電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)換

1、,專(zhuān)題復(fù)習(xí)：,電磁感應(yīng)中的能量問(wèn)題,做功的過(guò)程與能量變化密切相關(guān),做功,能量變化,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(guò)程。,機(jī)械能,磁場(chǎng)能,兩種典型的電磁感應(yīng)現(xiàn)象,由于導(dǎo)體切割磁感線(xiàn)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)。,？,？,例1：若導(dǎo)軌光滑且水平，ab開(kāi)始 靜止，當(dāng)受到一個(gè)F=0.08N的向右 恒力的作用，則：,問(wèn)1：ab將如何運(yùn)動(dòng)？ ab的最大速度是多少？,（一）導(dǎo)體切割磁感線(xiàn)類(lèi),先做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，后勻速運(yùn)動(dòng),例1：若導(dǎo)軌光滑且水平，ab開(kāi)始 靜止，當(dāng)受到一個(gè)F=0.08N的向右 恒力的作用，則：,問(wèn)2：ab速度為10m

2、/s時(shí)，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(dǎo)體切割磁感線(xiàn)類(lèi),P電=P克服安=P外0.8W,其它形式 能量,W克服安,W電流,問(wèn)3：ab速度為5m/s時(shí)，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(dòng)能,其它 形式 能量,W克服安,WF-W克服安,小結(jié)1：,（一）導(dǎo)體切割磁感線(xiàn)類(lèi),W克服安=E電,思考：在導(dǎo)體切割磁感線(xiàn)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(lái)量度？,在導(dǎo)體切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，我們用外力克服安培力做功來(lái)量度有多少其它形

3、式的能量轉(zhuǎn)化為電能。,表達(dá)式：,P克服安=P電,（一）導(dǎo)體切割磁感線(xiàn)類(lèi),例題2：如圖所示，光滑水平放置的足夠長(zhǎng)平行導(dǎo)軌MN、PQ的間距為L(zhǎng)，導(dǎo)軌MN、PQ電阻不計(jì)。電源的電動(dòng)勢(shì)E，內(nèi)阻r，金屬桿EF其有效電阻為R，整個(gè)裝置處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B，現(xiàn)在閉合開(kāi)關(guān)。,E， r,R,問(wèn)1：金屬桿EF將如何運(yùn)動(dòng)？最終速度多大？,L,先做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，后勻速運(yùn)動(dòng)。,（一）導(dǎo)體切割磁感線(xiàn)類(lèi),例題2：如圖所示，光滑水平放置的足夠長(zhǎng)平行導(dǎo)軌MN、PQ的間距為L(zhǎng)，導(dǎo)軌MN、PQ電阻不計(jì)。電源的電動(dòng)勢(shì)E，內(nèi)阻r，金屬桿EF其有效電阻為R，整個(gè)裝置處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B，現(xiàn)在閉

4、合開(kāi)關(guān)。,E， r,R,L,問(wèn)2：當(dāng)EF速度為v時(shí)，其機(jī)械功率P機(jī)？電路產(chǎn)生的熱功率P熱？ 電源消耗的電功率P電？ P機(jī)、P熱、P電三者的關(guān)系？,P電P機(jī)+P熱,能量守恒,（一）導(dǎo)體切割磁感線(xiàn)類(lèi),例題2：如圖所示，光滑水平放置的足夠長(zhǎng)平行導(dǎo)軌MN、PQ的間距為L(zhǎng)，導(dǎo)軌MN、PQ電阻不計(jì)。電源的電動(dòng)勢(shì)E，內(nèi)阻r，金屬桿EF其有效電阻為R，整個(gè)裝置處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B，現(xiàn)在閉合開(kāi)關(guān)。,E， r,R,L,E反,問(wèn)3：能量是如何轉(zhuǎn)化的？如何用做功量度能量的變化？,動(dòng)能,熱能,W安,W電流-W安,電 能,（一）導(dǎo)體切割磁感線(xiàn)類(lèi),導(dǎo)體切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生電磁感應(yīng)的過(guò)程， 同時(shí)伴隨著能量的轉(zhuǎn)化和

5、遵守能量守恒定律。,當(dāng)外力克服安培力做功時(shí)， 就有其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能。 W克服安 E電,當(dāng)安培力做正功時(shí)，就有電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能量。 W安 EK,練習(xí)1：如圖所示，正方形線(xiàn)框邊長(zhǎng)L0.2m，質(zhì)量為m=0.1kg，電阻為R=0.1，傾角為30的光滑斜面上的物體質(zhì)量為M=0.4kg，水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5T。當(dāng)物體沿斜面下滑，線(xiàn)框開(kāi)始進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，它恰做勻速運(yùn)動(dòng)(不計(jì)一切摩擦).求：線(xiàn)框進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程中產(chǎn)生多少焦耳熱？,解法（一）：利用Q=I2Rt,對(duì)m：Tmg+F安,對(duì)M：TMgSin300,F安BIL,Q=I2Rt,由以上各式解得：Q0.2J,練習(xí)1：如圖所示，正方形線(xiàn)框邊

6、長(zhǎng)L0.2m，質(zhì)量為m=0.1kg，電阻為R=0.1，傾角為30的光滑斜面上的物體質(zhì)量為M=0.4kg，水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5T。當(dāng)物體沿斜面下滑，線(xiàn)框開(kāi)始進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，它恰做勻速運(yùn)動(dòng)(不計(jì)一切摩擦).求：線(xiàn)框進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程中產(chǎn)生多少焦耳熱？,解法（二）：利用Q=W克服安培力,解法（三）：利用能量守恒定律,對(duì)M和m系統(tǒng)：E增E減,Q+mgLMgLSin300,練習(xí)1：如圖所示，正方形線(xiàn)框邊長(zhǎng)L0.2m，質(zhì)量為m=0.1kg，電阻為R=0.1，傾角為30的光滑斜面上的物體質(zhì)量為M=0.4kg，水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5T。當(dāng)物體沿斜面下滑，線(xiàn)框開(kāi)始進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，它恰做勻速運(yùn)動(dòng)

7、(不計(jì)一切摩擦).求：線(xiàn)框進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程中產(chǎn)生多少焦耳熱？,解得：Q0.2J,求焦耳熱的一般方法：,1、 Q=I2Rt 2、Q=W克服安培力F安S 3、能量守恒定律E增E減,適用求恒定電流或是正弦交流電產(chǎn)生的熱量,適用安培力為恒力、純電阻電路的情況,普遍使用,本節(jié)課小結(jié),1、在導(dǎo)體切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，由于磁場(chǎng)本身不發(fā)生變化，認(rèn)為磁場(chǎng)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(fù)功）來(lái)實(shí)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(fù)功，是將其它形式的能量轉(zhuǎn)化為電能。,小結(jié),2、電磁感應(yīng)過(guò)程往往涉及多種能量形式的轉(zhuǎn)化，因此從功和能的觀點(diǎn)入手，分析清楚

8、能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系，往往是解決電磁感應(yīng)問(wèn)題的重要途徑；在運(yùn)用功能關(guān)系解決問(wèn)題時(shí)，應(yīng)注意能量轉(zhuǎn)化的來(lái)龍去脈，順著受力分析、做功分析、能量分析的思路嚴(yán)格進(jìn)行，并注意功和能的對(duì)應(yīng)關(guān)系。,（二）磁場(chǎng)變化引起的電磁感應(yīng),問(wèn)1：電場(chǎng)的方向如何判斷？,楞次 定律,右手螺旋,磁通量向上增大,麥克斯韋電磁場(chǎng)理論：變化的磁場(chǎng)在周?chē)臻g產(chǎn)生電場(chǎng)。 均勻變化的磁場(chǎng)在周?chē)a(chǎn)生恒定的電場(chǎng)； 非均勻變化的磁場(chǎng)在周?chē)a(chǎn)生變化的電場(chǎng)。,（二）磁場(chǎng)變化引起的電磁感應(yīng),問(wèn)2：能量如何轉(zhuǎn)化？如何用做功來(lái)量度？,電場(chǎng)力做功,電流做功,磁場(chǎng)能,麥克斯韋電磁場(chǎng)理論：變化的磁場(chǎng)在周?chē)臻g產(chǎn)生電場(chǎng)。 均勻變化的磁場(chǎng)在周?chē)a(chǎn)生恒定的電場(chǎng)； 非均勻變

9、化的磁場(chǎng)在周?chē)a(chǎn)生變化的電場(chǎng)。,例題3：如圖所示，足夠長(zhǎng)的兩光滑導(dǎo)軌水平放置，兩條導(dǎo)軌相距為d，左端MN用阻值不計(jì)的導(dǎo)線(xiàn)相連，金屬棒ab可在導(dǎo)軌上滑動(dòng)，導(dǎo)軌單位長(zhǎng)度的電阻為r0，金屬棒ab的電阻不計(jì)。整個(gè)裝置處于豎直向下的均勻磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻增加，B=kt，其中k為常數(shù)。金屬棒ab在水平外力的作用下，以速度v沿導(dǎo)軌向右做勻速運(yùn)動(dòng)，t=0時(shí)，金屬棒ab與MN相距非常近求： （1）當(dāng)t=to時(shí)，水平外力的大小F,回路中的磁場(chǎng)變化和導(dǎo)體切割磁感線(xiàn)都產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 據(jù)題意，有,方法一：t=to時(shí)刻閉合回路消耗的功率P=Fv 方法二：由Bld=F，得,例題3：如圖所示，足夠長(zhǎng)的兩光滑導(dǎo)軌水平放置，兩條導(dǎo)軌相距為d，左端MN用阻值不計(jì)的導(dǎo)線(xiàn)相連，金屬棒ab可在導(dǎo)軌上滑動(dòng)，導(dǎo)軌單位長(zhǎng)度的電阻為r0，金屬棒ab的電阻不計(jì)。整個(gè)裝置處于豎直向下的均勻磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻增加，B=kt，其中k為