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安培力做功與電功的關(guān)系,金陵中學(xué) 徐銳,電磁感應(yīng)是物理新課程中選修3-2教材中的內(nèi)容,在物理學(xué)中占有很重要的位置,它涉及到電學(xué)、力學(xué)相關(guān)知識(shí)內(nèi)容。在高考試卷中也常常出現(xiàn)。,教材的地位和作用,問題的提出,電磁感應(yīng)問題,常常會(huì)涉及用能量來(lái)分析導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。與能量相關(guān)的就是電功與安培力做功問題。,實(shí)踐證明,很多同學(xué)對(duì)安培力做功與電功的關(guān)系混淆不清。,問題的研究,問題1:如圖所示,導(dǎo)體棒MN從豎直光滑軌導(dǎo)上由靜止開始下滑,研究棒在下滑過(guò)程中能量的轉(zhuǎn)化。,根據(jù)能量守恒,棒MN重力勢(shì)能減少量一部分轉(zhuǎn)化為棒的動(dòng)能,還有一部分轉(zhuǎn)化為電路中的焦耳熱(電能轉(zhuǎn)化為熱能)。,根據(jù)動(dòng)能定理:,結(jié)論:克服安培力做功等于電功,電功率: P=IE,導(dǎo)體棒克服安培力做功的功率,P安=F安v=BILv=IBLv=IE,結(jié)論:克服安培力做功等于電功,問題的研究,問題2:導(dǎo)體棒 從MN開始做勻速運(yùn)動(dòng), 磁場(chǎng)均勻增強(qiáng)(B=kt) 回路電阻為r,研究在任意時(shí)刻回路中的電功率與安培力功率。,電功率:,P=IE,結(jié)論:克服安培力做功等于電功只適用于閉合回路中只有動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)。,安培力功率: P=F安v,問題的研究,問題3:如圖所示, 水平導(dǎo)軌,回路電阻為R, 有界磁場(chǎng)以v1速度勻速運(yùn)動(dòng),當(dāng)導(dǎo)體棒跟隨磁場(chǎng)以v2速度運(yùn)動(dòng)時(shí),研究此時(shí)電功率與安培力功率。(v2v1),電功率:P電=IE,EBL(v1v2),安培力功率:P安=Fv2,安培力功率不等于電功率,而且安培力做正功。,導(dǎo)體棒相對(duì)磁場(chǎng)向左運(yùn)動(dòng),相對(duì)速度(v1-v2).,則安培力相對(duì)于磁場(chǎng)的功率,結(jié)論:安培力相對(duì)于磁場(chǎng)的功率等于電功率。,研究結(jié)果,結(jié)論:克服安培力做功等于電功。,適用條件:,(1)只有動(dòng)生電動(dòng)勢(shì);,(2)相對(duì)于磁場(chǎng)的安培力功。,例:如圖所示,位于同一水平面內(nèi)的、兩根平行的光滑金屬導(dǎo)軌,處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向垂直于導(dǎo)軌所在平面,導(dǎo)軌的一端與一電阻相連;具有一定質(zhì)量的金屬桿ab放在導(dǎo)軌上并與導(dǎo)軌垂直。現(xiàn)用一平行于導(dǎo)軌的恒力F拉桿ab,使它由靜止開始向右運(yùn)動(dòng)。桿和導(dǎo)軌的電阻、感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)均可不計(jì)。用E表示回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),I表示回路中的感應(yīng)電流,在I隨時(shí)間增大的過(guò)程中,電阻消耗的功率 :,A等于F的功率 B安培力的功率的絕對(duì)值 CF與安培力的合力的功率 DIE,答案:BD,例2:如圖所示,質(zhì)量為m的 導(dǎo)體棒MN從豎直軌導(dǎo)上由 靜止開始下滑,棒在下滑過(guò) 程中,受到恒定的摩擦阻力 f。已知棒的電阻為r,導(dǎo)軌 寬度為L(zhǎng),在導(dǎo)軌上端連接一只電阻值為R的電阻,導(dǎo)軌其它部分電阻不計(jì),磁場(chǎng)方向如圖,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。,當(dāng)棒下落h高度時(shí),棒做勻速 直線運(yùn)動(dòng)。 求(1)棒做勻速運(yùn)動(dòng)的速度; (2)在下落h的過(guò)程中, 電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱。,解析:,(1)棒
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