高二物理(人教版和教科版)-电磁感应中的能量转化与守恒-学习任务单.docVIP

《电磁感应中的能量转化与守恒》学习任务单

【学习目标】

1.理解动生电磁感应现象中能量转化与守恒基本规律。

2.理解动生电磁感应现象中克服安培力做的功和产生电能的关系。

ab

a

b

R

F

4.能够运用能量转化与守恒思想，解决实际问题。

【课前预习任务】

在匀强磁场中，足够长的光滑导轨，宽度为L；金属棒ab，质量为m，阻值为r，拉力F；定值电阻R，其余部分电阻不计。

结合前面对电磁感应一章的学习，请你提前对下面的要点做初步了解。（上完课后，可以返回来再回顾，看看是否有了不一样的理解）

1.产生和维持感应电流的存在的过程就是其它形式的能量转化为感应电流电能的过程。

导体在达到稳定状态之前，外力移动导体所做的功，一部分消耗于克服安培力做功，转化为产生感应电流的电能或最后在转化为焦耳热，另一部分用于增加导体的动能，即

E

E电

Q

WF–Wf=ΔE

当导体达到稳定状态（作匀速运动时），外力所做的功，完全消耗于克服安培力做功，并转化为感应电流的电能或最后在转化为焦耳热

E

E电

Q

WF=Wf

2.在电磁感应现象中，能量是守恒的。楞次定律与能量守恒定律是相符合的，认真分析电磁感应过程中的能量转化，熟练地应用能量转化与守恒定律是求解叫复杂的电磁感应问题常用的简便方法。

3.安培力做正功和克服安培力做功的区别：电磁感应的过程，同时总伴随着能量的转化和守恒，当外力克服安培力做功时，就有其它形式的能转化为电能；当安培力做正功时，就有电能转化为其它形式的能。

4.在较复杂的电磁感应现象中，经常涉及求解耳热的问题。尤其是变化的安培力，不能直接由Q=I2Rt解，用能量守恒的方法就可以不必追究变力、变电流做功的具体细节，只需弄清能量的转化途径，注意分清有多少种形式的能在相互转化，用能量的转化与守恒定律就可求解，而用能量的转化与守恒观点，只需从全过程考虑，不涉及电流的产生过程，计算简便。这样用守恒定律求解的方法最大特点是省去许多细节，解题简捷、方便。

5.复习回顾电源电动势的概念，重点理解非静电力及其做功和能量转化。

ab

a

b

R

v0

情景引入：

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。

问题：此过程中的能量转化情况是？

问题：怎么实现的能量转化？具体的定量关系？

温故知新：功是能量转化的量度。

例如：

提出猜想：在今天学习的这个情景中，什么力做功可以用来量度机械能和电能之间的转化？

理论探究：

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

宏微结合求根溯源：

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)

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，质量m的导体棒与固定轻弹簧相连，放在导轨上，导轨与导体棒的电阻均可忽略。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）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，则这一过程中安培力所做的功W1和电阻R上产生的焦耳热Q1分别为多少？

mv0BRL（2

m

v0

B

R

L

m

m

v0

B

R

L

mv

m

v0

B

R

L

m

v0

B

R

L

mv0

m

v0

B

R

L

m

v0

B

R

L

mv

m

v0

B

R

L

m

v0

B

R

L

课堂小结：

课后思考与拓展：

1.结合你对楞次定律的理解，谈一谈：为什么说楞次定律是能量守恒定律在电磁感应中的具体表现？

2.如图，闭合线框保持不变，磁感应强度发生变化。什么能转化为电能？

（建议和今天学习的内容做对比）

【课后作业】

1．如图所示，足够长的两光滑导轨水平放置，两条导轨相距为d，左端MN用阻值不计的导线相连，金属棒ab可在导轨上滑动，导轨单位长度的电阻为r0，金属棒ab的电阻不计。整个装置处于竖直向下的均匀磁场中，磁场的磁感应强度随时间均匀增加，B=kt，其中k为常数。金属棒ab在水平外力的作用下，以速度v沿导轨向右做匀速运动，t=0时，金属棒ab与MN相距非常近．求：

（1）当t=to时，水平外力的大小F．

（2）同学们在求t=to时刻闭合回路消耗的功率时，有两种不同的求法：

vMNabB方法一：t=t

v

M

N

a

b

B

方法二：由BId=F，得

（其中R为回路总电阻）

这两种方法哪一种正确?请你做