《高中物理教學(xué)論文 電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中物理教學(xué)論文 電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒（4頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒 能的轉(zhuǎn)化與守恒定律,是自然界的普遍規(guī)律,也是物理學(xué)的重要規(guī)律.電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒問題,是高中物理的綜合問題,也是高考的熱點、重點和難點.在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,外力克服安培力做功,消耗機械能,產(chǎn)生電能,產(chǎn)生的電能是從機械能轉(zhuǎn)化而來的;當(dāng)電路閉合時,感應(yīng)電流做功,消耗了電能,轉(zhuǎn)化為其它形式的能,如在純電阻電路中電能全部轉(zhuǎn)化為電阻的內(nèi)能,即放出焦耳熱,在整個過程中,總能量守恒. 在與電磁感應(yīng)有關(guān)的能量轉(zhuǎn)化與守恒的題目中,要明確什么力做功與什么能的轉(zhuǎn)化的關(guān)系,它們是: 合力做功=動能的改變； 重力做功=重力勢能的改變；重力做正功,重力勢能減少；重力做負(fù)功,重力勢

2、能增加； 彈力做功=彈性勢能的改變；彈力力做正功,彈性勢能減少；彈力做負(fù)功,彈性勢能增加； 電場力做功=電勢能的改變；電場力做正功,電勢能減少；電場力做負(fù)功,電勢能增加； 安培力做功=電能的改變, 安培力做正功,電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能;安培力做負(fù)功(即克服安培力做功), 其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能. 以2020年高考題為例,說明與電磁感應(yīng)有關(guān)的能量轉(zhuǎn)化與守恒問題的解法. 例1.如圖1所示，兩根足夠長的固定平行金屬光滑導(dǎo)軌位于同一水平面，導(dǎo)軌上橫放著兩根相同的導(dǎo)體棒ab、cd與導(dǎo)軌構(gòu)成矩形回路。導(dǎo)體棒的兩端連接著處于壓縮狀態(tài)的兩根輕質(zhì)彈簧，兩棒的中間用細(xì)線綁住，它們的電阻均為R，回路上其余

3、部分的電阻不計。在導(dǎo)軌平面內(nèi)兩導(dǎo)軌間有一豎直向下的勻強磁場。開始時，導(dǎo)體棒處于靜止?fàn)顟B(tài)。剪斷細(xì)線后，導(dǎo)體棒在運動過程中( ) a c b d 圖1 Ａ．回路中有感應(yīng)電動勢 Ｂ．兩根導(dǎo)體棒所受安培力的方向相同 Ｃ．兩根導(dǎo)體棒和彈簧構(gòu)成的系統(tǒng)動量守恒，機械能守恒 Ｄ．兩根導(dǎo)體棒和彈簧構(gòu)成的系統(tǒng)動量守恒，機械能不守恒 解:因回路中的磁通量發(fā)生變化(因面積增大,磁通量增大)所以有感應(yīng)電動勢;據(jù)楞次定律判斷,感生電流的方向是a,用左手定則判斷ab受安培力向左,dc受安培力向右;因平行金屬導(dǎo)軌光滑,所以兩根導(dǎo)體棒和彈簧構(gòu)成的系統(tǒng)受合外力為零(重力與支持力平衡),所以動量守

4、恒,但一部分機械能轉(zhuǎn)化為電能,所以機械能不守恒,因此本題選A、D. 例2.如圖2所示，固定的水平光滑金屬導(dǎo)軌，間距為L，左端接有阻值為R的電阻，處在方向豎直、磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒與固定彈簧相連，放在導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒的電阻均可忽略．初始時刻，彈簧恰處于自然長度，導(dǎo)體棒具有水平向右的初速度v0.在沿導(dǎo)軌往復(fù)運動的過程中，導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸． (1)求初始時刻導(dǎo)體棒受到的安培力． (2)若導(dǎo)體棒從初始時刻到速度第一次為零時，彈簧的彈性勢能為Ep，則這一過程中安培力所做的功W1和電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q1分別為多少? (3)導(dǎo)體棒往復(fù)運動，最終將靜止于

5、何處?從導(dǎo)體棒開始運動直到最終靜止的過程中，電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q為多少? A 解(1)用右手定則判斷導(dǎo)體棒的感生電流方向從B向A, 用右手定則判斷導(dǎo)體棒受的安培力方向向左. 感應(yīng)電動勢為 感生電流為 安培力為 B 所以. 圖2 (2) 這一過程中導(dǎo)體棒的動能轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢能和電路的電能(通過安培力做功), 電路的電能通過電阻R轉(zhuǎn)化為焦耳熱,所以 (3)只有導(dǎo)體棒的動能為零并且彈簧的彈性勢能也為零,導(dǎo)體棒才能靜止,所

6、以最終將靜止于初始位置.此時,導(dǎo)體棒的動能全部轉(zhuǎn)化為電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱,所以. R1 R2 l a b M N P Q B v 例3．圖3中MN和PQ為豎直方向的兩平行長直金屬導(dǎo)軌，間距l(xiāng)為0.40m，電阻不計。導(dǎo)軌所在平面與磁感應(yīng)強度B為0.50T的勻強磁場垂直。質(zhì)量m為6.0×10-3kg、電阻為1.0Ω的金屬桿ab始終垂直于導(dǎo)軌，并與其保持光滑接觸。導(dǎo)軌兩端分別接有滑動變阻器和阻值為3.0Ω的電阻R1。當(dāng)桿ab達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時以速率v勻速下滑，整個電路消耗的電功率P為0.27W，重力加速度取10m/s2，試求速率v和滑動變阻器接入電路部分的阻值R2。 解:

7、在桿ab達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)以前,桿加速下降,重力勢能轉(zhuǎn)化為 動能和電能.當(dāng)桿ab達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)(即勻速運動)時,導(dǎo)體棒克 服安培力做功,重力勢能轉(zhuǎn)化為電能,即電路消耗的電功,所以有 代入數(shù)據(jù)得:. 感應(yīng)電動勢為 感生電流為 圖3 其中r為ab的電阻,R外為R1與R2的并聯(lián)電阻,即. 又 代入數(shù)據(jù),解得:R2=6.0. 例4.如圖4所示，處于勻強磁場中的兩根足夠長、電阻不計的平行金屬導(dǎo)軌相距1m，導(dǎo)軌平面與水平面成θ=37o角，下端連接阻值為R的電阻。勻強磁場方向與導(dǎo)軌平面垂直。質(zhì)量為0.2k

8、g，電阻不計的金屬棒放在兩導(dǎo)軌上，棒與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸，它們之間的動摩擦因數(shù)為0.25。 ⑴求金屬棒沿導(dǎo)軌由靜止開始下滑時的加速度大??； ⑵當(dāng)金屬棒下滑速度達(dá)到穩(wěn)定時，電阻R消耗的功率為8W，求該速度的大??； a b θ θ R ⑶在上問中，若R=2Ω，金屬棒中的電流方向由a到b，求磁感應(yīng)強度的大小和方向。 （g=10m/s2，sin37o=0.6，cos37o=0.8） 解:(1)由受力分析,根據(jù)牛頓第二定律,得: 代入數(shù)據(jù),解得. 圖4 (2) 當(dāng)金屬棒下滑速度達(dá)到穩(wěn)定時, 金屬棒重力勢能一部分克服摩擦力做功,轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,另一部分克服安培力做功,轉(zhuǎn)化為電能,它等于電路中電阻R消耗的電功;設(shè)速度為,在時間內(nèi),據(jù)能量守恒,有: 代入數(shù)據(jù),解得: (3)據(jù) 及,解得B=0.4T. 用右手定則判斷磁場方向垂直導(dǎo)軌平面向上. 歸納:在同一水平面內(nèi),重力勢能不變,動能與電能之和守恒,如例2;物體做勻速運動時,其動能不變,勢能與電能之和守恒,如例1和例3;如果再有克服摩擦力做功,則勢能、內(nèi)能與電能之和守恒,如例4.在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,機械能不守恒.