67_第4讲　电磁感应中的动力学和能量问题ppt课件

1、栏目索引第4讲电磁感应中的动力学和能量问题栏目索引知识梳理知识梳理知识梳理一、电磁感应中的动力学问题一、电磁感应中的动力学问题1.安培力的大小安培力的大小感应电动势感应电动势:E=Blv;感应电流感应电流:I=;安培力安培力:F=BIl=。ERr2 2B l vRr栏目索引知识梳理2.安培力的方向安培力的方向(1)先用右手定那么或楞次定律先用右手定那么或楞次定律确定感应电流方向确定感应电流方向,再用再用左手定那么左手定那么确定安培力方向。确定安培力方向。(2)根据楞次定律根据楞次定律,安培力方向一定和导体切割磁感线运动方向安培力方向一定和导体切割磁感线运动方向相反相反。3.电磁感应与动力学、运

2、动学结合的动态分析方法电磁感应与动力学、运动学结合的动态分析方法:导体受力运动导体受力运动产生感应电动势产生感应电动势感应电流感应电流通电导体受安培力通电导体受安培力合外力变化合外力变化加速度变化加速度变化速度变化速度变化感应电动势变化感应电动势变化周而复始地循环周而复始地循环,直至到达稳定形状。直至到达稳定形状。栏目索引知识梳理二、电磁感应中的能量问题二、电磁感应中的能量问题1.电磁感应过程本质是不同方式的能量转化的过程。电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定遭到安培力作用,因此要维持感应电流的存在,必需有“外力抑制安培力做功。此过程中,其他方式的能转化为电能。安培力做功的过程是电能转化为

3、其他方式的能的过程,安培力做多少功,就有多少电能转化为其他方式的能。栏目索引知识梳理2.求解电能的主要思绪求解电能的主要思绪(1)利用抑制安培力做功求解利用抑制安培力做功求解:电磁感应中产生的电能等于抑制安培电磁感应中产生的电能等于抑制安培力力所做的功所做的功;(2)利用能量守恒求解利用能量守恒求解:其他方式的能的减少量等于产生的电能其他方式的能的减少量等于产生的电能;(3)利用电路特征来求解利用电路特征来求解:经过电路中所产生的电能来计算。经过电路中所产生的电能来计算。栏目索引知识梳理3.处理电磁感应景象中的能量问题的普通步骤处理电磁感应景象中的能量问题的普通步骤(1)确定等效电源。确定等效

4、电源。(2)分析清楚有哪些力做功分析清楚有哪些力做功,就可以知道有哪些方式的能量发生了相就可以知道有哪些方式的能量发生了相互互转化。转化。(3)根据能量守恒列方程求解。根据能量守恒列方程求解。栏目索引知识梳理1.如下图,MN和PQ是两根相互平行竖直放置的光滑金属导轨,知导轨足够长,且电阻不计。有一垂直导轨平面向里的匀强磁场,磁感应强度为B,宽度为L,ab是一根不但与导轨垂直而且一直与导轨接触良好的金属杆。开场,将开关S断开,让ab由静止开场自在下落,过段时间后,再将S闭合,假设从S闭合开场计时,栏目索引知识梳理答案答案B设闭合设闭合S时时,ab的速度为的速度为v,那么那么E=BLv,I=,F安

5、安=BIL=,假设假设F安安=mg,那么选项那么选项A能够。能够。假设假设F安安=mg,那么选项那么选项D能够。能够。ERBLvR22B L vR22B L vR22B L vR22B L vmR22B L vR那么金属杆ab的速度v随时间t变化的图像不能够是()B栏目索引知识梳理2.(多项选择)如下图,程度固定放置的足够长的U形金属导轨处于竖直向上的匀强磁场中,在导轨上放着金属棒ab,开场时ab棒以程度初速度v0向右运动,最后静止在导轨上,就导轨光滑和导轨粗糙的两种情况相比较,这个过程()A.安培力对ab棒所做的功不相等B.电流所做的功相等C.产生的总热量相等D.经过ab棒的电荷量相等AC栏

6、目索引知识梳理答案答案AC光滑导轨无摩擦力光滑导轨无摩擦力,导轨粗糙时有摩擦力导轨粗糙时有摩擦力,动能最终都全部动能最终都全部转化为内能转化为内能,所以产生的总热量相等所以产生的总热量相等,C正确正确;对光滑的导轨有对光滑的导轨有m=Q安安,对粗糙的导轨有对粗糙的导轨有m=Q安安+Q摩摩,Q安安Q安安,那么那么A正确正确,B错误错误;q=It=,分析知分析知x光光x粗粗,所以所以q光光q粗粗,D错误。错误。1220v1220vBlvtRBlxR栏目索引深化拓展深化拓展深化拓展考点一电磁感应中动力学问题分析考点一电磁感应中动力学问题分析考点二电磁感应中的功能关系考点二电磁感应中的功能关系考点三电

7、磁感应中的考点三电磁感应中的“杆杆+ +导轨模型导轨模型栏目索引深化拓展深化拓展深化拓展考点一电磁感应中动力学问题分析考点一电磁感应中动力学问题分析1.运动过程的分析运动过程的分析栏目索引深化拓展2.两大研讨对象及其相互制约关系两大研讨对象及其相互制约关系栏目索引深化拓展1-1如下图,在倾角为30的斜面上,固定一宽度为L=0.25m的足够长平行金属光滑导轨,在导轨上端接入电源和滑动变阻器。电源电动势为E=3.0V,内阻为r=1.0。一质量m=20g的金属棒ab与两导轨垂直并接触良好。整个安装处于垂直于斜面向上的匀强磁场中,磁感应强度为B=0.80T。导轨与金属棒的电阻不计,取g=10m/s2。

8、栏目索引深化拓展(1)如要坚持金属棒在导轨上静止,滑动变阻器接入到电路中的阻值是多少;(2)假设拿走电源,直接用导线接在两导轨上端,滑动变阻器阻值不变化,求金属棒所能到达的最大速度值;(3)在第(2)问中金属棒到达最大速度前,某时辰的速度为10m/s,求此时金属棒的加速度大小。答案答案(1)5(2)12.5m/s(3)1m/s2解析解析(1)由于金属棒静止在金属导轨上由于金属棒静止在金属导轨上,那么其受力平衡那么其受力平衡,对金属棒对金属棒受受力分析如下图力分析如下图栏目索引深化拓展安培力F安=BIL=mgsin30=0.1N得I=0.5A设变阻器接入电路中的阻值为R,根据闭合电路欧姆定律E=

9、I(R+r)那么R=-r=5(2)金属棒到达最大速度时,将匀速下滑,此时安培力大小、回路中电流FBL安EI栏目索引深化拓展大小应与上面情况一样,即金属棒产生的电动势E=IR=2.5V由E=BLv得v=12.5m/s(3)金属棒速度为10m/s时,产生的电动势E=BLv=2V电流为I=0.4A金属棒遭到的安培力为F安=BIL=0.08N金属棒的加速度大小为a=1m/s2EBLERsin30mgFm安栏目索引深化拓展1-2如下图,程度地面上方有一高度为H,上、下程度界面分别为PQ、MN的匀强磁场,磁感应强度为B。矩形导线框ab边长为l1,bc边长为l2,导线框的质量为m,电阻为R。磁场方向垂直于线

10、框平面向里,磁场高度Hl2。线框从某高处由静止落下,当线框的cd边刚进入磁场时,线框的加速度方向向下、大小为;当线框的cd边刚分开磁场时,线框的加速度方向向上、大小为。在运动过程中,线框平面位于竖直平面内,上、下两边总平行于PQ。空气阻力不计,重力加速度为g。求:(1)线框的cd边刚进入磁场时,经过线框导线中的电流;(2)线框的ab边刚进入磁场时线框的速度大小;(3)线框abcd从全部在磁场中开场到全部穿出磁场的过程中,经过线框35g5g栏目索引深化拓展导线横截面的电荷量。答案答案(1)(2)(3)125mgBl2 2115B l2224 4123650()R m gB l g Hl1 2Bl

11、 lR栏目索引深化拓展解析解析(1)设线框的设线框的cd边刚进入磁场时线框导线中的电流为边刚进入磁场时线框导线中的电流为I1,根据牛顿根据牛顿第二定律有第二定律有mg-BI1l1=I1=(2)设线框设线框ab边刚进入磁场时线框的速度大小为边刚进入磁场时线框的速度大小为v1,线框的线框的cd边刚分开磁边刚分开磁场时速度大小为场时速度大小为v2,线框的线框的cd边刚分开磁场时线框导线中的电流为边刚分开磁场时线框导线中的电流为I2。根据题意根据题意,由牛顿第二定律有由牛顿第二定律有BI2l1-mg=I2=I2=35mg125mgBl5mg165mgBl1 2Bl vR栏目索引深化拓展v2=-=2g(

12、H-l2)v1=v1=(3)设线框abcd穿出磁场的过程中所用时间为t,平均感应电动势为E,通过导线的平均电流为I,经过导线某一横截面的电荷量为q,那么E=I=q=It= 2 2165RmgB l22v21v2222 ()vg Hl2 2115B l2224 4123650()R m gB l g Hlt1 2Bl ltER1 2Bl lR t1 2Bl lR栏目索引深化拓展考点二电磁感应中的功能关系考点二电磁感应中的功能关系1.安培力做的功是电能和其他方式的能之间相互转安培力做的功是电能和其他方式的能之间相互转化的化的“桥梁桥梁,用框用框图表示如下图表示如下:其他方式能其他方式能E他他电能电

13、能E电电焦耳热焦耳热Q2.安培力做的功是电能与其他方式的能转化的量度(1)安培力做多少正功,就有多少电能转化为其他方式的能;(2)安培力做多少负功,就有多少其他方式的能转化为电能。栏目索引深化拓展3.明确功能关系,确定有哪些方式的能量发生了转化,如摩擦力做功,必有内能产生;有重力做功,重力势能必然发生变化;安培力做负功,必然有其他方式的能转化为电能等。4.根据不同物理情景选择动能定理、能量守恒定律、功能关系列方程求解。栏目索引深化拓展2-1如下图,一对光滑的平行金属导轨固定在同一程度面内,导轨间距l=0.5m,左端接有阻值R=0.3的电阻。一质量m=0.1kg,电阻r=0.1的金属棒MN放置在

14、导轨上,整个安装置于竖直向上的匀强磁场中,磁场的磁感应强度B=0.4T。棒在程度向右的外力作用下,由静止开场以a=2m/s2的加速度做匀加速运动,当棒的位移x=9m时撤去外力,棒继续运动一段间隔后停下来,知撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比Q1 Q2=2 1。导轨足够长且电阻不计,棒在运动过程中一直与导轨垂直且两端与导轨坚持良好接触。求:(1)棒在匀加速运动过程中,经过电阻R的电荷量q;(2)撤去外力后回路中产生的焦耳热Q2;(3)外力做的功WF。栏目索引深化拓展答案答案(1)4.5C(2)1.8J(3)5.4J栏目索引深化拓展解析解析(1)设棒匀加速运动的时间为设棒匀加速运动的时间为t,回路

15、的磁通量变化量为回路的磁通量变化量为,回路回路中的平均感应电动势为中的平均感应电动势为,由法拉第电磁感应定律得由法拉第电磁感应定律得=其中其中=Blx设回路中的平均电流为设回路中的平均电流为,由闭合电路的欧姆定律得由闭合电路的欧姆定律得=那么经过电阻那么经过电阻R的电荷量为的电荷量为q=t联立式联立式,代入数据得代入数据得q=4.5CEEtIIERrIRrBlxRr栏目索引深化拓展(2)设撤去外力时棒的速度为v,对棒的匀加速运动过程,由运动学公式得v2=2ax设棒在撤去外力后的运动过程中安培力做功为W,由动能定理得W=0-mv2撤去外力后回路中产生的焦耳热Q2=-W联立式,代入数据得Q2=1.

16、8J(3)由题意知,撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比Q1 Q2=2 1,可得Q1=3.6J12栏目索引深化拓展在棒运动的整个过程中,由功能关系可知WF=Q1+Q2由式得WF=5.4J栏目索引深化拓展2-22019北京理综,24(1)导体切割磁感线的运动可以从宏观和微观两个角度来认识。如下图,固定于程度面的U形导线框处于竖直向下的匀强磁场中,金属直导线MN在与其垂直的程度恒力F作用下,在导线框上以速度v做匀速运动,速度v与恒力F方向一样;导线MN一直与导线框构成闭合电路。知导线MN电阻为R,其长度L恰好等于平行轨道间距,磁场的磁感应强度为B。忽略摩擦阻力和导线框的电阻。经过公式推导验证:在t时

17、间内,F对导线MN所做的功W等于电路获得的电能W电,也等于导线MN中产生的焦耳热Q。答案见解析答案见解析解析电动势解析电动势E=BLv导线匀速运动导线匀速运动,受力平衡受力平衡F=F安安=BIL栏目索引深化拓展在t时间内,外力F对导线做功W=Fvt=F安vt=BILvt电路获得的电能W电=qE=IEt=BILvt可见,F对导线MN所做的功等于电路获得的电能W电;导线MN中产生的焦耳热Q=I2Rt=ItIR=qE=W电可见,电路获得的电能W电等于导线MN中产生的焦耳热Q。栏目索引深化拓展考点三电磁感应中的考点三电磁感应中的“杆杆+导轨模型导轨模型一、单杆程度式一、单杆程度式匀强磁场与导轨垂直,磁

18、感应强度为B,导轨间距为L,导体棒质量为m,初速度为零,拉力恒为F,水平导轨光滑,除电阻R外,其他电阻不计设运动过程中某时刻棒的速度为v,由牛顿第二定律知棒ab的加速度为a=-,a、v同向,随速度的增加棒的加速度a减小,当a=0时,v最大运动形式匀速直线运动力学特征a=0,v恒定不变电学特征I恒定Fm22B LmRv栏目索引深化拓展3-1如下图,两根相距为d的足够长的、光滑的平行金属导轨位于水平的xOy平面内,左端接有阻值为R的电阻,其他部分的电阻均可忽略不计。在x0的一侧存在方向竖直向下的磁场,磁感应强度大小按B=kx变化(式中k0,且为常数)。质量为m的金属杆与金属导轨垂直架在导轨上,两者

19、接触良好。在x0的某位置,金属杆遭到一瞬时冲量,获得的速度大小为v0,方向沿x轴正方向。求:(1)在金属杆运动过程中,电阻R上产生的总热量;(2)假设从金属杆进入磁场的时辰开场计时,一直有一个方向向左的变力F作用于金属杆上,使金属杆的加速度大小恒为a,方向不断沿x轴负方向。求:栏目索引深化拓展20v1202va2222001() ()2kv tatvat dR答案答案(1)m(2)a.b.F=ma-a.闭合回路中感应电流继续的时间;b.金属杆在磁场中运动过程中,外力F与时间t关系的表达式。栏目索引深化拓展解析解析(1)金属杆向右运动切割磁感线产生感应电流金属杆向右运动切割磁感线产生感应电流,同

20、时金属杆受安同时金属杆受安培力培力,做减速运动做减速运动,直到停下。在此过程中直到停下。在此过程中,金属杆的动能转化为电能再金属杆的动能转化为电能再转化成电阻转化成电阻R的焦耳热。根据能量转化与守恒的焦耳热。根据能量转化与守恒,电阻电阻R上产生的热量上产生的热量Q=m(2)a.金属杆在磁场中做切割磁感线运动金属杆在磁场中做切割磁感线运动,产生感应电流产生感应电流,金属杆受安培金属杆受安培力和变力力和变力F的作用做匀变速直线运动的作用做匀变速直线运动,加速度为加速度为a,方向向左方向向左(沿沿-x方向方向)。它先向右运动它先向右运动,速度由速度由v0减到减到0;然后向左运动然后向左运动,速度再由

21、速度再由0增大到增大到v0,金属金属杆回到杆回到x=0处处,之后金属杆分开磁场。金属杆向右或向左运动时之后金属杆分开磁场。金属杆向右或向左运动时,都切割都切割磁感线磁感线,回路中都有感应电流。回路中都有感应电流。感应电流继续的时间为感应电流继续的时间为T=1220v02va栏目索引深化拓展b.设金属杆的速度和它的坐标分别为v和x,由运动学公式有v=v0-atx=v0t-at2金属杆切割磁感线产生感应电动势E=BLv=k(v0t-at2)(v0-at)d由于在x0区域不存在磁场,故只需在时间tT=范围内,上述关系式才成立。由欧姆定律可得回路中的电流为I=金属杆所受的安培力为121202va200

22、1()()2k v tatvat dR栏目索引深化拓展F安=IBd=(向左为正方向)金属杆受安培力和变力F做匀变速运动,以向左方向为正方向,由牛顿第二定律有F+F安=ma可得F=ma-2222001() ()2kv tatvat dR2222001() ()2kv tatvat dR栏目索引深化拓展二、单杆倾斜式二、单杆倾斜式栏目索引深化拓展2-2(2019北京海淀一模北京海淀一模,22,18分分)如下图如下图,在匀强磁场中倾斜放置的在匀强磁场中倾斜放置的两根平行光滑的金属导轨两根平行光滑的金属导轨,它们所构成的导轨平面与程度面成它们所构成的导轨平面与程度面成=30角角,平行导轨间距平行导轨间

23、距L=1.0m。匀强磁场方向垂直于导轨平面向下。匀强磁场方向垂直于导轨平面向下,磁感应强磁感应强度度B=0.20T。两根金属杆。两根金属杆ab和和cd可以在导轨上无摩擦地滑动。两金属可以在导轨上无摩擦地滑动。两金属杆的质量均为杆的质量均为m=0.20kg,电阻均为电阻均为R=0.20。假设用与导轨平行的拉力。假设用与导轨平行的拉力作用在金属杆作用在金属杆ab上上,使使ab杆沿导轨匀速上滑并使杆沿导轨匀速上滑并使cd杆在导轨上坚持静杆在导轨上坚持静止止,整个过程中两金属杆均与导轨垂直且接触良好。金属导轨的电阻可整个过程中两金属杆均与导轨垂直且接触良好。金属导轨的电阻可忽略不计忽略不计,取重力加速

24、度取重力加速度g=10m/s2。求。求:栏目索引深化拓展(1)cd杆受安培力F安的大小;(2)经过金属杆的感应电流I;(3)作用在金属杆ab上拉力的功率P。答案答案(1)1.0N(2)5.0A(3)20W解析解析(1)金属杆金属杆cd静止在金属导轨上静止在金属导轨上,所受所受安培力方向与导轨平面平安培力方向与导轨平面平行向上行向上那么那么F安安=mgsin30解得解得:F安安=1.0N(2)F安安=BIL解得解得:I=5.0A栏目索引深化拓展(3)金属杆ab所受安培力方向与导轨平面平行向下,金属杆ab在拉力F、安培力F安(F安=F安)和重力mg作用下匀速上滑那么F=BIL+mgsin30根据电

25、磁感应定律,金属杆ab上产生的感应电动势为E感=BLv根据闭合电路欧姆定律得,经过金属杆ab的电流I=根据功率公式:P=Fv解得:P=20W2ER感栏目索引深化拓展3-3如下图如下图,两根金属平行导轨两根金属平行导轨MN和和PQ放在程度面上放在程度面上,左端向上弯左端向上弯曲且光滑曲且光滑,导轨间距为导轨间距为L,电阻不计。程度段导轨所处空间有两个有界匀电阻不计。程度段导轨所处空间有两个有界匀强磁场强磁场,相距一段间隔不重叠相距一段间隔不重叠,磁场磁场左边境在程度段导轨的最左端左边境在程度段导轨的最左端,磁磁感应强度大小为感应强度大小为B,方向竖直向上方向竖直向上;磁场磁场的磁感应强度大小为的

26、磁感应强度大小为2B,方向方向竖直向下。质量均为竖直向下。质量均为m、电阻均为、电阻均为R的金属棒的金属棒a和和b垂直导轨放置在其垂直导轨放置在其上上,金属棒金属棒b置于磁场置于磁场的右边境的右边境CD处。现将金属棒处。现将金属棒a从弯曲导轨上某从弯曲导轨上某一高处由静止释放一高处由静止释放,使其沿导轨运动。设两金属棒运动过程中一直与导使其沿导轨运动。设两金属棒运动过程中一直与导轨垂直且接触良好。轨垂直且接触良好。(1)假设程度段导轨粗糙假设程度段导轨粗糙,两金属棒与程度段导轨间的最大静摩擦力均为两金属棒与程度段导轨间的最大静摩擦力均为mg,将金属棒将金属棒a从距程度面高度从距程度面高度h处由

27、静止释放。求处由静止释放。求:金属棒金属棒a刚进入磁场刚进入磁场时时,经过金属棒经过金属棒b的电流大小的电流大小;15三、三、“双杆双杆+轨道式轨道式栏目索引深化拓展假设金属棒a在磁场内运动过程中,金属棒b能在导轨上坚持静止,通过计算分析金属棒a释放时的高度h应满足的条件;(2)假设程度段导轨是光滑的,将金属棒a仍从高度h处由静止释放,使其进入磁场。设两磁场区域足够大,求金属棒a在磁场内运动过程中,金属棒b中能够产生焦耳热的最大值。答案答案(1)h(2)mgh22BLghR224450gm RB L110栏目索引深化拓展解析解析(1)金属棒在弯曲光滑导轨上运动的过程中金属棒在弯曲光滑导轨上运动

28、的过程中,机械能守恒机械能守恒,设其设其刚进入磁场刚进入磁场时速度为时速度为v0,产生的感应电动势为产生的感应电动势为E,电路中的电流为电路中的电流为I。由机械能守恒由机械能守恒mgh=m,解得解得v0=感应电动势感应电动势E=BLv0,那么那么I=解得解得:I=对金属棒对金属棒b:所受安培力所受安培力F=2BIL又因又因I=金属棒金属棒b坚持静止的条件为坚持静止的条件为Fmg解得解得h1220v2gh2ER22BLghR22BLghR15224450gm RB L栏目索引深化拓展(2)金属棒a在磁场中向右做减速运动,感应电动势逐渐减小,金属棒b在磁场中向左做加速运动,感应电动势逐渐添加,当两

29、者相等时,回路中感应电流为0,以后金属棒a、b都做匀速运动。设金属棒a、b最终的速度大小分别为v1、v2,整个过程中安培力对金属棒a、b的冲量大小分别为Ia、Ib。由BLv1=2BLv2,解得v1=2v2设向右为正方向:对金属棒a,由动量定理有-Ia=mv1-mv0栏目索引深化拓展对金属棒b,由动量定理有-Ib=-mv2-0由于金属棒a、b在运动过程中电流一直相等,那么金属棒b遭到的安培力一直为金属棒a遭到安培力的2倍,因此有两金属棒遭到的冲量的大小关系为Ib=2Ia解得v1=v0,v2=v0根据能量守恒,回路中产生的焦耳热Q=m-m(v0)2+m(v0)2=m=mghQb=Q=mgh4525

30、1220v1225124511020v1512110栏目索引深化拓展考点四电磁感应问题中考点四电磁感应问题中“动力学和动力学和“动量、能量观念动量、能量观念的综合运用的综合运用4-1(2019北京理综北京理综,24,20分分)发电机和电动机具有安装上的类发电机和电动机具有安装上的类似性似性,源源于它们机理上的类似性。直流发电机和直流电动机的任务原于它们机理上的类似性。直流发电机和直流电动机的任务原理可以简理可以简化为如图化为如图1、图、图2所示的情景。所示的情景。栏目索引深化拓展在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中,两根光滑平行金属轨道MN、PQ固定在程度面内,相距为L,电阻不计。电阻为R的

31、金属导体棒ab垂直于MN、PQ放在轨道上,与轨道接触良好,以速度v(v平行于MN)向右做匀速运动。图1轨道端点M、P间接有阻值为r的电阻,导体棒ab遭到程度向右的外力作用。图2轨道端点M、P间接有直流电源,导体棒ab经过滑轮匀速提升重物,电路中的电流为I。(1)求在t时间内,图1“发电机产生的电能和图2“电动机输出的机械能。(2)从微观角度看,导体棒ab中的自在电荷所受洛伦兹力在上述能量转化中起着重要作用。为了方便,可以为导体棒中的自在电荷为正电荷。栏目索引深化拓展a.请在图3(图1的导体棒ab)、图4(图2的导体棒ab)中,分别画出自在电荷所受洛伦兹力的表示图。b.我们知道,洛伦兹力对运动电

32、荷不做功。那么,导体棒ab中的自在电荷所受洛伦兹力是如何在能量转化过程中起到作用的呢?请以图2“电动机为例,经过计算分析阐明。栏目索引深化拓展答案见解析答案见解析解析此题调查发电机和电动机的机理分析、洛伦兹力的方向及其解析此题调查发电机和电动机的机理分析、洛伦兹力的方向及其在能量转化中的作用。在能量转化中的作用。(1)图图1中中,电路中的电流电路中的电流I1=棒棒ab遭到的安培力遭到的安培力F1=BI1L在在t时间内时间内,“发电机产生的电能等于棒发电机产生的电能等于棒ab抑制安培力做的功抑制安培力做的功E电电=F1vt=图图2中中,棒棒ab遭到的安培力遭到的安培力F2=BIL在在t时间内时间

33、内,“电动机输出的机械能等于安培力对棒电动机输出的机械能等于安培力对棒ab做的功做的功E机机=F2vt=BILvtBLvRr222B L vtRr栏目索引深化拓展(2)a.如图甲、图乙所示。b.设自在电荷的电荷量为q,沿导体棒定向挪动的速率为u。如图乙所示,沿棒方向的洛伦兹力f1=qvB,做负功W1=-f1ut=-qvBut栏目索引深化拓展垂直棒方向的洛伦兹力f2=quB,做正功W2=f2vt=quBvt所以W1=-W2,即导体棒中一个自在电荷所受的洛伦兹力做功为零。f1做负功,妨碍自在电荷的定向挪动,宏观上表现为“反电动势,耗费电源的电能;f2做正功,宏观上表现为安培力做正功,使机械能添加。大量自在电荷所受洛伦兹力做功的宏观表现是将电能转化为等量的机械能,在此过程中洛伦兹力经过两个分力做功起到“传送能量的作用。栏目索引深化拓展4-2如下图,在磁感应强度为B的程度匀强磁场中,有一竖直放置的光滑的平行金属导轨,导轨平面与磁场垂直,导轨间距为L,顶端接有阻值为R的电阻。将一根金属棒从导轨上的M处以速度v0竖直向上抛出,