电磁感应中的能量转换..ppt

做功的过程与能量变化密切相关做功的过程与能量变化密切相关做功做功能量变化能量变化重力做功重力做功重力势能变化重力势能变化弹力做功弹力做功弹性势能变化弹性势能变化合外力做功合外力做功动能变化动能变化除弹力和重力之外其他力做功除弹力和重力之外其他力做功机械能的变化机械能的变化一对滑动摩擦力对系统做功一对滑动摩擦力对系统做功系统内能的变化系统内能的变化电场力做功电场力做功电势能变化电势能变化功是能量转化的量度功是能量转化的量度电流做功电流做功电能变化电能变化电磁感应的实质是不同形式的能量转化为电能的过程。电磁感应的实质是不同形式的能量转化为电能的过程。RB均匀均匀增大增大机械能机械能磁场能磁场能电能电能电能电能两种典型的电磁感应现象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，我们叫动生电动势动生电动势。由于变化的磁场产生的感应电动势，我们叫由于变化的磁场产生的感应电动势，我们叫感生电动势感生电动势。切割切割RFF安安F安安BILE=BLVmIE/(R+r)例例1：若导轨光滑且水平，：若导轨光滑且水平，ab开始开始静止，当受到一个静止，当受到一个F=0.08N的向右的向右恒力的作用，则：恒力的作用，则：问问1：ab将如何运动？将如何运动？ab的最大速度是多少？的最大速度是多少？（一）导体切割磁感线类（一）导体切割磁感线类B=0.5T=4r=1l=0.4mFRab先做加速度减小的加速运动，后匀速运动先做加速度减小的加速运动，后匀速运动F安安例例1：若导轨光滑且水平，：若导轨光滑且水平，ab开始开始静止，当受到一个静止，当受到一个F=0.08N的向右的向右恒力的作用，则：恒力的作用，则：问问2：ab速度为速度为10m/s时，总电功率为多少？克服安培力的时，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？功率为多少？外力的功率为多少？能量是如何转化的？（一）导体切割磁感线类（一）导体切割磁感线类P电电=P克服安克服安=P外外0.8W其它形式其它形式能量能量电能电能W克服安克服安热热能能W电流电流问问3：ab速度为速度为5m/s时，总电功率为多少？克服安培力的时，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？功率为多少？外力的功率为多少？能量是如何转化的？能量是如何转化的？P电电=P克服安克服安=0.2W P外外0.4W电能电能W电流电流动能动能其它其它形式形式能量能量热能热能W克服安克服安WF-W克服安克服安B=0.5T=4r=1l=0.4mFRabF安安小结小结1：（一）导体切割磁感线类（一）导体切割磁感线类W克服安克服安=E电电思考：思考：在导体切割磁感线情况下，安培力如果做在导体切割磁感线情况下，安培力如果做正功正功，能量又是怎样转化的？如何用做功来量度？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，我们在导体切割磁感线产生电磁感应现象，我们用外力用外力克服克服安培力做功来量度有多少其它形安培力做功来量度有多少其它形式的能量转化为电能。式的能量转化为电能。表达式：表达式：P克服安克服安=P电电（一）导体切割磁感线类（一）导体切割磁感线类例题例题2：如图所示，光滑水平放置：如图所示，光滑水平放置的足够长平行导轨的足够长平行导轨MN、PQ的间距的间距为为L，导轨，导轨MN、PQ电阻不计。电电阻不计。电源的电动势源的电动势E，内阻，内阻r，金属杆，金属杆EF其其有效电阻为有效电阻为R，整个装置处于竖直，整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度向上的匀强磁场中，磁感应强度B，现在闭合开关。，现在闭合开关。E，rRF安安问问1：金属杆：金属杆EF将如何运动？最终速度多大？将如何运动？最终速度多大？LE反反先做加速度减小的加速运动，后匀速运动。先做加速度减小的加速运动，后匀速运动。E=E反反E反反BLVm（一）导体切割磁感线类（一）导体切割磁感线类例题例题2：如图所示，光滑水平放置：如图所示，光滑水平放置的足够长平行导轨的足够长平行导轨MN、PQ的间距的间距为为L，导轨，导轨MN、PQ电阻不计。电电阻不计。电源的电动势源的电动势E，内阻，内阻r，金属杆，金属杆EF其其有效电阻为有效电阻为R，整个装置处于竖直，整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度向上的匀强磁场中，磁感应强度B，现在闭合开关。，现在闭合开关。E，rRF安安LE反反问问2：当：当EF速度为速度为v时，其机械功率时，其机械功率P机机？电路产生的热功率？电路产生的热功率P热热？电源消耗的电功率电源消耗的电功率P电电？P机机、P热热、P电电三者的关系？三者的关系？P机机F安安VF安安BILP电电P机机+P热热能量守恒能量守恒（一）导体切割磁感线类（一）导体切割磁感线类例题例题2：如图所示，光滑水平放置：如图所示，光滑水平放置的足够长平行导轨的足够长平行导轨MN、PQ的间距的间距为为L，导轨，导轨MN、PQ电阻不计。电电阻不计。电源的电动势源的电动势E，内阻，内阻r，金属杆，金属杆EF其其有效电阻为有效电阻为R，整个装置处于竖直，整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度向上的匀强磁场中，磁感应强度B，现在闭合开关。，现在闭合开关。E，rRF安安LE反反问问3：能量是如何转化的？如何用做功量度能量的变化？：能量是如何转化的？如何用做功量度能量的变化？动能动能热能热能W安安W电流电流-W安安电电能能（一）导体切割磁感线类（一）导体切割磁感线类导体切割磁感线产生电磁感应的过程，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。同时伴随着能量的转化和遵守能量守恒定律。当外力当外力克服克服安培力做功时，安培力做功时，就有就有其它形式的能其它形式的能转化为转化为电能。电能。W克服安克服安 E电电当安培力做当安培力做正功正功时，就有时，就有电能电能转化为转化为其它形式的能量。其它形式的能量。W安安 EKRFabF安安F安安vv本节课小结1、在导体切割磁感线产生的电磁感应现象中，、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。形式的能量转化为电能。例题1、如图甲所示，足够长的金属导轨竖直放在水平方向的匀强磁场中，导体棒MN可以在导轨上无摩擦的滑动。已知匀强磁场的磁感应强度B0.4T，导轨间距为L0.1m，导体棒MN的质量为m=6g且电阻r=0.1,电阻R0.3,其它电阻不计，（g取10m/s2)求：（1）导体棒MN下滑的最大速度多大？（2)导体棒MN下滑达到最大速度后，棒克服安培力做功的功率，电阻R消耗的功率和电阻r消耗的功率为多大？甲甲乙分析与解答：等效电路如图乙所示，棒由静止开始下滑，最后达到匀速运动。当匀速运动时，由平衡条件得：（2）匀速时，克服安培力做功的功率为：电阻R消耗的功率：电阻r消耗的功率：例例4.如图所示，竖直平行导轨间距如图所示，竖直平行导轨间距l=20cm，导轨顶导轨顶端接有一电键端接有一电键K。导体棒导体棒ab与导轨接触良好且无摩与导轨接触良好且无摩擦，擦，ab的电阻的电阻R=0.4，质量质量m=10g，导轨的电阻不导轨的电阻不计，整个装置处在与轨道平面垂直的匀强磁场中，计，整个装置处在与轨道平面垂直的匀强磁场中，磁感强度磁感强度B=1T。当。当ab棒由静止释放棒由静止释放0.8s 后，突然接后，突然接通电键，不计空气阻力，设导轨足够长。求通电键，不计空气阻力，设导轨足够长。求ab棒的棒的最大速度和最终速度的大小。（最大速度和最终速度的大小。（g取取10m/s2）Kab解解:ab 棒由静止开始自由下落棒由静止开始自由下落0.8s时速度大小为时速度大小为v=gt=8m/s则闭合则闭合K瞬间，导体棒中产生的感应电流大小瞬间，导体棒中产生的感应电流大小IBlv/R=4Aab棒受重力棒受重力mg=0.1N,安培力安培力F=BIL=0.8N.因为因为Fmg，ab棒加速度向上，开始做减速运动，棒加速度向上，开始做减速运动，产生的感应电流和受到的安培力逐渐减小，产生的感应电流和受到的安培力逐渐减小，当安培力当安培力 F=mg时，开始做匀速直线运动。时，开始做匀速直线运动。此时满足此时满足B2l2 vm/R=mg解得最终速度，解得最终速度，vm=mgR/B2l2=1m/s。闭合电键时闭合电键时速度最大速度最大为为8m/s。t=0.8sl=20cmR=0.4m=10gB=1TKabmgF例题2、如图所示，质量为m，边长为L的正方形线框，在有界匀强磁场上方h高处由静止自由下落，线框的总电阻为R，磁感应强度为B的匀强磁场宽度为2L。线框下落过程中，ab边始终与磁场边界平行且处于水平方向，已知ab边刚穿出磁场时线框恰好作匀速运动，求：（1）cd边刚进入磁场时线框的速度。（2）线框穿过磁场的过程中，产生的焦耳热。过程一：线框先作自由落体运动，直至ab边进入磁场。过程二：作变速运动，从cd边进入磁场到ab边离开磁场，由于穿过线框的磁通量不变，故线框中无感应电流，线框作加速度为g的匀加速运动。过程三：当ab边刚穿出磁场时，线框作匀速直线运动。整个过程中，线框的重力势能减小，转化成线框的动能和线框电阻上的内能。ab边刚离开磁场时恰好作匀速直线运动，由平衡条件，得：(1)设cd边刚进入磁场时线框的速度为V0，ab边刚离开磁场时的速度为V，由运动学知识，得：（2）线框由静止开始运动，到cd边刚离开磁场的过程中，根据能量守恒定律，得：解之，得线框穿过磁场的过程中，产生的焦耳热为：电磁感应现象的实质是不同形式的能量转化的过程，理清能量转化过程，用“能量”观点研究问题，往往比较简单，同时，导体棒加速时，电流是变化的，不能直接用QI2Rt求解（时间也无法确定），因而能用能量守恒的知识解决。例题例题2：如图：如图1所示，两根足够长的直金属导轨所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为平行放置在倾角为的绝缘斜面上，两导轨间距为的绝缘斜面上，两导轨间距为L,M、P两点间接有阻值为两点间接有阻值为R的电阻。一根质量为的电阻。一根质量为m的的均匀直金属杆均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直。整套放在两导轨上，并与导轨垂直。整套装置处于磁感应强度为装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂的匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向下，导轨和金属杆的电阻可忽略。让直斜面向下，导轨和金属杆的电阻可忽略。让ab杆沿杆沿导轨由静止开始下滑，导轨和金属杆接触良好，不计导轨由静止开始下滑，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的摩擦。它们之间的摩擦。（1）由）由b向向a方向看到的装置如图方向看到的装置如图2所示，请在此图中所示，请在此图中画出画出ab杆下滑过程中某时刻的受力示意图；杆下滑过程中某时刻的受力示意图；（2）在加速下滑过程中，当）在加速下滑过程中，当ab杆的速度大小为杆的速度大小为v时，时，求此时求此时ab杆中的电流及其加速度的大小；杆中的电流及其加速度的大小；（3）求在下滑过程中，）求在下滑过程中，ab杆可以达到的速度最杆可以达到的速度最 大值。大值。RabBLNMQPbB图图1图图2bB（1）重力）重力mg，竖直向下竖直向下支持力支持力N，垂直斜面向上垂直斜面向上安培力安培力F，沿斜面向上沿斜面向上mgNF（2）当）当ab杆速度为杆速度为v时，感应电动势时，感应电动势E=BLv,此时电路电流此时电路电流ab杆受到安培力杆受到安培力根据牛顿运动定律，有根据牛顿运动定律，有（3）当）当 时，时，ab杆达到最大速度杆达到最大速度vm