电磁感应中的能量转换

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M E B N
E, , r
P
L
E反
F R
F安
Q
将如何运动? 问1:金属杆 将如何运动?最终速度多大? :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。 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
(一)导体切割磁感线类
M 例题2:如图所示, 例题 :如图所示,光滑水平放置 的足够长平行导轨MN、PQ的间距 的足够长平行导轨 的间距 L E, , 电阻不计。 为L,导轨 ,导轨MN、PQ电阻不计。电 、 电阻不计 r F安 E反 源的电动势E,内阻r,金属杆EF 源的电动势 ,内阻 ,金属杆 P 其有效电阻为R, 其有效电阻为 ,整个装置处于竖 F R 直向上的匀强磁场中,磁感应强度 直向上的匀强磁场中, B,现在闭合开关。 ,现在闭合开关。 2: EF速度为 速度为v时 其机械功率P 电路产生的热功率P 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 三者的关系? 电源消耗的电功率 电? P机、P热、P电三者的关系? P机=F安V 2 E B N
B均匀 均匀 增大
问2:能量如何转化?如何用做功来量度? :能量如何转化?如何用做功来量度? 磁 电场力做功 电流做功 热 电 能 场 能 能
I感 E
+
F
I感
E
B感
R
例题3:如图所示,足够长的两光滑导轨水平放置, 例题 :如图所示,足够长的两光滑导轨水平放置,两条导轨相 距为d,左端MN用阻值不计的导线相连,金属棒 可在导轨上滑 用阻值不计的导线相连, 距为 ,左端 用阻值不计的导线相连 金属棒ab可在导轨上滑 导轨单位长度的电阻为r 金属棒ab的电阻不计 的电阻不计。 动,导轨单位长度的电阻为 0,金属棒 的电阻不计。整个装置 处于竖直向下的均匀磁场中,磁场的磁感应强度随时间均匀增加, 处于竖直向下的均匀磁场中,磁场的磁感应强度随时间均匀增加, B=kt,其中 为常数。金属棒 在水平外力的作用下,以速度 沿 为常数。 在水平外力的作用下, ,其中k为常数 金属棒ab在水平外力的作用下 以速度v沿 导轨向右做匀速运动, 时 金属棒ab与 相距非常近. 导轨向右做匀速运动,t=0时,金属棒 与MN相距非常近.求: 相距非常近 水平外力的大小F. (1)当t=to时,水平外力的大小 . ) 回路中的磁场变化和导体切割磁感线都产生感应电动势 据题意, 据题意,有 B = kt0
普遍使用
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, 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, 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) 培做的功(做正功、负功)来实现能量的 转化。安培力做正功, 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, 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。
W其它 = ∆E机械
fS 相对 = Q
W = ∆E
W电场力 = −∆EP
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,我们叫感生电动势。 由于变化的磁场产生的感应电动势,我们叫感生电动势。 感生电动势
(一)导体切割磁感线类 例1:若导轨光滑且水平,ab开始 R =4 :若导轨光滑且水平, 开始 静止,当受到一个F=0.08N的向右 静止,当受到一个 的向右 恒力的作用, 恒力的作用,则:
F安
b l =0.4m
F
B=0.5T a r=1
速度为10m/s时,总电功率为多少?克服安培力的 问2:ab速度为 : 速度为 时 总电功率为多少? 功率为多少?外力的功率为多少?能量是如何转化的? 功率为多少?外力的功率为多少?能量是如何转化的?
M E B N
E, , r
P
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? :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
(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。

R
B均匀 均匀 增大
切割

R
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。 电磁感应的实质是不同形式的能量转化为电能的过程。
(一)导体切割磁感线类 例1:若导轨光滑且水平,ab开始 R =4 :若导轨光滑且水平, 开始 静止,当受到一个F=0.08N的向右 静止,当受到一个 的向右 恒力的作用, 恒力的作用,则:
其它 形式 能量
WF-W克服安 动能
(一)导体切割磁感线类
小结1: 小结 :
在导体切割磁感线产生电磁感应现象, 在导体切割磁感线产生电磁感应现象,我们 用外力克服 克服安培力做功来量度有多少其它形 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。 式的能量转化为电能。 表达式: 表达式: W克服安=△E电 △ P克服安=P电
BLV I = R
T T
F安
mg
Mg
Q=I2Rt 由以上各式解得:Q=0.2J 由以上各式解得: =
练习1:如图所示,正方形线框边长 = 练习 :如图所示,正方形线框边长L=0.2m,质量为 , m=0.1kg,电阻为 倾角为30° ,电阻为R=0.1 ,倾角为 °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 量为 ,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 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? 摩擦 求:线框进入磁场的过程中产生多少焦耳热? 解法( ):利用Q=W克服安培力 解法(二):利用 利用 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
练习1:如图所示,正方形线框边长 = 练习 :如图所示,正方形线框边长L=0.2m,质量为 , m=0.1kg,电阻为 倾角为30° ,电阻为R=0.1 ,倾角为 °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 量为 ,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 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? 摩擦 求:线框进入磁场的过程中产生多少焦耳热? 解法( ):利用Q=I2Rt 解法(一):利用 利用 对M:T=MgSin300 : = 对m:T=mg+F安 : = F安=BIL L t = v
B均匀 均匀 增大
问1:电场的方向如何判断? :电场的方向如何判断? 磁通量向 上增大 楞次 感应磁场 定律 方向 右手螺旋 电场方向 感应电流 方向
I感 E
+
F
I感
E
B感
R
(二)磁场变化引起的电磁感应
麦克斯韦电磁场理论:变化的磁场在周围空间产生电场。 麦克斯韦电磁场理论:变化的磁场在周围空间产生电场。 均匀变化的磁场在周围产生恒定的电场 的磁场在周围产生恒定的电场; 均匀变化的磁场在周围产生恒定的电场; 非均匀变化的磁场在周围产生变化的电场 的磁场在周围产生变化的电场。 非均匀变化的磁场在周围产生变化的电场。
小结
2、电磁感应过程往往涉及多种能量形式的转 电磁感应过程往往涉及多种能量形式的转 因此从功和能的观点入手, 化,因此从功和能的观点入手,分析清楚 能量转化的关系, 能量转化的关系,往往是解决电磁感应问 题的重要途径; 题的重要途径;在运用功能关系解决问题 应注意能量转化的来龙去脉, 时,应注意能量转化的来龙去脉,顺着受 力分析、做功分析、 力分析、做功分析、能量分析的思路严格 进行,并注意功和能的对应关系。 进行,并注意功和能的对应关系。
Q
F安=BIL
I =
E − BLV P机=B LV R+r
E − BLV R+r
( E − BLV ) P热=I ( R + r ) = R+r E − BLV P = EI = E 电 R+r
2
P电=P机+P热
能量守恒
(一)导体切割磁感线类
例题2:如图所示, 例题 :如图所示,光滑水平放置 的足够长平行导轨MN、PQ的间距 的足够长平行导轨 的间距 电阻不计。 为L,导轨 ,导轨MN、PQ电阻不计。电 、 电阻不计 源的电动势E,内阻r,金属杆EF 源的电动势 ,内阻 ,金属杆 其有效电阻为R, 其有效电阻为 ,整个装置处于竖 直向上的匀强磁场中,磁感应强度 直向上的匀强磁场中, B,现在闭合开关。 ,现在闭合开关。
F安
b l =0.4m
F
B=0.5T a r=1
将如何运动? 的最大速度是多少 的最大速度是多少? 问1:ab将如何运动? ab的最大速度是多少? : 将如何运动
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, F=F安 = F安=BIL E=BLVm I=E/(R+r) =
F (R + r) Vm = = 10 m / s 2 2 B L
T T
解得: = 解得:Q=0.2J
F安
mg
Mg
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 适用求恒定电流或是正弦交流电产生的热量 恒定电流或是正弦交流电
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 适用安培力为恒力、纯电阻电路的情况 恒力
3、能量守恒定律△E增=△E减 、能量守恒定律△
F安 mg Mg T T
由以上各式解得:Q=0.2J 由以上各式解得: =
练习1:如图所示,正方形线框边长 = 练习 :如图所示,正方形线框边长L=0.2m,质量为 , m=0.1kg,电阻为 倾角为30° ,电阻为R=0.1 ,倾角为 °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 量为 ,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 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? 摩擦 求:线框进入磁场的过程中产生多少焦耳热? 解法( ):利用能量守恒定律 解法(三):利用能量守恒定律 利用 系统: 对M和m系统:△E增=△E减 和 系统 Q+mgL=MgLSin300 =
思考:在导体切割磁感线情况下,安培力如果做正功 正功, 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? 能量又是怎样转化的?如何用做功来量度?
(一)导体切割磁感线类
例题2:如图所示, 例题 :如图所示,光滑水平放置 的足够长平行导轨MN、PQ的间距 的足够长平行导轨 的间距 电阻不计。 为L,导轨 ,导轨MN、PQ电阻不计。电 、 电阻不计 源的电动势E,内阻r,金属杆EF 源的电动势 ,内阻 ,金属杆 其有效电阻为R, 其有效电阻为 ,整个装置处于竖 直向上的匀强磁场中,磁感应强度 直向上的匀强磁场中, B,现在闭合开关。 ,现在闭合开关。
b
v
R
F安
F
a
M E B N
当外力克服安培力做功时, 当外力克服安培力做功时, 克服安培力做功时 就有其它形式的能转化为电能 其它形式的能转化为电能。 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 当安培力做正功时,就有电能 正功 转化为其它形式的能量。 转化为其它形式的能量。 其它形式的能量 W安= △EK
专题复习: 专题复习:
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 W合 = ∆EK
重力做功 弹力做功 合外力做功
重力势能变化 弹性势能变化 动能变化 机械能的变化 系统内能的变化 电势能变化 电能变化
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
(二)源自文库场变化引起的电磁感应
麦克斯韦电磁场理论:变化的磁场在周围空间产生电场。 麦克斯韦电磁场理论:变化的磁场在周围空间产生电场。 均匀变化的磁场在周围产生恒定的电场 的磁场在周围产生恒定的电场; 均匀变化的磁场在周围产生恒定的电场; 非均匀变化的磁场在周围产生变化的电场 的磁场在周围产生变化的电场。 非均匀变化的磁场在周围产生变化的电场。
P电=P克服安=P外=0.8W 其它形式 能量 W克服安 电能 W电流 热 能
速度为5m/s时,总电功率为多少?克服安培力的 问3:ab速度为 : 速度为 时 总电功率为多少? 功率为多少?外力的功率为多少?能量是如何转化的? 功率为多少?外力的功率为多少?能量是如何转化的?
W克服安 P电=P克服安=0.2W< P外=0.4W W电流 热能 电能
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