机电能量转换 作业(二)
机电能量转换作业（二）
题干：已知一台三相异步电动机的额定功率为55kW，额定电压为380V，额定功率因数为0.89，额定效率为91.5％，试求该电动机的额定电流。
= U N I NηN cosφN得
解：由异步电机的额定功率公式P
I N = P N÷（U NηN cosφN）
=55×103 ÷（×380×0.89×0.915）
≈102.6A
答：该电动机的额定电流约为102.6A
机电能量转换第一次作业
作业（一） 第一章变压器的工作原理 1–2一台单相双绕组变压器，额定容量S N = 250 kVA ，额定电压U1N / U2N = 10 / 0.4 kV，试求一次、二次侧的额定电流。 解：根据单相变压器额定容量和额定电压，额定电流之间的关系可得 S N=U1N*I1N=U2N*I2N 即U1N*I1N=S N I1N=S N U1N =250 10 =25A U2N*I2N=S N I2N=S N U2N =250 0.4 =625A 1–3一台三相变压器，额定容量S N = 5000 kVA ，额定电压U1N/ U2N= 10 / 6.3kV，Y，d联结（即Y/Δ联结），试求： （1）一次、二次侧的额定电流； （2）一次、二次侧的额定相电压和相电流。解：(1)根据三相变压器额定容量和额定电压，额定电流之间的关系可得 S N=√1N*I1N=√2N*I2N 即√3U1N*I1N=S N I1N=S N 1N =≈288.68A √3U2N*I2N=S N I2N=S N √3U2N = √3?6.3 ≈458.22A (2)因为是Y连接，所以
U 1N?=U1N=≈5.77KV U 2N? =U2N=6.3KV I 1N? =I1N=288.68A I 2N?=I2N √3 = √3 ≈264.55A 第二章变压器的运行分析 2–1 一台单相变压器在铁心叠装时，由于硅钢 片剪裁不当，叠装时接缝处留有较大的缝隙，那么此台变压器的空载电流将 2 。 ( 选填: ①减少；②增加；③不变) 2–5 磁路线性的甲乙两台单相变压器，U1N／U2N = 220／110 V, 一次侧匝数相等（漏阻抗不计，且激磁阻抗角相等），当一次侧分别接在 220 V电源上，测得的空载电流甲台为0.4 A，乙台为0.1 A，则其空载激磁阻抗甲台为550Ω, 乙台为2200Ω。今将两变压器原边顺极性串联后接在440 V的电源上, 二次侧空载, 这时甲台变压器的一次侧电压为88 V, 二次侧电压为352 V；乙台变压器一次侧电压为44 V,二次侧电压为176 V。 2–18 一台单相变压器，额定电压为U1N／U2N＝1100／229 V，略去励磁电阻r m, r1= 0.05 Ω，x1σ= 0.4Ω，r2 = 0.002Ω，x2σ = 0.016Ω，x m = 220Ω，当二次侧电压为额定值、电流I2= 100 A、cosφ2
电磁感应中的能量转换问题-经典
在电磁感应中的动力学问题中有两类常见的模型. 类型“电—动—电”型“动—电—动”型 示 意 图 棒ab长L，质量m，电阻R；导轨光滑水平，电阻不计棒ab长L，质量m，电阻R；导轨光滑，电阻不计 分析S闭合，棒ab受安培力F＝ BLE R，此 时a＝ BLE mR，棒ab速度v↑→感应电动 势BLv↑→电流I↓→安培力F＝BIL↓→ 加速度a↓，当安培力F＝0时，a＝0， v最大，最后匀速 棒ab释放后下滑，此时a＝gsin α，棒 ab速度v↑→感应电动势E＝BLv↑→电 流I＝ E R↑→安培力F＝BIL↑→加速度 a↓，当安培力F＝mgsin α时，a＝0，v 最大，最后匀速 运动 形式 变加速运动变加速运动 最终状态匀速运动vm＝ E BL匀速运动 vm＝ mgRsin α B2L2
1、如图甲所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ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． (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．
1、解析 (1)如右图所示，ab 杆受重力mg ，竖直向下；支持力FN ，垂直斜面向上；安培力F ，平行斜面 向上． (2)当ab 杆速度为v 时，感应电动势 E ＝BLv ，此时电路中电流 I ＝E R ＝BLv R ab 杆受到安培力F ＝BIL ＝B2L2v R 根据牛顿运动定律，有ma ＝mgsin θ－F ＝mgsin θ－B2L2v R a ＝gsin θ－B2L2v mR . (3)当B2L2v R ＝mgsin θ时，ab 杆达到最大速度vm ＝mgRsin θB2L2
高中物理 电磁感应现象中的能量问题
电磁感应现象中的能量问题 能的转化与守恒，是贯穿物理学的基本规律之一。从能量的观点来分析、解决问题，既是学习物理的基本功，也是一种能力。 电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到安培力的作用,因此,要维持感应电流的存在,必须有“外力”克服安培力做功。此过程中,其他形式的能量转化为电能。当感应电流通过用电器时,电能又转化为其他形式的能量。“外力”克服安培力做了多少功,就有多少其他形式的能转化为电能。同理,安培力做功的过程,是电能转化为其它形式能的过程。安培力做了多少功,就有多少电能转化为其它形式的能。 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和守恒定律是求解较复杂的电磁感应问题的常用方法,下面就几道题目来加以说明。 一、安培力做功的微观本质 1、安培力做功的微观本质 设有一段长度为L、矩形截面积为S的通电导体，单位体积中含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，定向移动的平均速率为v，如图所示。 所加外磁场B的方向垂直纸面向里，电流方向沿导体水平向右，这个电流是由于自由电子水平向左定向运动形成的，外加磁场对形成电流的运动电荷（自由电子）的洛伦兹力使自由电子横向偏转，在导体两侧分别聚集正、负电荷，产生霍尔效应，出现了霍尔电势差，即在导体内部出现方向竖直向上的横向电场。因而对在该电场中运动的电子有电场力f e的作用，反之自由电子对横向电场也有反作用力-f e作用。场强和电势差随着导体两侧聚集正、负电荷的增多而增大，横向电场对自由电子的电场力f e也随之增大。当对自由电子的横向电场力f e增大到与洛伦兹力f L相平衡时，自由电子没有横向位移，只沿纵向运动。导体内还有静止不动的正电荷，不受洛伦兹力的作用，但它要受到横向电场的电场力f H的作用，因而对横向电场也有一个反作用力-f H。由于正电荷与自由电子的电量相等，故正电荷对横向电场的反作用-f H和自由电子对横向电场的反作用力-f e相互抵消，此时洛伦兹力f L与横向电场力f H相等。正电荷是导体晶格骨架正离子，它是导体的主要部分，整个导体所受的安培力正是横向电场作用在导体内所有正电荷的力的宏观表现，即F=(nLS)f H=(nLS)f L。 由此可见，安培力的微观本质应是正电荷所受的横向电场力，而正电荷所受的横向电场力正是通过外磁场对自由电子有洛伦兹力出现霍尔效应而实现的。
考点4 电场、磁场和能量转化
考点4 电场、磁场和能量转化 命题趋势 电场、磁场和能量的转化是中学物理重点内容之一，分析近十年来高考物理试卷可知，这部分知识在高考试题中的比例约占13%，几乎年年都考，从考试题型上看，既有选择题和填空题，也有实验题和计算题；从试题的难度上看，多属于中等难度和较难的题，特别是只要有计算题出现就一定是难度较大的综合题；由于高考的命题指导思想已把对能力的考查放在首位，因而在试题的选材、条件设置等方面都会有新的变化，将本学科知识与社会生活、生产实际和科学技术相联系的试题将会越来越多，而这块内容不仅可以考查多学科知识的综合运用，更是对学生实际应用知识能力的考查，因此在复习中应引起足够重视。 知识概要 能量及其相互转化是贯穿整个高中物理的一条主线，在电场、磁场中，也是分析解决问题的重要物理原理。在电场、磁场的问题中，既会涉及其他领域中的功和能，又会涉及电场、磁场本身的功和能，相关知识如下表： 如果带电粒子仅受电场力和磁场力作用，则运动过程中，带电粒子的动能和电势能之间相互转化，总量守恒；如果带电粒子受电场力、磁场力之外，还受重力、弹簧弹力等，但没有摩擦力做功，带电粒子的电势能和机械能的总量守恒；更为一般的情况，除了电场力做功外，还有重力、摩擦力等做功，如选用动能定理，则要分清有哪些力做功？做的是正功还是负功？是恒力功还是变力功？还要确定初态动能和末态动能；如选用能量守恒定律，则要分清有哪种形式的能在增加，那种形式的能在减少？发生了怎样的能量转化？能量守恒的表达式可以是：①初态和末态的总能量相等，即E 初=E 末；②某些形势的能量的减少量等于其他形式的能量的增加量，即ΔE 减=ΔE 增；③各种形式的能量的增量（ΔE =E 末-E 初）的代数和为零，即ΔE 1+ΔE 2+…ΔE n =0。 电磁感应现象中，其他能向电能转化是通过安培力的功来量度的，感应电流在磁场电、磁场中的功和能 电场中的 功和能 电势能 由电荷间的相对位置决定，数值具有相对性，常取无限远处或大地为电势能的零点。重要的不是电势能的值，是其变化量 电场力的功 与路径无关，仅与电荷移动的始末位置有关：W =qU 电场力的功和电势能的变化 电场力做正功 电势能 → 其他能 电场力做负功 其他能 → 电势能 转化 转化 磁场中的 功和能 洛伦兹力不做功 安培力的功 做正功：电能 → 机械能，如电动机 做负功：机械能 → 电能，如发电机 转化 转化
《机电能量转换》第一次作业上海交大网络教育学院作业
作 业 （一） 第一章 变压器的工作原理 1–2 一台单相双绕组变压器， 额定容量 S N = 250 kVA ，额定电压U 1N / U 2N = 10 / kV ，试求一次、二次侧的额定电流。 解：∵N N N I U S = ∴A U S I N N N 201025011===; A U S I N N N 6254.025022=== 1–3 一台三相变压器， 额定容量S N = 5000 kVA ，额定电压U 1N / U 2N = 10 / ，Y ，d 联结（即Y/Δ联结），试求： （1）一次、二次侧的额定电流； 解：∵三相变压器N N N I U S 3= ∴A U S I N N N 68.2881035000311=?== 同理：A U S I N N N 21.4583.635000322=?= = （2）一次、二次侧的额定相电压和相电流。 解：一次侧Y 型连接 额定相电压 KV U U N N 77.53 10311===φ 一次侧额定相电流 A I I N N 68.28811==φ 二次侧△连接 额定相电压 KV U U N N 3.622==φ 二次侧额定相电流 A I I N N 55.2643 21.458322=== φ 第二章 变压器的运行分析 2–1 一台单相变压器在铁心叠装时，由于硅钢片剪裁不当，叠装时接缝处留有较大的缝隙，那么此台变压器的空载电流将 ② 增加 。 ( 选填: ① 减少；② 增加；③ 不变) 2–5 磁路线性的甲乙两台单相变压器， U 1N ／U 2N = 220／110 V, 一次侧匝数相等（漏阻抗不计，且激磁阻抗角相等），当一次侧分别接在 220 V 电源上，测得的空载电流甲台为0.4 A ， 乙台为0.1 A ，则其空载激磁阻抗甲台为 550 Ω, 乙台为 2200 Ω。今将两变压器原边顺极性串联后接在440 V 的电源上, 二次侧空载, 这时甲台变压器的 一次 侧 电 压 为 88 V, 二次侧电压为 44 V ；乙台变压器一次侧电压为 352 V, 二次侧电压为 176 V 。
电场、磁场和能量转化
考点4 电场、磁场和能量转化 命题趋势 电场、磁场和能量的转化是中学物理重点内容之一，分析近十年来高考物理试卷可知，这部分知识在高考试题中的比例约占13%，几乎年年都考，从考试题型上看，既有选择题和填空题，也有实验题和计算题；从试题的难度上看，多属于中等难度和较难的题，特别是只要有计算题出现就一定是难度较大的综合题；由于高考的命题指导思想已把对能力的考查放在首位，因而在试题的选材、条件设置等方面都会有新的变化，将本学科知识与社会生活、生产实际和科学技术相联系的试题将会越来越多，而这块内容不仅可以考查多学科知识的综合运用，更是对学生实际应用知识能力的考查，因此在复习中应引起足够重视。 知识概要 能量及其相互转化是贯穿整个高中物理的一条主线，在电场、磁场中，也是分析解决问题的重要物理原理。在电场、磁场的问题中，既会涉及其他领域中的功和能，又会涉及电场、磁场本身的功和能，相关知识如下表： 如果带电粒子仅受电场力和磁场力作用，则运动过程中，带电粒子的动能和电势能之间相互转化，总量守恒；如果带电粒子受电场力、磁场力之外，还受重力、弹簧弹力等，但没有摩擦力做功，带电粒子的电势能和机械能的总量守恒；更为一般的情况，除了电场力做功外，还有重力、摩擦力等做功，如选用动能定理，则要分清有哪些力做功？做的是正功还是负功？是恒力功还是变力功？还要确定初态动能和末态动能；如选用能量守恒定律，则要分清有哪种形式的能在增加，那种形式的能在减少？发生了怎样的能量转化？能量守恒的表达式可以是：①初态和末态的总能量相等，即E 初=E 末；②某些形势的能量的减少量等于其他形式的能量的增加量，即ΔE 减=ΔE 增；③各种形式的能量的电、磁场中的功和能 电场中的 功和能 电势能 由电荷间的相对位置决定，数值具有相对性，常取无限远处或大地为电势能的零点。重要的不是电势能的值，是其变化量 电场力的功 与路径无关，仅与电荷移动的始末位置有关：W =qU 电场力的功和电势能的变化 电场力做正功 电势能 → 其他能 电场力做负功 其他能 → 电势能 转化 转化 磁场中的 功和能 洛伦兹力不做功 安培力的功 做正功：电能 → 机械能，如电动机 做负功：机械能 → 电能，如发电机 转化 转化
电磁感应中的能量转换经典问题
在电磁感应中的动力学问题中有两类常见的模型. 类型“电—动—电”型“动—电—动”型示 意 图 棒ab长L，质量m，电阻R；导轨光滑水平，电阻不计棒ab长L，质量m，电阻R；导轨光滑，电阻不计 分析S闭合，棒ab受安培力F＝ BLE R ，此时a＝BLE mR ， 棒ab速度v↑→感应电动势BLv↑→电流 I↓→安培力F＝BIL↓→加速度a↓，当安培 力F＝0时，a＝0，v最大，最后匀速 棒ab释放后下滑，此时a＝gsin α，棒ab 速度v↑→感应电动势E＝BLv↑→电流I＝ E R ↑→安培力F＝BIL↑→加速度a↓，当安 培力F＝mgsin α时，a＝0，v最大，最后 匀速 运动 形式 变加速运动变加速运动 最终 状态匀速运动vm＝E BL匀速运动vm＝ mgRsin α B2L2 1、如图甲所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ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． (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．
1、解析 (1)如右图所示，ab杆受重力mg，竖直向下；支持力FN，垂直斜面向上；安培力F，平行斜面向上． (2)当ab杆速度为v时，感应电动势 E＝BLv，此时电路中电流 I＝E R ＝BLv R ab杆受到安培力F＝BIL＝B2L2v R 根据牛顿运动定律，有ma＝mgsin θ－F＝mgsin θ－B2L2v R a＝gsin θ－B2L2v mR. (3)当B2L2v R ＝mgsin θ时，ab杆达到最大速度vm＝mgRsin θ B2L2 2、如图所示，足够长的光滑平行导轨MN、PQ倾斜放置，两导轨间距离为L＝1.0 m，导轨平面与水平面间的夹角为30°，磁感应强度为B的磁场垂直于导轨平面向上，导轨的M、P两端连接阻值为R＝3.0 Ω的电阻，金属棒ab垂直于导轨放置并用细线通过光滑定滑轮与重物相连，金属棒ab的质量m＝0.20 kg，电阻r＝0.50 Ω,重物的质量M＝0.60 kg，如果将金属棒和重物由静止释放，金属棒沿斜面上滑的距时间t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 上滑距离/m 0 0.05 0.15 0.35 0.70 1.05 1.40 (2)所加磁场的磁感应强度B为多大？ (3)当v＝2 m/s时，金属棒的加速度为多大？ 2、解析 (1)由表中数据可以看出最终ab棒将做匀速运动．
机电能量转换
第一章磁路与变压器 §1-1 磁路的概念与计算P15 （一）磁路的概念 磁路：磁通经过的路径 把导线绕成线圈，在套装或置放在铁芯上，当线圈内通有电流时，由于铁芯的导磁能力较好，大部分磁通被约束在铁芯内部，并按照一定的路径构成磁路。另一方面，在构成磁路的铁芯和铁芯之间的工作气隙内，将会得到较强的磁场。 激磁电流（励磁电流）：载流线圈中通过的用以产生（激励）磁路的电流。 激磁电流为直流，磁路中磁通恒定不随时间变化，成为直流磁路/恒定磁通磁路。 激磁电流为交流，磁通随时间而变化，称为交流磁路。 主磁通：线圈中通有激磁电流时，铁芯磁路（包括工作气隙）中通过较多的磁通。 漏磁通：围绕着载流线圈，在部分铁芯和铁芯周围的空间，产生的一些分散的较弱的磁通。 （二）安培环路定律 安培环路定律：沿着任何一条闭合回线L，磁场强度H的线积分值∮H·dl恰好等于被该闭合回线所包围的总电流值Σi（亦称为全电流）∮H·dl=Σi （若电流与闭合回线 ．．．．．．．．．．．．．．．．．） ．．．．．．．．L．的循环方向符合右手螺旋关系，取正值 若沿着长度l，磁场强度H处处相等，且闭合回路所包围的总电流是由通有电流i的N匝线圈（或导体）所产生，则Hl=Ni 磁路的欧姆定律：穿过某一截面积的磁通量φ等于磁通密度B的面积分φ=∫B·dA 若闭合铁芯磁路中，磁通均匀地通过各个截面，却磁通密度B垂直于各个截面，则φ= B·A or B=φ/A 磁场强度H与磁通密度B之间有下列关系B=μH（μ为介质的磁导率，空气 μ0≈4π*10-7H/m F=Ni=（B/μ）*l =φ*l /（μ*A）F=Ni 作用在磁路上的安匝数，磁路的磁通势，磁势R =l /（μ*A）磁路的磁阻 作用在磁路上的磁通势等于磁路内的磁通量乘以磁路的磁阻。F=φ* R E=I*R （磁势F对应于电路中电势E，磁通量φ对应于电流I，磁阻对应于电阻R）磁 阻的倒数称为磁导 ．． 匝数越多，激磁电流越大，磁势就越大。 材料的磁导率越高，磁阻就越小；磁路的平均长度越大，截面积越小，磁阻就越大。 （三）简单串联磁路 对于串联磁路，总磁阻等于各段磁路的磁阻之和；若把H*l或者φ*R称为该段的磁压降，则作用在磁路上的总磁势恒等于闭合磁路内各段磁降压降之和。
电磁感应中的能量转化
电磁感应中的能量转化与守恒 1、如图,在粗糙绝缘水平面上有一正方形闭合金属线框abcd,其边长为l ,质量为m,金属线框与水平面的动摩擦因数为μ.虚线框a'b'c'd'内有一匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里.开始时金属线框的ab 边与磁场的d'c'边重合.现使金属线框以初速度v 0沿水平面滑入磁场区域,运动一段时间后停止,此时金属线框的dc 边与磁场区域的d'c'边距离为l .在这个过程中,线框产生的焦耳热为( ) A.m +μmgl B.m -μmgl C.m +2μmgl D.m -2μmgl 2、如图所示，足够长的光滑平行金属导轨MN 、PQ 竖直放置，磁感应强度B ＝0.50T 的匀强磁场垂直穿过导轨平面，导轨的上端M 与P 间连接阻值为R ＝0.50Ω的电阻，导轨宽度L ＝0.40m 。金属棒ab 紧贴在导轨上，现使金属棒ab 由静止开始下滑，通过传感器记录金属棒ab 下滑的距离h 与时间t 的关系如下表所示。（金属棒ab 和导轨电阻不计，g =10m/s 2）求： 时 间t /s 0 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 下滑距离h /m 0 0.18 0.60 1.20 1.95 2.80 3.80 4.80 5.80 6.80 （1）试说明杆在前1.80s 内的运动情况； （2）金属棒的质量m ； （3）在前1.60s 的时间内，电阻R 上产生的热量Q R ； 3、如图所示,MN 、PQ 两条平行的光滑金属轨道与水平面成θ角固定,轨距为d.空间存在匀强磁场,磁场方向垂直于轨道平面向上,磁感应强度为B.P 、M 间接有阻值为3R 的电阻.Q 、N 间接有阻值为6R 的电阻,质量为m 的金属杆ab 垂直于轨道放置,其有效电阻为R.现从静止释放金属杆ab,当它沿轨道下滑距离s 时,达到最大速度.若轨道足够长且电阻不计,重力加速度为g.求: (1)金属杆ab 运动的最大速度; (2)金属杆ab 从静止到具有最大速度的过程中,ab 杆产生的焦耳热Q ab . B × ××× × × ×××× × × × × × × × × × × × × × × R N M Q a
(完整版)专题电磁感应中的能量问题
专题电磁感应中的能量问题 【学习目标】 1复习并熟悉电磁感应中的动力学问题的分析方法与解题步骤2?理解电磁感应的能量转化的过程，掌握能量问题的求解思路【重点、难点】 重点：理解电磁感应过程的实质是不同形式的能量转化的过程难点：掌握电磁感应中能量问题的求解思路 【复习旧知】 电磁感应中的动力学问题 1 ?电磁感应与动力学、运动学结合的动态分析，分析方法 导体受力运动产生感应电动势T感应电流T通电导线受安培力T合外力变化T加速度变化T速度变化T感应电动势变化T……周而复始地循环，直至达到稳定状态. 2 ?分析动力学问题的步骤 (1) 用电磁感应定律和_________ 定律、_______ 定则确定感应电动势的大小和方向. (2) 应用________________ 求出电路中感应电流的大小. ⑶分析研究导体受力情况，特别要注意安培力 __________ 的确定. (4)列出__________ 方程或__________ 方程求解. 3 ?两种状态处理 (1) 导体处于平衡态一一静止或匀速直线运动状态. 处理方法：根据_______ 条件——合外力等于零，列式分析. (2) -------------------------------- 导体处于非平衡态加速度不为零. 处理方法：根据______________ 定律进行动态分析或结合功能关系分析. 1典型考题〗如图甲所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为B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. (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. ⑵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.
机电能量转换第一次作业
机电能量转换第一次作业-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
作业（一） 第一章变压器的工作原理 1–2一台单相双绕组变压器，额定容量S N = 250 kVA ，额定电压U1N / U2N = 10 / 0.4 kV，试求一次、二次侧的额定电流。 解：根据单相变压器额定容量和额定电压，额定电流之间的关系可得 *=* 即*====25A *====625A 1–3一台三相变压器，额定容量S N = 5000 kVA ，额定电压U1N / U2N = 10 / 6.3kV，Y，d联结（即Y/Δ联结），试求： （1）一次、二次侧的额定电流； （2）一次、二次侧的额定相电压和相电流。 解：(1)根据三相变压器额定容量和额定电压，额定电流之间的关系可得 *=* 即*===≈288.68A *===≈458.22A (2)因为是Y连接，所以 ==≈5.77KV ==6.3KV ==288.68A ==264.55A 第二章变压器的运行分析
2–1 一台单相变压器在铁心叠装时，由于硅钢片剪裁不当，叠装时接缝处 留有较大的缝隙，那么此台变压器的空载电流将 2 。 ( 选填: ①减少；②增加；③不变) 2–5 磁路线性的甲乙两台单相变压器，U1N／U2N = 220／110 V, 一次侧匝数相等（漏阻抗不计，且激磁阻抗角相等），当一次侧分别接在 220 V电源上， 测得的空载电流甲台为0.4 A，乙台为0.1 A，则其空载激磁阻抗甲台为550Ω, 乙台为2200Ω。今将两变压器原边顺极性串联后接在440 V的电源上, 二次侧空载, 这时甲台变压器的一次侧电压为88 V, 二次侧电压为 352 V；乙台变压器一次侧电压为44 V,二次侧电压为176 V。 2–18 一台单相变压器，额定电压为U1N／U2N＝ 1100／229 V，略去励磁电阻r m, r1 = 0.05 Ω，x1σ = 0.4Ω，r2 = 0.002Ω，x2σ = 0.016Ω，x m = 220Ω，当二 次侧电压为额定值、电流I2 = 100 A、cosφ2 = 0.6（滞后）时，求一次侧电流I1 及一次侧电压U1。 解：≈24.223A ≈1115.95V 2–22 一台三相变压器，Y/Δ-11联接，S N= 9000 kVA ，U1N／U2N＝18 / 6 kV，空载 及短路试验数据如表2-3所示。 备注试验名称线电压（V）线电流（A）三相功率 （W） 空载试验 6000 6 9000电压加在低压侧短路试验 675 433 28000电压加在高压侧试求超载25％且COSφ2 = 0.8（滞后）时电压变化率ΔU及效率η。 解：==≈288.68A 短路试验===≈0.9Ω ===≈0.05Ω ====≈ 0.8986Ω =3**=3**0.05≈12500W %=
电磁感应中的力学问题和能量问题
四、电磁感应中的力学问题和能量问题 电磁感应中的力学问题与能量转化问题 1.考点分析： 电磁感应的题目往往综合性较强，与前面的知识联系较多，涉及力学知识（如牛顿运动定律、功、动能定理、能量守恒定律等）、电学知识（如电磁感应定律、楞次定律、安培力、直流电路知识、磁场知识等）等多个知识点，突出考查考生理解能力、分析综合能力，尤其从实际问题中抽象概括构建物理模型的创新能力。 2.知识储备： （1）计算感应电动势大小的两种表达式： t N ??=φε，θεsin Blv = （2）判断产生的感应电流的方向方法：楞次定律， 右手定则 （3）安培力计算公式：F ＝BIl 3.基本方法： a. 确定电源（ ??→?=+= r R E I E 感应电流?? →?=BIl F 运动导体受到的安培力?→? 合外力??→?=ma F a 变化情况?→?运动状态的分析?→?临界状 态） b. 在受力分析与运动情况分析的同时，又要抓住能量转化和守恒这一基本规律，分析清楚哪些力做功，就可以知道有哪些形式的能量参与了转换，如有摩擦力做功，必然有内能出现；重力做功就可能有机械能参与转化；安培力做负功就将其他形式能转化为电能，做正功将电能转化为其他形式能；然后利用能量守恒列出方程求解. 3.典例分析 一、电磁感应现象中的力学问题 【例1】如图所示，有两根足够长、不计电阻，相距L 的平行光滑金属导轨cd 、ef 与水平面成θ角固定放置，底端接一阻值为R 的电阻，在轨道平面内有磁感应强度为B 的匀强磁场，方向垂直轨道平面斜向上.现有一平行于ce 、垂直于导轨、质量为m 、电阻不计的金属杆 ab ，在沿轨道平面向上的恒定拉力F 作用下，从底端ce 由静止沿导轨向上运动，当ab 杆速 度达到稳定后，撤去拉力F ，最后ab 杆又沿轨道匀速回到ce 端.已知ab 杆向上和向下运动的最大速度相等.求:拉力F 和杆ab 最后回到ce 端的速度v . θ a F b B R c d e f
高中物理-电磁感应中的能量转化与守恒 练习
高中物理-电磁感应中的能量转化与守恒练习 (时间：40分钟分值：100分) [基础达标练] 一、选择题(本题共6小题,每小题6分,共36分) 1．如图所示,由均匀导线制成的半径为R的圆环,以速度v匀速进入一磁感应强度大小为B的匀强磁场．当圆环运动到图示位置(∠aOb＝90°)时,a、b两点的电势差为( ) A.2BRv B． 2 2 BRv C. 2 4 BRv D． 32 4 BRv D[设整个圆环电阻是r,则其外电阻是圆环总电阻的 3 4 ,而在磁场内切割磁感线的有效长度是2R,其相当于电源,E＝B·2R·v,根据欧姆定律可得U＝ 3 4 r r E＝ 32 4 BRv,选项D正确．] 2．如图所示,两个比荷相同的都带正电荷的粒子a和b以相同的动能在匀强磁场中运动,a 从B 1 区运动到B 2 区,已知B 2 >B 1 ；b开始在磁感应强度为B 1 的磁场中做匀速圆周运动,然后磁场 逐渐增加到B 2 .则a、b两粒子的动能将( ) A．a不变,b增大B．a不变,b变小 C．a、b都变大D．a、b都不变 A[a粒子在磁场中运动,受到的洛伦兹力不做功,动能不变；b粒子在变化的磁场中运动,由于变化的磁场要产生感生电场,感生电场会对它做正功,所以A选项是正确的．] 3.如图所示,竖直放置的两根平行金属导轨之间接有定值电阻R,质量不能忽略的金属棒与两导轨始终保持垂直并良好接触且无摩擦,棒与导轨的电阻均不计,整个装置放在匀强磁场
中,磁场方向与导轨平面垂直,棒在竖直向上的恒力F作用下加速上升的一段时间内,力F做的功与安培力做的功的代数和等于 ( ) A．棒的机械能增加量B．棒的动能增加量 C．棒的重力势能增加量D．电阻R上产生的热量 A[棒加速上升时受到重力、拉力F及安培力．根据功能关系可知,力F与安培力做的功的代数和等于棒的机械能的增加量,A正确．] 4．如图所示,固定的水平长直导线中通有电流I,矩形线框与导线在同一竖直平面内,且一边与导线平行．线框由静止释放,在下落过程中( ) A．穿过线框的磁通量保持不变 B．线框中感应电流的方向保持不变 C．线框所受安培力的合力为零 D．线框的机械能不断增大 B[当线框由静止向下运动时,穿过线框的磁通量逐渐减少,根据楞次定律可知产生的感应电流的方向为顺时针且方向不发生变化,选项A错误,B正确；因线框上下两边所在处的磁场强弱不同,线框所受的安培力的合力一定不为零,选项C错误；整个线框所受的安培力的合力竖直向上,对线框做负功,线框的机械能减小,选项D错误．] 5.(多选)如图所示,两根足够长的光滑导轨竖直放置,间距为L,底端接阻值为R的电阻．将质量为m的金属棒悬挂在一个固定的轻弹簧下端,金属棒和导轨接触良好,导轨所在平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直,除电阻R外其余电阻均不计．现将金属棒从弹簧原长位置由静止释放,则( )
电磁感应中的能量转化问题
电磁感应中的能量转化问题 例1. 如图 16-7-2所示，正方形线圈abcd 边长L =0.20m,质量m =0.10kg ,电阻R =0.1Ω,砝码质量M = 0.14kg ,匀强磁场B =0.50T.当M 从某一位置下降,线圈上升到ab 边进入匀强磁场时开始匀速运动,直到线圈全部进入磁场.问线圈运动过程中产生的热量多大?(g=10m/s 2) 例2 两金属杆ab 和cd 长均为L ，电阻均为R ，质量分别为M 和m ，M>m 。用两根质量和 电阻均可忽略的不可伸长的柔软导线将它们连成闭合回路，并悬挂在水平、光滑、不导电的 圆棒两侧。两金属杆都处在水平位置（如图16-7-5所示）。整个装置处在一与回路平面相垂 直的匀强磁场中，磁感应强度为B 。若金属杆ab 正好匀速向下运动，求运动速度。 例3 如图16-7-6所示，在竖直向上B =0.2T 的匀强磁场内固定一水平无电阻的光滑U 形金属导轨，轨距50cm 。金属导线ab 的质量m =0.1kg ，电阻r =0.02Ω且ab 垂直横跨导轨。导轨中接入电阻R =0.08Ω，今用水平恒力F =0.1N 拉着ab 向右匀速平移，则 （1）ab 的运动速度为多大？ （2）电路中消耗的电功率是多大？ （3）撤去外力后R 上还能产生多少热量？ [能力训练] 1、 边长为h 的正方形金属导线框，从图16-7-7所示的初始位置由静止开始下落，通过一匀强磁场区域，磁场方向是 水平的，且垂直于线框平面，磁场区域宽度等于H ，上下边界如图16-7-7中水平虚线所示，H>h ，从线框开始下落到完全穿过场区的整个过程中[ ] A 、 线框中总是有感应电流存在 B 、 线框受到磁场力的合力方向先向下，后向上 C 、 线框运动的方向始终是向下的 D 、 线框速度的大小可能不变。 2、 在闭合线圈上方有一条形磁铁自由下落，直到穿过线圈的过程中，下列说法正确的是[ ] A 、 磁铁下落过程中机械能守恒 B 、 磁铁的机械能增加 C 、 磁铁的机械能减少 D 、 线圈增加的热量是由磁铁减少的机械能转化而来的 3、 有一矩形线圈在竖直平面内由静止开始下落，磁场水平且垂直于线圈平面，当线框的下边进入 磁场而上边尚未进入匀强磁场的过程中，线圈不可能做：[ ] A 、匀速下落 B 、加速下落 C 、减速下落 D 、匀减速下落 4、 如图16-7-8所示，CD 、EF 为足够长的光滑平行竖直金属导轨，磁感应强度B =0.5T 的水平匀强 磁场与导轨平面垂直，置于导轨上的导体棒MN 的长等于导轨间距，其电阻等于电池内阻。电 池电动势E =1.5V 。回路中其余电阻不计。若仅闭合S 1，MN 恰可静止，若仅闭合S 2，则MN 棒 沿竖直导轨下滑过程中每秒内扫过的最大面积为多少平方米？ 图16-7-7 图16-7-8 图 16-7-2 图 16-7-5 图16-7-6
电场、磁场和能量转化
2005高考专题教案专题四电场、磁场和能量转化 命题趋势 电场、磁场和能量的转化是中学物理重点内容之一，分析近十年来高考物理试卷可知，这部分知识在高考试题中的比例约占13%，几乎年年都考，从考试题型上看，既有选择题和填空题，也有实验题和计算题；从试题的难度上看，多属于中等难度和较难的题，特别是只要有计算题出现就一定是难度较大的综合题；由于高考的命题指导思想已把对能力的考查放在首位，因而在试题的选材、条件设置等方面都会有新的变化，将本学科知识与社会生活、生产实际和科学技术相联系的试题将会越来越多，而这块内容不仅可以考查多学科知识的综合运用，更是对学生实际应用知识能力的考查，因此在复习中应引起足够重视。 教学目标： 1．通过专题复习，掌握电场、磁场和能量转化的综合问题的分析方法和思维过程，提高解决学科内综合问题的能力。 2．能够从实际问题中获取并处理信息，把实际问题转化成物理问题，提高分析解决实际问题的能力。 教学重点： 掌握电场、磁场和能量转化的综合问题的分析方法和思维过程，提高解决学科内综合问题的能力。 教学难点： 从实际问题中获取并处理信息，把实际问题转化成物理问题，提高分析解决实际问题的能力。 教学方法：讲练结合，计算机辅助教学 教学过程： 一、知识概要 能量及其相互转化是贯穿整个高中物理的一条主线，在电场、磁场中，也是分析解决问题的重要物理原理。在电场、磁场的问题中，既会涉及其他领域中的功和能，又会涉及电场、磁场本身的功和能，相关知识如下表：
电、磁场中的功和能电场中的 功和能 电势能由电荷间的相对位置决定，数值具有相对性，常取无限远处或 大地为电势能的零点。重要的不是电势能的值，是其变化量电场力的功与路径无关，仅与电荷移动的始末位置有关：W=qU 电场力的功和电势能的变化 电场力做正功电势能→其他能 电场力做负功其他能→电势能 转化 转化 磁场中的 功和能 洛伦兹力不做功 安培力的功 做正功：电能→机械能，如电动机 做负功：机械能→电能，如发电机 转化 转化 如果带电粒子仅受电场力和磁场力作用，则运动过程中，带电粒子的动能和电势能之间相互转化，总量守恒；如果带电粒子受电场力、磁场力之外，还受重力、弹簧弹力等，但没有摩擦力做功，带电粒子的电势能和机械能的总量守恒；更为一般的情况，除了电场力做功外，还有重力、摩擦力等做功，如选用动能定理，则要分清有哪些力做功？做的是正功还是负功？是恒力功还是变力功？还要确定初态动能和末态动能；如选用能量守恒定律，则要分清有哪种形式的能在增加，那种形式的能在减少？发生了怎样的能量转化？能量守恒的表达 式可以是：①初态和末态的总能量相等，即E 初=E 末 ；②某些形势的能量的减少量等于其他 形式的能量的增加量，即ΔE 减=ΔE 增 ；③各种形式的能量的增量（ΔE=E 末 -E 初 ）的代数和 为零，即ΔE1+ΔE2+…ΔE n=0。 电磁感应现象中，其他能向电能转化是通过安培力的功来量度的，感应电流在磁场中受到的安培力作了多少功就有多少电能产生，而这些电能又通过电流做功转变成其他能，如电阻上产生的内能、电动机产生的机械能等。从能量的角度看，楞次定律就是能量转化和守恒定律在电磁感应现象中的具体表现。电磁感应过程往往涉及多种能量形势的转化，因此从功和能的观点入手，分析清楚能量转化的关系，往往是解决电磁感应问题的重要途径；在运用功能关系解决问题时，应注意能量转化的来龙去脉，顺着受力分析、做功分析、能量分析的思路严格进行，并注意功和能的对应关系。 二、考题回顾 1．（2004湖南理综20）如图，一绝缘细杆的两端各固定着一个小球，两小球带有等量异号的电荷，处于匀强电场中，电场方向如图中箭头所示。开始时，细杆与电场方向垂直，即在图中Ⅰ所示的位置；接着使细杆绕其中心转过90°，到达图中Ⅱ所示的位置；最后，
含答案电磁感应中的能量问题分析
电磁感应中的能量问题分析 一、基础知识 1、过程分析 (1)电磁感应现象中产生感应电流的过程，实质上是能量的转化过程． (2)电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到安培力的作用，因此，要维持感应 电流的存在，必须有“外力”克服安培力做功，将其他形式的能转化为电能．“外力” 克服安培力做了多少功，就有多少其他形式的能转化为电能． (3)当感应电流通过用电器时，电能又转化为其他形式的能．安培力做功的过程，或通过 电阻发热的过程，是电能转化为其他形式能的过程．安培力做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能． 2、求解思路 (1)若回路中电流恒定，可以利用电路结构及W＝UIt或Q＝I2Rt直接进行计算． (2)若电流变化，则：①利用安培力做的功求解：电磁感应中产生的电能等于克服安培力 所做的功；②利用能量守恒求解：若只有电能与机械能的转化，则机械能的减少量等于产生的电能． 3、电磁感应中能量转化问题的分析技巧 a、电磁感应过程往往涉及多种能量的转化 (1)如图中金属棒ab沿导轨由静止下滑时，重力势能减少， 一部分用来克服安培力做功，转化为感应电流的电能，最终在R 上转化为焦耳热，另一部分转化为金属棒的动能． (2)若导轨足够长，棒最终达到稳定状态做匀速运动，之后重力势能的减小则完全用来克服安培力做功，转化为感应电流的电能． b、安培力做功和电能变化的特定对应关系 (1)“外力”克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能转化为电能． (2)安培力做功的过程，是电能转化为其他形式的能的过程，安培力做多少功就有多少 电能转化为其他形式的能． c、解决此类问题的步骤 (1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律(包括右手定则)确定感应电动势的大小和方向． (2)画出等效电路图，写出回路中电阻消耗的电功率的表达式． (3)分析导体机械能的变化，用能量守恒关系得到机械功率的改变与回路中电功率的改 变所满足的方程，联立求解．