电磁感应中的能量转换
第八章(4)电磁感应中的能量转化
问题2：把总电阻为2R的均匀电阻丝焊接成一半径为a的
圆环，水平固定在竖直向下的磁感强度为B的匀强磁场中， 如图13-16所示，一长度为2a，电阻等于R，粗细均匀的金 属棒MN放在圆环上，它与圆环始终保持良好的电接触．当
金属棒以恒定速度v向右移动经过环心O时，求：
(1)棒上电流的大小和方向，及棒两端的电压UMN．
电磁感应现象中的能量转化
1．能量间转化条件W≠0．
功是能量间转化的“桥”．功是能量变化大小的量 度．要清楚能量转化间的“功”，如：机械能转化为 物体的内能，是通过克服摩擦力(或介质阻力)做功；机 械能转为电能，是通过克服电磁力做功；电能转化为 内能是通过电流经过导体做功；电能转化为机械能是 通过电磁力做功，等等．
最好的日子，无非就是你在闹，他在笑，岁月静好，如此温暖到老！ 一段岁月无情的流逝，终于在那个不知离别是何物的年龄，经历了再也不聚的疼。您忍受不了病魔的折磨，一向高大的您居然卷缩成一团，颓然倒在地上，豆大的水滴从您的脸上落下。我拉着您的手：疼吗？我帮你揉揉。花季的我，并不知道您的病情如何，只是知道你动了手术，每天中药西药不离口，有时三更半夜醒来，还看见母亲在给你熬药。转脸看见母亲红肿的双眼，留在脸颊的泪水，此时并不能感受母亲的心事多么的痛。一个失去爱人的女人，后面还有几十年的岁月，如何去走，孤独地行走你？
有一次和父亲去供销社，突然发现椅子上有一个包包，打开一看，有一个工作证，还有一张介绍信，里面还有五十元钱。我悄悄地问父亲：要等丢失钱包的人回来吗？父亲看了我一眼：孩子，东西是别人的，那个人丢了东西不知道有多着急，不可以占为己有，知道吗？我留恋地看着，那笔五十元的巨款，口水都流出来了。要知道，平时向父母要五分钱都是一件困难的事情，如今是多少个五分钱呀！ 记得七八岁的时候，邻家院子里一颗杏子树，一到夏天的时候，树上结满了杏子。于是，我和一个邻家的玩伴，爬上了树，一边摘着一边吃。正吃的欢的时候，玩伴一不留神，从树上摔了下来，我吓坏了，赶紧溜下来，叫了父亲去看。父亲瞪了我一眼：小子，等下找你算账！于是，弯腰抱起邻家的孩子，向圩上跑去。医生检查完后，告诉父亲幸亏送的及时，不然小腿就保不住了。父亲垫资了药费，当孩子的父母赶到时，孩子已经躺在父亲的怀里睡着了。父亲常说：相邻相亲，遇着事帮一把，给了别人一点温暖，相信这种温暖会传承下去，那么这个社会就是温暖的。为此事，父亲狠狠地揍了我一顿，我好冤枉啊。
电磁感应中的能量转化
电磁感应中的能量转化电磁感应是指在磁场变化或导体在磁场中运动时，导体中产生感应电流的现象。
根据法拉第电磁感应定律，感应电流的产生伴随着能量的转化，这一现象被广泛应用于发电、感应加热和电磁感应传感器等领域。
本文将探讨电磁感应中的能量转化过程，以及其在不同应用中的实际运用。
1. 电磁感应原理电磁感应的基本原理是当导体与磁场相互作用时，磁场发生变化或者导体运动时，会在导体中产生感应电流。
法拉第电磁感应定律表述了感应电流大小与产生它的磁通量变化速率成正比的关系。
简言之，电磁感应是磁场与导体的相互作用，将磁能转化为电能的过程。
2. 在电磁感应过程中，能量的转化是不可避免的。
当磁场发生变化或者导体运动时，磁能被转化为电能。
这种转化过程可以用以下几个方面进行说明。
2.1 磁能转化为电能当导体中的磁通量发生变化时，感应电流产生并沿导体中的闭合回路流动。
感应电流的产生是由磁场对导体中电荷的作用力所导致的。
这个作用力使得电子在导体中运动，从而产生电流。
这时，磁场的能量被转化为电流中的电能。
2.2 动能转化为电能当导体在磁场中运动时，导体中的自由电子被磁场束缚并移动。
这种运动使得电子具有了动能，而导体在磁场中运动的动能转化为导体中的电能。
2.3 机械能转化为电能在某些应用中，通过机械方式改变磁通量的方法也可以实现电磁感应中的能量转化。
如发电机工作原理中，通过机械能驱动导体在磁场中旋转，从而将机械能转化为电能。
3. 电磁感应的实际应用电磁感应在电力工程和科学研究中有着广泛的应用。
以下列举了一些常见的应用场景：3.1 发电机发电机是一种将机械能转化为电能的装置。
通过将导体在磁场中旋转，产生感应电流，并利用导线绕制的线圈输出电能。
发电机的工作原理正是基于电磁感应。
将机械能转化为电能的过程中，磁能和动能被成功转化为电能。
3.2 感应加热感应加热是利用电磁感应的原理对物体进行加热的技术。
通过在物体附近产生高频交变磁场，感应电流在物体内部产生涡流，并将电能转化为热能，从而使物体加热。
电磁感应中的能量转换图
实验设备与材料
电源
提供稳定的直流或交流电。
线圈
用于产生磁场。
磁铁
用于产生磁场。
测量电流大小。
电流表
测量电压大小。
电压表
导线
连接设备，形成电路。
实验步骤与操作
01 1. 准备实验设备与材料，搭建实验装置。
02 2. 将电源接入电路中，观察电流表和电压 表的读数。
03
3. 改变磁场强度或线圈匝数，观察电流表 和电压表的读数变化。
楞次定律可以用“增反减同”的口诀来记忆，即当磁通量增加时 ，感应电流产生的磁场与原磁场方向相反；当磁通量减少时，感 应电流产生的磁场与原磁场方向相同。
02 能量转换过程
CHAPTER
磁场能转换为电能
总结词
当导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中会产生感应电动势，从而将磁场 能转换为电能。
详细描述
谢谢
THANKS
CHAPTER
电磁感应中的能量损失问题
磁滞损耗
由于磁性材料的磁化过程产生能量损失，导致 转换效率降低。
涡流损耗
在导体中产生的涡流导致能量损失，影响转换 效率。
辐射损耗
电磁场向外辐射能量，导致能量转换效率降低。
提高能量转换效率的方法
01
采用高磁导率、低损耗的磁性材料：如纳米晶材料， 可降低磁滞损耗。
法拉第电磁感应定律
法拉第电磁感应定律指出，当磁场发生变化时，会在导体中产生电动势。
该定律可以用公式表示为：E = n(dΦ/dt)，其中E是产生的电动势，n是线圈匝数， Φ是穿过线圈的磁通量，t是时间。
楞次定律
楞次定律指出，当磁场发生变化时，导体中产生的电流会阻碍磁 场的变化。
这种阻碍作用表现为感应电流的方向总是试图阻止产生它的磁场 变化。
电磁感应中的能量转换
电磁感应中的能量转换电磁感应作为物理学中的一个重要现象，指的是当导体相对于磁场发生运动时，会在导体中产生感应电流。
电磁感应的过程中，能量会从不同的形式进行转换，这种能量转换对于我们生活中许多实际应用具有重要意义。
本文将探讨电磁感应中的能量转换过程，以及其中的一些应用。
1. 电能和磁能之间的转换在电磁感应的过程中，最常见和直观的能量转换是电能和磁能之间的转换。
当一个导体在磁场中运动时，磁场会对导体中的电荷产生力，导致电荷沿导体内部移动，形成感应电流。
这时，电能会转化为磁能，储存在感应电流所产生的磁场中。
反之，当磁场中的导体静止不动时，感应电流会逐渐减小，磁能会转化为电能，从而推动导体内的电荷移动。
这种电能和磁能之间的转换在发电机中得到了广泛应用。
发电机中通过转动导体和磁场之间的相对运动，使得电能和磁能不断地相互转换。
当导体切割磁感线时，感应电流会在导体中产生，通过导线输出电力。
与此同时，电流所产生的磁场又会对磁场产生作用力，使得导体继续受到驱动，保持相对运动，从而保持能量的转换。
2. 磁能和动能之间的转换除了电能和磁能之间的转换，电磁感应还可以引发磁能和动能之间的转换。
当一个导体在磁场中运动时，会受到力的作用，从而获得动能。
这种动能是由磁场所储存的磁能转化而来的。
在感应加速器等应用中，磁能和动能之间的转换是至关重要的。
感应加速器利用电磁感应的原理，通过交变磁场产生感应电流，使得导体在磁场的作用下加速运动。
导体所获得的动能是在磁场中储存的磁能转化而来的。
这种方式不仅可以实现高速粒子的加速，还可以产生高能粒子束，用于科学研究和医疗等领域。
3. 热能和电能之间的转换在电磁感应的过程中，还会发生热能和电能之间的转换。
当感应电流通过导体时，会在导体内部产生电阻，从而产生热量。
这种热量是由电能转化而来的。
在电磁感应加热中，热能和电能之间的转换被广泛应用。
通过感应电流产生的热量可以用于加热各种物体，如金属材料的加热、水的加热等。
安培力做功与电磁感应现象中的能量转换
安培力做功与电磁感应现象中的能量转换能的转化与守恒定律，是自然界的普遍规律，也是物理学的重要规律。
电磁感应中的能量转化与守恒问题，是高中物理的综合问题，也是高考的热点、重点和难点。
在电磁感应现象中，外力克服安培力做功，消耗机械能，产生电能，产生的电能是从机械能转化而来的。
当电路闭合时，感应电流做功，消耗了电能，转化为其它形式的能，如在纯电阻电路中电能全部转化为电阻的内能，即放出焦耳热，在整个过程中，总能量守恒。
安培力做功=电能的改变，安培力做正功，电能转化为其它形式的能；安培力做负功（即克服安培力做功），其它形式的能转化为电能。
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。
在电磁感应现象中，能量是守恒的。
电磁感应中的能量转化与守恒
2、解决电磁感应现象与力的结合问题的方法 (1) 平衡问题：动态分析过程中，抓住受力与运 动相互制约的特点，分析导体是怎样从初态过 渡到平衡状态的，再从受力方面列出平衡方程， 解决问题； (2)非平衡类：抓住导体在某个时刻的受力情况， 利用顿第二定律解决问题；
例题5
圆形导体环用一根轻质细杆悬挂在 O 点，导体环 可以在竖直平面内来回摆动，空气阻力和摩擦力 均可忽略不计．在图所示的正方形区域，有匀强 磁场垂直纸面向里．下列说法正确的是( BD ) A．此摆开始进入磁场前机械能不守恒 B．导体环进入磁场和离开磁场时，环中感应电流 的方向肯定相反 C．导体环通过最低位置时， 环中感应电流最大 D．最后此摆在匀强磁场中 振动时，机械能守恒
电磁感应中的综合应用
3、解决电磁感应现象与能量的结合问题的方法 要注意分析电路中进行了那些能量转化 , 守恒关系是什么,从功和能的关系入手,列出表 示能量转化关系的方程;
二、反电动势 相反 在电磁感应电路与电流方向 ________ 的电动 反电动势 此时总电动势等于电源电动势和 势叫做__________. 之差 ． 反电动势______ 由于杆 ab 切割磁感线运动，因而产生感应电动 势 E´，根据右手定则，在杆 ab 上感应电动势 E´的方 向是从b到a，同电路中的电流方向相反，在电路中与 电流方向相反的电动势叫做反电动势，杆ab中的感应 电动势 E´就是反电动势，这时总电动势等于电池电 动势和反电动势之差.
2. 如图所示 , 当图中电阻 R 变化时 , 螺线管 M 中变化的电 流产生变化的磁场 ,从而使螺线管 N中的磁通量发生变 化 , 在 N 中产生感应电流 ,此处电能是螺线管 M 转移给 N 的.但此处的转移并不像导向导线导电一样直接转移,而 电能 磁场能 → 是 一 个 间 接 的 转 移 : ________ → ________ 电能 ,实质上还是能量的转化． ________
电磁感应中能量转化问题
a L d
B L
a d
B
W=2B2a2 Lv/R
W=2B2a2 d v/R
3、如图质量为m，边长为L的正方形线框，在有 界匀强磁场上方h高处由静止自由下落，线框的总 电阻为R，磁感应强度为B的匀强磁场宽度为2L。 线框下落过程中，ab边始终与磁场边界平行且处 于水平方向，已知ab边刚穿出磁 场时线框恰好作匀速运动，求： L c d （1）cd边刚进入磁场时 L a b 线框的速度。 h （2）线框穿过磁场的过程中， 产生的焦耳热。 B 2L
电磁感应中能量转化问题
b B R a
v0
分析：棒的运动及能量转化
1．在只有机械能和电能相互转化的系统中： Δ E机械能的减少 = Δ E电能的增加 2、功能关系： W克服安培力 = Δ E机械能的减少 = Δ E电能的增加 3、功能关系整理：① W保守力 =？ ②W合力 = ？③W克服摩擦力 =？④W克服安培力 =？
mgR 由1、2式联立得：v0 = 2 gL 4 4 BL
2 2 2
（2）线框由静止开始运动，到cd边刚离开磁场 的过程中，根据能量守恒定律，得：
1 2 mg (h 3L) mv Q 2
则线框穿过磁场的过程中，产生的焦耳热为：
m3 g 2 R 2 Q mg (h 3L) 4 4 2B L
练.如图abcd是一个质量为m，边长为L的正方形 金属线框．如从图示位置自由下落，在下落h后 进入磁感应强度为B的磁场，恰好做匀速直线 运动，该磁场的宽度也为L.在这个磁场的正下方 h＋L处还有一个未知磁场，金属线框abcd在穿 过这个磁场时也恰好做匀速直线运动，则有（ ） A．未知磁场的磁感应强度是2B B．未知磁场的磁感应强度是B C．线框在穿过这两个磁场的 过程中产生的电能为4mgL D．线框在穿过这两个磁场的 过程中产生的电能为2mgL
(完整版)电磁感应中的能量转换.
（一）导体切割磁感线类
例题2：如图所示，光滑水平放置
M
B
E
N
的足够长平行导轨MN、PQ的间距
为L，导轨MN、PQ电阻不计。电
E， r
源的电动势E，内阻r，金属杆EF
L
E反
F安
其有效电阻为R，整个装置处于竖 P
FR
Q
直向上的匀强磁场中，磁感应强度
B，现在闭合开关。
电流做功
W E
电能变化
两种典型的电磁感应现象
由于导体切割磁感线产生的感应电动势，我们叫动生电动势。 由于变化的磁场产生的感应电动势，我们叫感生电动势。
B均匀
Ｎ
增大
R
Ｓ
切割
机械能
电能
R
磁场能
电能
电磁感应的实质是不同形式的能量转化为电能的过程。
（一）导体切割磁感线类
b l =0.4m
例1：若导轨光滑且水平，ab开始 静止，当受到一个F=0.08N的向右
做功的过程与能量变化密切相关
做功
功是能量转化的量度
能量变化
重力做功
WG EP
弹力做功
W弹 EP
合外力做功
W合 EK
W其它 E机械
除弹力和重力之外其他力做功
重力势能变化 弹性势能变化
动能变化 机械能的变化
一对滑动摩擦力对系统做功
fS 相对 Q 系统内能的变化
电场力做功
W电场力 EP
电势能变化
FR
Q
直向上的匀强磁场中，磁感应强度
B，现在闭合开关。
问2：当EF速度为v时，其机械功率P机？电路产生的热功率P热？
电源消耗的电功率P电？ P机、P热、P电三者的关系？