《15 电磁感应中的能量转化与守恒》精品教学案 教科版选修32.docx

1、15 电磁感应中的能量转化与守恒精品教学案 教科版选修32学案7电磁感应中的能量转化与守恒学习目标定位1.进一步理解能量守恒定律是自然界普遍遵循的一条规律，楞次定律的实质就是能量守恒在电磁感应现象中的具体表现.2.通过具体实例理解电磁感应现象中的能量转化.3.掌握电磁感应中动力学问题的分析1垂直于匀强磁场放置、长为L的直导线通过电流为I时，它所受的安培力F=_，安培力方向的判断用_定则2牛顿第二定律：F=_，它揭示了力与运动的关系当加速度a与速度v方向相同时，速度_，反之速度_当加速度a为零时，物体做_3做功的过程就是_的过程，做了多少功，就有多少能量发生了转化，_是能量转化的量度几种常见的功

2、能关系(1)合外力所做的功等于物体_的变化(2)重力做的功等于_的变化(3)弹簧弹力做的功等于_的变化(4)除了重力和系统内弹力之外的其他力做的功等于_的变化4电流通过导体时产生的热量 焦耳定律：Q=_在导线切割磁感线运动而产生感应电流时，产生的电能是通过外力克服安培力做功转化而来的，而这些电能又通过感应电流做功，转化为其他形式的能量.一、电磁感应中的动力学问题1电磁感应中产生的感应电流在磁场中将受到安培力作用，所以电磁感应问题往往与力学问题联系在一起，处理此类问题的基本方法是：(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向(2)求回路中的电流强度的大小和方向(3)分析研究导体受

3、力情况(包括安培力)(4)列动力学方程或平衡方程求解2电磁感应现象中涉及的具有收尾速度的力学问题，关键要抓好受力情况和运动情况的动态分析；周而复始地循环，加速度等于零时，导体达到稳定运动状态3两种状态处理导体匀速运动，应根据平衡条件列式分析；导体做匀速直线运动之前，往往做变加速运动，处于非平衡状态，应根据牛顿第二定律或结合功能关系分析二、电磁感应中的能量转化与守恒问题设计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？ 要点提炼1电磁感应中的能量转化特点外力克服安培力做功，把机械能或其他形式的能转化成电能；感应电流通过电路做功又把电能转化成其他形式的能(如内能)这一功能转化途径可表示为：

4、2求解电磁感应现象中能量守恒问题的一般思路(1)分析回路，分清电源和外电路(2)分析清楚有哪些力做功，明确有哪些形式的能量发生了转化如：有摩擦力做功，必有内能产生；有重力做功，重力势能必然发生变化；克服安培力做功，必然有其他形式的能转化为电能，并且克服安培力做多少功，就产生多少电能(3)列有关能量的关系式3焦耳热的计算技巧(1)感应电路中电流恒定，焦耳热QI2Rt.(2)感应电路中电流变化，可用以下方法分析：利用功能关系产生的焦耳热等于克服安培力做的功，即QW安而克服安培力做的功W安可由动能定理求得利用能量守恒，即感应电流产生的焦耳热等于其他形式能量的减少，即QE其他一、电磁感应中的动力学问题

5、例1如图1甲所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为的绝缘斜面上，两导轨间距为L，M、P两点间接有阻值为R的电阻一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向下导轨和金属杆的电阻可忽略，让ab杆沿导轨由静止开始下滑，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的摩擦图1(1)由b向a方向看到的装置如图乙所示，请在此图中画出ab杆下滑过程中某时刻的受力示意图(2)在加速下滑过程中，当ab杆的速度大小为v时，求此时ab杆中的电流及其加速度的大小(3)求在下滑过程中，ab杆可以达到的速度最大值二、电磁感应中的能量转化与守恒例2

6、如图2所示，矩形线圈长为L，宽为h，电阻为R，质量为m，线圈在空气中竖直下落一段距离后(空气阻力不计)，进入一宽度也为h、磁感应强度为B的匀强磁场中线圈进入磁场时的动能为Ek1，线圈刚穿出磁场时的动能为Ek2，从线圈刚进入磁场到线圈刚穿出磁场的过程中产生的热量为Q，线圈克服磁场力做的功为W1，重力做的功为W2，则以下关系中正确的是 ()图2AQEk1Ek2 BQW2W1CQW1 DW2Ek2Ek11(电磁感应中的动力学问题)如图3所示，匀强磁场存在于虚线框内，矩形线圈竖直下落如果线圈中受到的磁场力总小于其重力，则它在1、2、3、4位置时的加速度关系为 ()图3Aa1a2a3a4 Ba1a2a3

7、a4Ca1a3a2a4 Da1a3a2a42.(电磁感应中的能量转化与守恒)如图4所示，两根光滑的金属导轨，平行放置在倾角为的斜面上，导轨的左端接有电阻R，导轨自身的电阻可忽略不计斜面处在一匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向上质量为m、电阻可以忽略不计的金属棒ab，在沿着斜面与棒垂直的恒力F作用下沿导轨匀速上滑，且上升的高度为h，在这一过程中 ()图4A作用于金属棒上的各个力的合力所做的功等于零B作用于金属棒上的各个力的合力所做的功等于mgh与电阻R上产生的焦耳热之和C恒力F与安培力的合力所做的功等于零D恒力F与重力的合力所做的功等于电阻R上产生的焦耳热3(电磁感应中的动力学及能量综合问题)足够

8、长的平行金属导轨MN和PK表面粗糙，与水平面之间的夹角为，间距为L.垂直于导轨平面向上的匀强磁场的磁感应强度为B，MP间接有阻值为R的电阻，质量为m的金属杆ab垂直导轨放置，其他电阻不计如图5所示，用恒力F沿导轨平面向下拉金属杆ab，使金属杆由静止开始运动，杆运动的最大速度为vm，t s末金属杆的速度为v1，前t s内金属杆的位移为x，(重力加速度为g)求：图5(1)金属杆速度为v1时加速度的大小；(2)整个系统在前t s内产生的热量学案7电能的输送 学习目标定位 1.理解输电线上电能的损失与哪些因素有关.2.理解减小电能损失的两个途径以及高压输电的原理.3.知道远距离输电的典型电路，并能利用

9、变压器和电路的规律解决实际问题1电阻定律：在温度不变时，同种材料的导体，其电阻R与它的长度l成 ，与它的横截面积S成 ，导体电阻与构成它的材料有关，即R.2电功率P ，热功率P .3理想变压器原、副线圈的三个关系：P原 ，.一、电能输送中的电压损失和电能损耗1如图1所示，U损 ，P损 .图12无论是为减小电压损失还是减小能量损耗，都要求使用 送电二、远距离输电系统远距离输电的基本原理：在发电站内用 变压器 ，然后进行远距离输电，在用电区域通过 变压器降到所需的电压三、直流输电当交流输电功率很大时， 、 引起的电压及 损失很大，所以现在有些大功率输电线路已经开始采用直流输电现代的直流输电，只是在

10、 这个环节中使用直流一、电能输送中的电压损失和电能损耗问题设计如图2所示，假定输电线路中的电流是I，两条导线的总电阻是r，在图中把导线电阻集中画为r，输送功率为P，发电厂输出的电压为U.那么：图2(1)远距离大功率输电面临的困难是什么？(2)输电线上功率损失的原因是什么？功率损失的表达式是什么？降低输电损耗的两个途径是什么？(3)为什么远距离输电必须用高压呢？要点提炼输电线上的电压损失和功率损失(设输电线上电阻为R，电流为I)1电压损失输电线始端电压U与输电线末端电压U的差值UUUIR.2功率损失(1)远距离输电时，输电线有电阻，电流的热效应引起功率损失，损失的电功率PI2R.(2)若输电线上

11、损失的电压为U，则功率损失还可以表示为P，P .3减小电压、功率损失的方法(1)减小输电线的电阻由R可知，距离l一定时，使用电阻率小的材料， 导体横截面积可减小电阻(2)减小输电电流I由PUI可知，当输送功率一定时，升高电压可以减小电流二、远距离输电电路中的各种关系问题设计某发电站向远处送电的示意图如图3所示，其中各部分的物理量已在图上标注，在这个电路中包括三个回路图3(1)结合闭合电路的知识，分别分析三个回路中各物理量之间的关系(发电机内阻、n1、n2、n3、n4线圈的电阻均忽略不计)(2)每个变压器中的电流、电压、功率有什么关系？要点提炼远距离输电问题的分析1解决远距离输电问题时，应首先画

12、出输电的电路图，参考图3，并将已知量和待求量写在电路图的相应位置2分析三个回路，在每个回路中，变压器的原线圈是回路的用电器，而相应的副线圈是下一个回路的电源3综合运用下面三方面的知识求解(1)能量守恒：PU1I1U2I2P用户 PIRP用户U3I3U4I4.(2)电路知识：U2 U3UI2R(3)变压器知识：.其中PI2R，UI2R往往是解题的切入点一、输电线上功率损失的计算例1三峡电站某机组输出的电功率为50万千瓦(1)若输出的电压为20万伏，则输电线上的电流为多少？(2)某处与电站间每根输电线的电阻为10欧，则输电线上损失的功率为多少？它占输出功率的比例是多少？(3)若将电压升高至50万伏

13、，输电线上的电流为多少？输电线上损失的功率又为多少？它占输出功率的比例是多少？二、远距离输电问题例2发电机的输出电压为220 V，输出功率为44 kW，输电导线的电阻为0.2 ，如果用原、副线圈匝数之比为110的升压变压器升压，经输电线后，再用原、副线圈匝数比为101的降压变压器降压供给用户，则：(1)画出全过程的线路示意图；(2)求用户得到的电压和功率；(3)若不经过变压而直接将电送到用户，求用户得到的电压和功率1(输电线上功率损失的计算)中国已投产运行的1 000 kV特高压输电是目前世界上电压最高的输电工程。假设甲、乙两地原来用500 kV的超高压输电，输电线上损耗的电功率为P.在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用1 000 kV特高压输电，若不考虑其他因素的影响，则输电线上损耗的电功率将变为()A. B. C2P D4P2(输电线上功率损失的计算)在远距离输电时，输送的电功率为P，输送电压为U，所用导线的电阻率为，横截面积为S，总长度为L，输电线损失的电功率为P，用户得到的电功率为P用，则P、P用的关系式正确的是 ()AP BPCP用P DP用P(1)3(远距离输电问题)在如图4所示的远距离输电电路图中，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变，随着发电厂输出功率的增大，下列说法中正确的有()图4A升