教科版物理_1.5_电磁感应中的能量转化与守恒用

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做功的过程与能量变化密切相关做功功是能量转化的量度

能量变化WG EP W弹 EP

重力做功

重力势能变化

弹力做功合外力做功

W合 EKW其它 E机械fS 相对 QW E

弹性势能变化动能变化

除弹力和重力之外其他力做功 一对滑动摩擦力对系统做功 电场力做功 电流做功

机械能的变化系统内能的变化 电势能变化 电能变化

W电场力 EP

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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。

NR

B均匀 增大

切割

SR

机械能

电能

磁场能

电能

电磁感应的实质是不同形式的能量转化为电能的过程。

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(一)导体切割磁感线类

b l =0.4mF

例1:若导轨光滑且水平，ab开始 R =4Ω F安 B=0.5T 静止，当受到一个F=0.08N的向右 a 恒力的作用，则： r=1Ω问1:ab将如何运动？ ab的最大速度是多少？先做加速度减小的加速运动，后匀速运动F=F安 F安=BIL E=BLVm I=E/(R+r)

F (R r) Vm 10 m / s 2 2 B L

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b l =0.4m

例1:若导轨光滑且水平，ab开始 R =4Ω F安 B=0.5T 静止，当受到一个F=0.08N的向右 a 恒力的作用，则： r=1Ω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 W克服安 电能

F

W电流

热 能

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

热能

W电流

W克服安

电能

其它 形式 能量

WF-W克服安

动能

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小结1: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： W克服安=△E电 P克服安=P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？

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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。

M

E

B

N

E, rP

L

E反F R

F安Q

问1:金属杆EF将如何运动？最终速度多大？ 先做加速度减小的加速运动，后匀速运动。 E=E反

E反=BLVm

E Vm BL

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M 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 L E, 为L,导轨MN、PQ电阻不计。电 r F安 E反 源的电动势E,内阻r,金属杆EF P 其有效电阻为R,整个装置处于竖 F R 直向上的匀强磁场中，磁感应强度 B,现在闭合开关。 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 2

E

B

N

Q

F安=BIL

E BLV P机=B LV R r

E BLV I R r

( E BLV ) P热=I ( R r ) R r E BLV P 电=EI=E R r2

P电=P机+P热

能量守恒

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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。

M

E

B

N

E, rP

L

E反F R

F安Q

问3:能量是如何转化的？如何用做功量度能量的变化？

W电流-W安热能

电 能

W安动能

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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。

bv

R

F安

F

aM E B N

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

v

F安P F Q

当安培力做正功时，就有电能 转化为其它形式的能量。 W安= △EK

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练习1:如图所示，正方形线框边长L=0.2m,质量为 m=0.1kg,电阻为R=0.1Ω,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=I2Rt 对M:T=MgSin300 对m:T=mg+F安 F安=BIL L t vBLV I RT T

F安

mg

Mg

Q=I2Rt由以上各式解得：Q=0.2J

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练习1:如图所示，正方形线框边长L=0.2m,质量为 m=0.1kg,电阻为R=0.1Ω,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:T=MgSin300 对m:T=mg+F安 W克服安培力=F安L Q=W克服安培力F安 T T

mg

Mg

由以上各式解得：Q=0.2J

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练习1:如图所示，正方形线框边长L=0.2m,质量为 m=0.1kg,电阻为R=0.1Ω,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(三):利用能量守恒定律 对M和m系统：△E增=△E减 Q+mgL=MgLSin300T T

解得：Q=0.2J

F安

mg

Mg

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求焦耳热的一般方法：1、 Q=I2Rt适用求恒定电流或是正弦交流电产生的热量

2、Q=W克服安培力=F安S

适用安培力为恒力、纯电阻电路的情况

3、能量守恒定律△E增=△E减

普遍使用

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(二)磁场变化引起的电磁

感应

问1:电场的方向如何判断？

I感 E+

B均匀 增大

F

I感

E

磁通量向 上增大

楞次 感应磁场 定律 方向 右手螺旋

B感 电场方向R

感应电流 方向

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I感 E+

B均匀 增大

问2:能量如何转化？如何用做功来量度？ 磁 电场力做功 电 场 能 能 电流做功 热 能

F

I感

E

B感

R