电磁感应中的能量转化与守恒用课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1.5电磁感应中的能量转化与守恒,1,做功的过程与能量变化密切相关,做功,能量变化,重力做功,重力势能变化,弹力做功,弹性势能变化,合外力做功,动能变化,除弹力和重力之外其他力做功,机械能的变化,一对滑动摩擦力对系统做功,系统内能的变化,电场力做功,电势能变化,功是能量转化的量度,电流做功,电能变化,2,电磁感应的实质是不同形式的能量转化为电能的过程。,R,B均匀增大,机械能,磁场能,电能,电能,两种典型的电磁感应现象,由于导体切割磁感线产生的感应电动势，我们叫,动生电动势,。,由于变化的磁场产生的感应电动势，我们叫,感生电动势,。,切割,R,3,FF,安,F,安,BIL,E=BLV,m,I,E/(R+r),例1：若导轨光滑且水平，ab开始,静止，当受到一个F=0.08N的向右,恒力的作用，则：,问1,：ab将如何运动？ab的最大速度是多少？,（一）导体切割磁感线类,B=0.5T,=4,r=1,l,=0.4m,F,R,a,b,先做加速度减小的加速运动，后匀速运动,F,安,4,例1：若导轨光滑且水平，ab开始,静止，当受到一个F=0.08N的向右,恒力的作用，则：,问2,：ab速度为10m/s时，总电功率为多少？克服安培力的功率为多少？外力的功率为多少？能量是如何转化的？,P,电,=,P,克服安,P,外,0.8W,其它形式,能量,电能,W,克服安,热能,W,电流,问3,：ab速度为5m/s时，总电功率为多少？克服安培力的功率为多少？外力的功率为多少？,能量是如何转化的？,P,电,=,P,克服安,=0.2W,P,外,0.4W,电能,W,电流,动能,其它,形式,能量,热能,W,克服安,W,F,-W,克服安,B=0.5T,=4,r=1,l,=0.4m,F,R,a,b,F,安,5,小结1：,W,克服安,=E,电,思考：,在导体切割磁感线情况下，安培力如果做,正功,，,能量又是怎样转化的？如何用做功来量度？,在导体切割磁感线产生电磁感应现象，我们用外力,克服,安培力做功来量度有多少其它形式的能量转化为电能。,表达式：,P,克服安,=P,电,6,例题2：如图所示，光滑水平放置的足够长平行导轨,MN、PQ,的间距为,L,，导轨MN、PQ电阻不计。电源的电动势,E,，内阻,r,，金属杆,EF,其有效电阻为,R,，整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度,B,，现在闭合开关。,E，,r,R,F,安,问1,：金属杆EF将如何运动？最终速度多大？,L,E,反,先做加速度减小的加速运动，后匀速运动。,E=E,反,E,反,BLV,m,7,例题2：如图所示，光滑水平放置的足够长平行导轨,MN、PQ,的间距为,L,，导轨MN、PQ电阻不计。电源的电动势,E,，内阻,r,，金属杆,EF,其有效电阻为,R,，整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度,B,，现在闭合开关。,E，,r,R,F,安,L,E,反,问2,：当EF速度为v时，其机械功率P,机,？电路产生的热功率P,热,？,电源消耗的电功率P,电,？,P,机,、P,热,、P,电,三者的关系？,P,机,F,安,V,F,安,BIL,P,电,P,机,+P,热,能量守恒,8,例题2：如图所示，光滑水平放置的足够长平行导轨,MN、PQ,的间距为,L,，导轨MN、PQ电阻不计。电源的电动势,E,，内阻,r,，金属杆,EF,其有效电阻为,R,，整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度,B,，现在闭合开关。,E，,r,R,F,安,L,E,反,问3,：能量是如何转化的？如何用做功量度能量的变化？,动能,热能,W,安,W,电流,-W,安,电,能,9,导体切割磁感线产生电磁感应的过程，,同时伴随着能量的转化和遵守能量守恒定律。,当外力,克服,安培力做功时，,就有,其它形式的能,转化为,电能。,W,克服安,E,电,当安培力做,正功,时，就有,电能,转化为,其它形式的能量。,W,安,E,K,R,F,a,b,F,安,F,安,v,v,10,练习1：如图所示，正方形线框边长L0.2m，质量为m=0.1kg，电阻为R=0.1，倾角为30的光滑斜面上的物体质量为M=0.4kg，水平方向的匀强磁场磁感应强度为0.5T。当物体沿斜面下滑，线框开始进入磁场时，它恰做匀速运动(不计一切摩擦).求：线框进入磁场的过程中产生多少焦耳热？,解法（一）：,利用,Q=I,2,Rt,Mg,T,mg,F,安,T,对m：Tmg+F,安,对M：TMgSin30,0,F,安,BIL,Q=I,2,Rt,由以上各式解得：Q0.2J,11,练习1：如图所示，正方形线框边长L0.2m，质量为m=0.1kg，电阻为R=0.1，倾角为30的光滑斜面上的物体质量为M=0.4kg，水平方向的匀强磁场磁感应强度为0.5T。当物体沿斜面下滑，线框开始进入磁场时，它恰做匀速运动(不计一切摩擦).求：线框进入磁场的过程中产生多少焦耳热？,解法（二）：,利用,Q=W,克服安培力,对m：TmgF,安,对M：TMgSin30,0,W,克服安培力,F,安,L,由以上各式解得：Q0.2J,Q=W,克服安培力,Mg,T,mg,F,安,T,12,解法（三）：,利用,能量守恒定律,对M和m系统：E,增,E,减,Q+mgLMgLSin30,0,练习1：如图所示，正方形线框边长L0.2m，质量为m=0.1kg，电阻为R=0.1，倾角为30的光滑斜面上的物体质量为M=0.4kg，水平方向的匀强磁场磁感应强度为0.5T。当物体沿斜面下滑，线框开始进入磁场时，它恰做匀速运动(不计一切摩擦).求：线框进入磁场的过程中产生多少焦耳热？,Mg,T,mg,F,安,T,解得：Q0.2J,13,求焦耳热的一般方法1、,Q=I,2,Rt,2、Q=W,克服安培力,F,安,S,3、能量守恒定律E,增,E,减,适用求,恒定电流,或是,正弦交流电,产生的热量,适用安培力为,恒力、纯电阻电路,的情况,普遍使用,14,（二）磁场变化引起的电磁感应,问1,：电场的方向如何判断？,楞次,定律,右手螺旋,磁通量向上增大,感应磁场方向,感应电流方向,电场方向,I,感,I,感,R,B均匀增大,B,感,+,F,E,E,15,问2,：能量如何转化？如何用做功来量度？,电场力做功,电流做功,磁场能,电能,热,能,I,感,I,感,R,B均匀增大,B,感,+,F,E,E,16,例题3：如图所示，足够长的两光滑导轨水平放置，两条导轨相距为,d,，左端,MN,用阻值不计的导线相连，金属棒,ab,可在导轨上滑动，导轨单位长度的电阻为,r,0,，金属棒,ab,的电阻不计。整个装置处于竖直向下的均匀磁场中，磁场的磁感应强度随时间均匀增加，,B,=,kt,，其中,k,为常数。金属棒,ab,在水平外力的作用下，以速度,v,沿导轨向右做匀速运动，,t,=0时，金属棒,ab,与,MN,相距非常近求：,（1）当,t,=,t,o,时，水平外力的大小,F,回路中的磁场变化和导体切割磁感线都产生感应电动势,据题意，有,E,感,E,动,17,方法一：,t,=,t,o,时刻闭合回路消耗的功率,P,=,Fv,方法二：由,Bld,=,F，,得,例题3：如图所示，足够长的两光滑导轨水平放置，两条导轨相距为,d,，左端,MN,用阻值不计的导线相连，金属棒,ab,可在导轨上滑动，导轨单位长度的电阻为,r,0,，金属棒,ab,的电阻不计。整个装置处于竖直向下的均匀磁场中，磁场的磁感应强度随时间均匀增加，,B,=,kt,，其中,k,为常数。金属棒,ab,在水平外力的作用下，以速度,v,沿导轨向右做匀速运动，,t,=0时，金属棒,ab,与,MN,相距非常近求：,（1）当,t,=,t,o,时，水平外力的大小,F,（2）同学们在求,t,=,t,o,时刻闭合回路消耗的功率时，有两种不同的求法：,（其中,R,为回路总电阻）,这两种方法哪一种正确?请你做出判断，并简述理由,E,感,E,动,电能,磁,场,能,其它,形式,能,热能,18,小结,1、在导体切割磁感线产生的电磁感应现象中，由于磁场本身不发生变化，认为磁场并不输出能量，而是其它形式的能量，借助安培做的功（做正功、负功）来实现能量的转化。安培力做正功，是将电能转化为其它形式的能量；安培力做负功，是将其它形式的能量转化为电能。,19,2、,电磁感应过程往往涉及多种能量形式的转化，因此从功和能的观点入手，分析清楚能量转化的关系，往往是解决电磁感应问题的重要途径；在运用功能关系解决问题时，应注意能量转化的来龙去脉，顺着受力分析、做功分析、能量分析的思路严格进行，并注意功和能的对应关系。,20,