电磁感应中的能量转化与守恒课件教学内容.ppt

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1、5电磁感应中的能量转化与守恒1．理解电磁感应中的能量转化与守恒，理解安培力做功与电能单位关系．(重点)2．理解反电动势的概念．(难点)3．了解含反电动势电路中的能量转化.能量能的转化和守恒电能机械能相反一、电磁感应中的能量转化1．电磁感应的本质——能量转化电磁感应的过程，实质上是一个能量转化与守恒的过程．可以说它是能量转化与守恒定律在电磁现象中的一个特例．通过克服安培力做功，将其他能量(非电能)转化为电能，克服安培力做多少功，就有多少其他能转化为相应量的电能；当产生的电流通过用电器后，同时将转化来的电能进一步转化成其他非电能．因此，电磁感应过程总伴随着能量转化．3．关于电磁感应

2、的能量问题，要注意以下分析程序：(1)准确应用电磁感应定律确定感应电动势的大小；准确应用楞次定律或右手定则，判定感应电动势的方向．(2)画出等效电路，求解电路中各相关参量．(3)研究导体机械能的变化，利用能量转化与守恒关系，列出机械运动功率变化与电路中电功率变化的守恒关系式．二、含反电动势电路中的能量转化关系电动机正常工作时产生反电动势，方向与电源电动势的方向相反，这时需要电源克服反电动势做功，使电源提供的总能量一部分通过线圈的电阻产生焦耳热，另一部分转化为机械能，总能量是守恒的．【典例1】如图1－5－3所示，处于匀强磁场中的两根足够长、电阻不计的平行金属导轨相距1m，导轨平面

3、与水平面成θ＝37°角，下端连接阻值为R的电阻．匀强磁场方向与导轨平面垂直．质量为0.2kg、电阻不计的金属棒放在两导轨上，棒与导轨垂直并保持良好接触，它们之间的动摩擦因数为0.25.(1)求金属棒沿导轨由静止开始下滑时的加速度大小；(2)当金属棒下滑速度达到稳定时，电阻R消耗的功率为8W，求该速度的大小；(3)在上问中，若R＝2Ω，金属棒中的电流方向由a到b，求磁感应强度的大小与方向．(g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)解析(1)金属棒开始下滑的初速为零，根据牛顿第二定律mgsinθ－μmgcosθ＝ma①由①式解得a＝10×(0.6－0.25×0

4、.8)m/s2＝4m/s2②答案(1)4m/s2(2)10m/s(3)0.4T，垂直于导轨平面向上借题发挥电磁感应中与力学相关的综合问题，还须按照力学问题的解题思路和处理方法，从受力分析到过程分析，从列出方程到解出结果，只是多出安培力而已．牛顿第二定律和平衡条件仍是列方程的基本依据．【变式1】如图1－5－4所示，线圈由A位置开始下落，在磁场中受到的磁场力如果总小于重力，则它在A、B、C、D四个位置时，加速度大小关系为()．A．aA>aB>aC>aDB．aA＝aC>aB>aDC．aA＝aC>aD>aBD．aA>aC>aB＝aD解析线圈在A、C位置时，不产生感应电流，线圈只受重力作

5、用，在B、D位置时穿过线圈的通量变化，产生感应电流从而阻碍线圈的下落，并且在D点时线圈的速度大于线圈在B点的速度，磁通量变化率较大，产生的感应电流也较大，从而受的安培力也较B点大，所以有aA＝aC>aB>aD，选项B正确．答案B【典例2】如图1－5－5所示，平行光滑的金属导轨竖直放置，宽为L，上端接有阻值为R的定值电阻．质量为m的金属杆与导轨垂直放置且接触良好，匀强磁场垂直于导轨平面，磁感应强度为B.导轨和杆的电阻不计，金属杆由静止开始下落，下落h时速度达到最大，重力加速度为g，求：(1)金属杆的最大速度vm；(2)金属杆由静止开始下落至速度最大过程中，电阻R上产生的热量Q.借

6、题发挥求解最大速度问题，一般是从受力分析入手，由牛顿第二定律列式，再经过分析得出：当a＝0时，速度最大．这种思路是解题的一种方法，本题也可以通过该方法求解．利用力学观点处理问题的方法往往繁琐，不如用能量观点处理方便．像本例题求最大速度问题，尽管达最大速度前运动为变速运动，感应电流(电动势)都在变化，但达最大速度之后，感应电流及安培力均恒定，计算热量可用Q＝I2Rt，也可以利用能量守恒，这样，对不少题目通过抓住速度最大之后速度不变这一关键条件出发，运用能量观点处理，运算过程得以简捷．【变式2】如图1－5－6所示，竖直放置的两根平行金属导轨之间接有定值电阻R，质量不能忽略的金属棒与

7、两导轨始终保持垂直并良好接触且无摩擦，棒与导轨的电阻均不计，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直．棒在竖直向上的恒力F作用下加速上升的一段时间内，力F做的功与安培力做的功的代数和等于()．A．棒的机械能增加量B．棒的动能增加量C．棒的重力势能增加量D．电阻R上放出的热量解析棒加速上升时受到重力、拉力F及安培力．根据功能原理可知力F与安培力做的功的代数和等于棒的机械能的增加量，A正确．答案A开拓视野列车的自动控制在现代列车自动控制系统中，车载控制器借助安装于轨道上的应答器的数据信息来