电磁感应的能量问题

电磁感应的能量问题

1.安培力的大小

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⎬⎪⎫感应电动势:E ＝Bl v 感应电流:I ＝

E

R ＋r

安培力公式:F ＝BIl ⇒F ＝B 2l 2

v R ＋r 2.安培力的方向

(1)先用右手定则确定感应电流方向,再用左手定则确定安培力方向。 (2)根据楞次定律,安培力方向一定与导体切割磁感线运动方向相反。

1.电磁感应中动力学问题的动态分析

联系电磁感应与力学问题的桥梁就是磁场对电流的安培力,由于感应电流与导体切割磁感线运动的加速度有着相互制约关系,因此导体一般不就是匀变速直线运动,而就是经历一个动态变化过程再趋于一个稳定状态,分析这一动态过程的基本思路就是:

导体受力运动――→E ＝BL v

感应电动势错误!感应电流错误!通电导体受安培力→合外力变化――→F 合＝ma

加速度变化→速度变化→周而复始地循环,循环结束时,加速度等于零,导体达到稳定的临界状态。

2.解题步骤

(1)用法拉第电磁感应定律与楞次定律、右手定则确定感应电动势的大小与方向。 (2)应用闭合电路欧姆定律求出电路中的感应电流的大小。 (3)分析研究导体受力情况,特别要注意安培力方向的确定。 (4)列出动力学方程或平衡方程求解。 3.两种状态处理

(1)导体处于平衡态——静止或匀速直线运动状态。 处理方法:根据平衡条件——合外力等于零,列式分析。 (2)导体处于非平衡态——加速度不为零。

处理方法:根据牛顿第二定律进行动态分析或结合功能关系分析。

4.电磁感应中的动力学临界问题

(1)解决这类问题的关键就是通过运动状态的分析,寻找过程中的临界状态,如速度、加速度为最大值或最小值的条件。

:

(2)基本思路就是

1.能量的转化

闭合电路的部分导体做切割磁感线运动产生感应电流,感应电流在磁场中受安培力。外力克服安培力做功,将其它形式的能转化为电能,电流做功再将电能转化为其它形式的能。

2.实质

电磁感应现象的能量转化,实质就是其它形式的能与电能之间的转化。

1.能量转化分析

(1)电磁感应现象中产生感应电流的过程,实质上就是能量的转化过程。

(2)当磁场不动、导体做切割磁感线的运动时,导体所受安培力与导体运动方向相反,此即电磁阻尼。在这种情况下,安培力对导体做负功,即导体克服安培力做功,将机械能转化为电能,当感应电流通过用电器时,电能又转化为其它形式的能,如通过电阻转化为内能(焦耳热)。

即:其她形式的能(如:机械能)――――――→安培力做负功

电能――――→电流做功

其她形式的能(如:内能) (3)当导体开始时静止、磁场(磁体)运动时,由于导体相对磁场向相反方向做切割磁感线运动而产生感应电流,进而受到安培力作用,这时安培力成为导体运动的动力,此即电磁驱动。在这种情况下,安培力做正功,电能转化为导体的机械能。

综上所述,安培力做功就是电能与其她形式的能之间相互转化的桥梁,表示如下: 电能

W 安＞0W 安＜0

其她形式的能。

2.求解焦耳热Q 的三种方法 (1)直接法:Q ＝I 2Rt

(2)功能关系法:Q ＝W 克服安培力 (3)能量转化法:Q ＝ΔE 其她能的减少量

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(1)电磁感应动力学问题中,要抓好受力情况、运动情况的动态分析。导体受力运动产生感应电动势→感应电流→通电导体受安培力→合外力变化→加速度变化→速度变化,最终加速度为零,导体达到匀速运动的稳定状态。

(2)这类问题要抓住“速度变化引起安培力变化”这个关系,并从分析物体的受力情况与运动情况入手解决问题,这就是解题的关键。

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