电磁感应中的能量转换
第八章(4)电磁感应中的能量转化
问题2：把总电阻为2R的均匀电阻丝焊接成一半径为a的
圆环，水平固定在竖直向下的磁感强度为B的匀强磁场中， 如图13-16所示，一长度为2a，电阻等于R，粗细均匀的金 属棒MN放在圆环上，它与圆环始终保持良好的电接触．当
金属棒以恒定速度v向右移动经过环心O时，求：
(1)棒上电流的大小和方向，及棒两端的电压UMN．
电磁感应现象中的能量转化
1．能量间转化条件W≠0．
功是能量间转化的“桥”．功是能量变化大小的量 度．要清楚能量转化间的“功”，如：机械能转化为 物体的内能，是通过克服摩擦力(或介质阻力)做功；机 械能转为电能，是通过克服电磁力做功；电能转化为 内能是通过电流经过导体做功；电能转化为机械能是 通过电磁力做功，等等．
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电磁感应中的能量转化
电磁感应中的能量转化电磁感应是指在磁场变化或导体在磁场中运动时，导体中产生感应电流的现象。
根据法拉第电磁感应定律，感应电流的产生伴随着能量的转化，这一现象被广泛应用于发电、感应加热和电磁感应传感器等领域。
本文将探讨电磁感应中的能量转化过程，以及其在不同应用中的实际运用。
1. 电磁感应原理电磁感应的基本原理是当导体与磁场相互作用时，磁场发生变化或者导体运动时，会在导体中产生感应电流。
法拉第电磁感应定律表述了感应电流大小与产生它的磁通量变化速率成正比的关系。
简言之，电磁感应是磁场与导体的相互作用，将磁能转化为电能的过程。
2. 在电磁感应过程中，能量的转化是不可避免的。
当磁场发生变化或者导体运动时，磁能被转化为电能。
这种转化过程可以用以下几个方面进行说明。
2.1 磁能转化为电能当导体中的磁通量发生变化时，感应电流产生并沿导体中的闭合回路流动。
感应电流的产生是由磁场对导体中电荷的作用力所导致的。
这个作用力使得电子在导体中运动，从而产生电流。
这时，磁场的能量被转化为电流中的电能。
2.2 动能转化为电能当导体在磁场中运动时，导体中的自由电子被磁场束缚并移动。
这种运动使得电子具有了动能，而导体在磁场中运动的动能转化为导体中的电能。
2.3 机械能转化为电能在某些应用中，通过机械方式改变磁通量的方法也可以实现电磁感应中的能量转化。
如发电机工作原理中，通过机械能驱动导体在磁场中旋转，从而将机械能转化为电能。
3. 电磁感应的实际应用电磁感应在电力工程和科学研究中有着广泛的应用。
以下列举了一些常见的应用场景：3.1 发电机发电机是一种将机械能转化为电能的装置。
通过将导体在磁场中旋转，产生感应电流，并利用导线绕制的线圈输出电能。
发电机的工作原理正是基于电磁感应。
将机械能转化为电能的过程中，磁能和动能被成功转化为电能。
3.2 感应加热感应加热是利用电磁感应的原理对物体进行加热的技术。
通过在物体附近产生高频交变磁场，感应电流在物体内部产生涡流，并将电能转化为热能，从而使物体加热。
电磁感应中的能量转化
电磁感应中的能量转化引言电磁感应是电磁学中一个重要的概念，它描述了磁场和电流之间相互作用的现象。
在电磁感应中，能量的转化是一个核心问题，也是理解电磁感应现象的关键。
本文将探讨电磁感应中能量的转化过程，从物理角度解释能量是如何从磁场和电流中相互转换的。
电磁感应简介电磁感应是指当磁场的状况发生变化时，其中的磁通量也会相应变化，从而在导体中产生感应电动势和电流。
根据法拉第电磁感应定律，当闭合线路中的磁通量发生变化时，感应电动势就会在线路中产生，进而导致电流流动。
能量转化的基本原理电磁感应中的能量转化是基于能量守恒定律的。
根据能量守恒定律，能量不能被创造或毁灭，只能从一种形式转化为另一种形式。
在电磁感应中，能量的转化主要发生在磁场和电流之间。
磁场中的能量磁场中的能量主要以磁场的形式存在。
当一个闭合线圈或导体在磁场中运动时，磁场会对线圈或导体施加力，使其做功。
这个功就是从磁场中提取的能量。
电流中的能量导体中的电流产生的磁场也会带有能量。
当导体中有电流流动时，电流会产生磁场，这个磁场将带有能量。
这部分能量来自电流，电流为了维持磁场的存在而消耗能量。
能量转化的过程能量在磁场和电流之间的转化主要通过电动势实现。
当磁场的磁通量发生变化时，感应电动势会在闭合线路中产生，从而驱动电流的产生。
这个过程中，由磁场转化为电流的能量即为电磁感应中的能量转化。
而当电流在闭合线路中流动时，它的能量将以磁场的形式存在。
能量转化的示例下面通过一个简单的实例来说明能量在电磁感应中的转化过程。
场景设置考虑一个导线圈和一个磁铁的组合。
当磁铁靠近导线圈时，磁力会对导线圈施加一个力，使其移动。
假设这个移动过程很缓慢，可以忽略导线圈的运动动能。
能量转化过程在导线圈运动的过程中，磁场对导线圈做功，将磁场中的能量转化为导线圈的电动势。
这个电动势会驱动电流流动，电流在导线圈中形成磁场，这个磁场将带有能量。
因此，磁场中的能量转化为了电流中的能量。
同样道理，当磁铁远离导线圈时，磁场中的能量又会转化为导线圈中的电动势，驱动电流的流动，并在电流中形成磁场。
电磁感应中的能量转化
解： （1） 初始时刻棒中感应电动势 E=BLv0
棒中感应电流 I=E/R 作用于棒上的安培力的大小： F=BIL=B2Lv02/R 安培力的方向： 水平向右
（2）由功能关系得： 安培力做功 W1 =EP -1/2 mv02 电阻R上产生的焦耳热 Q1= 1/2 mv02 - EP （3）由能量转化及平衡条件等，可判断出：
M
b
d
F安 T
b
Mg T T
2B2l 2v /R=(M-m)g v =(M-m)gR/ 2B2l 2
磁场方向垂直纸面向外，结果相同。
c
F安 mg
d
又解: 由能量守恒定律, 匀速运动过程中,在时间t 内,系统重力势能 的减少等于两棒中产生的电能: Mgvt－ mgvt =2×I2 R t = 2 ×(B l v) 2 t /R 2B2l 2v /R=(M-m)g ∴ v =(M-m)gR/ 2B2l 2
练习一： 如图所示，在磁感强度为B的匀强 磁场中，有半径为r的光滑半圆形导体框架， OC为一能绕O在框架上滑动的导体棒，OC之间 连一个电阻R，导体框架与导体棒的电阻均不计， 若要使OC能以角速度ω匀速转动，则外力做功 的功率是 ( ) C ω 2 2 4 A. B ω r ／R c B. B2 ω2 r4 ／2R a C. B2 ω2 r4 ／4R O D. B2 ω2 r4 ／8R
mg
、如图所示，MN为金属杆，在竖直平面上贴 着光滑的金属导轨下滑，导轨间距 l ＝ 0.1m ，导轨上 端接有电阻R＝0.5Ω，导轨与金属杆电阻匀不计，整 个装置处于磁感应强度B＝0.5T的水平匀强磁场中.若 杆MN以稳定速度下滑时，每秒有0.02J的重力势能转 化为电能，则MN杆下滑速度v＝2 m/s. 解：由能量守恒定律， 重力的功率等于电功率
应用3-电磁感应中的能量转化要点
解: 金属棒ab在冲量作用下获得速度v0 ，相应的动能 Ek= 1/2 mv02 ab切割磁感线运动，产生感应电流受到磁场力F 作用做减速运动，直到速度减为零停止下来，在这个过程中，ab棒的动能转化为电能，最终转化成导轨与ab棒产生的焦耳热Q1和Q2，满足 Q1＋Q2＝Ek a M 因导轨电阻R和ab棒电阻r是 P Q 串联关系，则 Q1/Q2=R/r 由以上各式可解得，金属棒 N 上产生的热量 Q2＝ m v02 r / 2(R＋r R r F v0 b B
练习。
图中MN和PQ为竖直方向的两平行长直金属导轨，间距l为0.40m，电阻不计。
导轨所在平面与磁感应强度B为0.50T的匀强磁场垂直。
质量m为6.0×103kg、电阻为1.0Ω的金属杆ab始终垂直于导轨，并与其保持光滑接触。
导轨两端分别接有滑动变阻器和阻值为3.0Ω的电阻R1。
当杆ab达到稳定状态时以速率v 匀速下滑，整个电路消耗的电功率P为0.27W，重力加速度取10m/s2，试求速率v和滑动变阻器接入电路部分的阻值R2。
R1 解：由能量守恒，有 mgv=P M P 代入数据解得 v=4.5m/s b 又 E=Blv=0.5 ×0.4×4.5＝0.9V a 设电阻R1与R2的并
联电阻为R并， v B R2 ab棒的电阻为r，有 Q 1/R1+ 1/R2 = 1/R并 N l 2/(R +r 2/P =3Ω P=IE=E R并+r=E 并∴ R2=6.0Ω。
电磁感应中的能量转换
电磁感应中的能量转换电磁感应作为物理学中的一个重要现象，指的是当导体相对于磁场发生运动时，会在导体中产生感应电流。
电磁感应的过程中，能量会从不同的形式进行转换，这种能量转换对于我们生活中许多实际应用具有重要意义。
本文将探讨电磁感应中的能量转换过程，以及其中的一些应用。
1. 电能和磁能之间的转换在电磁感应的过程中，最常见和直观的能量转换是电能和磁能之间的转换。
当一个导体在磁场中运动时，磁场会对导体中的电荷产生力，导致电荷沿导体内部移动，形成感应电流。
这时，电能会转化为磁能，储存在感应电流所产生的磁场中。
反之，当磁场中的导体静止不动时，感应电流会逐渐减小，磁能会转化为电能，从而推动导体内的电荷移动。
这种电能和磁能之间的转换在发电机中得到了广泛应用。
发电机中通过转动导体和磁场之间的相对运动，使得电能和磁能不断地相互转换。
当导体切割磁感线时，感应电流会在导体中产生，通过导线输出电力。
与此同时，电流所产生的磁场又会对磁场产生作用力，使得导体继续受到驱动，保持相对运动，从而保持能量的转换。
2. 磁能和动能之间的转换除了电能和磁能之间的转换，电磁感应还可以引发磁能和动能之间的转换。
当一个导体在磁场中运动时，会受到力的作用，从而获得动能。
这种动能是由磁场所储存的磁能转化而来的。
在感应加速器等应用中，磁能和动能之间的转换是至关重要的。
感应加速器利用电磁感应的原理，通过交变磁场产生感应电流，使得导体在磁场的作用下加速运动。
导体所获得的动能是在磁场中储存的磁能转化而来的。
这种方式不仅可以实现高速粒子的加速，还可以产生高能粒子束，用于科学研究和医疗等领域。
3. 热能和电能之间的转换在电磁感应的过程中，还会发生热能和电能之间的转换。
当感应电流通过导体时，会在导体内部产生电阻，从而产生热量。
这种热量是由电能转化而来的。
在电磁感应加热中，热能和电能之间的转换被广泛应用。
通过感应电流产生的热量可以用于加热各种物体，如金属材料的加热、水的加热等。
电磁感应中的能量转换
3、能量守恒定律△E增＝△E减
普遍使用
第十四页，课件共20页
本节课小结
1、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，认为磁场并不输 出能量，而是其它形式的能量，借助安培做 的功（做正功、负功）来实现能量的转化。 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，是将其它形式的能量 转化为电能。
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 W克服安
能量
电能 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 电能
第五页，课件共20页
W电流-W安
热能
电
能
W安
动能
第九页，课件共20页
（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， 同时伴随着能量的转化和遵守能量守恒定律。
b
v
R
F安
F
a
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
M P
B
E
N
v
当安培力做正功时，就有电能转
F安
化为其它形式的能量。
W克服安 其它WF-W克服安
形式
动能
能量
（一）导体切割磁感线类
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，
高中物理知识点总结-电磁感应中能量转化问题
高中物理知识点总结-电磁感应中能量转化问题
9.电磁感应中能量转化问题导体切割磁感线或闭合回路中磁通量发生变化，在回路中产生感应电流，机械能或其他形式能量便转化为电能，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的内能，因此，电磁感应过程总是伴随着能量转化，用能量转化观点研究电磁感应问题常是导体的稳定运动（匀速直线运动或匀速转动），对应的受力特点是合外力为零，能量转化过程常常是机械能转化为内能，解决这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确定感应电动势的大小和方向. （2）画出等效电路，求出回路中电阻消耗电功率表达式. （3）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足的方程.。
(完整版)电磁感应中的能量转换.
（一）导体切割磁感线类
例题2：如图所示，光滑水平放置
M
B
E
N
的足够长平行导轨MN、PQ的间距
为L，导轨MN、PQ电阻不计。电
E， r
源的电动势E，内阻r，金属杆EF
L
E反
F安
其有效电阻为R，整个装置处于竖 P
FR
Q
直向上的匀强磁场中，磁感应强度
B，现在闭合开关。
电流做功
W E
电能变化
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。
B均匀
Ｎ
增大
R
Ｓ
切割
机械能
电能
R
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。
（一）导体切割磁感线类
b l =0.4m
例1：若导轨光滑且水平，ab开始 静止，当受到一个F=0.08N的向右
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
重力做功
WG EP
弹力做功
W弹 EP
合外力做功
W合 EK
W其它 E机械
除弹力和重力之外其他力做功
重力势能变化 弹性势能变化
动能变化 机械能的变化
一对滑动摩擦力对系统做功
fS 相对 Q 系统内能的变化
电场力做功
W电场力 EP
电势能变化
FR
Q
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？
第一章 第5节 电磁感应中的能量转化与守恒
第5节电磁感应中的能量转化与守恒学习目标核心提炼1.明确电磁感应过程遵守能量守恒定律。
1个过程——能量转化过程：3种焦耳热求法功能关系焦耳定律能量转化2.了解电磁感应中产生的电能是通过外力克服安培力做功转化来的。
3.能根据能量守恒定律分析和解决电磁感应现象中的相关问题。
4.知道反电动势的概念，理解含反电动势电路中的能量转化。
一、电磁感应中的能量转化1.如图1所示，处在匀强磁场中的水平导轨上有一根与导轨接触良好的可自由滑动的直导线ab，现导线ab具有向右的初速度v，则：图1(1)导线中的感应电流方向由a―→b；(2)ab受到的安培力的方向水平向左，安培力的方向与速度方向相反，作用效果阻碍导线的运动；(3)导线ab运动的速度如何变化，逐渐减小；(4)电路中消耗的电能来源于机械能。
2.如图1所示，设ab长为L，匀强磁场的磁感应强度为B，闭合电路的总电阻为R，导线在外力的作用下以速度v做匀速直线运动。
导线产生的电动势E＝BL v电路中感应电流I＝ER＝BL vR磁场对这个电流的作用力F安＝BIL＝B2L2vR保持匀速运动所需外力F外＝F安＝B2L2vR在时间t内，外力所做的功W外＝F外v t＝B2L2v2R t此时间t内，感应电流的电功为W电＝I2Rt＝B2L2v2R t结论：(1)在导线切割磁感线运动产生感应电流时，电路中的电能来源于机械能。
机械能借助于电磁感应实现了向电能的转化。
(2)在电磁感应中，产生的电能是通过外力克服安培力做功转化而来的，外力克服安培力做了多少功，就有多少电能产生；而这些电能又通过感应电流做功，转化为其他形式的能量。
思维拓展在电磁感应现象中产生的电能与外力做的功一定相等吗？答案不一定。
在电磁感应现象中产生的电能一定与克服安培力所做的功相等，当外力做功和克服安培力做功相等时，产生的电能等于外力做的功，否则不相等。
二、反电动势含反电动势电路中的能量转化1.反电动势(1)定义：通电的导体，在匀强磁场中做切割磁感线运动，因而产生感应电动势E′，E′的方向与电路中电流方向相反，产生的这个电动势叫反电动势。
电磁感应中的能量转化与守恒
R=4Ω a
F B=0.5T
场内，已知ab棒在水平恒力F=0.1N
r =1Ω
的作用下向右匀速运动，ab棒电阻r=1Ω ，R=4Ω ，其余内阻不计。
• 求：（1）ab棒匀速运动的速度为多大？
（2）ab棒匀速运动时，电路中的总电功率是多少？
ab棒克服安培力做功的功率是多少？
外力的功率是多少？能量如何转化？
做多少功，就产生多少电能.
(3)列有关能量的关系式.
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
电磁感应中的能量转化
变式训练
如图所示，足够长的光滑金属框竖直放置，框宽L＝0.5 m，框的电阻不计，匀强 磁场的磁感应强度B＝1T，方向与框面垂直，金属棒MN的质量为100g，电阻为1Ω ， 现让MN无初速的释放并与框保持接触良好的竖直下落，从释放到达到最大速度的 过程中通过棒某一截面的电荷量2C，(g＝10 m/s2)求:
做功的功率是多少？外力 的功率是多少？能量如何转化？
总电功率 P克服安培力做功功率PA=FAv=0.8w
外力的功率 P外=Fv=1W 其他形式的能
W克服安
>P总 摩擦热
电能
R=4Ω
F
B=0.5T a r=1Ω
W电流
焦耳热
知识储备
做功的过程与能量转化之间的关系
内能的变化
定量关系
WG=-△EP W合=△EK
Q=f·X相对
电能的变化
电磁感应中的能量转化
课本例题探究 • 如图所示，设运动的导体ab的长为L，水平向右速度为v，匀强磁场的磁感强度
电磁感应中的能量转换问题
电磁感应中的能量转换问题电磁感应是电磁学中的重要概念，指的是磁场的变化可以在导体中产生感应电动势，进而转化为电能。
这一现象的应用广泛，如电磁感应发电机、变压器等，都是能量转换的典型代表。
本文将探讨电磁感应中的能量转换问题，以及它们在现代社会中的应用。
1.电磁感应原理电磁感应原理由法拉第发现，并由法拉第电磁感应定律完整表述。
根据这一定律，当导体的回路与磁场发生相对运动时，导体中会产生感应电动势，从而产生感应电流。
这一原理可以简单地表述为：改变磁通量，就会产生感应电动势。
2.电磁感应中的能量转换在电磁感应中，磁场的变化会引起电动势的产生，进而导致电流的流动。
在这一过程中，能量会从磁场转化为电能，完成能量转换。
具体而言，当导体与磁场相对运动时，由于磁感线的变化，磁通量也会随之改变。
根据法拉第电磁感应定律，磁通量的变化会引起感应电动势的产生。
而感应电动势作用于导体内部的自由电子，使其在导体内运动，形成感应电流。
这个过程中，原本由能量形式的磁场能量或机械能，便被转化为电能。
3.电磁感应中的转换效率在电磁感应中，能量的转换过程并非完全高效。
由于导体内存在电阻，感应电流经过导体时会产生焦耳热，导致能量的损失。
因此，电磁感应转换的效率往往不会达到百分之百。
为了提高转换效率，可以采取一系列措施，如增加导体的截面积、降低导体材料的电阻率，以减少能量的损失。
4.电磁感应在发电机中的应用电磁感应广泛应用于发电机中，将其转换为电能的过程主要由发电机完成。
发电机通过旋转的励磁线圈切割磁力线，产生感应电动势。
通过导线的接通，感应电动势使电流流经导线，从而实现了能量的转换过程。
这种转换过程是由机械能转化为电能，供应给电网或其他电力设备。
5.电磁感应在变压器中的应用电磁感应还被应用于变压器中，实现电能的输送和变换。
变压器由两个相互绝缘的线圈组成，它能够根据电磁感应原理，将一个交流电压转换为另一个交流电压。
通过在主线圈中加入交流电源，产生交变磁场。
电磁感应中的能量转化
电磁感应中的能量转化电磁感应是电磁学中的一项基本原理，它描述了当导线或线圈中的磁通量发生变化时，会在导线中产生电流。
而在电磁感应的过程中，能量会从磁场转化为电场和电流。
本文将探讨电磁感应中的能量转化及其应用。
一、电动势的产生与能量转化根据法拉第电磁感应定律，当闭合回路中的磁通量发生变化时，会在回路中产生电动势。
电动势的产生导致了电子在回路中运动，从而产生了电流。
在电流的产生过程中，磁场中的能量被转化为了电场和动能。
二、感应电动势的大小与方向感应电动势的大小与磁通量的变化率有关，符合以下公式：ε = -dΦ/dt。
其中，ε表示感应电动势的大小，Φ表示磁通量，t表示时间。
根据该公式可以得知，感应电动势与磁通量的变化率成正比。
感应电动势的方向遵循楞次定律，根据楞次定律可得：感应电动势的方向总是与产生它的磁场变化趋势相反，从而保持能量守恒。
三、电磁感应的应用1. 发电机发电机是电磁感应最常见的应用之一。
通过将导线绕制成线圈，并放置在磁场中，当线圈旋转或磁场发生变化时，线圈内部会产生感应电动势，从而驱动电流的产生。
发电机将机械能转化为了电能，广泛应用于发电站、汽车发电系统等领域。
2. 变压器变压器也是电磁感应的一种应用。
变压器由一个或多个圈数不同的线圈组成，它利用电磁感应将交流电能从一个线圈传输到另一个线圈。
在变压器中，交流电流在一侧线圈产生磁场，该磁场通过铁芯作用于另一侧的线圈，从而在其内部产生感应电动势。
变压器实现了电能的变压和传输，广泛应用于能源输送、电力系统中。
3. 电感耦合无线传输电感耦合无线传输是一种将电能通过电磁感应无线传输的技术。
它利用共振线圈之间的电磁耦合，在发射线圈中通过交流电流产生磁场，而接收线圈则通过感应电动势将磁场转化为电能。
电感耦合无线传输在无线充电、电子设备之间的数据传输等领域都有广泛应用。
四、电磁感应中的能量损耗在电磁感应过程中，存在能量损耗，主要来自于导线的电阻效应、磁场的散失以及涡流损耗。
电磁感应现象中的能量转化
电磁感应现象中的能量转化1. 电磁感应现象的基本概念电磁感应现象是指在磁场中，导体内出现电流的现象。
当导体在磁场中运动或磁场的强度发生变化时，导体内就会出现感应电流。
这个现象被称为电磁感应现象。
2. 能量转化的原理电磁感应现象中，能量的转化是基于法拉第电磁感应定律的。
该定律指出，当磁通量的变化率发生改变时，就会在导体内部产生感应电动势。
感应电动势大小与磁通量变化率成正比，与导体自身的特性有关。
电磁感应现象中，能量从磁场转化为电能，而这种能量转化过程是不可逆的。
当导体内部出现感应电流时，导体内部就会出现电场，电场会对导体内部的电荷进行推动，从而产生电流。
这里的电流就是由磁场能量转化而来的。
3. 应用电磁感应现象是一种非常重要的物理现象，它被广泛应用于各种领域。
在电能产生方面，电磁感应现象被用于制造发电机。
发电机利用磁场和导体之间的相互作用，将机械能转化为电能。
这种能量转化是电力工业中最基本的过程之一。
在电磁炉中，电磁感应现象被用于加热。
电磁炉中，磁场通过感应线圈产生，产生的磁场会与锅炉底部的铁板相互作用，从而导致锅炉底部的铁板受到加热。
这种能量转化过程非常高效。
电磁感应现象还被用于制造变压器。
变压器利用磁场和导体之间的相互作用，将电能从一个电路传输到另一个电路。
变压器的工作原理基于法拉第电磁感应定律。
总之，电磁感应现象是一种非常重要的物理现象，它在现代工业和科学中得到了广泛的应用。
它的能量转化过程是基于法拉第电磁感应定律的，能够将磁场能量转化为电能，为我们的生活带来了便利。
电磁感应中的能量转化与守恒
B 2 L2Vm FR 匀速时：F ,Vm 2 2 R B L
.能量分析
1 2 Q热 Fx mV m 2
3、单杆电源
4、单杆电容
四、电磁感应中线框模型动态分析 解决此类问题的三种思路： 1．运动分析：分析线圈进磁场时安培力与动力的大 小关系，判断其运动性质。 2．过程分析：分阶段(进磁场前、进入过程、在磁场 内、出磁场过程)分析。 3．功能关系分析：必要时利用功能关系列方程求解。
C
电磁感应中的能量转 化与守恒
一、电磁感应现象中的能量转化方式
1、如果电磁感应现象是由于磁场的变化 而引起的，则在这个过程中，磁场能转化 为电能。若电路是纯电阻电路，这些电能 将全部转化为内能。 2、在导线切割磁感线运动而产生感应电 流时，通过克服安培力做功，把机械能或 其他形式的能转化为电能。克服安培力做 多少功，就产生多少电能。若电路是纯电 阻电路，这些电能也将全部转化为内能。
二、电磁感应现象中能量转化的途径
1、安培力做正功， 电能转化为其他形式能 2、外力克服安培力做功， 即安培力做负功， 其他形式的能转化为电能
三、电磁感应中杆模型动态分析
.速度图像分析 1、电阻单杆初速度
.运动情况分析
加速度不断减小的减速运 动，最后静止。
.能量分析
1 Q热 mV 02 2
2、电阻单杆恒力
电磁感应中的能量转化
当金属棒速度恰好达到最大速度时，则mgsinθ=F安+f
据法拉第电磁感应定律：E=BLv
据闭合电路欧姆定律：I=E/R B 2 L2v f mg sin FA 0.2 N R
下滑过程据动能定理得：
FA 0.3N
h 1 2 mgh f W mv sin 2
解析：MN上升到３.8m后，做匀速运动，电动机的输 出功率与克服重力和安培力做功的功率相等，故：
B L vm 2 (mg )vm UI I R R
代入数据可得： vm＝2m/s 根据功能关系可得：
2
2 2
（vm＝－3 m/s舍去）
1 2 ( IU I R)t mgh mvm Q 2
P=E2/R=（BLv）2/R 三根电阻丝的电阻Rab＜Rcd ＜ Ref
例6. 两金属杆ab和cd长均为 l , 电阻均为R, 质量分别为M和m, M>m. 用两根质量和电阻均 可忽略的不可伸长的柔软导线将它们连成闭合 回路, 并悬挂在水平、光滑、不导电的圆棒两侧 . 两金属杆都处在水平位置, 如图所示. 整个装置 处在一与回路平面相垂直的匀强磁场中, 磁感应 强度为B. 若金属杆ab正好匀速向下运动 , 求运 动的速度.
B d
•
例４如图所示，电动机牵引一根原来静止的长L为1 m、质量m 为0.1 kg的导体棒MN，其电阻R为1 Ω．导体棒架在处于磁感应 强度B为1 T、竖直放置的框架上，当导体棒上升h为3.8 m时获 得稳定的速度，导体产生的热量为2 J．电动机牵引棒时，电压 表、电流表的读数分别为7 V、1 A．电动机内阻r为1 Ω，不计 框架电阻及一切摩擦，g取10 m/s2，求： • MN稳定时的速度 • 上升到稳定的速度所用 • 的时间
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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。
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 ＝
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
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
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△
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
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
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
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。
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。
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
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。
（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