1.5 电磁感应中的能量转化与守恒 课件 -2022-2023学年高二上学期物理教科版选修3-2

§1、5 电磁感应中的 能量转化与守恒 物理组：郭建强 思考与讨论：1、我们知道功是能量转化的量度，每一个力做功都对应一种能量的转化，请同学们回忆我们所学的力（如重力、弹簧的弹力、摩擦力等）做功与对应的能量转化关系。 2、当通电导体在磁场中时为受到安培力，那么安培力会做功吗？ 安培力做的功又对应什么能量的转化呢？ 将电能转化为其他形式的能量（机械能） 3、电磁感应中有感应电动势（感应电流）产生，即产生了电能。那又是什么能转化为电能了呢？ 一、电磁感应现象中的能量转化 电磁感应中有电能产生，根据能量守恒定律，能量不会被创造，也不会被消灭。那么，是什么能量转化为电能呢？一般有两种情况： 1、导体做切割磁感线运动，在电路中产生感应电流，是该导体的 转化为 ． 2、如图所示,当图中电阻R变化时,螺线管M中变化的电流产生变化的磁场,从而使螺线管N中的磁通量发生变化,在N中产生感应电流,此处电能是螺线管M转移给N的.但此处的转移并不像导向导线导电一样直接转移,而是一个间接的转移: ________→ ________ → ________,实质上还是能量的转化． 理论探究：如图，设运动导线ef长为L，速度为v，匀强磁场的磁感应强度为B，闭合电路总电阻为R．探究为了保持导线做匀速运动，外力所做的功W外和感应电流的电功W电的关系． × × × × × × × × × × × × I F安 a b c d e f F v v 分析： 运动导体产生的电动势为： 电路中感应电流为： 磁场对这个电流的作用力为： 保持匀速运动所需外力为： 在Δt时间内，外力所做的功为： 而此时间内，感应电流的电功为： 结论： 即：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． W克服安=△E电（安培力做负功，电能增加） 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？ 安培力做正功，电能转化为其他形式的能量（机械能） 安培力做负功，其他形式的能量（机械能）转化为电能 二、实例分析 例题1、在磁感应强度为B的垂直纸面向外的匀强磁场中，竖直放置一个“Π” 形金属框ABCD，框面垂直于磁场，宽BC＝L，质量为m的金属杆PQ用光滑金属套连接在框架AB和CD上如图.金属杆PQ电阻为R，金属框电阻不计。当杆自静止开始沿框架下滑时 （1）开始下滑的加速度是多少? （2）框内感应电流的方向怎样？ （3）金属杆下滑的最大速度是多少? （4）从开始下滑到达到最大速度过程中 重力势能转化为什么能量？ Q B P C D A mg Q B P C D A 解: （1）开始PQ受力为mg, mg 所以a=g （2）PQ向下加速运动,产生感应电流,方向顺时针,受到向上的磁场力F作用。 I F （3）达到最大速度时，F=BIL=B2L2vm/R=mg vm=mgR/B2L2 （4）由能量守恒定律,重力做功减小的重力势能转化为PQ的动能和电能，电能又转化为内能。 跟踪练习、如图所示，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,其他电阻不计，（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？ 电磁感应中的动力学问题分析 例题2、在倾角θ=300 的斜面上，沿下滑方向铺两条平行的光滑导轨，导轨足够长，导轨的间距为L=0.1m，两者的底端a和b用R=0.04Ω的电阻相连，如图所示．在导轨上垂直于导轨放有一根金属杆cd，其质量m=0.005Kg.今垂直于斜面加一匀强磁场B，当金属杆以ν=10m/s的速率匀速下滑时，R中感应电流的方向为从a到b，设导轨和金属杆cd的电阻都忽略不计，g取10m/s2， 求： （1）匀强磁场B的大小和方向 . （2）电流的功率P电． 练习、如图所示，两固定的绝缘斜面倾角均为θ，上沿相连．两细金属棒ab(仅标出a端)和cd(仅标出c端)长度均为L，质量分别为2m和m；用两根不可伸长的柔软轻导线将它们连成闭合回路abdca，并通过固定在斜面上沿的两光滑绝缘小定滑轮跨放在斜面上，使两金属棒水平．右斜面上存在匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于斜面向上，已知两根导线刚好不在磁场中，回路电阻为R，两金属棒与斜面间的动摩擦因数均为μ，重力加速度大小为g， 已知金属棒ab匀速下滑．求 (1)作用在金属棒ab上的安培力的大小； (2)金