《2018-2019学年高中物理 第一章 电磁感应 5 电磁感应中的能量转化与守恒学案 教科版选修3-2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2018-2019学年高中物理 第一章 电磁感应 5 电磁感应中的能量转化与守恒学案 教科版选修3-2（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、5电磁感应中的能量转化与守恒学 习 目 标知 识 脉 络1知道电磁感应现象遵守能量守恒定律2理解电磁感应现象中产生的电能与克服安培力做功的关系(难点)3掌握感应电流做功过程中能量的转化(重点) 自 主 预 习探 新 知知识梳理电磁感应中的能量问题1在导线切割磁感线运动而产生感应电流时，电路中的电能来源于机械能2在电磁感应中，产生的电能是通过外力克服安培力做功转化而来的外力做了多少功，就产生多少电能3电流做功将电能转化为其他形式的能量4电磁感应现象中，能量在转化过程中是守恒的基础自测1思考判断(1)在电磁感应现象中，安培力做正功，把其他形式的能转化为电能()(2)电磁感应现象一定伴随着能量的转化
2、，克服安培力做功的大小与电路中产生的电能相对应()(3)安培力做负功，一定有电能产生()2如图151所示，足够长的平行金属导轨倾斜放置，倾角为37，宽度为0.5 m，电阻忽略不计，其上端接一小灯泡，电阻为1 .一导体棒MN垂直导轨放置，质量为0.2 kg，接入电路的电阻为1 ，两端与导轨接触良好，与导轨间的动摩擦因数为0.5.在导轨间存在着垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度为0.8 T将导体棒MN由静止释放，运动一段时间后，小灯泡稳定发光，此后导体棒MN的运动速度以及小灯泡消耗的电功率分别为(重力加速度g取10 m/s2，sin 370.6)()图151A2.5 m/s1 WB5 m/s1
3、WC7.5 m/s9 W D15 m/s9 WB导体棒MN匀速下滑时受力如答图所示，由平衡条件可得F安mgcos 37mgsin 37，所以F安mg(sin 37cos 37)0.4 N，由F安BIL得I1 A，所以EI(R灯RMN)2 V，导体棒的运动速度v5 m/s，小灯泡消耗的电功率为P灯I2R灯1 W，B项正确3如图152所示，纸面内有一矩形导体闭合线框abcd，ab边长大于bc边长，置于垂直纸面向里、边界为MN的匀强磁场外，线框两次匀速地完全进入磁场，两次速度大小相同，方向均垂直于MN.第一次ab边平行MN进入磁场，线框上产生的热量为Q1，通过线框导体横截面的电荷量为q1；第二次bc
4、边平行于MN进入磁场，线框上产生的热量为Q2，通过线框导体横截面的电荷量为q2，则 () 【导学号：24622025】图152AQ1Q2，q1q2 BQ1Q2，q1q2CQ1Q2，q1q2 DQ1Q2，q1q2A根据功能关系知，线框上产生的热量等于克服安培力做的功，即Q1W1F1lbclbclab，同理Q2lbc，又lablbc，故Q1Q2；因qtt，故q1q2.因此A项正确合 作 探 究攻 重 难电磁感应中的电路问题电磁感应问题常与电路知识综合考查，解决此类问题的基本方法是：(1)明确哪部分电路或导体产生感应电动势，该部分电路或导体就相当于电源，其他部分是外电路(2)画等效电路图，分清内、外
5、电路(3)用法拉第电磁感应定律En或EBLv确定感应电动势的大小，用楞次定律或右手定则确定感应电流的方向在等效电源内部，电流方向从负极指向正极(4)运用闭合电路欧姆定律、串并联电路特点、电功率、电热等公式联立求解如图153，由某种粗细均匀的总电阻为3R的金属条制成的矩形线框abcd，固定在水平面内且处于方向竖直向下的匀强磁场中一接入电路电阻为R的导体棒PQ，在水平拉力作用下沿ab、dc以速度v匀速滑动，滑动过程PQ始终与ab垂直，且与线框接触良好，不计摩擦在PQ从靠近ad处向bc滑动的过程中 ()图153APQ中电流先增大后减小BPQ两端电压先减小后增大CPQ上拉力的功率先减小后增大D线框消耗
6、的电功率先减小后增大思路点拨：C设PQ左侧金属线框的电阻为r，则右侧电阻为3Rr；PQ相当于电源，其电阻为R，则电路的外电阻为R外，当r时，R外maxR，此时PQ处于矩形线框的中心位置，即PQ从靠近ad处向bc滑动的过程中外电阻先增大后减小PQ中的电流为干路电流I，可知干路电流先减小后增大，选项A错误PQ两端的电压为路端电压UEU内，因EBlv不变，U内IR先减小后增大，所以路端电压先增大后减小，选项B错误拉力的功率大小等于安培力的功率大小，PF安vBIlv，可知因干路电流先减小后增大，PQ上拉力的功率也先减小后增大，选项C正确线框消耗的电功率即为外电阻消耗的功率，因外电阻最大值为R，小于内阻
7、R；根据电源的输出功率与外电阻大小的变化关系，外电阻越接近内阻时，输出功率越大，可知线框消耗的电功率先增大后减小，选项D错误(1)“电源”的确定方法：“切割”磁感线的导体(或磁通量发生变化的线圈)相当于“电源”，该部分导体(或线圈)的电阻相当于“内电阻”.(2)电流的流向：在“电源”内部电流从负极流向正极，在“电源”外部电流从正极流向负极.针对训练1在图154中，EF、GH为平行的金属导轨，其电阻不计，R为电阻，C为电容器，AB为可在EF和GH上滑动的导体棒有匀强磁场垂直于导轨平面若用I1和I2分别表示图中该处导线中的电流，则当AB棒()图154A匀速滑动时，I10，I20 B匀速滑动时，I1
8、0，I20C加速滑动时，I10，I20D加速滑动时，I10，I20D导体棒水平运动时产生感应电动势，对整个电路，可把AB棒看成电源，等效电路如答图所示当棒匀速滑动时，电动势E不变，故I10，I20.当棒加速运动时，电动势E不断变大，电容器不断充电，故I10，I20，故D正确2(多选)如图155所示，垂直纸面的正方形匀强磁场区域内，有一位于纸面且电阻均匀的正方形导体框abcd，现将导体框分别朝两个方向以速度v、3v匀速拉出磁场，则导体框分别从两个方向移出磁场的过程中 () 【导学号：24622026】图155A导体框中产生的感应电流方向相同B导体框中产生的焦耳热相同C导体框ad边两端电势差相同
9、D通过导体框截面的电荷量相同AD由右手定则可得两种情况导体框中产生的感应电流方向相同，A项正确；热量QI2RtR，导体框产生的焦耳热与运动速度有关，B项错误；电荷量qIt，电荷量与速度无关，电荷量相同，D项正确；以速度v拉出时，UadBlv，以速度3v拉出时，UadBl3v，C项错误电磁感应中的能量问题1电磁感应中的能量守恒(1)由磁场变化引起的电磁感应中，磁场能转化为电能，若电路是纯电阻电路，转化过来的电能将全部转化为电阻的内能(2)由相对运动引起的电磁感应中，通过克服安培力做功，把机械能或其他形式的能转化为电能克服安培力做多少功，就产生多少电能若电路是纯电阻电路，转化过来的电能也将全部转化
10、为电阻的内能2求解电磁感应现象中能量守恒问题的一般思路(1)分析回路，分清电源和外电路在电磁感应现象中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势，该导体或回路就相当于电源，其余部分相当于外电路(2)分析清楚有哪些力做功，明确有哪些形式的能量发生了转化如：做功情况能量变化特点滑动摩擦力做功有内能产生重力做功重力势能必然发生变化克服安培力做功必然有其他形式的能转化为电能，并且克服安培力做多少功，就产生多少电能安培力做正功电能转化为其他形式的能(3)根据能量守恒列方程求解 (多选)如图156所示，两根电阻不计的光滑平行金属导轨的倾角为，导轨下端接有电阻R，匀强磁场垂直于导轨平面向上质量
11、为m、电阻不计的金属棒ab在沿导轨平面且与棒垂直的恒力F作用下沿导轨匀速上滑，上升高度为h.在此过程中 ()图156A金属棒所受各力的合力所做的功为零B金属棒所受各力的合力所做的功等于mgh和电阻R上产生的焦耳热之和C恒力F与重力的合力所做的功等于棒克服安培力所做的功与电阻R上产生的焦耳热之和D恒力F与重力的合力所做的功等于电阻R上产生的焦耳热思路点拨：金属棒ab匀速上滑过程中所受合力为零，合力做功为零金属棒克服安培力做的功等于电阻R上产生的焦耳热AD由于金属棒沿导轨匀速上滑，根据动能定理可知金属棒所受各力的合力所做的功为零，选项A正确，B错误；恒力F与重力的合力所做的功等于金属棒克服安培力所
12、做的功，或者说等于电阻R上产生的焦耳热，克服安培力所做的功就等于电阻R上产生的焦耳热，不要把二者混淆，选项C错误，D正确焦耳热的计算技巧(1)感应电路中电流恒定，则电阻产生的焦耳热等于电流通过电阻做的功，即QI2Rt.(2)感应电路中电流变化，可用以下方法分析：利用动能定理，根据产生的焦耳热等于克服安培力做的功，即QW安利用能量守恒，即感应电流产生的焦耳热等于电磁感应中其他形式能量的减少，即QE其他针对训练3.如图157所示，两条水平虚线之间有垂直于纸面向里、宽度为d、磁感应强度为B的匀强磁场质量为m、电阻为R的正方形线圈边长为L(Ld)，线圈下边缘到磁场上边界的距离为h.将线圈由静止释放，其
13、下边缘刚进入磁场和刚穿出磁场时刻的速度都是v0，则在整个线圈穿过磁场的全过程中(从下边缘进入磁场到上边缘穿出磁场)，下列说法正确的是()图157A线圈可能一直做匀速运动B线圈可能先加速后减速C线圈的最小速度一定是D线圈的最小速度一定是D由于Ld，总有一段时间线圈全部处于匀强磁场中，磁通量不发生变化，不产生感应电流，不受安培力，因此不可能一直匀速运动，选项A错误；已知线圈下边缘刚进入磁场和刚穿出磁场时刻的速度都是v0，由于线圈全在磁场中，线圈下边缘到达磁场下边界前一定是加速运动，所以只可能是先减速后加速，而不可能是先加速后减速，选项B错误；是安培力和重力平衡时所对应的速度，而本题线圈减速过程中不
14、一定能达到这一速度，选项C错误；从开始自由下落到线圈上边缘刚进入磁场过程中应用动能定理，设该过程克服安培力做的功为W，则有mg(hL)Wmv2，在线圈下边缘刚进入磁场到刚穿出磁场的过程中应用动能定理，该过程克服安培力做的功也是W，而始、末动能相同，所以有mgdW0，由以上两式可得最小速度v，选项D正确4如图158所示，两条平行光滑导轨相距L，左端一段被弯成半径为H的圆弧，圆弧导轨所在区域无磁场水平导轨区域存在着竖直向上的匀强磁场B，右端连接阻值为R的定值电阻，水平导轨足够长在圆弧导轨顶端放置一根质量为m的金属棒ab，导轨和金属棒ab的电阻不计，重力加速度为g.现让金属棒由静止开始运动，整个运动过程金属棒和导轨接触紧密求：图158(1)金属棒进入水平导轨时，通过金属棒的感应电流的大小和方向(2)整个过程电阻R产生的焦耳热【解析】(1)设金属棒进入水平导轨时速度为v，根据机械能守恒定律mgHmv2，v.金属棒切割磁感线产生的感应电动势EBLv.根据闭合电路欧姆定律I，则金属棒的感应电流大小I.根据右手定则，金属棒的感应电流方向由b流向a.(2)根据左手定则，金属棒在磁场中受到的安培力方向水平向左根据牛顿第二运动定律Fma，金属棒向右做加速度逐渐减小的
