1.5 电磁感应中的能量转化与守恒.ppt

5 电磁感应中的能量转 化与守恒 ●课标解读 1．理解法拉第电磁感应定律和楞次定律的深层含义，并会灵活应用解决问题． 2．了解反电动势，知道反电动势是能量守恒的结果． 3．通过应用电磁感应规律，会联系科技实例进行分析． ●教学地位 本节知识是高考命题的热点和难点，常以选择题或计算题的形式出现，试题难度中等偏上. ●新课导入建议 在电磁感应现象中，因感应电流的产生，总会出现因电流做功引起能量的转化，那么电磁感应现象中，能量是如何转化的呢？能量转化过程中满足什么规律呢？这就是今天要学习的内容． 1.基本知识 (1)电磁感应中的能量转化 ①如图1－5－1所示，处在匀强磁场中的水平导轨上有一根与导轨接触良好的可自由滑动的直导线ab在外力F作用下向右做匀速直线运动． ②能量转化：在上述过程中，产生的电能是通过外力F克服 做功转化而来的．而这些电能又通过_________做功，转化为其他形式的能量． (2)电磁感应中的能量守恒 能量守恒是自然界的一条普遍规律，在电磁感应现象中也不例外，在电磁感应中，外力做了多少功，就有________ 产生． 2．思考判断 (1)在电磁感应现象中，安培力做正功，把其他形式的能转化为电能．( ) (2)电磁感应现象一定伴随着能量的转化，克服安培力做功的大小与电路中产生的电能相对应．( ) (3)楞次定律中的“阻碍”，恰好说明了在电磁感应现象中能量是守恒的．( ) 3．探究交流 从能量转化的角度分析，电磁感应现象的本质是什么？ 【提示】　 从能量转化的角度来看，电磁感应现象的本质是通过克服安培力做功，把其他形式的能转化为电能的过程，把握好能量守恒的观点，是解决电磁感应问题的基本方法. 【问题导思】　 1．电磁感应中的能量是通过什么途径实现转化的？ 2．发生电磁感应现象时，为什么说能量是守恒的？ 1．电磁感应中的能量守恒 (1)由磁场变化引起的电磁感应现象中，磁场能转化为电能，若电路是纯电阻电路，转化过来的电能将全部转化为电阻的内能． (2)由相对运动引起的电磁感应现象中，通过克服安培力做功，把机械能或其他形式的能转化为电能．克服安培力做多少功，就产生多少电能．若电路是纯电阻电路，转化过来的电能也将全部转化为电阻的内能． 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． 在电磁感应现象中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势，该导体或回路就相当于电源，其余部分相当于外电路． (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： (3)根据能量守恒列方程求解． 3．电能的三种求解思路 (1)利用克服安培力做功求解：电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功． (2)利用能量守恒求解：相应的其他能量的减少量等于产生的电能． (3)利用电路特征求解：通过电路中所消耗的电能来计算． 如图1－5－2所示，质量m1＝0.1 kg，电阻R1＝0.3 Ω，长度l＝0.4 m的导体棒ab横放在U型金属框架上．框架质量m2＝0.2 kg，放在绝缘水平面上，与水平面间的动摩擦因数μ＝0.2，相距0.4 m的MM′、NN′相互平行，电阻不计且足够长．电阻R2＝0.1 Ω的MN垂直于MM′.整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B＝0.5 T．垂直于ab施加F＝2 N的水平恒力，ab从静止开始无摩擦地运动，始终与MM′、NN′保持良好接触，当ab运动到某处时，框架开始运动．设框架与水平面间最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10 m/s2. 图1－5－2 (1)求框架开始运动时ab速度v的大小； (2)从ab开始运动到框架开始运动的过程中，MN上产生的热量Q＝0.1 J，求该过程ab位移x的大小． 【审题指导】　 解答本题时可按以下思路分析： (1)法拉第电磁感应定律→感应电动势→感应电流→安培力→开始运动→列平衡方程→v. (2)能量守恒定律→焦耳热→位移x. 【答案】　 (1)6 m/s　 (2)1.1 m额 1．如图1－5－3所示，固定于水平绝缘面上的平行金属导轨不光滑，垂直于导轨平面有一匀强磁场，质量为m的金属棒cd垂直放在导轨上，除R和cd棒的电阻r外，其余电阻不计．现用水平恒力F作用于cd棒，使cd棒由静止开始向右滑动的过程中，下列说法正确的是(　 　 ) A．水平恒力F对cd棒做的功等于电路中产生的电能 B．只有在cd棒做匀速运动时，F对cd棒做的功才等于电路中产生的电能 C．无论cd棒做何种运动，它克服磁场力做的功一定等于电路中产生的电能 D．R两端的电压始终等于cd棒上感应电动势的值 【解析】　 F作用于棒上使棒由静止开始做切割磁感线