《2022教科版必修(3-2)《電磁感應中的能量轉(zhuǎn)化與守恒》word學案》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2022教科版必修(3-2)《電磁感應中的能量轉(zhuǎn)化與守恒》word學案（7頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、班級： 姓名： 2022教科版必修(3-2)《電磁感應中的能量轉(zhuǎn)化與守恒》word學案 執(zhí)筆人：黃文松 xx.12.14 【預習目標】 1．學會分析電磁感應中的能量守恒。 2．體會安培力做功與電能轉(zhuǎn)化之間的關(guān)系。 3．進一步理解能量轉(zhuǎn)化與守恒的普適性。 【預習自測】 1、電磁感應現(xiàn)象中能量 。 2、如圖所示ab中將產(chǎn)生感應電流，有電流就會有焦耳熱產(chǎn)生，這個能量是怎么來的呢？ab桿有電流在磁場中受

2、安培力，安培力方向向 ，它 ab桿運動。如果要維持ab桿勻速運動，必須有 克服安培力做功，提供維持感應電流的 。 3、安培力做正功， 電能，如電磁炮；克服安培力做功（安培力做負功）， 電能，如發(fā)電機。 常見功能關(guān)系： 不同力做功 實現(xiàn)能量形式的轉(zhuǎn)化 重力做正功 彈簧彈力做正功 合力做正功 除重力和彈簧彈力以外的其他力做正功 電場力做正功 安培力做正功 克服安培力做功 一對滑動摩擦力做的總功 【我思我疑】 ______________________________

3、______________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 【課堂參考例題】 1、如圖12所示,MN、PQ是兩根足夠長固定的平行金屬導軌,其間距為l,導軌平面與水平面的夾角為α,在整個導軌平面內(nèi)都有垂直于導軌平面斜向上方向的勻強磁場,磁感應強度為B,在導軌的M、P端連接一阻值為R的電阻,一根垂直于導軌放置的金屬棒ab,質(zhì)量為m,從靜止釋放沿導軌

4、下滑,已知ab與導軌間的滑動摩擦因數(shù)為μ. (1)分析ab棒下滑過程中的運動性質(zhì),畫出其受力示意圖. (2)求ab棒的最大速度. (3)分析ab棒下滑過程哪些力對ab棒做功，試由功分析能量的轉(zhuǎn)化和守恒。 (4)若下滑s遠達最大速度，試寫出該過程的動能定理和能量守恒。 分析：（1）ab下滑做切割磁感線運動，產(chǎn)生的感應電流方向垂直于紙面指向讀者，受力如圖所示，受到重力mg、支持力N、摩擦力f、安培力F四個力的作用；隨著速度的增大，感應電流在增大，安培力也在逐漸增大，而合外力在逐漸減小，加速度就逐漸減小.故ab棒做初速為零,加速度逐漸減小的加速運動,當加速度為零時速度最大,最后做勻速直線運

5、動 (2)設當棒的速度為v時,感應電動勢為E,電路中的電流為I,則E=Blv. I= F=BIl由牛頓第二定律得：mgsinα-F-μmgcosα=ma 解得：a=g(sinα-μcosα)- 當加速度為零時速度最大，設為νm, νm= (3)做功的力： 參與轉(zhuǎn)化的能量： (4) 拓展：完成下列關(guān)于功和能的轉(zhuǎn)化 1、機械能的減小量等于 2、重力和安培力做的功之和等于

6、3、重力和摩擦力做的總功等于 4、克服安培力和摩擦力做的總功等于 2、圖所示電路，兩根光滑金屬導軌，平行放置在傾角為θ的斜面上，導軌下端接有電阻R，導軌電阻不計，斜面處在豎直向上的勻強磁場中，電阻可略去不計的金屬棒ab質(zhì)量為m，受到沿斜面向上且與金屬棒垂直的恒力F的作用，金屬棒沿導軌勻速下滑，則它在下滑h高度的過程中，以下說法正確的是（ AC ） Ａ．作用在金屬棒上各力的合力做功為零 Ｂ．重力做功等于系統(tǒng)產(chǎn)生的電能 Ｃ．金屬棒克服安培力做功等

7、于電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱 Ｄ．金屬棒克服恒力F做功等于電阻R上發(fā)出的焦耳熱 R P M a b d0 d o o o1 o1 ′ ′ B Q N 3、如圖，豎直放置的光滑平行金屬導軌MN、PQ相距L，在M點和P點間接一個阻值為R的電阻，在兩導軌間 OO1O1′O′ 矩形區(qū)域內(nèi)有垂直導軌平面向里、寬為d的勻強磁場，磁感應強度為B．一質(zhì)量為m，電阻為r的導體棒ab垂直擱在導軌上，與磁場上邊邊界相距d0．現(xiàn)使ab棒由靜止開始釋放，棒ab在離開磁場前已經(jīng)做勻速直線運動（棒ab與導軌始終保持良好的電接觸且下落過程中始終保持水平，導軌電阻不計）．求： （1）棒ab在離開

8、磁場下邊界時的速度； （2）棒ab在通過磁場區(qū)的過程中產(chǎn)生的焦耳熱； （3）試分析討論ab棒在磁場中可能出現(xiàn)的運動情況． 解：（1）設ab棒離開磁場邊界前做勻速運動的速度為v，產(chǎn)生的電動勢為E = BLv…（1分） 電路中電流 I = …………………………（1分） 對ab棒，由平衡條件得 mg－BIL = 0…………………（2分） 解得 v = ……………………………（1分） (2) 由能量守恒定律：mg(d0 + d) = E電 + mv2……………………（1分) 解得 ……………………（1分） ……………………（1分） （3）設棒剛進入磁場時的速度為v0，由mgd0

9、 = mv02，得v0 = …（1分） 棒在磁場中勻速時速度為v = ，則 當v0=v，即d0 = 時，棒進入磁場后做勻速直線運 ………（1分） 當v0 < v，即d0 <時，棒進入磁場后做先加速后勻速直線運動（1分） 當v0＞v，即d0＞時，棒進入磁場后做先減速后勻速直線運動（1分） 4、如圖26-1所示，用密度為D、電阻率為ρ的導線做成正方形線框，從靜止開始沿豎直平面自由下落。線框經(jīng)過方向垂直紙面、磁感應強度為B的勻強磁場，且磁場區(qū)域高度等于線框一邊之長。為了使線框通過磁場區(qū)域的速度恒定，求線框開始下落時的高度h。(不計空氣阻力) 分析與解：線框勻速通過磁場的條

10、件是受到的豎直向上的安培力與重力平衡，即：F安=mg [1] 設線框每邊長為L，根據(jù)線框進入磁場的速度為，則安培力可表達為： F安=BIL= [2] 設導線橫截面積為S，其質(zhì)量為：m=4LSD [3] 其電阻為：R=ρ4L/S [4] 聯(lián)立解[1]、[2]、[3]、[4]式得： h=128D2ρ2g/B4 想一想：若線框每邊長為L，全部通過勻強磁場的時間為多少?(t=) 線框通過勻強磁場產(chǎn)生的焦耳熱為多少？(Q=2mgL) 5、如圖所示，相距為d的兩水平直線和分別是水平向里的勻強磁場的邊界，磁場的磁感應強度為B，正方形線框abcd邊長為L(L

11、將線框在磁場上方ab邊距為h處由靜止開始釋放，當ab邊進入磁場時速度為，cd邊剛穿出磁場時速度也為。從ab邊剛進入磁場到cd邊剛穿出磁場的整個過程中： ( ) 　　A．線框一直都有感應電流 　　B．線框一定有減速運動的過程 　　C．線框不可能有勻速運動的過程 　　D．線框產(chǎn)生的總熱量為mg(d+h+L) 選B §1.5《電磁感應中的能量轉(zhuǎn)化與守恒》 班級： 姓名：

12、 【當堂訓練】 F R 1、如圖所示，豎直放置的兩根平行金屬導軌之間接有定值電阻R，質(zhì)量不能忽略的金屬棒與兩導軌始終保持垂直并良好接觸且無摩擦，棒與導軌的電阻均不計，整個裝置放在勻強磁場中，磁場方向與導軌平面垂直，棒在豎直向上的恒力F作用下加速上升的一段時間內(nèi)，力F做的功與安培力做的功的代數(shù)和等于：（ ） A．棒的機械能增加量 B．棒的動能增加量 C．棒的重力勢能增加量 D．電阻R上放出的熱量 B F a b r R 2、如圖，固定在同一水平面內(nèi)的兩根長直金屬導軌的間距為L，其右端接有阻值為R的電阻，整個裝置處

13、在豎直向上、磁感應強度大小為B的勻強磁場中，一質(zhì)量為m (質(zhì)量分布均勻)的導體桿ab垂直于導軌放置，且與兩導軌保持良好接觸，桿與導軌之間的動摩擦因數(shù)為μ?，F(xiàn)桿在水平向左、垂直于桿的恒力F作用下從靜止開始沿導軌運動，當桿運動的距離為d時，速度恰好達到最大（運動過程中桿始終與導軌保持垂直）。設桿接入電路的電阻為r，導軌電阻不計，重力加速度為g。求此過程中： （1）桿的速度的最大值； （2）通過電阻R上的電量； （3）電阻R上的發(fā)熱量 §3.3《磁感應強度 磁通量》 班級：

14、 姓名： 【鞏固練習】 1、如圖所示,一閉合的小金屬環(huán)用一根絕緣細桿掛在固定點O處，使金屬圓環(huán)在豎直線OO′的兩側(cè)來回擺動的過程中穿過水平方向的勻強磁場區(qū)域，磁感線的方向和水平面垂直。若懸點摩擦和空氣阻力均不計，則 （ ） A．金屬環(huán)每次進入和離開磁場區(qū)域都有感應電流，而且感應電流的方向相反 B．金屬環(huán)進入磁場區(qū)域后越靠近OO′線時速度越大，而且產(chǎn)生的感應電流越大 C．金屬環(huán)開始擺動后，擺角會越來越小，擺角小到某一值后不再減小 D．金屬環(huán)在擺動過程中，機械能將全部轉(zhuǎn)化為環(huán)中的電能 2、如圖12－4－9所示，矩形線圈長

15、為L、寬為h，電阻為R，質(zhì)量為m，在空氣中豎直下落一段距離后（空氣阻力不計），進入一寬度也為h、磁感應強度為B的勻強磁場中，線圈進入磁場時的動能為，線圈剛穿出磁場時的動能為，這一過程中產(chǎn)生的熱量為Q，線圈克服磁場力做的功為，重力做的功為，線圈重力勢能的減少量為，則以下關(guān)系中正確的是（ ） A、 B、 C、 D、 3、如圖所示，兩足夠長平行光滑的金屬導軌MN、PQ相距為L，導軌平面與水平面夾角α＝30°，導軌上端跨接一定值電阻R，導軌電阻不計．整個裝置處于方向豎直向上的勻強磁場中，長為L的金屬棒cd垂直于MN、PQ放置在導軌上，且與導軌保持電接觸良好，金屬棒的質(zhì)

16、量為m、電阻為r，重力加速度為g，現(xiàn)將金屬棒由靜止釋放，當金屬棒沿導軌下滑距離為s時，速度達到最大值vm．求： M P Q c N α d α R （1）金屬棒開始運動時的加速度大小； （2）勻強磁場的磁感應強度大小； （3）金屬棒沿導軌下滑距離為s的過程中，電阻R上產(chǎn)生的電熱． 4、有足夠長的平行金屬導軌，電阻不計，導軌光滑，間距．現(xiàn)將導軌沿與水平方向成角傾斜放置．在底部接有一個的電阻．現(xiàn)將一個長為、質(zhì)量、電阻的金屬棒自軌道頂部沿軌道自由滑下，經(jīng)一段距離后進入一垂直軌道平面的勻強磁場中（如圖12－17所示）．磁場上部有邊界，下部無邊界，磁感應強度

17、．金屬棒進入磁場后又運動了后開始做勻速直線運動，在做勻速直線運動之前這段時間內(nèi)電阻R上產(chǎn)生了的內(nèi)能（）．求： （1）金屬棒進入磁場后速度時的加速度a的大小及方向； （2）磁場的上部邊界距頂部的距離S． 5、如圖所示，MN、PQ是足夠長的光滑平行導軌，其間距為L，且MP⊥MN．導軌平面與水平面間的夾角θ=300．MP接有電阻R．有一勻強磁場垂直于導軌平面，磁感應強度為B0．將一根質(zhì)量為m的金屬棒ab緊靠PM放在導軌上，且與導軌接觸良好，金屬棒的電阻也為R，其余電阻均不計．現(xiàn)用與導軌平行的恒力F=mg沿導軌平面向上拉金屬棒，使金屬棒從靜止開始沿導軌向上運動，金屬棒運動過程中始終與MP平行．當

18、金屬棒滑行至cd處時已經(jīng)達到穩(wěn)定速度，cd 到MP的距離為S．求： （1）金屬棒達到的穩(wěn)定速度； （2）金屬棒從靜止開始運動到cd的過程中，電阻R上產(chǎn)生的熱量； （3）若將金屬棒滑行至cd處的時刻記作t=0，從此時刻起，讓磁感應強度逐漸減小，可使金屬棒中不產(chǎn)生感應電流，寫出磁感應強度B隨時間t變化的關(guān)系式． 6、如圖(甲)所示，一對平行光滑軌道放置在水平面上，兩軌道相距L=1 m，兩軌道之間用R=2Ω電阻連接，一質(zhì)量為m=0.5 kg的導體桿與兩軌道垂直，靜止地放在軌道上，桿及軌道的電阻均忽略不計，整個裝置處于磁感應強度B=2 T的勻強磁場中，磁場方向垂直軌道平面向上．現(xiàn)用水平拉力沿

19、軌道方向拉導體桿，拉力F與導體桿運動的位移s間關(guān)系如圖10(乙)所示，當拉力達到最大時，導體桿開始做勻速運動，經(jīng)過位移s=2.5 m時，撤去拉力，導體桿又滑行了s′=2 m停下．求： (1)導體桿運動過程中的最大速度； B R F 甲 0 2 2.5 6 s/m F/N 乙 16 (2)拉力F作用過程中，電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱； §3.3《磁感應強度 磁通量》 【當堂訓練】 1、A 2、解析：（1）設桿的速度的最大值為V，電路中的最大感應電動勢為．E=BLV 對應的電流為． 桿的速度最大時，桿處于平衡狀態(tài)． 聯(lián)解有． (2) 通過

20、電阻R上的電量． （3）由能量守恒定律．電路中總發(fā)熱量為． 電阻R上的發(fā)熱量為． 由．有． 【鞏固練習】 1、AC 2、C【解析】線圈進入磁場和離開磁場的過程中，產(chǎn)生感應電流受到安培力的作用，線圈克服安培力所做的功等于產(chǎn)生的熱量，故選項C正確． 根據(jù)功能的轉(zhuǎn)化關(guān)系得線圈減少的機械能等于產(chǎn)生的熱量即故選項A、B是錯的． 根據(jù)動能定理得，故選項D是錯的． 3、（1）金屬棒開始運動時的加速度大小為a，由牛頓第二定律有 ① （2分） 解得 （2分） （2）設勻強磁場的磁感應強度大小為B，則金屬棒達到最大速度時

21、產(chǎn)生的電動勢 ② （1分） 回路中產(chǎn)生的感應電流 ③ （1分） 金屬棒棒所受安培力 ④ （1分） cd棒所受合外力為零時，下滑的速度達到最大，則 ⑤ （1分） 由②③④⑤式解得 （1分） （3）設電阻R上產(chǎn)生的電熱為Q，整個電路產(chǎn)生的電熱為Q總，則 ⑥ （3分） ⑦ （1分） 由⑥⑦式解得 （1分） 4、【解析】（1）金屬棒從開始下滑到進入磁場前由機械能守恒得： 進入磁場后棒上產(chǎn)生感應電動勢，又有 金屬棒所受的安培力沿軌道向上，大小為

22、 由牛頓第二定律得： 整理得： 代入得：負號表示其方向為沿軌道向上． （2）設勻速運動時的速度為，金屬棒做勻速運動時根據(jù)平衡條件得： 即 自金屬棒進入磁場到做勻速運動的過程中由能的轉(zhuǎn)化與守恒得： 又有電功率分配關(guān)系 代入解得：S＝32.5m 【答案】（1） 方向為沿軌道向上；（2）32.5m 5、解析：（1）當金屬棒穩(wěn)定運動時， 　 解得： （2）由動能定理得： 　　 （3）當

23、回路中的總磁通量不變時，金屬棒中不產(chǎn)生感應電流。此時金屬棒將沿導軌做勻加速運動。 6、（1）撤去拉力F后，設回路中平均電流為I，撤去拉力F時導體桿速度為v，由動量定理得 －BIL?Δt=0-mv I＝=BLs?/(RΔt) v＝B2L2s?/(mR)＝8 m/s (8分) (2)由題知，導體桿勻速運動速度為v，此時最大拉力F與桿受的安培力大小相等，即 F＝B2L2v/R 代入數(shù)據(jù)得 F＝16 N 設拉力作用過程中，電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱為Q 由功能關(guān)系可得 Q+mv2/2=WF 又由F-s圖像可知 WF＝30 J 代入數(shù)據(jù)得 Q =14 J