電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒用2_第1頁
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文檔簡介

1、做功的過程與能量變化密切相關(guān)做功的過程與能量變化密切相關(guān)做功做功能量變化能量變化重力做功重力做功重力勢(shì)能變化重力勢(shì)能變化彈力做功彈力做功彈性勢(shì)能變化彈性勢(shì)能變化合外力做功合外力做功動(dòng)能變化動(dòng)能變化除彈力和重力之外其他力做功除彈力和重力之外其他力做功機(jī)械能的變化機(jī)械能的變化一對(duì)滑動(dòng)摩擦力對(duì)系統(tǒng)做功一對(duì)滑動(dòng)摩擦力對(duì)系統(tǒng)做功系統(tǒng)內(nèi)能的變化系統(tǒng)內(nèi)能的變化PGEWPEW彈KEW合機(jī)械其它EWQfS相對(duì)電場力做功電場力做功電勢(shì)能變化電勢(shì)能變化PEW電場力功是能量轉(zhuǎn)化的量度功是能量轉(zhuǎn)化的量度電流做功電流做功電能變化電能變化EW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。電磁感應(yīng)的實(shí)質(zhì)是不同形式的能量轉(zhuǎn)化

2、為電能的過程。RB均勻均勻增大增大機(jī)械能機(jī)械能磁場能磁場能電能電能電能電能兩種典型的電磁感應(yīng)現(xiàn)象兩種典型的電磁感應(yīng)現(xiàn)象由于導(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)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)。由于變化的磁場產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),我們叫由于變化的磁場產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),我們叫感生電動(dòng)勢(shì)感生電動(dòng)勢(shì)。切割切割RFF安安F安安BILE=BLVmIE/(R+r)例例1:若導(dǎo)軌光滑且水平,:若導(dǎo)軌光滑且水平,ab開始開始靜止,當(dāng)受到一個(gè)靜止,當(dāng)受到一個(gè)F=0.08N的向右的向右恒力的作用,則:恒力的作用,則:問問1:ab將如何運(yùn)動(dòng)?將如何運(yùn)動(dòng)? ab的最大速度是多少?的最大速度是

3、多少?(一)導(dǎo)體切割磁感線類(一)導(dǎo)體切割磁感線類B=0.5T=4r=1l =0.4mFRab先做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng),后勻速運(yùn)動(dòng)先做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng),后勻速運(yùn)動(dòng)F安安smLBrRFVm/10)(22例例1:若導(dǎo)軌光滑且水平,:若導(dǎo)軌光滑且水平,ab開始開始靜止,當(dāng)受到一個(gè)靜止,當(dāng)受到一個(gè)F=0.08N的向右的向右恒力的作用,則:恒力的作用,則:問問2:ab速度為速度為10m/s時(shí),總電功率為多少?克服安培力的時(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?功率為多少?外力的功率為多少?能量是如何轉(zhuǎn)化的?P電電=P克服安克服安=P外外0.8W其它形式其它形式

4、能量能量電能電能W克服安克服安熱熱能能W電流電流問問3:ab速度為速度為5m/s時(shí),總電功率為多少?克服安培力的時(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?功率為多少?外力的功率為多少?能量是如何轉(zhuǎn)化的?能量是如何轉(zhuǎn)化的?P電電=P克服安克服安=0.2W P外外0.4W電能電能W電流電流動(dòng)能動(dòng)能其它其它形式形式能量能量熱能熱能W克服安克服安WF-W克服安克服安B=0.5T=4r=1l =0.4mFRabF安安小結(jié)小結(jié)1:W克服安克服安=E電電思考:思考:在導(dǎo)體切割磁感線情況下,安培力如果做在導(dǎo)體切割磁感線情況下,安培力如果做正功正功, 能量又是怎樣轉(zhuǎn)化的?如何用做功來量度?能

5、量又是怎樣轉(zhuǎn)化的?如何用做功來量度?在導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象,我們?cè)趯?dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象,我們用外力用外力克服克服安培力做功來量度有多少其它形安培力做功來量度有多少其它形式的能量轉(zhuǎn)化為電能。式的能量轉(zhuǎn)化為電能。表達(dá)式:表達(dá)式:P克服安克服安=P電電例題例題2:如圖所示,光滑水平放置:如圖所示,光滑水平放置的足夠長平行導(dǎo)軌的足夠長平行導(dǎo)軌MN、PQ的間距的間距為為L,導(dǎo)軌,導(dǎo)軌MN、PQ電阻不計(jì)。電電阻不計(jì)。電源的電動(dòng)勢(shì)源的電動(dòng)勢(shì)E,內(nèi)阻,內(nèi)阻r,金屬桿,金屬桿EF其其有效電阻為有效電阻為R,整個(gè)裝置處于豎直,整個(gè)裝置處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度向上的勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)

6、強(qiáng)度B,現(xiàn)在閉合開關(guān)?,F(xiàn)在閉合開關(guān)。E,rRF安安問問1:金屬桿:金屬桿EF將如何運(yùn)動(dòng)?最終速度多大?將如何運(yùn)動(dòng)?最終速度多大?LE反反先做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng),后勻速運(yùn)動(dòng)。先做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng),后勻速運(yùn)動(dòng)。BLEVmE=E反反E反反BLVm例題例題2:如圖所示,光滑水平放置:如圖所示,光滑水平放置的足夠長平行導(dǎo)軌的足夠長平行導(dǎo)軌MN、PQ的間距的間距為為L,導(dǎo)軌,導(dǎo)軌MN、PQ電阻不計(jì)。電電阻不計(jì)。電源的電動(dòng)勢(shì)源的電動(dòng)勢(shì)E,內(nèi)阻,內(nèi)阻r,金屬桿,金屬桿EF其其有效電阻為有效電阻為R,整個(gè)裝置處于豎直,整個(gè)裝置處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度向上的勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度B,現(xiàn)在閉合開關(guān)

7、?,F(xiàn)在閉合開關(guān)。E,rRF安安LE反反問問2:當(dāng):當(dāng)EF速度為速度為v時(shí),其機(jī)械功率時(shí),其機(jī)械功率P機(jī)機(jī)?電路產(chǎn)生的熱功率?電路產(chǎn)生的熱功率P熱熱? 電源消耗的電功率電源消耗的電功率P電電? P機(jī)機(jī)、P熱熱、P電電三者的關(guān)系?三者的關(guān)系?rRBLVEIP機(jī)機(jī)F安安VF安安BILLVrRBLVEBP機(jī)rRBLVEEEIP電rRBLVErRIP22)()(熱P電電P機(jī)機(jī)+P熱熱能量守恒能量守恒例題例題2:如圖所示,光滑水平放置:如圖所示,光滑水平放置的足夠長平行導(dǎo)軌的足夠長平行導(dǎo)軌MN、PQ的間距的間距為為L,導(dǎo)軌,導(dǎo)軌MN、PQ電阻不計(jì)。電電阻不計(jì)。電源的電動(dòng)勢(shì)源的電動(dòng)勢(shì)E,內(nèi)阻,內(nèi)阻r,金屬桿

8、,金屬桿EF其其有效電阻為有效電阻為R,整個(gè)裝置處于豎直,整個(gè)裝置處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度向上的勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度B,現(xiàn)在閉合開關(guān)?,F(xiàn)在閉合開關(guān)。E,rRF安安LE反反問問3:能量是如何轉(zhuǎn)化的?如何用做功量度能量的變化?:能量是如何轉(zhuǎn)化的?如何用做功量度能量的變化?動(dòng)能動(dòng)能熱能熱能W安安W電流電流-W安安電電能能導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生電磁感應(yīng)的過程,導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生電磁感應(yīng)的過程,同時(shí)伴隨著能量的轉(zhuǎn)化和遵守能量守恒定律。同時(shí)伴隨著能量的轉(zhuǎn)化和遵守能量守恒定律。當(dāng)外力當(dāng)外力克服克服安培力做功時(shí),安培力做功時(shí),就有就有其它形式的能其它形式的能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為電能。電能。W克服安克服安 E

9、電電當(dāng)安培力做當(dāng)安培力做正功正功時(shí),就有時(shí),就有電能電能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為其它形式的能量。其它形式的能量。W安安 EKRFabF安安F安安vv練習(xí)練習(xí)1:如圖所示,正方形線框邊長:如圖所示,正方形線框邊長L0.2m,質(zhì)量為,質(zhì)量為m=0.1kg,電阻為,電阻為R=0.1,傾角為,傾角為30的光滑斜面上的物體質(zhì)的光滑斜面上的物體質(zhì)量為量為M=0.4kg,水平方向的勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度為,水平方向的勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5T。當(dāng)物體。當(dāng)物體沿斜面下滑,線框開始進(jìn)入磁場時(shí),它恰做勻速運(yùn)動(dòng)沿斜面下滑,線框開始進(jìn)入磁場時(shí),它恰做勻速運(yùn)動(dòng)(不計(jì)一切不計(jì)一切摩擦摩擦).求:線框進(jìn)入磁場的過程中產(chǎn)生多少焦耳熱?求:

10、線框進(jìn)入磁場的過程中產(chǎn)生多少焦耳熱? 解法(一):解法(一):利用利用Q=I2RtMgTmgF安安T對(duì)對(duì)m:Tmg+F安安對(duì)對(duì)M:TMgSin300F安安BILvLt RBLVI Q=I2Rt由以上各式解得:由以上各式解得:Q0.2J練習(xí)練習(xí)1:如圖所示,正方形線框邊長:如圖所示,正方形線框邊長L0.2m,質(zhì)量為,質(zhì)量為m=0.1kg,電阻為,電阻為R=0.1,傾角為,傾角為30的光滑斜面上的物體質(zhì)的光滑斜面上的物體質(zhì)量為量為M=0.4kg,水平方向的勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度為,水平方向的勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5T。當(dāng)物體。當(dāng)物體沿斜面下滑,線框開始進(jìn)入磁場時(shí),它恰做勻速運(yùn)動(dòng)沿斜面下滑,線框開始進(jìn)

11、入磁場時(shí),它恰做勻速運(yùn)動(dòng)(不計(jì)一切不計(jì)一切摩擦摩擦).求:線框進(jìn)入磁場的過程中產(chǎn)生多少焦耳熱?求:線框進(jìn)入磁場的過程中產(chǎn)生多少焦耳熱? 解法(二):解法(二):利用利用Q=W克服安培力克服安培力對(duì)對(duì)m:Tmg+F安安對(duì)對(duì)M:TMgSin300W克服安培力克服安培力F安安L由以上各式解得:由以上各式解得:Q0.2JQ=W克服安培力克服安培力MgTmgF安安T解法(三):解法(三):利用利用能量守恒定律能量守恒定律對(duì)對(duì)M和和m系統(tǒng):系統(tǒng):E增增E減減Q+mgLMgLSin300練習(xí)練習(xí)1:如圖所示,正方形線框邊長:如圖所示,正方形線框邊長L0.2m,質(zhì)量為,質(zhì)量為m=0.1kg,電阻為,電阻為R=

12、0.1,傾角為,傾角為30的光滑斜面上的物體質(zhì)的光滑斜面上的物體質(zhì)量為量為M=0.4kg,水平方向的勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度為,水平方向的勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5T。當(dāng)物體。當(dāng)物體沿斜面下滑,線框開始進(jìn)入磁場時(shí),它恰做勻速運(yùn)動(dòng)沿斜面下滑,線框開始進(jìn)入磁場時(shí),它恰做勻速運(yùn)動(dòng)(不計(jì)一切不計(jì)一切摩擦摩擦).求:線框進(jìn)入磁場的過程中產(chǎn)生多少焦耳熱?求:線框進(jìn)入磁場的過程中產(chǎn)生多少焦耳熱? MgTmgF安安T解得:解得:Q0.2J求焦耳熱的一般方法:1、 Q=I2Rt2、Q=W克服安培力克服安培力F安安S3、能量守恒定律、能量守恒定律E增增E減減適用求適用求恒定電流恒定電流或是或是正弦交流電正弦交流電產(chǎn)生的

13、熱量產(chǎn)生的熱量適用安培力為適用安培力為恒力、純電阻電路恒力、純電阻電路的情況的情況普遍使用普遍使用(二)磁場變化引起的電磁感應(yīng)(二)磁場變化引起的電磁感應(yīng)問問1:電場的方向如何判斷?:電場的方向如何判斷?楞次楞次定律定律右手螺旋右手螺旋磁通量向磁通量向上增大上增大感應(yīng)磁場感應(yīng)磁場方向方向感應(yīng)電流感應(yīng)電流方向方向電場方向電場方向I感感I感感RB均勻均勻增大增大B感感+FEE問問2:能量如何轉(zhuǎn)化?如何用做功來量度?:能量如何轉(zhuǎn)化?如何用做功來量度?電場力做功電場力做功電流做功電流做功磁磁場場能能電電能能熱熱能能I感感I感感RB均勻均勻增大增大B感感+FEE例題例題3:如圖所示,足夠長的兩光滑導(dǎo)軌水

14、平放置,兩條導(dǎo)軌相:如圖所示,足夠長的兩光滑導(dǎo)軌水平放置,兩條導(dǎo)軌相距為距為d,左端,左端MN用阻值不計(jì)的導(dǎo)線相連,金屬棒用阻值不計(jì)的導(dǎo)線相連,金屬棒ab可在導(dǎo)軌上滑可在導(dǎo)軌上滑動(dòng),導(dǎo)軌單位長度的電阻為動(dòng),導(dǎo)軌單位長度的電阻為r0,金屬棒,金屬棒ab的電阻不計(jì)。整個(gè)裝置的電阻不計(jì)。整個(gè)裝置處于豎直向下的均勻磁場中,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻增加,處于豎直向下的均勻磁場中,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻增加,B=kt,其中,其中k為常數(shù)。金屬棒為常數(shù)。金屬棒ab在水平外力的作用下,以速度在水平外力的作用下,以速度v沿沿導(dǎo)軌向右做勻速運(yùn)動(dòng),導(dǎo)軌向右做勻速運(yùn)動(dòng),t=0時(shí),金屬棒時(shí),金屬棒ab與與MN相距

15、非常近求:相距非常近求:(1)當(dāng))當(dāng)t=to時(shí),水平外力的大小時(shí),水平外力的大小F回路中的磁場變化和導(dǎo)體切割磁感線都產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)回路中的磁場變化和導(dǎo)體切割磁感線都產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)據(jù)題意,有據(jù)題意,有 2200k d tFr0BktBESBdvt總0BSkdvttEIR總002Rr vtFB IdE感感E動(dòng)動(dòng)方法一:方法一:t=to時(shí)刻閉合回路消耗的功率時(shí)刻閉合回路消耗的功率P=Fv方法二:由方法二:由Bld=F,得得例題例題3:如圖所示,足夠長的兩光滑導(dǎo)軌水平放置,兩條導(dǎo)軌相:如圖所示,足夠長的兩光滑導(dǎo)軌水平放置,兩條導(dǎo)軌相距為距為d,左端,左端MN用阻值不計(jì)的導(dǎo)線相連,金屬棒用阻值不計(jì)的導(dǎo)線

16、相連,金屬棒ab可在導(dǎo)軌上滑可在導(dǎo)軌上滑動(dòng),導(dǎo)軌單位長度的電阻為動(dòng),導(dǎo)軌單位長度的電阻為r0,金屬棒,金屬棒ab的電阻不計(jì)。整個(gè)裝置的電阻不計(jì)。整個(gè)裝置處于豎直向下的均勻磁場中,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻增加,處于豎直向下的均勻磁場中,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻增加,B=kt,其中,其中k為常數(shù)。金屬棒為常數(shù)。金屬棒ab在水平外力的作用下,以速度在水平外力的作用下,以速度v沿沿導(dǎo)軌向右做勻速運(yùn)動(dòng),導(dǎo)軌向右做勻速運(yùn)動(dòng),t=0時(shí),金屬棒時(shí),金屬棒ab與與MN相距非常近求:相距非常近求:(1)當(dāng))當(dāng)t=to時(shí),水平外力的大小時(shí),水平外力的大小F(2)同學(xué)們?cè)谇笸瑢W(xué)們?cè)谇髏=to時(shí)刻閉合回路消耗的功率

17、時(shí),有兩種不同的求法:時(shí)刻閉合回路消耗的功率時(shí),有兩種不同的求法:FIBd2222F RPI RB d(其中(其中R為回路總電阻)為回路總電阻)這兩種方法哪一種正確這兩種方法哪一種正確?請(qǐng)你做出判斷,并簡述理由請(qǐng)你做出判斷,并簡述理由E感感E動(dòng)動(dòng)電能電能磁磁場場能能其它其它形式形式能能熱能熱能小結(jié)1、在導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,、在導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,由于磁場本身不發(fā)生變化,認(rèn)為磁場并不由于磁場本身不發(fā)生變化,認(rèn)為磁場并不輸出能量,而是其它形式的能量,借助安輸出能量,而是其它形式的能量,借助安培做的功(做正功、負(fù)功)來實(shí)現(xiàn)能量的培做的功(做正功、負(fù)功)來實(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,是將其它它形式的能量;安培力做負(fù)功,是將其

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