电磁感应中的能量问题.ppt

1、电磁感应中的能量问题,其它形式能,电能,其它形式能,安培力做功是其它形式能量和电能转化的原因和量度,克服安培力做多少功,就有多少其它形式能量转化为电能,安培力做多少正功,就有多少电能转化为其它形式能量,合功是动能变化的原因和量度,保守力做功是相应势能变化的原因和量度,除重力以外其它力做功是机械能变化的原因和量度,一对滑动摩擦力做功是系统摩擦生热内能增加的原因和量度,高中物理功和能的关系总结,1. 如图所示，在一个光滑金属框架上垂直放置一根长l=0.4m 的金属棒ab，其电阻r=0.1框架左端的电阻R=0.4垂直框面的匀强磁场的磁感强度B=0.1T当用外力使棒ab以速度v=5ms右移时， ab棒

2、中 产生的感应电动势E=_ _， 通过ab棒的电流I=_ ab棒两端的电势差Uab=_ ， 在电阻R上消耗的功率PR= _ ， 在ab棒上消耗的发热功率Pr= _ ， 切割运动中产生的电功率P= _ ,0.2V,0.4A,0.16V,0.064W,0.016W,0.08W,2如图所示，电阻为R的矩形线框，长为l ，宽为a，在外力作用下，以速度v向右运动，通过宽度为d，磁感应强度为B的匀强磁场中，在下列两种情况下求外力做的功：(a) l d 时。,解（a）线框进入和穿出时产生感应电动势 E=Bav,进入时做功 W1=E2 t /R=（ Bav）2l /vR= B2a2 l v/R,穿出时做功 W

3、2= W1, W=2B2a2 l v/R,（b）线框进入和穿出时产生感应电动势 E=Bav,进入时做功 W1=E2 t/ R =（ Bav）2d /vR= B2a2 d v/R,穿出时做功 W2= W1, W=2B2a2 d v/R,3. 如图所示，abcd是一闭合的小金属线框，用一根绝缘的细杆挂在固定点O，使金属线框在竖直平面内来回摆动的过程穿过水平方向的匀强磁场区域，磁感线方向跟线框平面垂直，若悬点摩擦和空气阻力不计，则,A.线框进入或离开磁场区域时，都产生感 应电流，而且电流的方向相反 B.线框进入磁场区域后，越靠近OO时线时速度越大，因而产生的感应电流也越大 C.线框开始摆动后，摆角会

4、越来越小，摆 角小到某一值后将不再减小 D.线框摆动过程中，机械能完全转化为线 框电路中的电能,AC,小线框在匀强磁场区域内运动时,由于穿过线框的磁通量没有改变,不会在线框上产生感应电流,也就不会消耗机械能.,4. 如图，一个“ ”形导轨PMNQ的质量为M，水平固定在一个竖直向下的匀强磁场中，导轨上跨放一根质量为m的金属棒ab，导轨的MN边和金属棒ab平行，它们的电阻分别是R和r，导轨的其余部分的电阻不计。若沿着MP方向作用在金属棒上一个水平冲量使ab在很短时间内由静止得到速度v0，设导轨足够长。求在金属棒ab中产生的热量。,解：ab受安培力作用做减速运动，直到停止来， ab棒的动能（机械能）

5、转化为电能，电能又转化成导轨与ab棒产生的焦耳热Q1和Q2,导轨电阻R和金属棒电阻r串联,金属棒ab中产生的热量,5. CDEF是固定的、水平放置的、足够长的U形金属导轨，整个导轨处于竖直向上的匀强磁场中，在导轨上架着一个金属棒ab，在极短的时间给ab棒一个水平向右的速度，ab将开始运动，最后又静止在导轨上，则ab在运动过程中，就导轨是光滑和粗糙两种情况比较 A. 安培力对ab做的功相等B. 电流通过整个回路所做的功相等C. 整个回路产生的总热量相等D. ab棒的速度的改变量相等,CD,解：导轨光滑时，ab受安培力作用做减速运动，直到停止，ab帮克服安培力做功，将 ab棒的动能转化为电能，电能

6、又转化成闭合电路中的焦耳热,导轨粗糙时，ab受安培力和滑动摩擦力作用做减速运动，直到停止， ab棒既克服安培力做功，又克服滑动摩擦力做功，ab棒的动能转化为闭合电路里的焦耳热和金属棒与导轨摩擦生热，即电能转化成整个回路的总热量,6 .电阻为R的矩形导线框abcd，边长ab=1、ad=h，质量为m，自某一高度自由落下，通过一匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，磁场区域的宽度为h，如图所示，若线框恰好以恒定速度通过磁场，线框内产生的内能是多少？,解: 由能量守恒定律,线框通过磁场时减少的重力势能转化为线框的内能,所以,7如图所示，在磁感强度为B的匀强磁场中，有半径为r的光滑半圆形导体框架，OC为一能绕

7、O在框架上滑动的导体棒，OC之间连一个电阻R，导体框架与导体棒的电阻均不计，若要使OC能以角速度匀速转动，则外力做功的功率是,B22 r4R C. B22r42R B22r44R D. B22r48R,C,化学能,电能,内能,外力做功的功率等于等于闭合电路中消耗的电功率,8两根金属导轨平行放置在倾角为=30的斜面上，导轨左端接有电阻R=10，导轨自身电阻忽略不计。匀强磁场垂直于斜面向上，磁感强度B=0.5T。质量为m=0.1kg，电阻可不计的金属棒ab静止释放，沿导轨下滑。如图所示，设导轨足够长，导轨宽度L=2m，金属棒ab下滑过程中始终与导轨接触良好，当金属棒下滑h=3m时，速度恰好达到最大

8、值v=2m/s。求此过程中电阻中产生的热量。,9. 固定的水平光滑金属导轨，间距为L，左端接有阻值为R的电阻，处在方向竖直、磁感应强度为B的匀强磁场中。质量为m的导体棒与固定弹簧相连，放在导轨上，导轨与导体棒的电阻可忽略。初始时刻，弹簧恰处于自然长度，导体棒具有水平向右的初速度v0，在沿导轨往复运动的过程中，导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触。 （1）求初始时刻导体棒受到的安培力 （2）若导体棒从初始时刻到速度第一次为零时，弹簧的弹性势能为Ep，则在这一过程中安培里所做的功W1和电阻R上产生的焦耳热Q1分别是多少？ （3）导体棒最终将静止于何处？导体棒在整个运动过程中，电阻R上产生的焦耳热Q为

9、多少？,由能量转化及平衡条件可判断棒最终静止在初始位置,10电动机牵引一根原来静止的、长L为1m、质量m为0.1kg的导体棒MN上升，导体棒的电阻R为1，架在竖直放置的框架上，它们处于磁感应强度B为1T的匀强磁场中，磁场方向与框架平面垂直。当导体棒上升h=3.8m时，获得稳定的速度，导体棒上产生的热量为2J，电动机牵引棒时，电压表、电流表的读数分别为7V、1A，电动机内阻r为1，不计框架电阻及一切摩擦，求：（1）棒能达到的稳定速度；（2）棒从静止至达到稳定速度所需要的时间。,解：电动机的输出功率,为一定值，棒在拉力作用下，做加速度减小的变加速直线运动，当加速度为零时，达到稳定速度vm,根据能量守恒定律,11. 两金属杆ab和cd长均为 L, 电阻均为R, 质量分别为M和m, Mm. 用两根质量和电阻均可忽略的不可伸长的柔软导线将它们连成闭