電磁感應(yīng)現(xiàn)象的能量轉(zhuǎn)化與守恒

學(xué)習(xí)目標1、分析電磁感應(yīng)中機械能與電能的轉(zhuǎn)化，理解電磁感應(yīng)中能量轉(zhuǎn)化與守恒2、通過探究和分析電磁感應(yīng)現(xiàn)象中克服安培力做功的情況，探究其中的規(guī)律認識物理變化的因果關(guān)系和制約因素第1頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月探究

如圖所示，設(shè)運動的導(dǎo)體ab的長為L，水平向右速度為V，勻強磁場的磁感強度B，閉合電路的總電阻為R，探究為了保持導(dǎo)體棒勻速運動，外力所做的功W外和感應(yīng)電流的電功W電關(guān)系RabW外=W電W外和W電關(guān)系：注意：（1）安培力做什么功？

（2）它與電功是什么關(guān)系？F外F安I第2頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)論:

1.在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電能是外力克服安培力做功轉(zhuǎn)化而來的，克服安培力做了多少的功，就有多少電能生成，而這些電能又通過感應(yīng)電流做功，轉(zhuǎn)化成其他形式的能量。2.安培力做正功和克服安培力做功的區(qū)別：電磁感應(yīng)的過程，實質(zhì)上是不同形式的能量相互轉(zhuǎn)化的過程，（1）當外力克服安培力做多少功時，就有多少其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能；（2）當安培力做多少正功時，就有多少電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能。第3頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月能量守恒和轉(zhuǎn)化規(guī)律是自然界中最普遍的規(guī)律之一，所以在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中也伴隨著能量轉(zhuǎn)化。產(chǎn)生和維持感應(yīng)電流的過程就是其它形式的能量轉(zhuǎn)化為電能過程。其它形式能量轉(zhuǎn)化為電能的過程實質(zhì)就是安培力做負功的過程?？朔才嗔ψ龆嗌俟?，就有多少其它形式能量轉(zhuǎn)化為電能。電磁感應(yīng)現(xiàn)象中生成的電能又會通過感應(yīng)電流做功轉(zhuǎn)化成其他形式的能量。第4頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月W外=W安W安=E電電磁感應(yīng)現(xiàn)象中能量轉(zhuǎn)化關(guān)系1、產(chǎn)生電能過程：（電源）導(dǎo)體做勻速移動時，外力等于安培力，所以外力移動導(dǎo)體所做的功，全部用于克服安培力做功，能量全部轉(zhuǎn)化為感應(yīng)電流的電能。（1）導(dǎo)體做勻速運動過程中：第5頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）導(dǎo)體做加速運動過程中：外力移動導(dǎo)體所做的功，一部分用于克服安培力做功，轉(zhuǎn)化為產(chǎn)生感應(yīng)電流的電能，另一部分用于增加導(dǎo)體的動能W外-W安=ΔEKW安=E電動能定理第6頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月

2、消耗電能過程：（負載）電磁感應(yīng)現(xiàn)象中生成的電能在閉合回路中又會通過負載消耗，生成其他形式的能量。

如果負載是純電阻電路，那么電能轉(zhuǎn)化成熱能

如果負載是非純電阻電路，那么電能轉(zhuǎn)化成熱能和其他形式的能量（機械能）E電=QE電=Q+E其他第7頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月1、如圖所示，磁感應(yīng)強度B=0.2T，金屬棒ab向右勻速運動，v=5m/s，L=40cm，電阻R=0.5Ω,其余電阻不計，摩擦也不計，試求：（1）感應(yīng)電動勢的大?。?）感應(yīng)電流的大小和方向（3）金屬棒安培力大小和方向（4）感應(yīng)電流的功率（5）拉力的功率RBabv第8頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月一、電磁感應(yīng)與電路綜合在電磁感應(yīng)中，切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，該導(dǎo)體或回路就相當于電源，將它們接上電容器，便可使電容器充電；接上電阻或用電器就會對它們供電，在回路形成電流.（2）分析電路結(jié)構(gòu)(內(nèi)、外電路及外電路的串并聯(lián)關(guān)系)，畫等效電路圖應(yīng)特別注意產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的那部分導(dǎo)體相當于電路中的電源，其電阻相當于電源內(nèi)阻，其電流流出的一端為正極．（3）利用電路規(guī)律求解．歐姆定律即串并聯(lián)電路的基本性質(zhì)列方程求解思路：（1）確定電源第9頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月臨界狀態(tài)運動狀態(tài)的分析F=BILv與a方向關(guān)系a變化情況F=ma合外力運動導(dǎo)體所受的安培力感應(yīng)電流確定電源（E，r）二、電磁感應(yīng)中的力電綜合問題這類問題覆蓋面廣，題型也多種多樣；但解決這類問題的關(guān)鍵在于通過運動狀態(tài)的分析來尋找過程中的臨界狀態(tài)，如速度、加速度取最大值或最小值的條件等，基本思路是：1.理解電磁感應(yīng)問題中的兩個研究對象及其之間的相互制約關(guān)系：2.領(lǐng)會力和運動的動態(tài)關(guān)系

循環(huán)變化的結(jié)果：a=0,速度達最大，穩(wěn)定狀態(tài)3.解決電磁感應(yīng)現(xiàn)象中力學(xué)問題的思路：練習(xí)冊17頁第10頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月從能量轉(zhuǎn)化和守恒著手，運用動能定律或能量守恒定律(1)基本思路：受力分析→弄清哪些力做功，正功還是負功→明確有哪些形式的能量參與轉(zhuǎn)化，哪增哪減，如有滑動摩擦力做功，必然有內(nèi)能出現(xiàn)；重力做功，就可能有機械能參與轉(zhuǎn)化；安培力做負功就將其它形式能轉(zhuǎn)化為電能，做正功將電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能；→由動能定理或能量守恒定律列方程求解．第11頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月2、如圖所示，一導(dǎo)軌PM，NQ，水平固定在一個豎直向下的勻強磁場中，導(dǎo)軌上跨放一根質(zhì)量為m的金屬棒ab，MN之間接一電阻，它們的電阻分別是R和r，導(dǎo)軌的其余部分的電阻不計。若沿水平向右使金屬棒

ab獲得一初速度v0，設(shè)導(dǎo)軌足夠長。求：（1）分析金屬棒ab的運動情況（2）在金屬棒ab中產(chǎn)生的熱量和電路中總熱量。RBabv0MPNQr第12頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月在較復(fù)雜的電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，經(jīng)常涉及求解焦耳熱的問題。尤其是安培力為變力時，不能直接由Q=I2Rt解，用能量守恒的方法就可以不必追究變力、變電流做功的具體細節(jié)，只需弄清能量的轉(zhuǎn)化途徑，注意分清有多少種形式的能在相互轉(zhuǎn)化，用能量的轉(zhuǎn)化與守恒定律就可求解，而用能量的轉(zhuǎn)化與守恒觀點，只需從全過程考慮，不涉及電流的產(chǎn)生過程，計算簡便。這樣用守恒定律求解的方法最大特點是省去許多細節(jié)，解題簡捷、方便。第13頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月3、如圖所示，光滑且足夠長的平行金屬導(dǎo)軌MN和PQ固定在同一水平面上，兩導(dǎo)軌間距L=0.2m，電阻R=0.4Ω，導(dǎo)軌上靜止放置一質(zhì)量m=0.1kg、電阻r=0.1Ω的金屬桿，導(dǎo)軌電阻忽略不計，整個裝置處在磁感應(yīng)強度B=0.5T的勻強磁場中，磁場的方向豎直向下，現(xiàn)用一外力F沿水平方向拉桿，使之由靜止起做勻加速運動并開始計時，若5s末理想電壓表的讀數(shù)為0.2V.求：（1）5s末時電阻R上消耗的電功率；（2）金屬桿在5s末的運動速率；（3）5s末時外力F的功率.FMVRQNP第14頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月4、如圖所示，在磁感應(yīng)強度為B的水平方向的勻強磁場中豎直放置兩平行導(dǎo)軌，磁場方向與導(dǎo)軌所在平面垂直．導(dǎo)軌寬L，其上端跨接一阻值為R的電阻(導(dǎo)軌電阻不計)．一金屬棒a的電阻為R，質(zhì)量分別為m，它與導(dǎo)軌相連，讓金屬棒a由某以高度靜止釋放，設(shè)導(dǎo)軌足夠長，求：（1）分析金屬棒a的運動情況（2）金屬棒a的最大速度vm（3）如果金屬棒下落高度h時達到最大速度，那么在

這個過程中電路生成的

總熱能和金屬棒a生成

的熱能Ra通過金屬棒a的電荷量？第15頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月作業(yè)1.如圖所示，電動機牽引一根原來靜止的，質(zhì)量m=0.1kg的導(dǎo)體MN，其電阻R=1Ω，導(dǎo)體棒架在處于磁感應(yīng)強度B=1T，豎直放置的框架上，框架寬L=1m；當導(dǎo)體棒上升h=3.8m時獲得穩(wěn)定的速度，導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量為12J，電動機牽引棒時，電壓表、電流表的讀數(shù)分別為7V、1A，電動機內(nèi)阻r=1Ω，不計框架電阻及一切摩擦，g取10m/s2，求:(1)棒能達到的穩(wěn)定速度v(2)棒從靜止到達到穩(wěn)定速度所需要的時間tAVMN第16頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月5、如圖：兩足夠長平行光滑的金屬導(dǎo)軌MN、PQ相距為L，導(dǎo)軌平面與水平面的夾角為α=30°，導(dǎo)軌電阻不計，磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場垂直導(dǎo)軌平面向上，長為L、質(zhì)量為m、電阻為R的金屬棒ab垂直于MN、PQ放置在導(dǎo)軌上，且始終與導(dǎo)軌電接觸良好，兩金屬導(dǎo)軌的上端連接右端電路，定值電阻R1=2R，現(xiàn)將金屬棒由靜止釋放，試求：（1）金屬棒下滑的最大速度是多少？（2）當金屬棒下滑距離

為s0時速度恰好達

到最大，求金屬棒

由靜止開始下滑2s0

的過程中，整個電

路產(chǎn)生的電熱。R1BααabMPNQ第17頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月6、如圖所示，在水平絕緣平面上固定足夠長的平行光滑金屬導(dǎo)軌（電阻不計），導(dǎo)軌左端連接一個阻值為R的電阻，質(zhì)量為m的金屬棒(電阻不計)放在導(dǎo)軌上，金屬棒與導(dǎo)軌垂直且與導(dǎo)軌接觸良好．整個裝置放在勻強磁場中，磁場方向與導(dǎo)軌平面垂直，在用水平恒力F把金屬棒從靜止開始向右拉動的過程中，下列說法正確的是()A．恒力F與安培力做的功之和等于電路中產(chǎn)生的電能與金屬棒獲得的動能和B．恒力F做的功一定等于克服安培力做的功與電路中產(chǎn)生的電能之和C．恒力F做的功一定等于克服安培力

做的功與金屬棒獲得的動能之和D．恒力F做的功一定等于電路中產(chǎn)生

的電能與金屬棒獲得的動能之和RF如果導(dǎo)軌是粗糙的呢？第18頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月7、如圖所示，平行金屬導(dǎo)軌與水平面成θ角，導(dǎo)軌與固定電阻R1和R2相連，勻強磁場垂直穿過導(dǎo)軌平面．有一導(dǎo)體棒ab，質(zhì)量為m，導(dǎo)體棒的電阻與固定電阻R1和R2的阻值均相等，與導(dǎo)軌之間的動摩擦因數(shù)為μ，導(dǎo)體棒ab沿導(dǎo)軌向上滑動，當上滑的速度為V時，受到安培力的大小為F．此時（）（A）電阻R1消耗的熱功率為Fv／3．（B）電阻R2消耗的熱功率為Fv／6．（C）整個裝置因摩擦而消耗

的熱功率為μmgvcosθ（D）整個裝置消耗的機械功

率為（F＋μmgcosθ）vR1BθabR2vBCD第19頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月8、在光滑絕緣水平面上，一邊長為10cm、電阻1Ω、質(zhì)量0.1kg的正方形金屬框abcd以V0=6m/s的速度向一有界的勻強磁場滑去，磁場方向與線框面垂直，B=0.5T，當線框全部進入磁場時，線框中已放出了1.0J的熱量，則當線框ab邊剛穿出磁場的瞬間，線框中電流的瞬時功率為

，加速度大小為_______。abcd第20頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月9、位于豎直平面內(nèi)的矩形平面導(dǎo)線框abcd，ab長L1=1.0m，bc長L2=0.5m，線框的質(zhì)量m=0.2kg，電阻R=2Ω.其下方有一勻強磁場區(qū)域，該區(qū)域的上下邊界間距離為H，H>L2，磁場的磁感應(yīng)強度B=1.0T，如圖所示，線框的cd邊從離磁場區(qū)域的上邊界的距離為h=0.7m處自由下落，已知在線框的cd邊進入磁場以后，ab邊到達上邊界之前線框的速度已達到這一階段的最大值。求：

從線框開始下落到cd邊剛剛到達磁場區(qū)域下邊界的過程

中，磁場作用于線框的安培

力做的總功為多少？以及這一瞬間重力的功率？

(取g=10m/s2)abcdhH第21頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月θaFbBRcef10.如圖所示，有兩根足夠長、不計電阻，相距L的平行光滑金屬導(dǎo)軌cd、ef與水平面成θ角固定放置，底端接一阻值為R的電阻，在軌道平面內(nèi)有磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場，方向垂直軌道平面斜向上.現(xiàn)有一平行于ce、垂直于導(dǎo)軌、質(zhì)量為m、電阻不計的金屬桿ab，在沿軌道平面向上的恒定拉力F作用下，從底端ce由靜止沿導(dǎo)軌向上運動，當ab桿速度達到穩(wěn)定后，撤去拉力F，最后ab桿又沿軌道勻速回到ce端.已知ab桿向上和向下運動的最大速度相等.求:拉力F和桿ab最后回到ce端的速度v.d第22頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月11、如右圖所示，在磁感應(yīng)強度為B的水平方向的勻強磁場中豎直放置兩平行導(dǎo)軌，磁場方向與導(dǎo)軌所在平面垂直．導(dǎo)軌上端跨接一阻值為R的電阻(導(dǎo)軌電阻不計)．兩金屬棒a和b的電阻均為R，質(zhì)量分別為ma＝2×10－2kg和mb＝1×10－2kg，它們與導(dǎo)軌相連，如右圖．并可沿導(dǎo)軌無摩擦滑動．閉合開關(guān)S，先固定b，用一恒力F向上拉a，穩(wěn)定后a以v1＝10m/s的速度勻速運動，此時再釋放b，b恰好能保持靜止，設(shè)導(dǎo)軌足夠長，取g＝10m/s2.(1)求拉力F的大?。?2)若將金屬棒a固定，讓金屬棒b自由下滑(開關(guān)仍閉合)，求b滑行的最大速度v2；(3)若斷開開關(guān)，將金屬棒a和b都固定，使磁感應(yīng)強度從B隨時間均勻增加，經(jīng)0.1s后磁感應(yīng)強度增到2B時，a棒受到的安培力正好等于a棒的重力，求兩金屬棒間的距離h.RabF第23頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月12、兩根相距為L的足夠長的金屬直角導(dǎo)軌如圖所示放置，它們各有一邊在同一水平面內(nèi)，另一邊垂直于水平面．質(zhì)量均為m的金屬細桿ab、cd與導(dǎo)軌垂直接觸形成閉合回路，桿與水平和豎直導(dǎo)軌之間有相同的動摩擦因數(shù)μ，導(dǎo)軌電阻不計，回路總電阻為2R，整個裝置處于磁感應(yīng)強度大小為B、方向豎直向上的勻強磁場中．當ab桿在平行于水平導(dǎo)軌的拉力作用下沿導(dǎo)軌向右勻速運動時，cd桿也正好以某一速度向下勻速運動，設(shè)運動過程中金屬細桿ab、cd與導(dǎo)軌接觸良好，重力加速度為g，求：（1）ab桿勻速運動的速度v1；（2）ab桿所受拉力F；（3）ab桿以v1勻速運動時，cd桿以v2（v2已知）勻速運動，則在cd桿向下運動h的過程中，整個回路中產(chǎn)生的焦耳熱。abcdBv1v2第24頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月?lián)P州市07-08學(xué)年度第一學(xué)期期末調(diào)研試卷13．如圖所示，一邊長L=0.2m，質(zhì)量m1=0.5kg，電阻R=0.1Ω的正方形導(dǎo)體線框abcd，與一質(zhì)量為m2=2kg的物塊通過輕質(zhì)細線跨過兩定滑輪相連。起初ad邊距磁場下邊界為d1=0.8m，磁感應(yīng)強度B=2.5T，磁場寬度d2=0.3m，