高中物理 1.5 电磁感应中的能量转化与守恒学案 教科版选修3-2.doc

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1、电磁感应中的能量转化与守恒[学习目标定位] 1.进一步理解能量守恒定律是自然界普遍遵循的一条规律,楞次定律的实质就是能量守恒在电磁感应现象中的具体表现.2.通过具体实例理解电磁感应现象中的能量转化.3.掌握电磁感应中动力学问题的分析.1.垂直于匀强磁场放置、长为L的直导线通过电流为I时,它所受的安培力F=BIL,安培力方向的判断用左手定则.2.牛顿第二定律:F=ma,它揭示了力与运动的关系.当加速度a与速度v方向相同时,速度增大,反之速度减小.当加速度a为零时,物体做匀速直线运动.3.做功的过程就是能量转化的过程,做

2、了多少功,就有多少能量发生了转化,功是能量转化的量度.几种常见的功能关系(1)合外力所做的功等于物体动能的变化.(2)重力做的功等于重力势能的变化.(3)弹簧弹力做的功等于弹性势能的变化.(4)除了重力和系统内弹力之外的其他力做的功等于机械能的变化.4.电流通过导体时产生的热量焦耳定律:Q=I2Rt.在导线切割磁感线运动而产生感应电流时,产生的电能是通过外力克服安培力做功转化而来的,而这些电能又通过感应电流做功,转化为其他形式的能量.一、电磁感应中的动力学问题1.电磁感应中产生的感应电流在磁场中将受到安培力作用,所以

3、电磁感应问题往往与力学问题联系在一起,处理此类问题的基本方法是:(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向.(2)求回路中的电流强度的大小和方向.(3)分析研究导体受力情况(包括安培力).(4)列动力学方程或平衡方程求解.2.电磁感应现象中涉及的具有收尾速度的力学问题,关键要抓好受力情况和运动情况的动态分析;周而复始地循环,加速度等于零时,导体达到稳定运动状态.3.两种状态处理导体匀速运动,应根据平衡条件列式分析;导体做匀速直线运动之前,往往做变加速运动,处于非平衡状态,应根据牛顿第二定律或结合功能

4、关系分析.二、电磁感应中的能量转化与守恒[问题设计]为什么说楞次定律是能量守恒定律在电磁感应中的具体表现?答案 楞次定律表明,感应电流的效果总是阻碍引起感应电流的原因.正是由于“阻碍”作用的存在,电磁感应现象中产生电能的同时必然伴随着其他形式能量的减少,可见,楞次定律是能量转化和守恒定律的必然结果.[要点提炼]1.电磁感应中的能量转化特点外力克服安培力做功,把机械能或其他形式的能转化成电能;感应电流通过电路做功又把电能转化成其他形式的能(如内能).这一功能转化途径可表示为:2.求解电磁感应现象中能量守恒问题的一般思路

5、(1)分析回路,分清电源和外电路.(2)分析清楚有哪些力做功,明确有哪些形式的能量发生了转化.如:①有摩擦力做功,必有内能产生;②有重力做功,重力势能必然发生变化;③克服安培力做功,必然有其他形式的能转化为电能,并且克服安培力做多少功,就产生多少电能.(3)列有关能量的关系式.3.焦耳热的计算技巧(1)感应电路中电流恒定,焦耳热Q=I2Rt.(2)感应电路中电流变化,可用以下方法分析:①利用功能关系产生的焦耳热等于克服安培力做的功,即Q=W安.而克服安培力做的功W安可由动能定理求得.②利用能量守恒,即感应电流产生的焦

6、耳热等于其他形式能量的减少,即Q=ΔE其他.一、电磁感应中的动力学问题例1 如图1甲所示,两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上,两导轨间距为L,M、P两点间接有阻值为R的电阻.一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上,并与导轨垂直.整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直于斜面向下.导轨和金属杆的电阻可忽略,让ab杆沿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.图1(1)由b向a方向看到的装置如图乙所示,请在此图中画出ab杆下滑过程中某时刻的受力示意图.(2)

7、在加速下滑过程中,当ab杆的速度大小为v时,求此时ab杆中的电流及其加速度的大小.(3)求在下滑过程中,ab杆可以达到的速度最大值.解析 (1)如图所示,ab杆受:重力mg,竖直向下;支持力N,垂直于斜面向上;安培力F安,沿斜面向上.(2)当ab杆速度大小为v时,感应电动势E=BLv,此时电路中电流I==ab杆受到的安培力F安=BIL=根据牛顿第二定律,有ma=mgsinθ-F安=mgsinθ-a=gsinθ-.(3)当a=0时,ab杆有最大速度:vm=.答案 (1)见解析图(2) gsinθ- (3)二、电磁感应中

8、的能量转化与守恒例2 如图2所示,矩形线圈长为L,宽为h,电阻为R,质量为m,线圈在空气中竖直下落一段距离后(空气阻力不计),进入一宽度也为h、磁感应强度为B的匀强磁场中.线圈进入磁场时的动能为Ek1,线圈刚穿出磁场时的动能为Ek2,从线圈刚进入磁场到线圈刚穿出磁场的过程中产生的热量为Q,线圈克服磁场力做的功为W1,重力做的功为W2,则以下关系

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