安培力做功及其引起的能量轉(zhuǎn)化(共3頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上安培力做功與的能量轉(zhuǎn)化 胡新民 2015/1/26一、 安培力做正功 如圖，光滑水平導(dǎo)軌電阻不計(jì)，左端接有電源，處于豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，金屬棒mn的電阻為R，放在導(dǎo)軌上開關(guān)S閉合后，金屬棒將向右運(yùn)動(dòng)。 安培力做功情況：金屬棒mn所受安培力是變力，安培力做正功，由動(dòng)能定理有 式表明，安培力做功的結(jié)果引起金屬棒mn的機(jī)械能增加 能量轉(zhuǎn)化情況：對(duì)金屬棒mn、導(dǎo)軌、和電源組成的系統(tǒng)，電源的電能轉(zhuǎn)化為金屬棒的動(dòng)能和內(nèi)能，由能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律有 由兩式得 式表明，計(jì)算安培力做功還可以通過能量轉(zhuǎn)化的方法。 二、 安培力做負(fù)功 如圖所示，光滑水平導(dǎo)軌電阻不計(jì)，處于豎直向下的勻強(qiáng)磁

2、場中，金屬棒ab的電阻為R，以速度v0向右運(yùn)動(dòng)， 安培力做功情況：金屬棒所受的安培力是變力，安培力對(duì)金屬棒做負(fù)功，由動(dòng)能定理有棒克服安培力做的功等于減少的動(dòng)能 即 式表明，安培力做功的結(jié)果引起金屬棒的機(jī)械能減少。 能量轉(zhuǎn)化的情況：金屬棒ab的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，由能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律有 金屬棒ab相當(dāng)于電源，產(chǎn)生的電能又轉(zhuǎn)化為內(nèi)能向外釋放 由得 式說明，安培力做負(fù)功時(shí)，克服安培力做的功等于產(chǎn)生的內(nèi)能。這也是計(jì)算安培力做功的方法。三、 一對(duì)安培力做功 如圖所示，光滑導(dǎo)軌電阻不計(jì)，處于豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，金屬棒mn電阻為R1，放在導(dǎo)軌上，金屬棒ab電阻R2，以初速度向右運(yùn)動(dòng)。安培力對(duì)金屬棒ab做負(fù)功

3、，對(duì)mn做正功，由動(dòng)能定理，有 、兩式表明，安培力做功使金屬棒ab機(jī)械能減少，使金屬棒mn機(jī)械能增加。對(duì)金屬棒ab、mn、導(dǎo)軌組成的系統(tǒng)，金屬棒ab減少的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為金屬棒mn的動(dòng)能和回路的電能，回路的電能又轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，由能量轉(zhuǎn)化和守恒有 D 由四式聯(lián)立得 式說明，一對(duì)安培力做功的差等于系統(tǒng)對(duì)外釋放的內(nèi)能。練習(xí)：1）如圖，光滑水平導(dǎo)軌電阻不計(jì)，左端接有電源，處于豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，金屬棒mn的電阻為R，放在導(dǎo)軌上開關(guān)S閉合后，將會(huì)發(fā)生的現(xiàn)象是（ ）A、 ab中的感應(yīng)電動(dòng)勢先增大而后保持恒定 B、 ab的加速度不斷變小，直至為零 C、 電源消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為ab的動(dòng)能 D、 ab的速度先增大而

4、后保持恒定，這時(shí)電源的輸出功率為零。 2）如圖5所示，水平放置的光滑平行金屬導(dǎo)軌，相距L0.1m，導(dǎo)軌距地面高度h0.8m，導(dǎo)軌一端與電源相連，另一端放有質(zhì)量m3×10-3kg的金屬棒，磁感強(qiáng)度B0.5T，方向豎直向上，接通電源后，金屬棒無轉(zhuǎn)動(dòng)地飛離導(dǎo)軌，落地點(diǎn)的水平距離s1.0m求： （1）電路接通后，通過金屬棒的電量q （2）若E6V，電源內(nèi)阻及導(dǎo)軌電阻不計(jì)，求金屬棒產(chǎn)生的熱量Q3）如圖所示，長L1寬L2的矩形線圈電阻為R，處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場邊緣，線圈與磁感線垂直。求：將線圈以向右的速度v勻速拉出磁場的過程中，拉力的大小F； 拉力的功率P； 拉力做的功W； 線圈中產(chǎn)生的

5、電熱Q ；通過線圈某一截面的電荷量q 。 4）如圖所示，豎直放置的U形導(dǎo)軌寬為L，上端串有電阻R（其余導(dǎo)體部分的電阻都忽略不計(jì)）。磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場方向垂直于紙面向外。金屬棒ab的質(zhì)量為m，與導(dǎo)軌接觸良好，不計(jì)摩擦。從靜止釋放后ab保持水平而下滑。試求ab下滑的最大速度vm 5）如圖所示，U形導(dǎo)線框固定在水平面上，右端放有質(zhì)量為m的金屬棒ab，ab與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，它們圍成的矩形邊長分別為L1、L2，回路的總電阻為R。從t=0時(shí)刻起，在豎直向上方向加一個(gè)隨時(shí)間均勻變化的勻強(qiáng)磁場B=kt，（k>0）那么在t為多大時(shí)，金屬棒開始移動(dòng)？ 6）如圖所示，xoy坐標(biāo)系y軸左側(cè)和右側(cè)分別

6、有垂直于紙面向外、向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度均為B，一個(gè)圍成四分之一圓形的導(dǎo)體環(huán)oab，其圓心在原點(diǎn)o，半徑為R，開始時(shí)在第一象限。從t=0起繞o點(diǎn)以角速度逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。試畫出環(huán)內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢E隨時(shí)間t而變的函數(shù)圖象（以順時(shí)針電動(dòng)勢為正）。四、電磁感應(yīng)中的能量守恒 1）如圖所示，矩形線圈abcd質(zhì)量為m，寬為d，在豎直平面內(nèi)由靜止自由下落。其下方有如圖方向的勻強(qiáng)磁場，磁場上、下邊界水平，寬度也為d，線圈ab邊剛進(jìn)入磁場就開始做勻速運(yùn)動(dòng)，那么在線圈穿越磁場的全過程，產(chǎn)生了多少電熱？ 2） 如圖所示，水平面上固定有平行導(dǎo)軌，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場方向豎直向下。同種合金做的導(dǎo)體棒ab、cd橫截面積之比為21，長度和導(dǎo)軌的寬均為L，ab的質(zhì)量為m ,電阻為r，開始時(shí)ab、cd都垂直于導(dǎo)軌靜止，不計(jì)摩擦。給ab一個(gè)向右的瞬時(shí)沖量I，在以后的運(yùn)動(dòng)中，cd的最大速度vm、最大加速度am、產(chǎn)生的電熱各是多少？3）如圖所示，水平的平行虛線間距為d=50cm，其間有B=1.0T的勻強(qiáng)磁場。一個(gè)正方形線圈邊長為l=10cm，線圈質(zhì)量m=100g，電阻為R=0.020。開始時(shí)，線圈的下邊緣到磁場上邊緣的距離為h=80cm。將線圈由靜止