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《電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒》學(xué)習(xí)任務(wù)單

上傳人:Sc****h 文檔編號(hào):129924660 上傳時(shí)間:2022-08-03 格式:DOCX 頁數(shù):8 大?。?52.74KB
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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(dòng)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(dòng)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。 a b R F 3.了解動(dòng)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(jì)。 結(jié)合前面對(duì)電磁感應(yīng)一章的學(xué)習(xí),請(qǐng)你提前對(duì)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

2、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)定狀態(tài)之前,外力移動(dòng)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(dòng)能,即 E電 Q WF –Wf =ΔE 當(dāng)導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)(作勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)),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 Q WF =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、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(shí)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(shí),就有其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能;當(dāng)安培力做正功時(shí),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(jì)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

4、電源電動(dòng)勢的概念,重點(diǎn)理解非靜電力及其做功和能量轉(zhuǎn)化。 a b R v0 【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ab,阻值為r,初速v0;定值電阻R,其余部分電阻不計(jì)。 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(gè)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

5、R,其余部分電阻不計(jì)。驗(yàn)證:W克安=ΔE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,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

6、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(shí)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(dòng)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(shí)刻到速度第一次為零時(shí),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? m v0 B R L (2)導(dǎo)體棒往復(fù)運(yùn)動(dòng),最終將靜止于何處?從導(dǎo)體棒開始運(yùn)動(dòng)直到最終靜止的過程中,電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q為多少? m v0 B R L m v0 B R L m v0 B R L m v0 B

7、 R L m v0 B R L m v0 B R L m v0 B R L 課堂小結(jié): 課后思考與拓展: 1.結(jié)合你對(duì)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(duì)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(jì)的導(dǎo)線相連,金屬棒ab可在導(dǎo)軌上滑動(dòng),導(dǎo)軌單位長度的電阻為r0,金屬棒ab的電阻不計(jì)

8、。整個(gè)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(shí)間均勻增加,B=kt,其中k為常數(shù)。金屬棒ab在水平外力的作用下,以速度v沿導(dǎo)軌向右做勻速運(yùn)動(dòng),t=0時(shí),金屬棒ab與MN相距非常近.求: (1)當(dāng)t=to時(shí),水平外力的大小F. (2)同學(xué)們?cè)谇髏=to時(shí)刻閉合回路消耗的功率時(shí),有兩種不同的求法: v M N a b B 方法一:t=to時(shí)刻閉合回路消耗的功率P=F·v. 方法二:由BId=F,得 ?。ㄆ渲蠷為回路總電阻) 這兩種方法哪一種正確?請(qǐng)你做出判斷,并簡述理由. 2.如圖所示,一根電阻為R=0.6Ω的導(dǎo)線

9、彎成一個(gè)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(dòng)能E0=5J沿x軸方向滑進(jìn)磁場,當(dāng)進(jìn)入磁場0.5m時(shí),線圈中產(chǎn)生的電能為Ee=3J。求: y x v O B (1)此時(shí)線圈的運(yùn)動(dòng)速度 (2)此時(shí)線圈與磁場左邊緣兩交接點(diǎn)間的電壓 (3)此時(shí)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(gè)R=2Ω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

10、導(dǎo)軌接觸良好,導(dǎo)軌與金屬棒的電阻均不計(jì),整個(gè)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(duì)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(dòng)。 (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(dòng)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(shí)間是多少? c d f e g h R F 4. 如圖甲所示(俯

11、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(jì)。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(jì)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(shí)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。 L a b O O/ B R L 3L x/m v/ms-1 v1 v2 0 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(dòng)3L距離,其v--

12、x的關(guān)系圖像如圖乙所示。求①ab桿在剛要離開磁場時(shí)的加速度大??;②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(dòng)勢 據(jù)題意,有  ① ② ③ 聯(lián)立求解得

13、 ④ ⑤ 得   ⑥ 所以, ⑦ 即  ⑧ (2)方法一錯(cuò),方法二對(duì); ⑨ 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(duì)閉合回路

14、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(dòng)勢ε=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/s2 3.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(shí)間t內(nèi)由B均勻減小到零,說明 此過程中的感應(yīng)電動(dòng)勢為 ① 通過R的電流為 ② 此過程中電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱為 ③, 聯(lián)立①②③求得 (2)①ab桿離起始位置的位移從L到3L的過程中.由動(dòng)能定理可得 ④ ab桿剛要離開磁場時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢 ⑤ 通過R的電流為 ⑥ 水平方向上受安培力和恒力F作用 安培力為: ⑦ 聯(lián)立⑤⑥⑦解得 ⑧ 由牛頓第二定律可得: ⑨ 聯(lián)立④⑧⑨解得 ②ab桿在磁場中由起始位置發(fā)生位移L的過程中,根據(jù)功能關(guān)系,恒力F做的功等于ab桿增加的動(dòng)能與回路產(chǎn)生的焦耳熱之和,則 ⑩ 聯(lián)立④⑩解得

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