電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒課件

1、5電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒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理解反電動勢的概念(難點(diǎn))3了解含反電動勢電路中的能量轉(zhuǎn)化.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能量 能的轉(zhuǎn)化和守恒 電能 機(jī)械能 能量 能的轉(zhuǎn)化和守恒 電能 機(jī)械能 相反 相反 電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒課件一、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

2、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)化一、電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒課件電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒課件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)電動勢的大??；準(zhǔn)確應(yīng)用楞次定律或右手定則，判定感應(yīng)電動勢的方向(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、含反電動勢電路中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系電動機(jī)正常工作時(shí)產(chǎn)生反電動勢，方向與電源電動勢的方向相反，這時(shí)需要電源克服反電動勢做功

3、，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3關(guān)于電磁感應(yīng)的能量問題，要注意以下分析程序：【典例1】 如圖153所示，處于勻強(qiáng)磁場中的兩根足夠長、電阻不計(jì)的平行金屬導(dǎo)軌相距1 m，導(dǎo)軌平面與水平面成37角，下端連接阻值為R的電阻勻強(qiáng)磁場方向與導(dǎo)軌平面垂直質(zhì)量為0.2 kg、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；【典例1】 如圖153所示，處于勻強(qiáng)磁場中的兩根足夠長、(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8 W，求該速度的大??；(3)在上

4、問中，若R2 ，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(g10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8)解析(1)金屬棒開始下滑的初速為零，根據(jù)牛頓第二定律mgsin mgcos ma由式解得a10(0.60.250.8)m/s24 m/s2(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8 W，電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒課件答案(1)4 m/s2(2)10 m/s(3)0.4 T，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

5、方程的基本依據(jù)答案(1)4 m/s2(2)10 m/s【變式1】如圖154所示，線圈由A位置開始下落，在磁場中受到的磁場力如果總小于重力，則它在A、B、C、D四個(gè)位置時(shí)，加速度大小關(guān)系為()AaAaBaCaDBaAaCaBaDCaAaCaDaBDaAaCaBaD【變式1】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aAaCaBaD，選項(xiàng)B正確答案B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

6、用，【典例2】 如圖155所示，平行光滑的金屬導(dǎo)軌豎直放置，寬為L，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.【典例2】 如圖155所示，平行光滑的金屬導(dǎo)軌豎直放置，電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒課件借題發(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)a0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)

7、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)動為變速運(yùn)動，感應(yīng)電流(電動勢)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QI2Rt，也可以利用能量守恒，這樣，對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)算過程得以簡捷借題發(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【變式2】如圖156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)磁場中，磁場方向與導(dǎo)軌平面垂直棒在豎直向上的恒力F作用下

8、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棒的動能增加量C棒的重力勢能增加量D電阻R上放出的熱量【變式2】如圖156所示，豎直放置的兩根平行金屬導(dǎo)軌之間解析棒加速上升時(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)功能原理可知開拓視野列車的自動控制在現(xiàn)代列車自動控制系統(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有一個(gè)軌道數(shù)據(jù)庫，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，

9、它會收到一條標(biāo)識應(yīng)答器的消息，在檢測到兩個(gè)應(yīng)答器后，列車位置確定如果只有一個(gè)應(yīng)答器未被檢測到，列車?yán)^續(xù)運(yùn)行應(yīng)答器間實(shí)際距離與測量距離不符且超出容限、連續(xù)兩個(gè)應(yīng)答器未被檢測到，車載控制器在信號機(jī)防護(hù)模式下都會產(chǎn)生緊急剎車開拓視野【典例3】 鐵路上使用一種電磁裝置向控制中心傳輸信號，以確定火車的位置有一種磁鐵能產(chǎn)生勻強(qiáng)磁場，被安裝在火車首節(jié)車廂下面，如圖157所示(俯視圖)，當(dāng)它經(jīng)過安裝在兩鐵軌之間的線圈時(shí)，便會產(chǎn)生一種電信號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()【典例3】 鐵路上使用一種電磁裝置向控制中心傳輸信號，以確定解析本題考查了動生電動

10、勢的大小和方向解題關(guān)鍵是將一個(gè)實(shí)際問題簡化成一個(gè)物理模型當(dāng)火車頭中的磁場剛接觸線圈時(shí)，線圈中有一條邊切割磁感線，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為EBlv；當(dāng)磁場完全進(jìn)入時(shí)，穿過線圈的磁通量不發(fā)生變化，無感應(yīng)電動勢；當(dāng)磁場要離開線圈時(shí)，線圈中又有一邊在切割磁感線，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢EBlv.根據(jù)右手定則判斷知，兩段產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢方向相反，也就是正負(fù)極相反答案C解析本題考查了動生電動勢的大小和方向解題關(guān)鍵是將一個(gè)實(shí)際1如圖158所示，空間某區(qū)域中有一勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向水平，且垂直于紙面向里，磁場上邊界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開始下落已知磁場上

11、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(位于磁場中)和d時(shí)，線圈所受到的磁場力的大小分別為Fb、Fc和Fd，則()AFdFcFb BFcFdFbCFcFbFd DFcFbFd1如圖158所示，空間某區(qū)域中有一勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度答案D答案D2如圖159所示，有兩根和水平方向成 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，空間有垂直于軌道平面的勻強(qiáng)磁場，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)過足夠長的時(shí)間后，金屬桿的速度會趨近于一個(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2如圖159所示，有兩根和水平方向成 角的光滑平行的答案BC答案BC電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒課件解析ab剛進(jìn)入磁場就做勻速運(yùn)動，說明安培力與重力剛好平衡，在下落2d的過程中，重力勢能全部轉(zhuǎn)化為電能，電能又全部轉(zhuǎn)化為電熱，所以產(chǎn)生的電熱Q2mgd.答案2mgd解析ab剛進(jìn)入磁場就做勻速運(yùn)動，說明安培力與重力剛好平衡，4CD、EF為兩足夠長的導(dǎo)軌，CEl，勻強(qiáng)磁場方向與導(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)