2016年新编辅导班电磁感应中的能量转化专题

1、电磁感应中的能量转化问题的处理辅导内容：1、知道电磁感应中的能量转化特点2、会用能量转化与守恒的思想处理电磁感应中的能量问题能的转化与守恒定律，是自然界的普遍规律，也是物理学的重要规律电磁感应中的能量 转化与守恒问题，是高中物理的综合问题，也是高考的热点、重点和难点 在电磁感应现象中 外力克服安培力做功，消耗机械能，产生电能，产生的电能是从机械能转化而来的 ；当电路闭合 时，感应电流做功，消耗了电能，转化为其它形式的能，如在纯电阻电路中电能全部转化为电阻 的内能，即放出焦耳热，在整个过程中，总能量守恒在与电磁感应有关的能量转化与守恒的题目中，要明确什么力做功与什么能的转化的关系，它们是：合力做

2、功=动能的改变；重力做功=重力势能的改变；重力做正功 ，重力势能减少；重力做负功，重力势能增加；弹力做功=弹性势能的改变；弹力力做正功 ，弹性势能减少；弹力做负功，弹性势能增加;电场力做功=电势能的改变；电场力做正功，电势能减少；电场力做负功，电势能增加；安培力做功=电能的改变，安培力做正功，电能转化为其它形式的能；安培力做负功(即克服安培力做功)，其它形式的能转化为电能例题1:如图所示，用粗细相同的铜丝做成边长分别为L和2L的两只闭合线框 a和b,以相同的速度从磁感应强度为B的匀强磁场区域中匀速地拉到磁场外，则卜列说法止确的是 ()-XKX：A 产生的焦耳热之比为1 : 411XX*B .产

3、生的焦耳热之比为1 : 1XbKx：；C.通过铜丝某截面的电量之比为1 : 21XD 通过铜丝某截面的电量之比为1 : 4例题2:如图所示，固定的水平光滑金属导轨，间距为L,左端接有阻值为 R的电阻，处在方向竖直、磁感应强度为 B的匀强磁场中。质量为 m的导体棒与固定弹簧相连，放在导轨上，导轨与导体棒的电阻可忽略。初始时刻，弹簧恰处于自然长度，导体棒具有水平向右的 初速度vO,在沿导轨往复运动的过程中，导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触。(1)求初始时刻导体棒受到的安培力Ep,则在这一过程中安(3 )导体棒往复运动，最终将 静止于何处？从导体棒开始运 动直到最终静止的过程中，电 阻R上产生的焦

4、耳热 Q为多少?(2)若导体棒从初始时刻到速度第一次为零时，弹簧的弹性势能为 培里所做的功W1和电阻R上产生的焦耳热Q1分别是多少？m o厂I x xX B XL Rx xI 1 X X在上问中，若 R= 2 Q,金属棒中的电流方向由a到b,求磁感应强度的大小与方向(g =10m/s2，sin37 =0.6，cos37 0.8)练习题：1.如图4 17所示，竖直平行金属导轨 MN、PQ上端接有电 阻R,金属杆质量为 m,跨在平行导轨上，垂直导轨平面的水平匀强磁场 为B，不计ab与导轨电阻，不计摩擦，且ab与导轨接触良好若ab杆在竖直向上的外力 F作用下匀速上升，则以下说法正确的是()A拉力F所

5、做的功等于电阻R上产生的热量B 杆ab克服安培力做的功等于电阻R上产生的热量C.电流所做的功等于重力势能的增加量D.拉力F与重力做功的代数和等于电阻R上产生的热量图 4 172两根光滑的金属导轨，平行放置在倾角0的斜面上，导轨的左端接有电阻 的电阻可忽略不计.斜面处在一匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向上.质量为 的金属棒ab,在沿着斜面与棒垂直的恒力F作用下沿导轨匀速上滑，并上升R,导轨自身 m、电阻可不计 h高度，如图4 75所示在这过程中A 作用于金属棒上的各力的合力所做的功等于零B 作用于金属棒上的各力的合力所做的功等于C恒力F与安培力的合力所做的功等于零mgh与电阻R上发岀的焦耳热之和

6、解题小结：解决此类问题的步骤(1) 用法拉第电磁感应定律和楞次定律(包括右手定则)确定感应电动势的大小和方向.(2) 画岀等效电路图，写岀回路中电阻消耗的电功率的表达式.分析导体机械能的变化，用能量守恒关系得到机械功率的改变与回路中电功率的改变所满足 的方程，联立求解.例题3 如图所示，处于匀强磁场中的两根足够长、电阻不计的平行金属导轨相距1m、导轨平面与水平面成 0= 37 角，下端连接阻值为 R的电阻，匀强磁场方向与 导轨平面垂直.质量为0.2kg，电阻不计的金属棒放在两导轨上，棒与导轨垂直并保持良好接触，它们之间的动摩擦因数为0.25.(1)求金属棒沿导轨由静止开始下滑时的加速度大小.当

7、金属棒下滑速度达到稳定时，电阻R消耗的功率为8W，求该速度的大小.D 恒力F与重力的合力所做的功等于电阻R上发岀的焦耳热3把一只矩形线圈从匀强磁场中匀速拉岀第一次用速度v1，第二次用速度 v2，而且v2=2v1 若两次拉力所做的功分别为W1和W2，两次做功的功率分别为P1和P2,两次线圈产生的热量为Q1和Q2,则下述结论正确的是A W仁W2 , P1=P2 , Q1 = Q2B . W1 W2 , P1 P2, Q1 = Q2C. W仁2W2 , 2P1=P2 , 2Q1 = Q2D . W2=2W1 , P2=4P1 , Q2=2Q14如图所示，在光滑水平面上的直线MN左侧有垂直于纸面向里的

8、匀强磁场，右侧是无磁场空间将两个大小相同的铜质矩形闭合线框由图示位置以同样的速度v向右完全拉岀匀强磁1 : 2.则拉岀过程中X X X X ：场已知制作这两只线框的铜质导线的横截面积之比是 下列说法中正确的是（）X X X X A. 所用拉力大小之比为2 : 1B. 通过导线某一横截面的电荷量之比是1 : 1C. 拉力做功之比是 1 : 4D. 线框中产生的电热之比为1 : 25如图所示，ab、cd是固定在竖直平面内的足够长的金属框架除be段电阻为R，其余电阻均不计，ef是一条不计电阻的金属杆，杆两端与ab和ed接触良好且能无摩擦下滑，下滑时 ef始终处于水平位置，整个装置处于垂直框面的匀强磁

9、场中，ef从静止下滑，经过一段时间后闭合开关S,则在闭合S后（）A ef的加速度可能大于 gB 闭合S的时刻不同，ef的最终速度也不同C. 闭合S的时刻不同，ef最终匀速运动时电流的功率也不同D. ef匀速下滑时，减少的机械能等于电路消耗的电能6.如图4-92所示，有一个水平匀强磁场，在垂直于磁场方向的竖直平面内放一个金属框，AB边可以自由上下滑动，且始终保持水平，无摩擦.若AB质量为m=0.2克，长L=0.1米，电阻R=0.2欧，其它电阻不计，磁感应强度B=0.1特，g=10米/秒2.(1) 求AB下落速度为2米/秒时，其边下落的加速度及产生热的功率是多少？(2) 求AB边下落时的最大速度.

10、拔高题：如图，两条水平虚线之间有垂直于纸面向里，宽度为d=50cm，磁感应强度为 B=1.0T的匀强磁场.边长为 l=10cm的正方形线圈，质量为m=100g，电阻为R=0.020 Q.线圈下边缘到磁场上边界的距离为 h=80cm 将线圈由静止释放，已知其下边缘刚进入磁场和刚穿出磁场时刻线圈进入磁场的过程中产生的电热Q .线圈下边缘穿越磁场的过程中，线圈的最小速度v.的速度相同.取 g=10m/s2 .求：不hX X X X-dx x x x xi_ B答案：例题1解析：选AC.根据能的转化和守恒可知，外力做功等于电能，而电能又全部转化为焦耳热Wa= Qa =BLv 2 LRa VWfb =

11、Q b =B2Lv 22LRbv由电阻定律知 Rb= 2Ra，故 Wa : Wb= 1 : 4, A对B错; BS由产生的电量 Q =R = 得，Qa : Qb = 1 : 2，C 对 D 错.例题2.军：(1)初始时刻棒中感应电动势 E=BLv0棒中感应电流匸E/R作用于棒上的安培力的大小：F=BIL=B 2Lv02/R安培力的方向：水平向右2)由功能关系得：安培力做功 W1 =EP -1/2 mv02电阻R上产生的焦耳热 Q1= 1/2 mv02 - Ep(3)由能量转化及平衡条件等，可判断出：棒最终静止于初始位置电阻R上产生的焦耳热Q为Q= 1/2 mv02例题3.解析：(1)金属棒开始

12、下滑的初速度为零，根据牛顿第二定律mgsin 0-卩 mgcos 举 ma由式解得 a= 10 )(0.6 0.25 S)m/s2 = 4m/s2(2)设金属棒运动达到稳定时，速度为 v,所受安培力为 F,棒在沿导轨方向受力平衡mgsin 卩 mgcos F= 0此时金属棒克服安培力做功的功率等于电路中电阻R消耗的电功率 Fv = PP由、两式解得v = f=mgPsin 卩 cos 080.2 (0 X 0.6 0.25 (.8m/s= 10m/s (3)设电路中电流为I，两导轨间金属棒的长度为l，磁场的磁感应强度为BvBI倚P= I2R 由、两式解得厂VPR/8X2B = Tlv 10 X

13、=0.4T 磁场方向垂直导轨平面向上.练习题：1.解析：选BD.当外力F拉着金属杆匀速上升时，拉力要克服重力和安培力做功，拉力做的功等于克服安培力和重力做功之和，即等于金属杆上产生的热量和金属杆增加的重力势能之和，选项A错误克服安培力做多少功，电阻R上就产生多少热量，选项 B正确电流做的2.A3. D4. B5. 答案AD解析闭合前，ef自由落体，到闭合时，设瞬时速度为v ,B2l2v此时ef所受安培力F安=R- , F安可能岀现大于 2mg的情况，故 A正确.不同时刻闭合S,可能会岀现三种情况:能t内能.所以应选 A、D.6. (1)5 米/秒 2, 0.002 瓦；(2)4 米/秒(1)F

14、 安= mg 时,ef正好从此时匀速运动，速度v = B22(2)F 安 mg 时,ef减速至F安=mg后再匀速运动，此时速度=mgRv= B2l2 .所以最终速度vB2R及最大功率P=罟=与S闭合时刻无关匀速下滑时重力势能-电2. A3. D4. B5. 答案 AD解析 闭合前， ef 自由落体，到闭合时，设瞬时速度为v ，此时 ef 所受安培力B2l2vF安 R ，安可能出现大于 2mg 的情况，故 A 正确不同时刻闭合S,可能会岀现三种情况:(1)F 安=mg 时,ef 正好从此时匀速运动,速度 v_ Bm2glR2(2)F 安 mg 时,ef减速至F 安 mg后再匀速运动，此时速度_ mgRv= B2l2 .所以最终速度 vm2R及最大功率p_ E2 _ B2Rv2与s闭合时刻无关匀速下滑时重力势能-电2. A3. D4. B5. 答案 AD解