(完整版)电磁感应中的能量转换.

E
R
BLV r
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，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。
F安
转化为其它形式的能量。
P F
Q
W安＝ △EK
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。
R=4Ω F安
F
B=0.5T
恒力的作用，则：
a 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 B2L2 10m / s
（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
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
R
•• •
N •v• • M
甲
分析与解答：
R
等效电路如图乙所示，棒由静止开始 下滑，最后达到匀速运动。当匀速运 动时，由平衡条件得： F安 mg 而F安 BIL I E E BLv
Rr
•• •
N •v• • M
甲
v
mg(R B 2 L2
r)
15m
/
s
R
（2）匀速时，克服安培力做功的功率为：
R=4Ω F安
F
B=0.5T
恒力的作用，则：
a 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 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？
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？
P机＝F安V F安＝BIL
P热＝I
2
(R
r)
(E
BLV Rr
)2
I E BLV Rr
P机＝B
E
R
Leabharlann Baidu
BLV r
LV
P电＝EI＝E
P F安 • v mgv 0.9W
E, r
电阻R消耗的功率：PR
I 2R＝ B2L2v2 (R r)2
R 0.675W
乙
电阻r消耗的功率：Pr
I
2
r＝
B2 L2v 2 (R r)2
r 0.225W
例4.如图所示，竖直平行导轨间距l=20cm，导轨顶 端接有一电键K。导体棒ab与导轨接触良好且无摩 擦，ab的电阻R=0.4Ω，质量m=10g，导轨的电阻不 计，整个装置处在与轨道平面垂直的匀强磁场中， 磁感强度B=1T。当ab棒由静止释放0.8s 后，突然接 通电键，不计空气阻力，设导轨足够长。求ab棒的 最大速度和最终速度的大小。（g取10m/s2）
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，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。
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
Vm
E BL
（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
K
a
b
解: ab 棒由静止开始自由下落0.8s时速度大小为 v=gt=8m/s
则闭合K瞬间，导体棒中产生的感应电流大小 I＝Blv/R=4A
ab棒受重力mg=0.1N, 安培力F=BIL=0.8N. 因为F＞mg，ab棒加速度向上，开始做减速运动，
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
（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
B
M
E
N
v
当安培力做正功时，就有电能
P电=P克服安=0.2W< P外＝0.4W 热能
W电流 电能
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，
例题1、如图甲所示，足够长的金属导轨竖直放在水平方 向的匀强磁场中，导体棒MN可以在导轨上无摩擦的滑动。 已知匀强磁场的磁感应强度B＝0.4T，导轨间距为L＝ 0.1m，导体棒MN的质量为m=6g且电阻r=0.1Ω,电阻R＝ 0.3Ω,其它电阻不计，（g取10m/s2)求： （1）导体棒MN下滑的最大速度多大？ （2)导体棒MN下滑达到最大速度后，棒克服安培力做功 的功率，电阻R消耗的功率和电阻r消耗的功率为多大？