克服安培力做功一定等于回路產(chǎn)生的電能和電熱嗎

3/3(二０一一年）江蘇省教育學(xué)會優(yōu)秀教育論文參評申報表編號:送評單位:（所在市、縣）徐州市睢寧縣論文分類所屬類別物理論述范疇電磁學(xué)論文題目克服安培力做功一定等于回路產(chǎn)生的電能和電熱嗎作者姓名王正金單位名稱李集中學(xué)合作者無聯(lián)系電話郵編２21221論文關(guān)鍵詞、主要論點概述以及有無發(fā)表關(guān)鍵詞:安培力，電熱和電能，純電阻回路，能量轉(zhuǎn)化內(nèi)容摘要：在純電阻回路中，只有動生電動勢時,克服安培力做功等于回路產(chǎn)生的電能;如果只有一部分導(dǎo)體切割磁感線時,克服安培力做功既等于回路產(chǎn)生的電能也等于回路產(chǎn)生的電熱。未發(fā)表學(xué)術(shù)組初審意見及其評語初評等級:評委簽字：省學(xué)會專家組復(fù)審意見及等級評定復(fù)審等級:評委簽字:克服安培力做功一定等于回路產(chǎn)生的電能和電熱嗎內(nèi)容摘要:在純電阻回路中,只有動生電動勢時，克服安培力做功等于回路產(chǎn)生的電能；如果只有一部分導(dǎo)體切割磁感線時，克服安培力做功既等于回路產(chǎn)生的電能也等于回路產(chǎn)生的電熱.關(guān)鍵詞：安培力，電熱和電能,純電阻回路,能量轉(zhuǎn)化各種教學(xué)參考資料上談到安培力做功，都說克服安培力做功等于回路產(chǎn)生的電能和電熱.本人認(rèn)為這種說法不嚴(yán)謹(jǐn)，這可以通過下面幾個實例來驗證。圖6問題一：如圖1所示,金屬桿ab以恒定的速率ｖ在光滑的平行導(dǎo)軌上向右滑行,設(shè)整個電路中總電阻為R（恒定不變），整個裝置置于垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場中，則回路產(chǎn)生的電動勢為E=ＢLV，回路電流強(qiáng)度為I=BＬV／R，導(dǎo)體桿ab所受的安培力,那么克服安培力的功率，回路的電功率,可見在這種情況下PF=ＰE，即在純電阻回路中只有一部分導(dǎo)體切割磁感線時,克服安培力的功等于回路產(chǎn)生的電能和電熱。圖6abcdV0問題二：如圖2所示，兩光滑金屬導(dǎo)軌平行放置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為Ｂ的勻強(qiáng)磁場中，它們相距L,阻值不計，兩阻值都為Ｒ的金屬桿垂直導(dǎo)軌放置，aｂ,cdabcdV0解析：設(shè)兩桿最終速度為Ｖ，由動量守恒有:，解得。再設(shè)aｂ桿克服安培力做功為W，回路產(chǎn)生的熱量為Ｑ,對ab桿應(yīng)用動能定理有：，將Ｖ代人可得：。根據(jù)能量守恒有：,由計算可知W＞Ｑ，這時克服安培力做功等于回路產(chǎn)生的電能，但大于回路產(chǎn)生的電熱;另一部分的電能通過安培力對cd桿做功轉(zhuǎn)化成了機(jī)械能。也就是說，在純電阻回路中有兩個以上部分切割磁感線時,克服安培力做功等于回路產(chǎn)生的電能，但不一定等于回路產(chǎn)生的電熱。問題三:如圖3所示,兩根平行金屬導(dǎo)軌固定在水平桌面上，每根導(dǎo)軌每米的電阻為r0＝0．1０Ω/m,導(dǎo)軌的端點P、Ｑ用電阻可以忽略的導(dǎo)線相連,兩導(dǎo)軌間的距離L＝0。2０m．有隨時間變化的勻強(qiáng)磁場垂直于桌面，已知磁感應(yīng)強(qiáng)度Ｂ與時間ｔ的關(guān)系為B＝ｋt，比例系數(shù)ｋ＝0．0２０Ｔ/ｓ。一電阻不計的金屬桿可在導(dǎo)軌上無摩擦地滑動，在滑動過程中保持與導(dǎo)軌垂直。在t=０時刻,金屬桿緊靠在P、Q端，在外力作用下,桿以恒定的加速度從靜止開始向?qū)к壍牧硪欢嘶瑒?，求在tｓ時間內(nèi)金屬桿克服安培力所做的功及回路產(chǎn)生的電能和電熱．解析：用a表示桿的加速度，則在t時刻桿與初始位置的距離為此時桿的速度為Ｖ=at，這時桿與導(dǎo)軌構(gòu)成回路的面積為Ｓ=LX?；芈分械母袘?yīng)電動勢為，回路總電阻為，回路感應(yīng)電流為I=E/R，作用在桿上的安培力為F=BIL,解得，桿克服安培力做功,積分得?；芈樊a(chǎn)生的電能和電熱為,積分得,從計算知W＜Ｑ,這是因為克服安培力做功把機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能的同時，還有感生電動勢把磁場能轉(zhuǎn)化成回路的電能的緣故，所以克服安培力做功在有感生電動勢的純電阻回路中不等于回路產(chǎn)生的電能和電熱.通過以上三個實例的分析我們能得出如下結(jié)論：在純電阻回路中，只有