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1、专题:电磁感应中的能量问题专题:电磁感应中的能量问题电磁感应中的能量转化问题电磁感应中的能量转化问题教学内容教学内容基本内容回顾与分析基本内容回顾与分析1.电磁感应过程的实质是不同形式的能量转化的过程,电磁感应过程电磁感应过程的实质是不同形式的能量转化的过程,电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到安培力的作用。因此要维持安中产生的感应电流在磁场中必定受到安培力的作用。因此要维持安培力的存在,必须有外力克服安培力做功。此过程中,其他形式的培力的存在,必须有外力克服安培力做功。此过程中,其他形式的能量转化为电能。能量转化为电能。2.外力克服安培力做多少功,就有多少其他形式的能量转化为电能。外
2、力克服安培力做多少功,就有多少其他形式的能量转化为电能。当感应电流通过用电器,电能又转化为其他形式的能量。当感应电流通过用电器,电能又转化为其他形式的能量。3.安培力做功的过程,是电能转化为其他形式能量的过程,安培力做安培力做功的过程,是电能转化为其他形式能量的过程,安培力做多少功,就有多少电能转化为其他形式的能量。多少功,就有多少电能转化为其他形式的能量。2.求解相关问题思路求解相关问题思路3.利用电路特征来求解利用电路特征来求解 通过电路中产生的电能来计算。通过电路中产生的电能来计算。1.利用克服安培力做功求解利用克服安培力做功求解 电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功。电磁感应中产
3、生的电能等于克服安培力所做的功。2.利用能量守恒求解利用能量守恒求解 机械能的减少量等于产生的电能。机械能的减少量等于产生的电能。3.解题一般步骤解题一般步骤.1.分析电路分析电路2.分析做功分析做功3.能量守恒能量守恒4.电磁感应能量转化特点电磁感应能量转化特点其他形式的能其他形式的能(如机械能如机械能)电能电能其他形式的能其他形式的能(如电能如电能)安培力做负功安培力做负功电流做功电流做功电磁感应中的能量问题电磁感应中的能量问题例例1.如图,固定在水平绝缘平面上足够长的金属导轨不计电阻,但表如图,固定在水平绝缘平面上足够长的金属导轨不计电阻,但表面粗糙,导轨左端连接一电阻面粗糙,导轨左端连
4、接一电阻R,质量为,质量为m的金属棒的金属棒(电阻不计电阻不计),放在导轨上,并与导轨垂直,整个装置放在匀,放在导轨上,并与导轨垂直,整个装置放在匀强磁场中,磁场方向与导轨平面垂直,用水平恒力强磁场中,磁场方向与导轨平面垂直,用水平恒力F把把ab棒从静止起棒从静止起向右拉动的过程中向右拉动的过程中RabF例例2:=30,L=1m,B=1T,导轨光滑电阻不计,导轨光滑电阻不计,F功率功率恒定且为恒定且为6W,m=0.2kg、R=1,ab由由静止开始运动,由由静止开始运动,当当s=2.8m时,获得稳定速度,在此过程中时,获得稳定速度,在此过程中ab产生的热量产生的热量Q=5.8J,g=10m/s2
5、,求:(,求:(1)ab棒的稳定速度棒的稳定速度(2)ab棒从静止开始达到稳定速度所需时间。棒从静止开始达到稳定速度所需时间。abBF电磁感应中的能量问题电磁感应中的能量问题sin) 1 (mgFFA速度稳定时smv/2QmghEPtK)从能量的角度看:(2st5 . 1导体切割磁感线或磁通量发生变化在回路中产导体切割磁感线或磁通量发生变化在回路中产生感应电流,机械能或其他形式的能量便转化为生感应电流,机械能或其他形式的能量便转化为电能。电能。具有感应电流的导体在磁场中受安培力作用或具有感应电流的导体在磁场中受安培力作用或通过电阻发热,又可使电能转化为机械能或电阻通过电阻发热,又可使电能转化为
6、机械能或电阻的内能,因此电磁感应过程总是伴随着能量的转的内能,因此电磁感应过程总是伴随着能量的转化。化。能量转化特点:能量转化特点:abcdBB例例3.相距相距L=1.5m的足够长金属导轨竖直放置,质量的足够长金属导轨竖直放置,质量m1=1kg的金属棒的金属棒ab和质量和质量m2=0.27kg的金属棒的金属棒cd均均通过棒两端的套环水平地套在导轨上。虚线上方磁场通过棒两端的套环水平地套在导轨上。虚线上方磁场垂直向里,下方竖直向下,两处匀强磁场大小均相等。垂直向里,下方竖直向下,两处匀强磁场大小均相等。ab棒光滑,棒光滑,cd棒与导轨间棒与导轨间=0.75.=0.75.两棒电阻为两棒电阻为1.8
7、1.8. .导轨电阻不计。导轨电阻不计。ab棒在竖直向上棒在竖直向上外力外力F的作用下。的作用下。Ft图如图。图如图。从静止开始沿导轨匀加速运动,从静止开始沿导轨匀加速运动,同时同时cd静止释放。静止释放。abcdBB101114.602t/sF/N1.分析分析ab棒电流方向及棒电流方向及cd棒受棒受到安培力的方向;到安培力的方向;2.求磁感应强度求磁感应强度B的大小和的大小和ab棒加速度的大小。棒加速度的大小。电流方向电流方向b-a;cd受安受安培力垂直向里培力垂直向里11FBILm gm a21/am s1.2BTabcdBB101114.602t/sF/N3.已知已知2s内外力内外力F做
8、功做功40J,求这,求这一过程中两棒产生的总焦耳热。一过程中两棒产生的总焦耳热。4.判断判断cd运动,求运动,求cd达到最大达到最大速度用时速度用时t,定性画出,定性画出cd棒受棒受到摩擦力到摩擦力f-t图。图。0m2g2ft/s21182FtQWmgxmvJ用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应动势的大小和方向。动势的大小和方向。画出等效电路,求回路中电阻消耗电功率的画出等效电路,求回路中电阻消耗电功率的表达式。表达式。分析导体机械能的变化,用能量守恒关系得分析导体机械能的变化,用能量守恒关系得到机械功率的改变与回路中电功率的改变所满到机械功率的改变与回
9、路中电功率的改变所满足的方程。足的方程。基本方法巩固:基本方法巩固:电磁感应中的能量问题电磁感应中的能量问题PQBHhPQacbdL1L2练习练习1.位于竖直平面内的矩形平面导线框位于竖直平面内的矩形平面导线框abcd,ab长长L1=1.0m,bd长长L2=0.5m,线框的质量,线框的质量m=0.2kg,电阻,电阻R=2.其下方有一匀强磁场区域,上下边界均与其下方有一匀强磁场区域,上下边界均与ab平行。两平行。两边界间距边界间距H,HL2,磁感应强度,磁感应强度B=1.0T,方向与线框平面垂,方向与线框平面垂直。现使线框直。现使线框dc边从离上边界边从离上边界 h=0.7m处自由下落。处自由下落。已知线框的已知线框的cd边进入磁场后,边进入磁场后,ab边到达上边界前的某一时边到达上边界前的某一时刻线框速度已达到这一阶段的刻线框速度已达到这一阶段的最大值。问从线框开始下落,最大值。问从线框开始下落,到到cd边刚到达下边界的过程边刚到达下边界的过程中,磁场作用于线框的安培力中,磁场作用于线框的安培力所做的总功。所做的总功。(g=10m/s2)一一.内容总结内容总结二二.要点提示要点提示三三.课后练习课后练习
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