《物理 第一章 電磁感應(yīng) 5 電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒 教科版選修32》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《物理 第一章 電磁感應(yīng) 5 電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒 教科版選修32（34頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第一章電磁感應(yīng)1.綜合運用楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律解決電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題.2.會分析電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化問題.目標(biāo)定位二、電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒欄目索引一、電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題對點檢測 自查自糾一、電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題n知識梳理1.具有感應(yīng)電流的導(dǎo)體在磁場中將受到安培力作用，所以電磁感應(yīng)問題往往與力學(xué)問題聯(lián)系在一起，處理此類問題的基本方法是：(1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求感應(yīng)電動勢的大小和方向.(2)求回路中的感應(yīng)電流的大小和方向.(3)分析導(dǎo)體的受力情況(包括安培力).(4)列動力學(xué)方程或平衡方程求解.2.兩種狀態(tài)處理：(1)導(dǎo)體處于平衡狀態(tài)靜止或勻速直線運動狀態(tài).處

2、理方法：根據(jù)平衡條件合力等于零列式分析.(2)導(dǎo)體處于非平衡狀態(tài)加速度不為零.處理方法：根據(jù)牛頓第二定律進行動態(tài)分析或結(jié)合功能關(guān)系分析.n典例精析例例1如圖1所示，空間存在B0.5 T、方向豎直向下的勻強磁場，MN、PQ是水平放置的平行長直導(dǎo)軌，其間距L0.2 m，電阻R0.3 接在導(dǎo)軌一端，ab是跨接在導(dǎo)軌上質(zhì)量m0.1 kg、電阻r0.1 的導(dǎo)體棒，已知導(dǎo)體棒和導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為0.2.從零時刻開始，對ab棒施加一個大小為F0.45 N、方向水平向左的恒定拉力，使其從靜止開始沿導(dǎo)軌滑動，過程中棒始終保持與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，求：(g10 m/s2)(1)導(dǎo)體棒所能達到的最大速度；圖1解析

3、答案解析解析ab棒在拉力F作用下運動，隨著ab棒切割磁感線運動的速度增大，棒中的感應(yīng)電動勢增大，棒中感應(yīng)電流增大，棒受到的安培力也增大，最終達到勻速運動時棒的速度達到最大值.外力在克服安培力做功的過程中，消耗了其他形式的能，轉(zhuǎn)化成了電能，最終轉(zhuǎn)化成了焦耳熱.導(dǎo)體棒切割磁感線運動，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢：解析答案EBLv 導(dǎo)體棒受到的安培力F安BIL 導(dǎo)體棒運動過程中受到拉力F、安培力F安和摩擦力f的作用，根據(jù)牛頓第二定律：由上式可以看出，隨著速度的增大，安培力增大，加速度a減小，當(dāng)加速度a減小到0時，速度達到最大.答案答案10 m/sFmgF安ma(2)試定性畫出導(dǎo)體棒運動的速度時間圖像.解析解析導(dǎo)

4、體棒運動的速度時間圖像如圖所示.答案答案見解析圖解析答案總結(jié)提升總結(jié)提升電磁感應(yīng)動力學(xué)問題中，要把握好受力情況、運動情況的動態(tài)分析.基本思路是：導(dǎo)體受外力運動 產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 感應(yīng)電流 導(dǎo)體受安培力 合外力變化 加速度變化 速度變化 感應(yīng)電動勢變化a0，v最大值.周而復(fù)始地循環(huán)，循環(huán)結(jié)束時，加速度等于零，導(dǎo)體達到穩(wěn)定狀態(tài)，a0，速度v達到最大值.E BL vEIR r F BILFma合例例2如圖2所示，豎直平面內(nèi)有足夠長的金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌間距為0.2 m，金屬導(dǎo)體ab可在導(dǎo)軌上無摩擦地上下滑動，ab的電阻為0.4，導(dǎo)軌電阻不計，導(dǎo)體ab的質(zhì)量為0.2 g，垂直紙面向里的勻強磁場的磁感應(yīng)強度為0

5、.2 T，且磁場區(qū)域足夠大，當(dāng)導(dǎo)體ab自由下落0.4 s時，突然閉合開關(guān)S，則：(g取10 m/s2)(1)試說出S接通后，導(dǎo)體ab的運動情況；圖2解析答案解析解析閉合S之前導(dǎo)體ab自由下落的末速度為：v0gt4 m/s.此刻導(dǎo)體所受合力的方向豎直向上，與初速度方向相反，加速度的表達式為所以ab做豎直向下的加速度逐漸減小的減速運動.當(dāng)速度減小至F安mg時，ab做豎直向下的勻速運動.答案答案先做豎直向下的加速度逐漸減小的減速運動，后做勻速運動S閉合瞬間，導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，ab立即受到一個豎直向上的安培力.(2)導(dǎo)體ab勻速下落的速度是多少？圖2答案答案0.5 m/s解析答案

6、解析解析設(shè)勻速下落的速度為vm，例例3如圖3，兩固定的絕緣斜面傾角均為，上沿相連兩細金屬棒ab(僅標(biāo)出a端)和cd(僅標(biāo)出c端)長度均為L，質(zhì)量分別為2m和m；用兩根不可伸長的柔軟輕導(dǎo)線將它們連成閉合回路abdca，并通過固定在斜面上沿的兩光滑絕緣小定滑輪跨放在斜面上，使兩金屬棒水平右斜面上存在勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小為B，方向垂直于斜面向上，已知兩根導(dǎo)線剛好不在磁場中，回路電阻為R，兩金屬棒與斜面間的動摩擦因數(shù)均為，重力加速度大小為g，已知金屬棒ab勻速下滑求(1)作用在金屬棒ab上的安培力的大?。粓D3解析答案解析解析由ab、cd棒被平行于斜面的導(dǎo)線相連，故ab、cd速度總是相等，cd也做勻

7、速直線運動設(shè)導(dǎo)線的張力的大小為T，右斜面對ab棒的支持力的大小為N1，作用在ab棒上的安培力的大小為F，左斜面對cd棒的支持力大小為N2，對于ab棒，受力分析如圖甲所示，由力的平衡條件得2mgsin N1TFN12mgcos 對于cd棒，受力分析如圖乙所示，由力的平衡條件得mgsin N2TN2mgcos 聯(lián)立式得：Fmg(sin 3cos)答案答案 mg(sin 3cos)甲乙(2)金屬棒運動速度的大小解析答案解析解析設(shè)金屬棒運動速度大小為v，ab棒上的感應(yīng)電動勢為EBLv安培力FBIL聯(lián)立得：總結(jié)提升返回總結(jié)提升電磁感應(yīng)中力學(xué)問題的解題技巧：(1)受力分析時，要把立體圖轉(zhuǎn)換為平面圖，同時標(biāo)

8、明電流方向及磁場B的方向，以便準(zhǔn)確地畫出安培力的方向.(2)要特別注意安培力的大小和方向都有可能變化，不像重力或其他力一樣是恒力.(3)根據(jù)牛頓第二定律分析a的變化情況，以求出穩(wěn)定狀態(tài)的速度.(4)列出穩(wěn)定狀態(tài)下的受力平衡方程往往是解題的突破口.二、電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒n知識梳理1.電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量守恒電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的“阻礙”是能量守恒的具體體現(xiàn)，在這種“阻礙”的過程中，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能.2.電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化方式3.求解電磁感應(yīng)現(xiàn)象中能量問題的一般思路(1)確定回路，分清電源和外電路.(2)分析清楚有哪些力做功，明確有哪些形式的能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化.如：有滑動摩擦力做功，必有

9、內(nèi)能產(chǎn)生；有重力做功，重力勢能必然發(fā)生變化；克服安培力做功，必然有其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，并且克服安培力做多少功，就產(chǎn)生多少電能；如果安培力做正功，就有電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能.(3)列有關(guān)能量的關(guān)系式.n典例精析例例4如圖4所示，勻強磁場方向豎直向下，磁感應(yīng)強度為B.正方形金屬框abcd可繞光滑軸OO轉(zhuǎn)動，邊長為L，總電阻為R，ab邊質(zhì)量為m，其他三邊質(zhì)量不計，現(xiàn)將abcd拉至水平位置，并由靜止釋放，經(jīng)一定時間到達豎直位置，ab邊的速度大小為v，則在金屬框內(nèi)產(chǎn)生熱量大小等于()解析答案圖4答案答案C例例5如圖5所示，兩根電阻不計的光滑平行金屬導(dǎo)軌傾角為，導(dǎo)軌下端接有電阻R，勻強磁場垂直斜面向上

10、.質(zhì)量為m、電阻不計的金屬棒ab在沿斜面與棒垂直的恒力F作用下沿導(dǎo)軌勻速上滑，上升高度為h，在這個過程中()A.金屬棒所受各力的合力所做的功等于零B.金屬棒所受各力的合力所做的功等于mgh和電阻R上產(chǎn) 生的焦耳熱之和C.恒力F與重力的合力所做的功等于棒克服安培力所做 的功與電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱之和D.恒力F與重力的合力所做的功等于電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱圖5解析答案總結(jié)提升返回解析解析棒勻速上升的過程有三個力做功：恒力F做正功、重力G做負功、安培力F安做負功.根據(jù)動能定理：WWFWGW安0，故A對，B錯；恒力F與重力G的合力所做的功等于棒克服安培力做的功.而棒克服安培力做的功等于回路中電能(最終轉(zhuǎn)

11、化為焦耳熱)的增加量，克服安培力做功與焦耳熱不能重復(fù)考慮，故C錯，D對.答案答案AD總結(jié)提升總結(jié)提升電磁感應(yīng)中焦耳熱的計算技巧：(1)電流恒定時，根據(jù)焦耳定律求解，即QI2Rt.(2)感應(yīng)電流變化，可用以下方法分析：利用動能定理，求出克服安培力做的功，產(chǎn)生的焦耳熱等于克服安培力做的功，即QW安.利用能量守恒，即感應(yīng)電流產(chǎn)生的焦耳熱等于減少的其他形式的能量，即QE其他.返回 對點檢測 自查自糾解析答案1.如圖6，在光滑水平桌面上有一邊長為L、電阻為R的正方形導(dǎo)線框；在導(dǎo)線框右側(cè)有一寬度為d(dL)的條形勻強磁場區(qū)域，磁場的邊界與導(dǎo)線框的一邊平行，磁場方向豎直向下導(dǎo)線框以某一初速度向右運動t0 時

12、導(dǎo)線框的右邊恰好與磁場的左邊界重合，隨后導(dǎo)線框進入并通過磁場區(qū)域下列vt圖像中，可能正確描述上述過程的是()圖6解析解析進入階段，導(dǎo)線框受到的安培力F安BIL ，方向向左，所以導(dǎo)線框速度減小，安培力減小，所以進入階段導(dǎo)線框做的是加速度減小的減速運動全部進入之后，磁通量不變化，根據(jù)楞次定律，電路中沒有感應(yīng)電流，速度不變出磁場階段，導(dǎo)線框受到的安培力F安BIL ，方向向左所以導(dǎo)線框速度減小，安培力減小，所以出磁場階段導(dǎo)體框做的是加速度減小的減速運動綜上所述，D正確答案答案D2.(電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題)如圖7所示，光滑金屬直導(dǎo)軌MN和PQ固定在同一水平面內(nèi)，MN、PQ平行且足夠長，兩導(dǎo)軌間的寬度L

13、0.5 m.導(dǎo)軌左端接一阻值R0.5 的電阻.導(dǎo)軌處于磁感應(yīng)強度大小為B0.4 T，方向豎直向下的勻強磁場中，質(zhì)量m0.5 kg的導(dǎo)體棒ab垂直于導(dǎo)軌放置.在沿著導(dǎo)軌方向向右的力F作用下，導(dǎo)體棒由靜止開始運動，導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌始終接觸良好并且相互垂直，不計導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻，不計空氣阻力，若力F的大小保持不變，且F1.0 N，求：(1)導(dǎo)體棒能達到的最大速度vm的大?。唤馕龃鸢笀D7答案答案12.5 m/s(2)導(dǎo)體棒的速度v5.0 m/s時，導(dǎo)體棒的加速度大小.答案答案1.2 m/s2解析答案解析答案3.(電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化)如圖8所示，一對光滑的平行金屬導(dǎo)軌固定在同一水平面內(nèi)，導(dǎo)軌間距L0.5

14、 m，左端接有阻值R0.3 的電阻，一質(zhì)量m0.1 kg、電阻r0.1 的金屬棒MN放置在導(dǎo)軌上，整個裝置置于豎直向上的勻強磁場中，磁場的磁感應(yīng)強度B0.4 T.金屬棒在水平向右的外力作用下，由靜止開始以a2 m/s2的加速度做勻加速運動，當(dāng)金屬棒的位移x9 m時撤去外力，金屬圖8棒繼續(xù)運動一段距離后停下來，已知撤去外力前后回路中產(chǎn)生的焦耳熱之比Q1Q221.導(dǎo)軌足夠長且電阻不計，金屬棒在運動過程中始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸.求：(1)金屬棒在勻加速運動過程中，通過電阻R的電荷量q；答案答案4.5 C解析答案(2)撤去外力后回路中產(chǎn)生的焦耳熱Q2；所以v6 m/s撤去外力后金屬棒在安培力作用下做減速運動，安培力做負功先將金屬棒的動能轉(zhuǎn)化為電能，再通過電流做功將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，所以焦耳熱等于金屬棒的動能減少量，有：答案答案1.8 J解析解析撤去外力前金屬棒做勻加速運動，根據(jù)運動學(xué)公式得解析解析根據(jù)題意，在撤去外力前的焦耳熱為Q12Q23.6 J，撤去外力前拉力做正功、安培力做負功(其大小等于焦耳熱Q1)、重力不做功.金屬棒的動能增大，根據(jù)動能定理有：EkWFQ1則WFQ1Ek3.6 J1.8 J5.4 J.(3)外力做的功WF.解析答案答案答案5.4 J返回