安培力做功与能量转化

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1 安培力做功与能量转化

1.如图所示,两足够长的光滑平行金属导轨水平放置,处于竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度为B ,导轨左端接有电动势为E ,内阻不计的直流电源和定值电阻R ,导轨宽度为L ,一导体杆ab 垂直跨放在导轨上,且与导轨电接触良好,不计导轨和导体杆的电阻,试分析在这种情况下,安培力做功的效果,并说明导体杆ab 的最终运动状态。

分析:假设某时刻导体杆ab 的速度为v ,回路中的电流为I ,

由闭合电路欧姆定律有:

I R E E =-反

变形得:IR E E +=反 两边同乘以电流I 又有:R I E E 2I I +=反

在此电流克服反电动势做功等于安培力做的功,也等于物体所获得的机械能。看来电流克服反电动势做功实现了电能向机械能的转化,电动机就是根据这个原理来工作的。

因为只要电路中有电流,导体杆ab 就会受到向右的安培力作用,导体杆就会向右加速运动,而导体杆运动的越快,反电动势就越大,这样又使回路中的电流越来越小。因此最终状态必然是电路中的电流为0,导体杆以某以速度作匀速直线运动。

由此可得: 当杆的V 最大,故以后导体杆就以这一速度作匀速直线运动。

2.如图所示,两足够长的光滑平行金属导轨水平放置,处于竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度为B ,导轨左端接有电阻R ,导轨宽度为L ,一导体杆ab 垂直跨放在导轨上且与导轨电接触良好,不计导轨和导体杆的电阻。今在导体杆上作用一向右水平拉力F ,试分析在这种情况下安培力做功的效果,并说明导体杆最终的运动状态。 分析:假设某时刻导体杆ab 的速度为v ,

回路中的电流为I ,由闭合电路欧姆定律有:

因而可见,

这就是说在电磁感应现象中,外力克服安培力做的功等于电路中所获得的电能,看来,外力克服安培力做功实现了机械能向电能的转化,发电机就是根据这个原理来工作的。

若力F 为恒力,只要导体杆ab 是加速运动的,回路中就有逐渐增大的电流,ab 杆所受的安培力就会逐渐增大,根据牛顿第二定律,可知,ab 杆的加速度就会逐渐减小,当a=0时速度V 最大, 以后杆ab 就以这个速度作匀速直线运动。