電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒教學(xué)課件

電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒1、合法而穩(wěn)定的權(quán)力在使用得當(dāng)時(shí)很少遇到抵抗?！ぜs翰遜2、權(quán)力會(huì)使人漸漸失去溫厚善良的美德?！?、最大限度地行使權(quán)力總是令人反感；權(quán)力不易確定之處始終存在著危險(xiǎn)?！ぜs翰遜4、權(quán)力會(huì)奴化一切。——塔西佗5、雖然權(quán)力是一頭固執(zhí)的熊，可是金子可以拉著它的鼻子走?！勘入姶鸥袘?yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒1、合法而穩(wěn)定的權(quán)力在使用得當(dāng)時(shí)很少遇到抵抗。——塞·約翰遜2、權(quán)力會(huì)使人漸漸失去溫厚善良的美德。——伯克3、最大限度地行使權(quán)力總是令人反感；權(quán)力不易確定之處始終存在著危險(xiǎn)。——塞·約翰遜4、權(quán)力會(huì)奴化一切。——塔西佗5、雖然權(quán)力是一頭固執(zhí)的熊，可是金子可以拉著它的鼻子走。——莎士比5電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒1．理解電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒，理解安培力做功與電能單位關(guān)系．(重點(diǎn))2．理解反電動(dòng)勢(shì)的概念．(難點(diǎn))3．了解含反電動(dòng)勢(shì)電路中的能量轉(zhuǎn)化.一、電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化1．電磁感應(yīng)的本質(zhì)——能量轉(zhuǎn)化電磁感應(yīng)的過程，實(shí)質(zhì)上是一個(gè)能量轉(zhuǎn)化與守恒的過程．可以說它是能量轉(zhuǎn)化與守恒定律在電磁現(xiàn)象中的一個(gè)特例．通過克服安培力做功，將其他能量(非電能)轉(zhuǎn)化為電能，克服安培力做多少功，就有多少其他能轉(zhuǎn)化為相應(yīng)量的電能；當(dāng)產(chǎn)生的電流通過用電器后，同時(shí)將轉(zhuǎn)化來的電能進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成其他非電能．因此，電磁感應(yīng)過程總伴隨著能量轉(zhuǎn)化．3．關(guān)于電磁感應(yīng)的能量問題，要注意以下分析程序：(1)準(zhǔn)確應(yīng)用電磁感應(yīng)定律確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大??；準(zhǔn)確應(yīng)用楞次定律或右手定則，判定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向．(2)畫出等效電路，求解電路中各相關(guān)參量．(3)研究導(dǎo)體機(jī)械能的變化，利用能量轉(zhuǎn)化與守恒關(guān)系，列出機(jī)械運(yùn)動(dòng)功率變化與電路中電功率變化的守恒關(guān)系式．二、含反電動(dòng)勢(shì)電路中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，方向與電源電動(dòng)勢(shì)的方向相反，這時(shí)需要電源克服反電動(dòng)勢(shì)做功，使電源提供的總能量一部分通過線圈的電阻產(chǎn)生焦耳熱，另一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，總能量是守恒的．【典例1】

如圖1－5－3所示，處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的兩根足夠長(zhǎng)、電阻不計(jì)的平行金屬導(dǎo)軌相距1m，導(dǎo)軌平面與水平面成θ＝37°角，下端連接阻值為R的電阻．勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向與導(dǎo)軌平面垂直．質(zhì)量為0.2kg、電阻不計(jì)的金屬棒放在兩導(dǎo)軌上，棒與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸，它們之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.25.(1)求金屬棒沿導(dǎo)軌由靜止開始下滑時(shí)的加速度大小；(2)當(dāng)金屬棒下滑速度達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，電阻R消耗的功率為8W，求該速度的大小；(3)在上問中，若R＝2Ω，金屬棒中的電流方向由a到b，求磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與方向．(g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)解析(1)金屬棒開始下滑的初速為零，根據(jù)牛頓第二定律mgsinθ－μmgcosθ＝ma①由①式解得a＝10×(0.6－0.25×0.8)m/s2＝4m/s2②答案(1)4m/s2

(2)10m/s(3)0.4T，垂直于導(dǎo)軌平面向上借題發(fā)揮電磁感應(yīng)中與力學(xué)相關(guān)的綜合問題，還須按照力學(xué)問題的解題思路和處理方法，從受力分析到過程分析，從列出方程到解出結(jié)果，只是多出安培力而已．牛頓第二定律和平衡條件仍是列方程的基本依據(jù)．【變式1】如圖1－5－4所示，線圈由A位置開始下落，在磁場(chǎng)中受到的磁場(chǎng)力如果總小于重力，則它在A、B、C、D四個(gè)位置時(shí)，加速度大小關(guān)系為(

)．A．a(chǎn)A>aB>aC>aDB．a(chǎn)A＝aC>aB>aDC．a(chǎn)A＝aC>aD>aBD．a(chǎn)A>aC>aB＝aD解析線圈在A、C位置時(shí)，不產(chǎn)生感應(yīng)電流，線圈只受重力作用，在B、D位置時(shí)穿過線圈的通量變化，產(chǎn)生感應(yīng)電流從而阻礙線圈的下落，并且在D點(diǎn)時(shí)線圈的速度大于線圈在B點(diǎn)的速度，磁通量變化率較大，產(chǎn)生的感應(yīng)電流也較大，從而受的安培力也較B點(diǎn)大，所以有aA＝aC>aB>aD，選項(xiàng)B正確．答案B【典例2】

如圖1－5－5所示，平行光滑的金屬導(dǎo)軌豎直放置，寬為L(zhǎng)，上端接有阻值為R的定值電阻．質(zhì)量為m的金屬桿與導(dǎo)軌垂直放置且接觸良好，勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌平面，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.導(dǎo)軌和桿的電阻不計(jì)，金屬桿由靜止開始下落，下落h時(shí)速度達(dá)到最大，重力加速度為g，求：(1)金屬桿的最大速度vm；(2)金屬桿由靜止開始下落至速度最大過程中，電阻R上產(chǎn)生的熱量Q.借題發(fā)揮求解最大速度問題，一般是從受力分析入手，由牛頓第二定律列式，再經(jīng)過分析得出：當(dāng)a＝0時(shí)，速度最大．這種思路是解題的一種方法，本題也可以通過該方法求解．利用力學(xué)觀點(diǎn)處理問題的方法往往繁瑣，不如用能量觀點(diǎn)處理方便．像本例題求最大速度問題，盡管達(dá)最大速度前運(yùn)動(dòng)為變速運(yùn)動(dòng)，感應(yīng)電流(電動(dòng)勢(shì))都在變化，但達(dá)最大速度之后，感應(yīng)電流及安培力均恒定，計(jì)算熱量可用Q＝I2Rt，也可以利用能量守恒，這樣，對(duì)不少題目通過抓住速度最大之后速度不變這一關(guān)鍵條件出發(fā)，運(yùn)用能量觀點(diǎn)處理，運(yùn)算過程得以簡(jiǎn)捷．【變式2】如圖1－5－6所示，豎直放置的兩根平行金屬導(dǎo)軌之間接有定值電阻R，質(zhì)量不能忽略的金屬棒與兩導(dǎo)軌始終保持垂直并良好接觸且無摩擦，棒與導(dǎo)軌的電阻均不計(jì)，整個(gè)裝置放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向與導(dǎo)軌平面垂直．棒在豎直向上的恒力F作用下加速上升的一段時(shí)間內(nèi)，力F做的功與安培力做的功的代數(shù)和等于(

)．A．棒的機(jī)械能增加量B．棒的動(dòng)能增加量C．棒的重力勢(shì)能增加量D．電阻R上放出的熱量解析棒加速上升時(shí)受到重力、拉力F及安培力．根據(jù)功能原理可知力F與安培力做的功的代數(shù)和等于棒的機(jī)械能的增加量，A正確．答案A開拓視野列車的自動(dòng)控制在現(xiàn)代列車自動(dòng)控制系統(tǒng)中，車載控制器借助安裝于軌道上的應(yīng)答器的數(shù)據(jù)信息來確定列車位置．車載控制器會(huì)有一個(gè)軌道數(shù)據(jù)庫(kù)，包含許可速度、應(yīng)答器位置等信息，向列車提供車站停車位置、道岔位置、限制速度等．當(dāng)一輛列車駛過應(yīng)答器，它會(huì)收到一條標(biāo)識(shí)應(yīng)答器的消息，在檢測(cè)到兩個(gè)應(yīng)答器后，列車位置確定．如果只有一個(gè)應(yīng)答器未被檢測(cè)到，列車?yán)^續(xù)運(yùn)行．應(yīng)答器間實(shí)際距離與測(cè)量距離不符且超出容限、連續(xù)兩個(gè)應(yīng)答器未被檢測(cè)到，車載控制器在信號(hào)機(jī)防護(hù)模式下都會(huì)產(chǎn)生緊急剎車．【典例3】

鐵路上使用一種電磁裝置向控制中心傳輸信號(hào)，以確定火車的位置．有一種磁鐵能產(chǎn)生勻強(qiáng)磁場(chǎng)，被安裝在火車首節(jié)車廂下面，如圖1－5－7所示(俯視圖)，當(dāng)它經(jīng)過安裝在兩鐵軌之間的線圈時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生一種電信號(hào)被控制中心接收到．當(dāng)火車以恒定的速度通過線圈時(shí)，表示線圈兩端的電壓隨時(shí)間變化的關(guān)系是圖中的(

)．解析本題考查了動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的大小和方向．解題關(guān)鍵是將一個(gè)實(shí)際問題簡(jiǎn)化成一個(gè)物理模型．當(dāng)火車頭中的磁場(chǎng)剛接觸線圈時(shí)，線圈中有一條邊切割磁感線，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E＝Blv；當(dāng)磁場(chǎng)完全進(jìn)入時(shí)，穿過線圈的磁通量不發(fā)生變化，無感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；當(dāng)磁場(chǎng)要離開線圈時(shí)，線圈中又有一邊在切割磁感線，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝Blv.根據(jù)右手定則判斷知，兩段產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向相反，也就是正負(fù)極相反．答案C1．如圖1－5－8所示，空間某區(qū)域中有一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向水平，且垂直于紙面向里，磁場(chǎng)上邊界b和下邊界d水平．在豎直面內(nèi)有一矩形金屬線圈，線圈上下邊的距離很短，下邊水平．線圈從水平面a開始下落．已知磁場(chǎng)上下邊界之間的距離大于水平面a、b之間的距離．若線圈下邊剛通過水平面b、c(位于磁場(chǎng)中)和d時(shí)，線圈所受到的磁場(chǎng)力的大小分別為Fb、Fc和Fd，則(

)．A．Fd＞Fc＞Fb B．Fc＜Fd＜FbC．Fc＞Fb＞Fd D．Fc＜Fb＜Fd答案D2．如圖1－5－9所示，有兩根和水平方向成α角的光滑平行的金屬軌道，上端接有可變電阻R，下端足夠長(zhǎng)，空間有垂直于軌道平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感強(qiáng)度為B，一根質(zhì)量為m的金屬桿從軌道上由靜止滑下．經(jīng)過足夠長(zhǎng)的時(shí)間后，金屬桿的速度會(huì)趨近于一個(gè)最大速度vm，則(

)．A．如果B增大，vm將變大B．如果α變大，vm將變大C．如果R變大，vm將變大D．如果m變小，vm將變大答案BC解析ab剛進(jìn)入磁場(chǎng)就做勻速運(yùn)動(dòng)，說明安培力與重力剛好平衡，在下落2d的過程中，重力勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為電能，電能又全部轉(zhuǎn)化為電熱，所以產(chǎn)生的電熱Q＝2mgd.答案2mgd4．CD、EF為兩足夠長(zhǎng)的導(dǎo)軌，CE＝l，勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向與導(dǎo)軌平面垂直，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，導(dǎo)體CE連接一電阻R，導(dǎo)體ab質(zhì)量為m，框架與導(dǎo)體電阻不計(jì)，如圖1－5－11所示．框架平面與水平面成θ角，框架與導(dǎo)體ab間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，求：(1)導(dǎo)體ab下滑的最大速度．(2)設(shè)ab從靜止開始達(dá)到最大速度時(shí)下降的高度為h，利用能量觀點(diǎn)求這一變速過程中共在R上產(chǎn)生的熱量．單擊此處進(jìn)入活頁(yè)規(guī)范