2019-2020高中物理模塊要點回眸第10點電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量問題素材粵教版選修3

1、2019-2020高中物理模塊要點回眸第10點電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量問題素材粵教版選修3產(chǎn)生和維持感應(yīng)電流的存在的過程就是其他形式的能量轉(zhuǎn)化為感應(yīng)電流電能的過程在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，認真分析電磁感應(yīng)過程中的能量轉(zhuǎn)化，熟練地應(yīng)用能量守恒定律是求解較復雜的電磁感應(yīng)問題的常用方法1過程分析(1)電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生感應(yīng)電流的過程，實質(zhì)上是能量的轉(zhuǎn)化過程(2)電磁感應(yīng)過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電流在磁場中必定受到安培力的作用，因此，要維持感應(yīng)電流的存在，必須有“外力”克服安培力做功此過程中，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能“外力”克服安培力做了多少功，就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能(3)當感應(yīng)電流通過用電器時，電能又轉(zhuǎn)化為其他形

2、式的能安培力做功的過程，是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程安培力做了多少功，就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能2解決此類問題的步驟(1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律(包括右手定則)確定感應(yīng)電動勢的大小和方向(2)畫出等效電路圖，寫出回路中電阻消耗的電功率的表達式(3)分析導體機械能的變化，用能量守恒關(guān)系得到機械功率的改變與回路中電功率的改變所滿足的方程，聯(lián)立求解說明：在利用能量守恒定律解決電磁感應(yīng)中的能量問題時，參與轉(zhuǎn)化的能量的種類一定要考慮周全哪些能量增加，哪些能量減少，要考慮準確，最后根據(jù)所滿足的規(guī)律列方程分析求解3焦耳熱Q的兩種求解方法Q的兩種求法eq blcrc (avs4alco1(直接法b

3、lcrc (avs4alco1(QI2Rtf(U2,R)tUItI、U為定值,Qblc(rc)(avs4alco1(f(Im,r(2)2Rtf(blc(rc)(avs4alco1(f(Um,r(2)2,R)t正弦交流電),間接法blcrc (avs4alco1(W克安W安Q電,能量守恒)對點例題1(多選)如圖1所示電路，兩根光滑金屬導軌平行放置在傾角為的斜面上，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，電阻可忽略不計的金屬棒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，則它在下滑高度h的過程中，以下說法正確的是 ()圖1A作用在金屬棒上各力

4、的合力做功為零B重力做的功等于系統(tǒng)產(chǎn)生的電能C金屬棒克服安培力做的功等于電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱D金屬棒克服恒力F做的功等于電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱答案AC解題指導根據(jù)動能定理，合力做的功等于動能的增量，故A對；重力做的功等于重力勢能的減少，重力做的功等于克服F所做的功與產(chǎn)生的電能之和，而克服安培力做的功等于電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱，所以B、D錯，C對對點例題2如圖2甲所示，足夠長的光滑平行導軌MN、PQ傾斜放置，兩導軌間距離為L1.0m，導軌平面與水平面間的夾角為30，磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場垂直于導軌平面向上，導軌的M、P兩端連接阻值為R3.0的電阻，金屬棒ab垂直于導軌放置并用細線通過光滑定滑輪與重

5、物相連，金屬棒ab的質(zhì)量m0.20kg，電阻r0.50，重物的質(zhì)量M0.60kg，如果將金屬棒和重物由靜止釋放，金屬棒沿斜面上滑的距離與時間的關(guān)系圖象如圖乙所示，不計導軌電阻，g10m/s2.求：圖2(1)磁感應(yīng)強度B的大??；(2)在0.6s內(nèi)通過電阻R的電量；(3)在0.6s內(nèi)電阻R產(chǎn)生的熱量答案(1)eq r(5)T(2)eq f(2r(5),5)C(3)1.8J解題指導(1)由圖乙得ab棒勻速運動的速度veq f(s,t)3.5m/s感應(yīng)電動勢EBLv，感應(yīng)電流Ieq f(E,Rr)棒所受安培力FBILeq f(B2L2v,Rr)棒ab勻速時，棒受力平衡，eq f(B2L2v,Rr)mg

6、sin30Mg解得Beq r(5)T.(2)由圖乙得，在0.6s內(nèi)ab棒上滑的距離s1.40m，通過電阻R的電量qeq f(BLs,Rr)eq f(2r(5),5)C.(3)設(shè)0.6s內(nèi)整個回路產(chǎn)生的熱量為Q，由能量守恒定律得MgsmgssinQeq f(1,2)(Mm)v2，解得：Q2.1J電阻R產(chǎn)生的熱量QReq f(R,Rr)Q1.8J.1.(多選)兩根足夠長的光滑導軌豎直放置，間距為L，底端接阻值為R的電阻將質(zhì)量為m的金屬棒懸掛在一個固定的輕彈簧下端，金屬棒和導軌接觸良好，導軌所在平面與磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場垂直，如圖3所示除電阻R外其余電阻不計現(xiàn)將金屬棒從彈簧原長位置由靜止釋放則

7、()圖3A金屬棒的動能、重力勢能與彈簧的彈性勢能的總和保持不變B金屬棒最后將靜止，靜止時彈簧伸長量為eq f(mg,k)C金屬棒的速度為v時，所受的安培力大小為Feq f(B2L2v,R)D金屬棒最后將靜止，電阻R上產(chǎn)生的總熱量為mgeq f(mg,k)答案BC2如圖4所示，電阻可忽略的光滑平行金屬導軌長s1.15m，兩導軌間距L0.75m，導軌傾角為30，導軌上端ab接一阻值R1.5的電阻，磁感應(yīng)強度B0.8T的勻強磁場垂直軌道平面向上阻值r0.5、質(zhì)量m0.2kg的金屬棒與軌道垂直且接觸良好，從軌道上端ab處由靜止開始下滑至底端，在此過程中金屬棒產(chǎn)生的焦耳熱Qr0.1J(取g10m/s2)

8、求：圖4(1)金屬棒在此過程中克服安培力做的功W安；(2)金屬棒下滑速度v2m/s時的加速度a的大?。?3)為求金屬棒下滑的最大速度vm的大小，有同學解答如下：由動能定理，WGW安eq f(1,2)mveq oal(2,m)，.由此所得結(jié)果是否正確？若正確，說明理由并完成本小題；若不正確，給出正確的解答答案(1)0.4J(2)3.2m/s2(3)見解析解析(1)下滑過程中克服安培力做的功即為電路中產(chǎn)生的總焦耳熱，由于R3r，因此QR3Qr0.3 J所以W安QQRQr0.4 J(2)金屬棒下滑時受重力和安培力F安BILeq f(B2L2,Rr)v由牛頓第二定律得mgsin 30eq f(B2L2,Rr)vma所以agsin 30eq f(B2L2,mRr)v10eq f(1,2)eq f(0.820.7522,0.21.50.5) m/s23.2 m/s2(3)此解法正確金屬棒下滑時受重力和安培力作用，滿足mgsin 30eq f(B2L2,Rr)vma上式表明，加速度隨速度增大而減小，棒做加速度減小的加速運動無論最終是否達到勻速，當棒到達斜面底端時速度