20xx教科版高中物理選修3-2第1章第5節(jié)電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒(已修改)
2024-12-24 03:13 本頁面
【正文】 學(xué)案 7 電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒 [目標(biāo)定位 ] ，楞次定律的實(shí)質(zhì)就是能量守恒在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的具體表現(xiàn) . .握電磁感應(yīng)中動(dòng)力學(xué)問題的分析方法． 一、電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題 1．電磁感應(yīng)中產(chǎn)生的感應(yīng)電流在磁場中將受到安培力作用，所以電磁感應(yīng)問題往往與力學(xué)問題聯(lián)系在一起，處理此類問題的基本方法是： (1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求感應(yīng)電動(dòng)勢的大小和方向． (2)求回路中的電流強(qiáng)度的大小和方向． (3)分析研究導(dǎo)體受力情況 (包括安培力 )． (4)列動(dòng)力學(xué)方程或平衡方程求解． 2．電磁感應(yīng)現(xiàn)象中涉及的具有收尾速度的力學(xué)問題，關(guān)鍵要抓好受力情況和運(yùn)動(dòng)情況的動(dòng)態(tài)分析． 周而復(fù)始地循環(huán)，加速度等于零時(shí)，導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)． 3．兩種狀態(tài)處理 導(dǎo)體勻速運(yùn)動(dòng)，應(yīng)根據(jù)平衡條件列式分析；導(dǎo)體做勻速直線運(yùn)動(dòng)之前，往往做變加速運(yùn)動(dòng)，處于非平衡狀態(tài)，應(yīng)根據(jù)牛頓第二定律或結(jié)合功能關(guān)系分析． 二、電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒 [問題設(shè)計(jì) ] 為什么說楞次定律是能量守恒定律在電磁感應(yīng)中的具體表現(xiàn)？ 答案 楞次定律表明，感應(yīng)電流的效 果總是阻礙引起感應(yīng)電流的原因．正是由于 “ 阻礙 ” 作用的存在，電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生電能的同時(shí)必然伴隨著其他形式能量的減少，可見，楞次定律是能量轉(zhuǎn)化和守恒定律的必然結(jié)果． [要點(diǎn)提煉 ] 1．電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化特點(diǎn) 外力克服安培力做功，把機(jī)械能或其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能；感應(yīng)電流通過電路做功又把電能轉(zhuǎn)化成其他形式的能 (如內(nèi)能 )．這一功能轉(zhuǎn)化途徑可表示為： 其他形式的能 ―― →外力克服安培力做功 電能 ―― →電流做功 錯(cuò)誤 ! 2．求解電磁感應(yīng)現(xiàn)象中能量守恒問題的一般思路 (1)分析回路，分清電源和外電路． (2)分析清楚有哪些力做功，明確有哪些形式的能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化．如： ① 有摩擦力做功，必有內(nèi)能產(chǎn)生； ② 有重力做功，重力勢能必然發(fā)生變化； ③ 克服安培力做功，必然有其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，并且克服安培力做多少功，就產(chǎn)生多少電能． (3)列有關(guān)能量的關(guān)系式． 3．焦耳熱的計(jì)算技巧 (1)感應(yīng)電路中電流恒定，焦耳熱 Q＝ I2Rt. (2)感應(yīng)電路中電流變化，可 用以下方法分析： ① 利用功能關(guān)系，產(chǎn)生的焦耳熱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 可由動(dòng)能定理求得． ② 利用能量守恒，即感應(yīng)電流產(chǎn)生的焦耳熱等于其他形式能量的減少，即 Q＝ Δ E 其他． 一、電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題 例 1 如圖 1 甲所示，兩根足夠長的直金屬導(dǎo)軌 MN、 PQ 平行放置在傾角為 θ 的絕緣斜面上，兩導(dǎo)軌間距為 L， M、 P兩點(diǎn)間接有阻值為 R的電阻．一根質(zhì)量為 m的均勻直金屬桿 ab 放在兩導(dǎo)軌上，并與導(dǎo)軌垂直．整套裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于斜面向下．導(dǎo)軌和 ab 桿的電阻可 忽略，讓 ab桿沿導(dǎo)軌由靜止開始下滑，導(dǎo)軌和 ab桿接觸良好，不計(jì)它們之間的摩擦，已知重力加速度為 g. 圖 1 (1)由 b 向 a 方向看到的裝置如圖乙所示，請?jiān)诖藞D中畫出 ab 桿下滑過程中某時(shí)刻的受力示意圖． (2)在加速下滑過程中，當(dāng) ab 桿的速度大小為 v 時(shí)，求此時(shí) ab桿中的電流及其加速度的大?。? (3)求在下滑過程中， ab桿可以達(dá)到的速度最大值． 解析 (1)如圖所示， ab 桿受力分析：重力 mg，豎直向下；支持力 N，垂直于斜面向上；安培力F 安 ，沿斜面向上． (2)當(dāng) ab 桿速度大小為 v時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢 E＝ BLv，此 時(shí) 電路中電流 I＝ ER＝ BLvR ab 桿受到的安培力 F 安 ＝ BIL＝ B2L2vR 根據(jù)牛頓第二定律，有 ma＝ mgsin θ － F 安 ＝ mgsin θ － B2L2vR a＝ gsin θ － B2L2vmR . (3)當(dāng) a＝ 0時(shí)， ab 桿有最大速度為 vm＝ mgRsin θB2L2 . 答案 (1)見解析圖 (2)BLvR gsin θ － B2L2vmR (3)mgRsin θB2L2 例 2 如圖 2所示， MN和 PQ 是兩根互相平行豎直放置的光滑金屬導(dǎo)軌，已知導(dǎo)軌足夠長，且電阻不計(jì)． ab 是一根與導(dǎo)軌垂直而且始終與導(dǎo)軌接觸良好的金屬桿，開始時(shí)
教學(xué)課件相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1