（人教版教科版通用）高二物理 电磁感应中的能量转化与守恒.pptVIP

电磁感应中的能量转化与守恒

高二物理物理

问题情景abv0RB在匀强磁场中，足够长的光滑导轨，宽度为L；金属棒ab，阻值为r，初速v0；定值电阻R，其余部分电阻不计。电磁感应现象产生电能问题：哪种能量转化为电能？

问题情景abv0RB在匀强磁场中，足够长的光滑导轨，宽度为L；金属棒ab，阻值为r，初速v0；定值电阻R，其余部分电阻不计。机械能电能问题：怎么实现的能量转化？定量关系？

温故知新做功能量变化功是能量转化的量度重力做功重力势能变化?合外力做功动能变化?…

功是能量转化的量度abv0RB在匀强磁场中，足够长的光滑导轨，宽度为L；金属棒ab，阻值为r，初速v0；定值电阻R，其余部分电阻不计。机械能电能问题：什么力做功来量度？猜想：安培力做功

理论探究abv0RB在匀强磁场中，足够长的光滑导轨，宽度为L；金属棒ab，阻值为r，初速v0；定值电阻R，其余部分电阻不计。验证：W克安=ΔE电思路W克安表达式ΔE电表达式困难非恒定微元法电功（电路意识）

理论探究abvRB当金属棒的速度为任意值v时，取一段极短的时间Δt克服安培力做功ΔW克安=+BiL(vΔt)产生的电能ΔE电=ΔW电ΔW电=+EiΔt=+BLviΔt因此，在任意一个微元内都满足ΔW克安=ΔE电微元求和后，可得W克安=ΔE电

宏微结合求根溯源abvRB其它能转化为电能非静电力做功问题：这里的非静电力是哪个力？其做功特点？

宏微结合求根溯源a-b+vRB金属棒内部的自由电子“随棒”有向右的速度vv因v而使该自由电子受到洛伦兹力f1=evB(b→a)f1u稳定时，自由电子有沿棒方向速u(b→a)因u而使该自由电子受到洛伦兹力f2=euB(向左)f2问题：这两个洛伦兹的分力做功关系？在f1的作用下，把自由电子从电源正极“搬回”负极，f1是电源内部的非静电力。

宏微结合求根溯源abvRBvuf1=evBf2=euBfv合方法一：根据几何关系，可以证明，洛伦兹力的合力f和自由电子的合速度v合方向垂直，洛伦兹做的总功为零所以，W1=-W2

宏微结合求根溯源abvRBvu方法二：在Δt时间内，分力f1做功为W1=+f1(uΔt)=+evB(uΔt)f1f2在Δt时间内，分力f2做功为W2=-f2(vΔt)=-euB(vΔt)所以，W1=-W2

宏微结合求根溯源abvRBvuf1f2杆内大量自由电子的水平分洛伦兹力f2的总和宏观上表现为安培力杆内大量自由电子沿棒方向分洛伦兹力f1的总和宏观上表现为电源内部总的非静电力克服安培力做的功=非静电力做的功消耗机械能产生电能

宏微结合求根溯源abvRBvuf1f2克服安培力做的功=非静电力做的功消耗机械能产生电能W克安=ΔE电

典型情景举例例题1：电阻为R的矩形导线框abcd,边长ab=L,ad=h,质量为m,自某一高度自由落体,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。若线框恰好以恒定速度通过磁场，求线框内产生的焦耳热等于多少？(不考虑空气阻力)Lhhabcd审题：恒定速度通过

典型情景举例Lhhabcd①②③④①→②：只受重力；自由落体②→③：受重力、安培力；匀速③→④：受重力、安培力；匀速

典型情景举例Lhhabcd①②③④方法一：动能定理②→④过程：WG-W克安=ΔEKW克安=ΔE电=Q总所以，Q总=WG=2mgh

典型情景举例Lhhabcd①②③④方法二：能量转化与守恒②→④过程：ΔEp减=ΔEK+Q总所以，Q总=2mgh

典型情景举例Lhhabcd①②③④拓展：求穿过磁场区域过程中，电热功率是多少？求电热功率的一般思路：直接求解P热=I2R若P热恒定P热=Q总/t间接求解Q总=W克安→P热=P克安

典型情景举例Lhhabcd①②③④求解穿过磁场过程中的电流I匀速→平衡状态（合外力为零）F安=mgF安=BIL其中得I=mg/BL利用P热=I2R即可求解

典型情景举例Lhhabcd①②③④求解穿过磁场的速度v匀速→平衡状态（合外力为零）F安=mgE=BLvI=E/RF安=BIL其中?

典型情景举例Lhhabcd①②③④?联立解得通过磁场的时间t=2h/v利用P热=Q总/t即可求解

典型情景举例Lhhabcd①②③④?知道了F安和可以利用P热=P克安=F安v

例题2：如图所示，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