1、電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒學(xué)習(xí)任務(wù)單【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.理解動生電磁感應(yīng)現(xiàn)象中能量轉(zhuǎn)化與守恒基本規(guī)律。2.理解動生電磁感應(yīng)現(xiàn)象中克服安培力做的功和產(chǎn)生電能的關(guān)系。abRF3.了解動生電磁感應(yīng)現(xiàn)象中能量轉(zhuǎn)化的內(nèi)在機(jī)理。4.能夠運(yùn)用能量轉(zhuǎn)化與守恒思想，解決實(shí)際問題。【課前預(yù)習(xí)任務(wù)】在勻強(qiáng)磁場中，足夠長的光滑導(dǎo)軌，寬度為L；金屬棒ab，質(zhì)量為m，阻值為r，拉力F；定值電阻R，其余部分電阻不計。 結(jié)合前面對電磁感應(yīng)一章的學(xué)習(xí)，請你提前對下面的要點(diǎn)做初步了解。（上完課后，可以返回來再回顧，看看是否有了不一樣的理解）1.產(chǎn)生和維持感應(yīng)電流的存在的過程就是其它形式的能量轉(zhuǎn)化為感應(yīng)電流電能的過程。導(dǎo)體在達(dá)到穩(wěn)定狀

2、態(tài)之前，外力移動導(dǎo)體所做的功，一部分消耗于克服安培力做功，轉(zhuǎn)化為產(chǎn)生感應(yīng)電流的電能或最后在轉(zhuǎn)化為焦耳熱，另一部分用于增加導(dǎo)體的動能，即E電QWF Wf =E 當(dāng)導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)（作勻速運(yùn)動時），外力所做的功，完全消耗于克服安培力做功，并轉(zhuǎn)化為感應(yīng)電流的電能或最后在轉(zhuǎn)化為焦耳熱E電QWF =Wf 2.在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，能量是守恒的。楞次定律與能量守恒定律是相符合的，認(rèn)真分析電磁感應(yīng)過程中的能量轉(zhuǎn)化，熟練地應(yīng)用能量轉(zhuǎn)化與守恒定律是求解叫復(fù)雜的電磁感應(yīng)問題常用的簡便方法。3.安培力做正功和克服安培力做功的區(qū)別：電磁感應(yīng)的過程，同時總伴隨著能量的轉(zhuǎn)化和守恒，當(dāng)外力克服安培力做功時，就有其它形式的能轉(zhuǎn)化

3、為電能；當(dāng)安培力做正功時，就有電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能。4.在較復(fù)雜的電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，經(jīng)常涉及求解耳熱的問題。尤其是變化的安培力，不能直接由Q=I2 Rt解，用能量守恒的方法就可以不必追究變力、變電流做功的具體細(xì)節(jié)，只需弄清能量的轉(zhuǎn)化途徑，注意分清有多少種形式的能在相互轉(zhuǎn)化，用能量的轉(zhuǎn)化與守恒定律就可求解，而用能量的轉(zhuǎn)化與守恒觀點(diǎn)，只需從全過程考慮，不涉及電流的產(chǎn)生過程，計算簡便。這樣用守恒定律求解的方法最大特點(diǎn)是省去許多細(xì)節(jié)，解題簡捷、方便。 5.復(fù)習(xí)回顧電源電動勢的概念，重點(diǎn)理解非靜電力及其做功和能量轉(zhuǎn)化。abRv0【課上學(xué)習(xí)任務(wù)】情景引入：在勻強(qiáng)磁場中，足夠長的光滑導(dǎo)軌，寬度為L；金屬棒a

4、b，阻值為r，初速v0；定值電阻R，其余部分電阻不計。問題：此過程中的能量轉(zhuǎn)化情況是？ 問題：怎么實(shí)現(xiàn)的能量轉(zhuǎn)化？具體的定量關(guān)系？溫故知新：功是能量轉(zhuǎn)化的量度。例如：提出猜想：在今天學(xué)習(xí)的這個情景中，什么力做功可以用來量度機(jī)械能和電能之間的轉(zhuǎn)化？理論探究：在勻強(qiáng)磁場中，足夠長的光滑導(dǎo)軌，寬度為L；金屬棒ab，阻值為r，初速v0；定值電阻R，其余部分電阻不計。驗(yàn)證：W克安=E電宏微結(jié)合 求根溯源：典型情景舉例：例題1：電阻為R的矩形導(dǎo)線框abcd,邊長ab=L, ad=h,質(zhì)量為m,自某一高度自由落體,通過一勻強(qiáng)磁場,磁場方向垂直紙面向里,磁場區(qū)域的寬度為h ,如圖。若線框恰好以恒定速度通過磁場

5、，求線框內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱等于多少？ (不考慮空氣阻力)例題2：如圖所示，固定的水平光滑金屬導(dǎo)軌，間距為L，左端接有阻值為R的電阻，處在方向豎直、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，質(zhì)量m的導(dǎo)體棒與固定輕彈簧相連，放在導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒的電阻均可忽略。初始時刻，彈簧恰處于自然長度，導(dǎo)體棒具有水平向右的初速度v0。在沿導(dǎo)軌往復(fù)運(yùn)動的過程中，導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸。（1）若導(dǎo)體棒從初始時刻到速度第一次為零時，彈簧的彈性勢能為Ep，則這一過程中安培力所做的功W1和電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q1分別為多少？mv0BRL（2）導(dǎo)體棒往復(fù)運(yùn)動，最終將靜止于何處？從導(dǎo)體棒開始運(yùn)動直到最終靜止的過程中，電阻R上產(chǎn)

6、生的焦耳熱Q為多少？mv0BRLmv0BRLmv0BRLmv0BRLmv0BRLmv0BRLmv0BRL課堂小結(jié)：課后思考與拓展：1.結(jié)合你對楞次定律的理解，談一談：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)？2.如圖，閉合線框保持不變，磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化。什么能轉(zhuǎn)化為電能？（建議和今天學(xué)習(xí)的內(nèi)容做對比）【課后作業(yè)】1如圖所示，足夠長的兩光滑導(dǎo)軌水平放置，兩條導(dǎo)軌相距為d，左端MN用阻值不計的導(dǎo)線相連，金屬棒ab可在導(dǎo)軌上滑動，導(dǎo)軌單位長度的電阻為r0，金屬棒ab的電阻不計。整個裝置處于豎直向下的均勻磁場中，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間均勻增加，B=kt，其中k為常數(shù)。金屬棒ab在水平外力

7、的作用下，以速度v沿導(dǎo)軌向右做勻速運(yùn)動，t=0時，金屬棒ab與MN相距非常近求：（1）當(dāng)t=to時，水平外力的大小F（2）同學(xué)們在求t=to時刻閉合回路消耗的功率時，有兩種不同的求法：vMNabB方法一：t=to時刻閉合回路消耗的功率P=F·v方法二：由BId=F，得（其中R為回路總電阻）這兩種方法哪一種正確?請你做出判斷，并簡述理由2.如圖所示，一根電阻為R=0.6的導(dǎo)線彎成一個圓形線圈，圓半徑r=1m，圓形線圈質(zhì)量m=1kg，此線圈放在絕緣光滑的水平面上，在y軸右側(cè)有垂直于線圈平面B=0.5T的勻強(qiáng)磁場。若線圈以初動能E0=5J沿x軸方向滑進(jìn)磁場，當(dāng)進(jìn)入磁場0.5m時，線圈中產(chǎn)生

8、的電能為Ee=3J。求：yxvOB（1）此時線圈的運(yùn)動速度 （2）此時線圈與磁場左邊緣兩交接點(diǎn)間的電壓（3）此時線圈加速度大小3.如圖，ef,gh為水平放置的足夠長的平行光滑導(dǎo)軌，導(dǎo)軌間距為L=1m，導(dǎo)軌左端連接一個R=2的電阻，將一根質(zhì)量為0.2kg的金屬棒cd垂直地放置導(dǎo)軌上，且與導(dǎo)軌接觸良好，導(dǎo)軌與金屬棒的電阻均不計，整個裝置放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=2T的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于導(dǎo)軌平面向下。現(xiàn)對金屬棒施加一水平向右的拉力F，使棒從靜止開始向右運(yùn)動。（1）若施加的水平外力恒為F=8N，則金屬棒達(dá)到的穩(wěn)定速度v1是多少？（2）若施加的水平外力的功率恒為P=18W，則金屬棒達(dá)到的穩(wěn)定速度v2是

9、多少？（3）若施加的水平外力的功率恒為P=18W，則金屬棒從開始運(yùn)動到速度v3=2m/s的過程中電阻R產(chǎn)生的熱量為8.6J，則該過程所需的時間是多少？cdfeghRF4. 如圖甲所示（俯視圖），相距為2L的光滑平行金屬導(dǎo)軌水平放置，導(dǎo)軌一部分處在以O(shè)O/ 為右邊界勻強(qiáng)磁場中，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直導(dǎo)軌平面向下，導(dǎo)軌右側(cè)接有定值電阻R，導(dǎo)軌電阻忽略不計。在距邊界OO/也為L處垂直導(dǎo)軌放置一質(zhì)量為m、電阻不計的金屬桿ab。求解以下問題：（1）若ab桿固定在軌道上的初始位置，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度在時間t內(nèi)由B均勻減小到零，求此過程中電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱為Q1。LabOO/BRL3Lx/m

10、v/ms-1v1v20圖甲圖乙（2）若磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，ab桿在恒力作用下由靜止開始向右運(yùn)動3L距離，其v-x的關(guān)系圖像如圖乙所示。求ab桿在剛要離開磁場時的加速度大小；此過程中電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q2 。 【課后作業(yè)參考答案】1.解：（1）回路中的磁場變化和導(dǎo)體切割磁感線都產(chǎn)生感應(yīng)電動勢據(jù)題意，有 聯(lián)立求解得 得 所以， 即 （2）方法一錯，方法二對； 方法一認(rèn)為閉合回路所消耗的能量全部來自于外力所做的功，而實(shí)際上磁場的變化也對閉合回路提供能量。方法二算出的I是電路的總電流，求出的是閉合回路消耗的總功率。2.解：（1）設(shè)線圈的速度為V，能量守恒，E0=Ee+ 解得V=2m/s（2）線圈切割磁感線的有效長度L=2= 電動勢=BLV=0.5×電流I= 兩點(diǎn)間電壓U=IR左= （3）F=ma=BIL 線圈加速度大小a=2.5m/s23.解：（1）由E=BLv、I=E/R和F=BIL知 F=(B2L2v)/R 代入數(shù)據(jù)后得v1=4m/s (2) 代入數(shù)據(jù)后得 （3） 4. （1）磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度在時間t內(nèi)由B均勻減小到零，說明 此過程中的感應(yīng)電動勢為 通過R的電流為 此過程中電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱為