析圖(2)在加速下滑過程中，當ab桿的速度大小為v時，求此時ab桿中的電流及其加速度的大小.解析當ab桿速度大小為v時，感應電動勢EBLv，此時根據(jù)牛頓第二定律，有(3)求在下滑過程中，ab桿可以達到的速度最大值.例2如圖2所示，MN和PQ是兩根互相平行豎直放置的光滑金屬導軌，已知導軌足夠長，且電阻不計.ab是一根與導軌垂直而且始終與導軌接觸良好的金屬桿，開始時，將開關(guān)S斷開，讓金屬桿ab由靜止開始自由下落，過段時間后，再將S閉合，若從S閉合開始計時，則金屬桿a

6、b的速度v隨時間t變化的圖像可能是()圖2答案ACD二、電磁感應中的能量轉(zhuǎn)化與守恒例3如圖3所示，足夠長的U形框架寬度是L0.5 m，電阻忽略不計，其所在平面與水平面成37角，磁感應強度B0.8 T的勻強磁場方向垂直于導體框平面，一根質(zhì)量為m0.2 kg、有效電阻R2 的導體棒MN垂直跨放在U形框架上，該導體棒與框架間的動摩擦因數(shù)0.5，導體棒由靜止開始沿框架下滑到剛開始勻速運動時，通過導體棒橫截面的電荷量為Q2 C.(sin 370.6，cos 370.8)求：圖3(1)導體棒勻速運動的速度大??；解析導體棒受力分析如圖，勻速下滑時有平行斜面方向：mgsin fF0垂直斜面方向：Nmgcos

7、0其中fN 安培力FBIL感應電動勢EBLv由以上各式得v5 m/s答案5 m/s(2)導體棒從靜止開始下滑到剛開始勻速運動，這一過程中導體棒的有效電阻消耗的電功.解析設(shè)導體棒下滑位移為x，則BxL全程由動能定理得其中克服安培力做功W安等于電功W答案1.5 J針對訓練如圖4所示，矩形線圈長為L，寬為h，電阻為R，質(zhì)量為m，線圈在空氣中豎直下落一段距離后(空氣阻力不計)，進入一寬度也為h、磁感應強度為B的勻強磁場中.線圈進入磁場時的動能為Ek1，線圈剛穿出磁場時的動能為Ek2，從線圈剛進入磁場到線圈剛穿出磁場的過程中產(chǎn)生的熱量為Q，線圈克服安培力做的功為W1，重力做的功為W2，則以下關(guān)系中正確的

8、是 ()圖4A.QEk1Ek2 B.QW2W1C.QW1 D.W2Ek2Ek1解析線圈進入磁場和離開磁場的過程中，產(chǎn)生的感應電流受到安培力的作用，線圈克服安培力所做的功等于產(chǎn)生的熱量，故選項C正確.根據(jù)功能的轉(zhuǎn)化關(guān)系得，線圈減少的機械能等于產(chǎn)生的熱量，即QW2Ek1Ek2，故選項A、B錯誤.根據(jù)動能定理得W2W1Ek2Ek1，故選項D錯誤.答案C1 2 3自我檢測1.(電磁感應中的動力學問題)如圖5所示，勻強磁場存在于虛線框內(nèi)，矩形線圈豎直下落.如果線圈中受到的安培力總小于其重力，則它在1、2、3、4位置時的加速度關(guān)系為()A.a1a2a3a4 B.a1a2a3a4C.a1a3a2a4 D.a

9、1a3a2a4圖5解析線圈自由下落時，加速度為a1g.線圈完全在磁場中時，磁通量不變，不產(chǎn)生感應電流，線圈不受安培力作用，只受重力，加速度為a3g.線圈進入和穿出磁場過程中，切割磁感線產(chǎn)生感應電流，將受到向上的安培力，根據(jù)牛頓第二定律知，a2g，a4g.線圈完全在磁場中時做勻加速運動，到達4處的速度大于2處的速度，則線圈在4處所受的安培力大于在2處所受的安培力，又知，磁場力總小于重力，則a2a4，故a1a3a2a4.所以本題選C.答案C1 2 31 2 32. (電磁感應中的能量轉(zhuǎn)化與守恒)如圖6所示，兩根光滑的金屬導軌，平行放置在傾角為的斜面上，導軌的左端接有電阻R，導軌自身的電阻可忽略不計

10、.斜面處在一勻強磁場中，磁場方向垂直于斜面向上.質(zhì)量為m、電阻可以忽略不計的金屬棒ab，在沿著斜面與金屬棒垂直的恒力F作用下沿導軌勻速上滑，且上升的高度為h，在這一過程中 ()圖61 2 3A.作用于金屬棒上的各個力的合力所做的功等于零B.作用于金屬棒上的各個力的合力所做的功等于mgh與電阻R上產(chǎn) 生的焦耳熱之和C.恒力F與安培力的合力所做的功等于零D.恒力F與重力的合力所做的功等于電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱1 2 3解析金屬棒勻速上滑的過程中，對金屬棒受力分析可知，有三個力對金屬棒做功，恒力F做正功，重力做負功，安培力阻礙金屬棒相對運動，沿斜面向下，做負功.勻速運動時，所受合力為零，故合力做功為零，A正確；克服安培力做多少功就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電路中的電能，電能又等于R上產(chǎn)生的焦耳熱，故外力F與重力的合力所做的功等于電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱，D正確.答案AD1 2 33.