18-19第1章5電磁感應中的能量轉化與守恒

1、5電磁感應中的能量轉化與守恒1. 知識梳理電磁感應中的能量問題在導線切割磁感線運動而產(chǎn)生感應電流時，電路中的電能來源于機械能.3. 2在電磁感應中，產(chǎn)生的電能是通過外力克服安培力做功轉化而來的外力做了多少功，就產(chǎn)生多少電電流做功將電能轉化為其他形式的能量.4. 電磁感應現(xiàn)象中，能量在轉化過程中是守恒的.(1) 基礎自測思考判斷在電磁感應現(xiàn)象中，安培力做正功，把其他形式的能轉化為電能.(X)電磁感應現(xiàn)象一定伴隨著能量的轉化，克服安培力做功的大小與電路中1. 產(chǎn)生的電能相對應.(V)安培力做負功，一定有電能產(chǎn)生.(V)如圖1-5-1所示，足夠長的平行金屬導軌傾斜放置，傾角為37寬度為0.5m，電阻

2、忽略不計，其上端接一小燈泡，電阻為1Q一導體棒MN垂直導軌放置，質(zhì)量為0.2kg，接入電路的電阻為1Q,兩端與導軌接觸良好，與導軌間的動摩擦因數(shù)為0.5.在導軌間存在著垂直于導軌平面的勻強磁場，磁感應強度為0.8T.將導體棒MN由靜止釋放，運動一段時間后，小燈泡穩(wěn)定發(fā)光，此后導體第1頁棒MN的運動速度以及小燈泡消耗的電功率分別為（重力加速度g取10m/s2,sin37=0.6）（）圖1-5-1A.2.5m/s1WC.7.5m/s9WB.5m/s1WD.15m/s9WB導體棒MN勻速下滑時受力如答圖所示，由平衡條件可得F安+卩mgos37=mgsin37所以F安=mg(sinF安37qos37)

3、=0.4N,由F安=BIL得1=BL=1A,所以E=I（R燈+Rmn）=2V，導體棒的運動速度v=盤=5m/s,小燈泡消耗的電功率為P燈=|2R燈=1W,B項正確.如圖1-5-2所示，紙面內(nèi)有一矩形導體閉合線框abed,ab邊長大于bc邊長，置于垂直紙面向里、邊界為MN的勻強磁場外，線框兩次勻速地完全進入磁場，兩次速度大小相同，方向均垂直于MN.第一次ab邊平行MN進入磁場，線框上產(chǎn)生的熱量為Q1,通過線框?qū)w橫截面的電荷量為5；第二次be邊平行于MN進入磁場，線框上產(chǎn)生的熱量為Q2,通過線框?qū)w橫截面的電荷量為q2,則（）【導學號：24622025】A.Q1Q2,q1=q2C.Q1=Q2,q

4、1=q2圖1-5-2B.Q1Q2,q1q2D.Q1=Q2,q1q2A根據(jù)功能關系知，線框上產(chǎn)生的熱量等于克服安培力做的功，即Q1=2222亠因q=IW1=F1lbe=BRVlbe=BR-lab，同理Q2=BRIbc，又|ab|bc，故Q1Q2；t=Rt=晉=詈，故q1=q2.因此A項正確.合作探究攻重難電磁感應中的電路問題電磁感應問題常與電路知識綜合考查，解決此類問題的基本方法是：(1) 明確哪部分電路或?qū)w產(chǎn)生感應電動勢，該部分電路或?qū)w就相當于電源，其他部分是外電路.(2) 畫等效電路圖，分清內(nèi)、外電路.(3) 用法拉第電磁感應定律E=n菁或E=BLv確定感應電動勢的大小，用楞次定律或右手

5、定則確定感應電流的方向.在等效電源內(nèi)部，電流方向從負極指向正極.運用閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路特點、電功率、電熱等公式聯(lián)立求解.例如圖1-5-3，由某種粗細均勻的總電阻為3R的金屬條制成的矩形線框abed，固定在水平面內(nèi)且處于方向豎直向下的勻強磁場中.一接入電路電阻為R的導體棒PQ，在水平拉力作用下沿ab、de以速度v勻速滑動，滑動過程PQ始終與ab垂直，且與線框接觸良好，不計摩擦.在PQ從靠近ad處向be滑動的過程中()圖1-5-3A.PQ中電流先增大后減小B. PQ兩端電壓先減小后增大C. PQ上拉力的功率先減小后增大D.線框消耗的電功率先減小后增大思路點撥:等效電路等效外電路；塢框Ry

6、C設PQ左側金屬線框的電阻為r，則右側電阻為3R-r;PQ相當于電源,其電阻為R,則電路的外電阻為R外=r3Rrr+3Rr3時，R外max=4R，此時PQ處于矩形線框的中心位置，即PQ從靠近ad處向be滑動的過程中外電阻先增大后減小.PQ中的電流為干路電流,可知干路電流先減小后增大，選項A錯誤.PQ兩端的電壓為路端電壓U=EU內(nèi),因E=Blv不變，U內(nèi)=IR先減小后增大，所以路端電壓先增大后減小，選項B錯誤.拉力的功率大小等于安培力的功率大小，P=F安v=BIlv，可知因干路電流先減小后增大，PQ上拉力的功率也先減小后增大，選項C正確.線框消耗的3電功率即為外電阻消耗的功率，因外電阻最大值為R

7、,小于內(nèi)阻R;根據(jù)電源的輸出功率與外電阻大小的變化關系，外電阻越接近內(nèi)阻時，輸出功率越大，可知線框消耗的電功率先增大后減小，選項D錯誤.1“電源”的確定方法：“切割”磁感線的導體或磁通量發(fā)生變化的線圈相當于“電源”，該部分導體或線圈的電阻相當于“內(nèi)電阻”2電流的流向：在“電源”內(nèi)部電流從負極流向正極，在“電源”外部電流從正極流向負極針對訓練1.在圖1-5-4中，EF、GH為平行的金屬導軌，其電阻不計，R為電阻，C為電容器，AB為可在EF和GH上滑動的導體棒.有勻強磁場垂直于導軌平面.若用Ii和12分別表示圖中該處導線中的電流，則當AB棒（）圖1-5-4A勻速滑動時，H=0，12=0B.勻速滑動

8、時，11工0，12工0C.加速滑動時，11=0，12=0D.加速滑動時，11工0，12工0D導體棒水平運動時產(chǎn)生感應電動勢，對整個電路，可把AB棒看成電源，等效電路如答圖所示.當棒勻速滑動時,電動勢E不變，故1佇0,12=0.當棒加速運動時，電動勢E不斷變大，電容器不斷充電，故丨1工0,12工0,故D正確.侈選)如圖1-5-5所示，垂直紙面的正方形勻強磁場區(qū)域內(nèi)，有一位于紙面且電阻均勻的正方形導體框abed，現(xiàn)將導體框分別朝兩個方向以速度v、3v勻速拉出磁場，則導體框分別從兩個方向移出磁場的過程中()【導學號：24622026】圖1-5-5A導體框中產(chǎn)生的感應電流方向相同B導體框中產(chǎn)生的焦耳熱

9、相同C.導體框ad邊兩端電勢差相同D通過導體框截面的電荷量相同2Blvx!R丿AD由右手定則可得兩種情況導體框中產(chǎn)生的感應電流方向相同，A項正2確；熱量Q=IRt=IB2|3RXV=F，導體框產(chǎn)生的焦耳熱與運動速度有關,D項正2項錯誤；電荷量q=It=RX=b，電荷量與速度無關，電荷量相同,11確；以速度V拉出時，Uad=”Blv，以速度3V拉出時，Uad=4BI3v,C項錯誤.踐點目電磁感應中的能量問題1. 電磁感應中的能量守恒(1)由磁場變化引起的電磁感應中，磁場能轉化為電能，若電路是純電阻電路，轉化過來的電能將全部轉化為電阻的內(nèi)能.(2)由相對運動引起的電磁感應中，通過克服安培力做功，把

10、機械能或其他形式的能轉化為電能.克服安培力做多少功，就產(chǎn)生多少電能.若電路是純電阻電路，轉化過來的電能也將全部轉化為電阻的內(nèi)能.2.求解電磁感應現(xiàn)象中能量守恒問題的一般思路(1)分析回路，分清電源和外電路.在電磁感應現(xiàn)象中，切割磁感線的導體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應卜例電動勢，該導體或回路就相當于電源，其余部分相當于外電路.（2）分析清楚有哪些力做功，明確有哪些形式的能量發(fā)生了轉化如:做功情況能量變化特點滑動摩擦力做功有內(nèi)能產(chǎn)生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化為電能，并且克服安培力做多少功，就產(chǎn)生多少電能安培力做正功電能轉化為其他形式的能根據(jù)能量守恒列方程

11、求解.侈選）如圖1-5-6所示，兩根電阻不計的光滑平行金屬導軌的傾角為9,導軌下端接有電阻R,勻強磁場垂直于導軌平面向上質(zhì)量為m、電阻不計的金屬棒ab在沿導軌平面且與棒垂直的恒力F作用下沿導軌勻速上滑，上升高度為h.在此過程中（）圖1-5-6A.金屬棒所受各力的合力所做的功為零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)生的焦耳熱思路點撥：金屬棒ab勻速上滑過程中所受合力為零，合力做功為零.金屬棒克服安培力做的功等于電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱.AD由于金屬棒

12、沿導軌勻速上滑，根據(jù)動能定理可知金屬棒所受各力的合力所做的功為零，選項A正確，B錯誤；恒力F與重力的合力所做的功等于金屬棒克服安培力所做的功，或者說等于電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱，克服安培力所做的功就等于電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱，不要把二者混淆，選項C錯誤，D正確.焦耳熱的計算技巧第6頁感應電路中電流恒定，則電阻產(chǎn)生的焦耳熱等于電流通過電阻做的功，即Q=l2Rt.(2)感應電路中電流變化，可用以下方法分析： 利用動能定理，根據(jù)產(chǎn)生的焦耳熱等于克服安培力做的功，即Q=W安. 利用能量守恒，即感應電流產(chǎn)生的焦耳熱等于電磁感應中其他形式能量的減少，即Q=AE其他.針對訓練如圖1-5-7所示，兩條水平虛線之間有

13、垂直于紙面向里、寬度為d、磁感應強度為B的勻強磁場.質(zhì)量為m、電阻為R的正方形線圈邊長為L(Ld)，線圈下邊緣到磁場上邊界的距離為h.將線圈由靜止釋放，其下邊緣剛進入磁場和剛穿出磁場時刻的速度都是Vo，則在整個線圈穿過磁場的全過程中(從下邊緣進入磁場到上邊緣穿出磁場)，下列說法正確的是()圖1-5-7A.線圈可能一直做勻速運動B.線圈可能先加速后減速C.線圈的最小速度一定是D.線圈的最小速度一定是.2ghd+LD由于La2a3a4C.a1=a3a2a4B.a1=a2=a3=a4D.a1=a3a2=a4C線圈自由下落時，加速度為a1=g.線圈完全在磁場中時，磁通量不變,不產(chǎn)生感應電流，線圈不受安

14、培力作用，只受重力，加速度為a3=g.線圈進入和穿出磁場過程中，切割磁感線產(chǎn)生感應電流，將受到向上的安培力，根據(jù)牛頓第二定律得知，a2g，a4a4，故a1=asa2a4.所以選C.如圖1-5-11所示，兩根足夠長的光滑金屬導軌MN、PQ平行放置，導軌平面與水平面的夾角為9,導軌的下端接有電阻當導軌所在空間沒有磁場時，使導體棒ab以平行導軌平面的初速度vo沖上導軌，ab上升的最大高度為H；當導軌所在空間存在方向與導軌平面垂直的勻強磁場時，再次使ab以相同的初速度從同一位置沖上導軌，ab上升的最大高度為h,兩次運動中ab始終與兩導軌垂直且接觸良好，關于上述情景，下列說法中正確的是()圖1-5-11

15、A比較兩次上升的最大高度，有H=hB比較兩次上升的最大高度，有HvhC.無磁場時，導軌下端的電阻中有電熱產(chǎn)生D.有磁場時，導軌下端的電阻中有電熱產(chǎn)生D沒有磁場時，只有重力做功，機械能守恒，沒有電熱產(chǎn)生，C錯誤；有磁場時，ab切割磁感線產(chǎn)生感應電流，重力和安培力均做負功，機械能減小，有電熱產(chǎn)生，故ab上升的最大高度變小，A、B錯誤，D正確.如圖1-5-12所示，兩平行金屬導軌位于同一水平面上，相距I，左端與一電阻R相連；整個系統(tǒng)置于勻強磁場中，磁感應強度大小為B,方向豎直向下.一質(zhì)量為m的導體棒置于導軌上，在水平外力作用下沿導軌以速率v勻速向右滑動，滑動過程中始終保持與導軌垂直并接觸良好.已知導體棒與導軌間的動摩擦因數(shù)為仏重力加速度