電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒

1、電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒,一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化,當(dāng)在閉合電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流時(shí),電流做功,消耗了電能,根據(jù)能量守恒定律,能量不會(huì)被創(chuàng)造,也不會(huì)被消滅,那么,是什么能量轉(zhuǎn)化為電能呢?一般有兩種情況:,1.導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng),在電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流,是該導(dǎo)體的________轉(zhuǎn)化為________．,機(jī)械能,電能,2.如圖所示,當(dāng)圖中電阻R變化時(shí),螺線管M中變化的電流產(chǎn)生變化的磁場(chǎng),從而使螺線管N中的磁通量發(fā)生變化,在N中產(chǎn)生感應(yīng)電

2、流,此處電能是螺線管M轉(zhuǎn)移給N的.但此處的轉(zhuǎn)移并不像導(dǎo)向?qū)Ь€導(dǎo)電一樣直接轉(zhuǎn)移,而是一個(gè)間接的轉(zhuǎn)移: ________→ ________ → ________,實(shí)質(zhì)上還是能量的轉(zhuǎn)化．,電能,磁場(chǎng)能,電能,【例題1】下圖中，設(shè)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)線ab長為L，速度為v，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，閉合電路總電阻為R．探究為了保持導(dǎo)線做勻速運(yùn)動(dòng)，外力所做的功W外和感應(yīng)電流的電功W電的關(guān)系．,【解析】運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為：電路中感應(yīng)電流為：磁場(chǎng)對(duì)這個(gè)電

3、流的作用力為：保持勻速運(yùn)動(dòng)所需外力為：在 時(shí)間內(nèi)，外力所做的功為：,而此時(shí)間內(nèi)，感應(yīng)電流的電功為：可見：,【歸納總結(jié)】在電磁感應(yīng)中，產(chǎn)生的電能是通過外力克服安培力做功轉(zhuǎn)化而來的，外力做了多少功，就有多少電能產(chǎn)生，而這些電能又通過感應(yīng)電流做功，轉(zhuǎn)化為其他形式的能量．,表達(dá)式：,W克服安=△E電（安培力做負(fù)功，電能增加）,思考：在導(dǎo)體切割磁感線情況下，安培力如果做正功， 能量又是怎樣轉(zhuǎn)化

4、的？如何用做功來量度？,【例題2】在傾角 的斜面上，沿下滑方向鋪兩條平行的光滑導(dǎo)軌，導(dǎo)軌足夠長，導(dǎo)軌的間距為 ，兩者的底端a和b用 的電阻相連，如圖所示．在導(dǎo)軌上垂直于導(dǎo)軌放有一根金屬桿cd，其質(zhì)量 ．今垂直于斜面加一勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，當(dāng)金屬,桿以 的速率勻速下滑時(shí)，R中

5、感應(yīng)電流的方向?yàn)閺腶到b，設(shè)導(dǎo)軌和金屬桿cd的電阻都忽略不計(jì)，g取10m/s2，求：（1）勻強(qiáng)磁場(chǎng)B的大小和方向 . （2）電流的功率P電．,【解析】（1）當(dāng)金屬桿勻速下滑時(shí)，重力所做的功完全用來克服安培力做功并進(jìn)面轉(zhuǎn)化為閉合電路的電能。在Δt時(shí)間內(nèi) ， ， 根據(jù) 解得：B=0.

6、1T，由左手定則可判斷B的方向垂直于斜面向上。（2）電流的功率P電為：,【另解1】（1）由平衡條件可得： 解得：B=0.1T，,【另解2】（1）對(duì)于棒下滑Δt時(shí)間內(nèi)，由動(dòng)能定理得： 解得：B=0.1T，,例題3：,水平放置的兩根平行金屬導(dǎo)軌ad和bc,導(dǎo)軌兩端a、b和c、d兩點(diǎn)分別連接電阻R1和R2,組成矩形線框,如圖所示,ad和bc相距L＝0.5 m.放在豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中.磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝1.2 T,一根電阻為

7、0.2 Ω的導(dǎo)體棒PQ跨接在兩根金屬導(dǎo)軌上,在外力作用下以4.0 m/s的速度向右勻速運(yùn)動(dòng),若電阻R1＝0.3 Ω,R2＝0.6 Ω,導(dǎo)軌ad和bc的電阻不計(jì),導(dǎo)體與導(dǎo)軌接觸良好.求：(1)導(dǎo)體PQ中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng) 勢(shì)的大小和感應(yīng)電流的方向；(2)導(dǎo)體PQ向右勻速滑動(dòng)過程 中，外力做功的功率．,1、解決電磁感應(yīng)現(xiàn)象與電路的結(jié)合問題的方法,(1)確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向;,(2)畫等效電路圖;,(3)運(yùn)用閉合電路歐姆

8、定律,串并聯(lián)電路特點(diǎn)、電功率、電熱等公式聯(lián)立求解;,例題4：,如圖所示，一水平放置的平行導(dǎo)體框?qū)挾萀＝0.5 m,接有R＝0.2 Ω的電阻,磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.4 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直導(dǎo)軌平面方向向下,現(xiàn)有一導(dǎo)體棒ab跨放在框架上,并能無摩擦地沿框架滑動(dòng),框架及導(dǎo)體棒ab電阻不計(jì)，當(dāng)ab以v＝4.0 m/s的速度向右勻速滑動(dòng)時(shí),試求：,(1)導(dǎo)體棒ab上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小及感應(yīng)電流的方向；(2)要維持ab向右勻速運(yùn)動(dòng)， 作用在ab上的水平

9、外力為 多少？方向怎樣？,2、解決電磁感應(yīng)現(xiàn)象與力的結(jié)合問題的方法,(1)平衡問題：動(dòng)態(tài)分析過程中，抓住受力與運(yùn)動(dòng)相互制約的特點(diǎn)，分析導(dǎo)體是怎樣從初態(tài)過渡到平衡狀態(tài)的，再從受力方面列出平衡方程，解決問題；,(2)非平衡類：抓住導(dǎo)體在某個(gè)時(shí)刻的受力情況，利用頓第二定律解決問題；,例題5,圓形導(dǎo)體環(huán)用一根輕質(zhì)細(xì)桿懸掛在O點(diǎn)，導(dǎo)體環(huán)可以在豎直平面內(nèi)來回?cái)[動(dòng)，空氣阻力和摩擦力均可忽略不計(jì)．在圖所示的正方形區(qū)域，有勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直紙面向里．下列

10、說法正確的是(　 　),A．此擺開始進(jìn)入磁場(chǎng)前機(jī)械能不守恒B．導(dǎo)體環(huán)進(jìn)入磁場(chǎng)和離開磁場(chǎng)時(shí)，環(huán)中感應(yīng)電流 的方向肯定相反C．導(dǎo)體環(huán)通過最低位置時(shí)， 環(huán)中感應(yīng)電流最大D．最后此擺在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 振動(dòng)時(shí)，機(jī)械能守恒,BD,電磁感應(yīng)中的綜合應(yīng)用,3、解決電磁感應(yīng)現(xiàn)象與能量的結(jié)合問題的方法,要注意分析電路中進(jìn)行了那些能量轉(zhuǎn)化,守恒關(guān)系是什么,從功和能的關(guān)系入手,列出表示能量轉(zhuǎn)化關(guān)系的方程;,二、反電

11、動(dòng)勢(shì),在電磁感應(yīng)電路與電流方向________的電動(dòng)勢(shì)叫做__________.此時(shí)總電動(dòng)勢(shì)等于電源電動(dòng)勢(shì)和反電動(dòng)勢(shì)______．,相反,反電動(dòng)勢(shì),之差,由于桿ab切割磁感線運(yùn)動(dòng)，因而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E´，根據(jù)右手定則，在桿ab上感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E´的方向是從b到a，同電路中的電流方向相反，在電路中與電流方向相反的電動(dòng)勢(shì)叫做反電動(dòng)勢(shì)，桿ab中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E´就是反電動(dòng)勢(shì)，這時(shí)總電動(dòng)勢(shì)等于電池電動(dòng)勢(shì)和反電動(dòng)勢(shì)之差.,

12、1.給電動(dòng)機(jī)接通電源，線圈受安培力的作用轉(zhuǎn)動(dòng)起來．由于線圈要切割磁感線，因此必有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，感應(yīng)電流方向與原電流方向相反，就此問題，下列說法正確的是(　　 )A．電動(dòng)機(jī)中出現(xiàn)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為反電動(dòng)勢(shì)，反電動(dòng) 勢(shì)會(huì)阻礙線圈的運(yùn)動(dòng)B．如果電動(dòng)機(jī)正常工作，反電動(dòng)勢(shì)會(huì)加快電動(dòng)機(jī)的 轉(zhuǎn)動(dòng)C．如果電動(dòng)機(jī)工作中由于機(jī)械阻力過大而停止轉(zhuǎn)動(dòng) ，就沒了反電動(dòng)勢(shì)，線圈中的電流就會(huì)很大，很 容易