電磁感應中的能量轉(zhuǎn)換課件

1、電磁感應中的能量問題電磁感應中的能量問題做功的過程與能量變化密切相關(guān)做功能量變化重力做功重力勢能變化彈力做功彈性勢能變化合外力做功動能變化除彈力和重力之外其他力做功機械能的變化一對滑動摩擦力對系統(tǒng)做功系統(tǒng)內(nèi)能的變化電場力做功電勢能變化功是能量轉(zhuǎn)化的量度電流做功電能變化做功的過程與能量變化密切相關(guān)做功能量變化重力做功重力勢能變化電磁感應的實質(zhì)是不同形式的能量轉(zhuǎn)化為電能的過程。RB均勻增大機械能磁場能電能電能兩種典型的電磁感應現(xiàn)象由于導體切割磁感線產(chǎn)生的感應電動勢，我們叫動生電動勢。由于變化的磁場產(chǎn)生的感應電動勢，我們叫感生電動勢。切割R？電磁感應的實質(zhì)是不同形式的能量轉(zhuǎn)化為電能的過程。RB均勻增

2、大FF安F安BILE=BLVmIE/(R+r)例1：若導軌光滑且水平，ab開始靜止，當受到一個F=0.08N的向右恒力的作用，則：問1：ab將如何運動？ ab的最大速度是多少？（一）導體切割磁感線類B=0.5T=4r=1l =0.4mFRab先做加速度減小的加速運動，后勻速運動F安FF安F安BILE=BLVmIE/(R+r)例1：若導例1：若導軌光滑且水平，ab開始靜止，當受到一個F=0.08N的向右恒力的作用，則：問2：ab速度為10m/s時，總電功率為多少？克服安培力的功率為多少？外力的功率為多少？能量是如何轉(zhuǎn)化的？（一）導體切割磁感線類P電=P克服安=P外0.8W其它形式能量電能W克服安

3、熱能W電流問3：ab速度為5m/s時，總電功率為多少？克服安培力的功率為多少？外力的功率為多少？能量是如何轉(zhuǎn)化的？P電=P克服安=0.2W P外0.4W電能W電流動能其它形式能量熱能W克服安WF-W克服安B=0.5T=4r=1l =0.4mFRabF安例1：若導軌光滑且水平，ab開始問2：ab速度為10m/s時小結(jié)1：（一）導體切割磁感線類W克服安=E電思考：在導體切割磁感線情況下，安培力如果做正功， 能量又是怎樣轉(zhuǎn)化的？如何用做功來量度？在導體切割磁感線產(chǎn)生電磁感應現(xiàn)象，我們用外力克服安培力做功來量度有多少其它形式的能量轉(zhuǎn)化為電能。表達式：P克服安=P電小結(jié)1：（一）導體切割磁感線類W克服安

4、=E電思考：在導體切（一）導體切割磁感線類例題2：如圖所示，光滑水平放置的足夠長平行導軌MN、PQ的間距為L，導軌MN、PQ電阻不計。電源的電動勢E，內(nèi)阻r，金屬桿EF其有效電阻為R，整個裝置處于豎直向上的勻強磁場中，磁感應強度B，現(xiàn)在閉合開關(guān)。E，rRF安問1：金屬桿EF將如何運動？最終速度多大？LE反先做加速度減小的加速運動，后勻速運動。E=E反E反BLVm（一）導體切割磁感線類例題2：如圖所示，光滑水平放置的足夠長（一）導體切割磁感線類例題2：如圖所示，光滑水平放置的足夠長平行導軌MN、PQ的間距為L，導軌MN、PQ電阻不計。電源的電動勢E，內(nèi)阻r，金屬桿EF其有效電阻為R，整個裝置處于

5、豎直向上的勻強磁場中，磁感應強度B，現(xiàn)在閉合開關(guān)。E，rRF安LE反問2：當EF速度為v時，其機械功率P機？電路產(chǎn)生的熱功率P熱？ 電源消耗的電功率P電？ P機、P熱、P電三者的關(guān)系？P機F安VF安BILP電P機+P熱能量守恒（一）導體切割磁感線類例題2：如圖所示，光滑水平放置的足夠長（一）導體切割磁感線類例題2：如圖所示，光滑水平放置的足夠長平行導軌MN、PQ的間距為L，導軌MN、PQ電阻不計。電源的電動勢E，內(nèi)阻r，金屬桿EF其有效電阻為R，整個裝置處于豎直向上的勻強磁場中，磁感應強度B，現(xiàn)在閉合開關(guān)。E，rRF安LE反問3：能量是如何轉(zhuǎn)化的？如何用做功量度能量的變化？動能熱能W安W電流-

6、W安電能（一）導體切割磁感線類例題2：如圖所示，光滑水平放置的足夠長（一）導體切割磁感線類導體切割磁感線產(chǎn)生電磁感應的過程，同時伴隨著能量的轉(zhuǎn)化和遵守能量守恒定律。當外力克服安培力做功時，就有其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能。W克服安 E電當安培力做正功時，就有電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能量。W安 EKRFabF安F安vv（一）導體切割磁感線類導體切割磁感線產(chǎn)生電磁感應的過程，當外本節(jié)課小結(jié)1、在導體切割磁感線產(chǎn)生的電磁感應現(xiàn)象中，由于磁場本身不發(fā)生變化，認為磁場并不輸出能量，而是其它形式的能量，借助安培做的功（做正功、負功）來實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化。安培力做正功，是將電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能量；安培力做負功，是將其它

7、形式的能量轉(zhuǎn)化為電能。 本節(jié)課小結(jié)1、在導體切割磁感線產(chǎn)生的電磁感應現(xiàn)象中，由于磁場例題1、如圖甲所示，足夠長的金屬導軌豎直放在水平方向的勻強磁場中，導體棒MN可以在導軌上無摩擦的滑動。已知勻強磁場的磁感應強度B0.4T，導軌間距為L0.1m，導體棒MN的質(zhì)量為m=6g且電阻r=0.1,電阻R0.3,其它電阻不計，（g取10m/s2)求：（1）導體棒MN下滑的最大速度多大？（2)導體棒MN下滑達到最大速度后，棒克服安培力做功的功率，電阻R消耗的功率和電阻r消耗的功率為多大？甲例題1、如圖甲所示，足夠長的金屬導軌豎直放在水平方向的勻強磁甲乙分析與解答：等效電路如圖乙所示，棒由靜止開始下滑，最后達

8、到勻速運動。當勻速運動時，由平衡條件得：（2）勻速時，克服安培力做功的功率為：電阻R消耗的功率：電阻r消耗的功率：甲乙分析與解答：等效電路如圖乙所示，棒由靜止開始（2）勻速時例4.如圖所示，豎直平行導軌間距l(xiāng)=20cm，導軌頂端接有一電鍵K。導體棒ab與導軌接觸良好且無摩擦，ab的電阻R=0.4，質(zhì)量m=10g，導軌的電阻不計，整個裝置處在與軌道平面垂直的勻強磁場中，磁感強度B=1T。當ab棒由靜止釋放0.8s 后，突然接通電鍵，不計空氣阻力，設導軌足夠長。求ab棒的最大速度和最終速度的大小。（g取10m/s2）Kab例4.如圖所示，豎直平行導軌間距l(xiāng)=20cm，導軌頂端接有一解:ab 棒由靜

9、止開始自由下落0.8s時速度大小為v=gt=8m/s則閉合K瞬間，導體棒中產(chǎn)生的感應電流大小IBlv/R=4Aab棒受重力mg=0.1N, 安培力F=BIL=0.8N.因為Fmg，ab棒加速度向上，開始做減速運動，產(chǎn)生的感應電流和受到的安培力逐漸減小，當安培力 F=mg時，開始做勻速直線運動。此時滿足B2l2 vm /R =mg解得最終速度，vm = mgR/B2l2 = 1m/s。閉合電鍵時速度最大為8m/s。t=0.8sl=20cmR=0.4m=10gB=1TKabmgF解:ab 棒由靜止開始自由下落0.8s時速度大小為v=gt例題2、如圖所示，質(zhì)量為m，邊長為L的正方形線框，在有界勻強磁

10、場上方h高處由靜止自由下落，線框的總電阻為R，磁感應強度為B的勻強磁場寬度為2L。線框下落過程中，ab邊始終與磁場邊界平行且處于水平方向，已知ab邊剛穿出磁場時線框恰好作勻速運動，求：（1）cd邊剛進入磁場時線框的速度。（2）線框穿過磁場的過程中，產(chǎn)生的焦耳熱。例題2、如圖所示，質(zhì)量為m，邊長為L的正方形線框，在有界勻強過程一：線框先作自由落體運動，直至ab邊進入磁場。過程二：作變速運動，從cd邊進入磁場到ab邊離開磁場，由于穿過線框的磁通量不變，故線框中無感應電流，線框作加速度為g的勻加速運動。過程三：當ab邊剛穿出磁場時，線框作勻速直線運動。整個過程中，線框的重力勢能減小，轉(zhuǎn)化成線框的動能

11、和線框電阻上的內(nèi)能。過程一：線框先作自由落體運動，過程二：作變速運動，從cd邊進ab邊剛離開磁場時恰好作勻速直線運動，由平衡條件，得：(1)設cd邊剛進入磁場時線框的速度為V0，ab邊剛離開磁場時的速度為V，由運動學知識，得：ab邊剛離開磁場時恰好作勻速直線運動，由平衡條件，得：(1)（2）線框由靜止開始運動，到cd邊剛離開磁場的過程中，根據(jù)能量守恒定律，得：解之，得線框穿過磁場的過程中，產(chǎn)生的焦耳熱為：總結(jié)與提高：電磁感應現(xiàn)象的實質(zhì)是不同形式的能量轉(zhuǎn)化的過程，理清能量轉(zhuǎn)化過程，用“能量”觀點研究問題，往往比較簡單，同時，導體棒加速時，電流是變化的，不能直接用QI2Rt求解（時間也無法確定），

12、因而能用能量守恒的知識解決。（2）線框由靜止開始運動，到cd邊剛離開磁場的解之，得線框穿例題2：如圖1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，磁場方向垂直斜面向下，導軌和金屬桿的電阻可忽略。讓ab桿沿導軌由靜止開始下滑，導軌和金屬桿接觸良好，不計它們之間的摩擦。（1）由b向a方向看到的裝置如圖2所示，請在此圖中畫出ab桿下滑過程中某時刻的受力示意圖；（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?。唬?）求在下滑過程中， ab桿可以