高中物理教科版高中選修電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒

學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握電磁感應(yīng)中動(dòng)力學(xué)問題的分析方法.2.理解電磁感應(yīng)過程中能量的轉(zhuǎn)化情況，能用能量的觀點(diǎn)分析和解決電磁感應(yīng)問題.能量既不會(huì)憑空______，也不會(huì)憑空______，它只能從一種形式

為另一種形式，或者從一個(gè)物體

到另一個(gè)物體，在

或

的過程中，能量的總量保持

。1.能量守恒定律：產(chǎn)生消失轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移2.功能關(guān)系：功是能量轉(zhuǎn)化的________。

量度數(shù)量關(guān)系：做了

功就有

能量發(fā)生轉(zhuǎn)化。多少多少不變因果關(guān)系：做功使得能量發(fā)生轉(zhuǎn)化。相關(guān)復(fù)習(xí)做功能量變化重力做功重力勢(shì)能變化彈力做功彈性勢(shì)能變化合外力做功動(dòng)能變化除彈力和重力之外其他力做功機(jī)械能的變化一對(duì)滑動(dòng)摩擦力對(duì)系統(tǒng)做功系統(tǒng)內(nèi)能的變化電場(chǎng)力做功電勢(shì)能變化功是能量轉(zhuǎn)化的量度電流做功電能變化能量變化與做功的過程密切相關(guān)電磁感應(yīng)的實(shí)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(jī)械能磁場(chǎng)能電能電能由于導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，我們叫動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)。由于變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，我們叫感生電動(dòng)勢(shì)。NS切割R兩種典型的電磁感應(yīng)現(xiàn)象三峽水電站的工作原理？三峽水電站能量的轉(zhuǎn)化情況？機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能電磁感應(yīng)現(xiàn)象既然功是能量轉(zhuǎn)化的量度，那么在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，用什么力做功量度電能的轉(zhuǎn)化呢？a××××××××××××××××××××FRBb例1.如圖所示，設(shè)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體ab長(zhǎng)為L(zhǎng)，速度為v，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，閉合電路總電阻為R。探究為了保持導(dǎo)線勻速運(yùn)動(dòng)，外力F所做的功W外和感應(yīng)電流的電功W電的關(guān)系。解：導(dǎo)體ab產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

E=BLv

感應(yīng)電流vF安桿ab受到的安培力

，

方向：水平向左保持勻速運(yùn)動(dòng)所需外力

設(shè)Δt時(shí)間內(nèi)，外力所做的功而此時(shí)間內(nèi)，感應(yīng)電流的電功可見結(jié)論：在電磁感應(yīng)中，產(chǎn)生的電能是通過外力克服安培力做功轉(zhuǎn)化而來的，外力做了多少功，就有多少電能產(chǎn)生a××××××××××××××××××××FRBbvF安1.用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向。2.畫出等效電路圖，求出回路中電阻消耗的電功率表達(dá)式。3.分析導(dǎo)體機(jī)械能的變化，用能量守恒關(guān)系得到機(jī)械功率的改變與回路中電功率的改變所滿足的方程。解這類問題的一般步驟：可以證明，在任何情況下，導(dǎo)體棒克服安培力所做的功，等于電路產(chǎn)生的電能。安培力做正功安培力做負(fù)功電能其他形式的能量為什么說楞次定律是能量守恒定律在電磁感應(yīng)中的具體表現(xiàn)呢？答案楞次定律表明，感應(yīng)電流的效果總是阻礙引起感應(yīng)電流的原因.正是由于“阻礙”作用的存在，電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生電能的同時(shí)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.例2.在傾角θ=30°的斜面上，沿下滑方向鋪兩條平行的光滑導(dǎo)軌，導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)，導(dǎo)軌的間距為l=0.1m，兩者的底端a和b用R=0.04Ω的電阻相連，如圖。在導(dǎo)軌上垂直于導(dǎo)軌放有一根金屬桿cd，其質(zhì)量m=0.005kg，今用垂直于斜面加一勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，當(dāng)金屬桿以v=10m/s的速率勻速下滑時(shí)，R中的感應(yīng)電流方向?yàn)閍到b，設(shè)導(dǎo)軌和金屬桿cd的電阻都忽略不計(jì)，g取10m/s2，求：（1）勻強(qiáng)磁場(chǎng)B的大小和方向（2）電流的功率P電θ×vF安GFN解：（1）方法一：由右手定則可知,磁場(chǎng)的方向垂直于斜面向上勻速時(shí)，受力平衡得，

F安=mgsinθ又∵

F安=ILB，I=E/R

，E=BLv得x×θ×vF安GFN方法二：設(shè)勻速下滑一段過程中（位移為x），由能量守恒得x×用能量轉(zhuǎn)化和守恒的觀點(diǎn)解決電磁感應(yīng)的問題，只需要從過程考慮，不涉及電流產(chǎn)生的具體細(xì)節(jié)，可以使計(jì)算方便，解題簡(jiǎn)便。（2）方法一：方法二：在勻速下滑中，由能量守恒得P電=P重=mgvsinθ=0.005×10×0.5W=0.25W例3.如圖所示，矩形導(dǎo)線框abcd，質(zhì)量m=0.2kg，電阻r=1.6Ω，邊長(zhǎng)L1=1.0m，L2=0.8m.其下方距cd邊h=0.8m處有一個(gè)僅有水平上邊界PQ的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.8T，方向垂直于紙面向里.現(xiàn)使線框從靜止開始自由下落，下落過程中ab邊始終水平，且ab邊進(jìn)入磁場(chǎng)前的某一時(shí)刻，線框便開始勻速運(yùn)動(dòng).不計(jì)空氣阻力，取g=10m/s2.（1）通過計(jì)算說明進(jìn)入磁場(chǎng)的過程中線框的運(yùn)動(dòng)情況；（2）求線框勻速運(yùn)動(dòng)的速度大??；（3）求線框進(jìn)入磁場(chǎng)過程中產(chǎn)生的電熱.L2L1hPBQdabc解：（1）由機(jī)械能守恒，有線框?qū)⒗^續(xù)加速運(yùn)動(dòng)線框的加速度由于v增大，a將減小，最終勻速，即線框?qū)⒆黾铀俣戎饾u