2015-2016学年高中物理第1章第5节电磁感应中的能量转化与守恒教科版选修3-2概述.ppt

第一章 电磁感应 目标定位 1.进一步理解能量守恒定律是自然界普遍遵循的一条规律，楞次定律的实质就是能量守恒在电磁感应现象中的具体表现. 2.通过具体实例理解电磁感应现象中的能量转化. 3.掌握电磁感应中动力学问题的分析方法． 学案7　电磁感应中的能量转化与守恒 知识探究 自我检测 1．电磁感应中产生的感应电流在磁场中将受到安培力作用，所以电磁感应问题往往与力学问题联系在一起，处理此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求感应电动势的大小和方向． (2)求回路中的电流强度的大小和方向． (3)分析研究导体受力情况(包括安培力)． (4)列动力学方程或平衡方程求解． 一、电磁感应中的动力学问题 知识探究 2.电磁感应现象中涉及的具有收尾速度的力学问题，关键要抓好受力情况和运动情况的动态分析. 周而复始地循环，加速度等于零时，导体达到稳定运动状态. 3.两种状态处理 导体匀速运动，应根据平衡条件列式分析；导体做匀速直线运动之前，往往做变加速运动，处于非平衡状态，应根据牛顿第二定律或结合功能关系分析. 二、电磁感应中的能量转化与守恒 问题设计 为什么说楞次定律是能量守恒定律在电磁感应中的具体表现？ 答案　楞次定律表明，感应电流的效果总是阻碍引起感应电流的原因.正是由于“阻碍”作用的存在，电磁感应现象中产生电能的同时必然伴随着其他形式能量的减少，可见，楞次定律是能量转化和守恒定律的必然结果. 1.电磁感应中的能量转化特点 外力克服安培力做功，把机械能或其他形式的能转化成电能；感应电流通过电路做功又把电能转化成其他形式的能(如内能).这一功能转化途径可表示为： 要点提炼 2.求解电磁感应现象中能量守恒问题的一般思路 (1)分析回路，分清电源和外电路. (2)分析清楚有哪些力做功，明确有哪些形式的能量发生了转化.如： 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. 3.焦耳热的计算技巧 (1)感应电路中电流恒定，焦耳热Q＝I2Rt. (2)感应电路中电流变化，可用以下方法分析： ①利用功能关系，产生的焦耳热等于克服安培力做的功，即Q＝W安.而克服安培力做的功W安可由动能定理求得. ②利用能量守恒，即感应电流产生的焦耳热等于其他形式能量的减少，即Q＝ΔE其他. 典例精析 一、电磁感应中的动力学问题 例1　如图1甲所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上，两导轨间距为L，M、P两点间接有阻值为R的电阻.一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并 图1 与导轨垂直.整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向下.导轨和ab杆的电阻可忽略，让ab杆沿导轨由静止开始下滑，导轨和ab杆接触良好，不计它们之间的摩擦，已知重力加速度为g. (1)由b向a方向看到的装置如图乙所示，请在此图中画出ab杆下滑过程中某时刻的受力示意图. 解析　如图所示，ab杆受力分析：重力mg，竖直向下；支持力N，垂直于斜面向上；安培力F安，沿斜面向上. 答案　见解析图 (2)在加速下滑过程中，当ab杆的速度大小为v时，求此时ab杆中的电流及其加速度的大小. 解析　当ab杆速度大小为v时，感应电动势E＝BLv，此时 根据牛顿第二定律，有 (3)求在下滑过程中，ab杆可以达到的速度最大值. 例2　如图2所示，MN和PQ是两根互相平行竖直放置的光滑金属导轨，已知导轨足够长，且电阻不计.ab是一根与导轨垂直而且始终与导轨接触良好的金属杆，开始时，将开关S断开，让金属杆ab由静止开始自由下落，过段时间后，再将S闭合，若从S闭合开始计时，则金属杆ab的速度v随时间t变化的图像可能是(　　) 图2 答案　ACD 二、电磁感应中的能量转化与守恒 例3　如图3所示，足够长的U形框架宽度是 L＝0.5 m，电阻忽略不计，其所在平面与水平面 成θ＝37°角，磁感应强度B＝0.8 T的匀强磁场方 向垂直于导体框平面，一根质量为m＝0.2 kg、有效电阻R＝2 Ω的导体棒MN垂直跨放在U形框架上，该导体棒与框架间的动摩擦因数μ＝0.5，导体棒由静止开始沿框架下滑到刚开始匀速运动时，通过导体棒横截面的电荷量为Q＝2 C.(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)求： 图3 (1)导体棒匀速运动的速度大小； 解析　导体棒受力分析如图，匀速下滑时有 平行斜面方向：mgsin θ－f－F＝0 垂直斜面方向：N－mgcos θ＝0 其中f＝μN 安培力F＝BIL 感应电动势E＝BLv 由以上各式得v＝5 m/s 答案　5 m/s (2)导体棒从静止开始下滑到刚开始匀速运动，这一过程中