5-电磁感应中的能量问题.docVIP

06届高三物理一轮授课提纲 十二、电磁感应(5) [课 题] 电磁感应中的能量问题 [教学目标] 1、理解电磁感应的过程实质就是能量转化的过程 2、学会从动量和能量的角度分析电磁感应问题 [重点难点] 电磁感应中的能量问题分析 [知识要点] 一、电磁感应中能量转化问题 导体切割磁感线或磁通量发生变化在回路中产生感应电流，机械能或其他形式能量便转化为电能，具有感应电流的导体在磁场中受安培力作用或通过电阻发热，又可使电能转化为机械能或电阻的内能。因此，电磁感应过程总是伴随着能量转化。中学阶段用能量转化观点研究电磁感应问题常是导体的稳定运动（匀速直线运动或匀变速运动）．对应的受力特点是合外力为零或者恒定不变，能量转化过程常常是机械能转化为电阻的内能．解决这类问题的基本方法是： 1、用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大小和方向 2、画出等效电路，求出回路中电阻消耗电功率表达式 3、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 二、电磁感应现象中出现的电能，一定是由其他形式的能转化而来，具体问题中会涉及多种形式的能之间的转化，机械能和电能的相互转化、内能和电能的相互转化．分析时，应当牢牢抓住能量守恒这一基本规律，分析清楚有哪些力做功，就可知道有哪些形式的能量参与了相互转化，如有摩擦力做功，必然有内能出现；重力做功，就可能有机械能参与转化；安培力做负功就将其他形式能转化为电能（发电机），做正功将电能转化为其他形式的能（电动机）；然后利用能量守恒列出方程求解。 [解题指导] [例1] 如图所示，矩形线圈长L，宽h，电阻为R，质量为m，在空气中竖直下落一段距离后（空气阻力不计），进入一宽度也为h，磁感强度为B的匀强磁场中，线圈进入磁场时的动能为Ek1，线圈刚穿出磁场时的动能为Ek2，这一过程中产生的焦耳热为Q，线圈克服磁场力做的功为W1，重力做的功为W2，线圈重力势能的减少量为△Ep，则以下关系中正确的是（ ） A.、Q= Ek1－Ek2 B、Q=W2－W1 C、Q＝W1 D、W 2=W1+Ek2－Ek1 [例2] 如图所示，正方形导线框ABCD每边长L=0.2m，线框电阻R＝0.4Ω，质量m=0.1kg， 物体M的质量为0.3kg，匀强有界磁场高为L＝0.2m，B＝0.5T．物体M放在光滑斜面上，斜面倾角为α＝30°，物体从静止开始下滑，当线框AC边 一进入磁场时，就开始做匀速运动，求： （1）线框做匀速运动的速度的大小； （2）线框做匀速运动过程中，物体M对线框做的功； （3）线框做匀速运动过程中，若与外界无热交换，线框内能的增量． [例3] 如图（ａ）所示，两水平放置的平行金属板Ｃ、Ｄ相距很近，上面分别开有小孔Ｏ、Ｏ′，水平放置的平行金属导轨与Ｃ、Ｄ接触良好，且导轨在磁感强度为Ｂ１＝10Ｔ的匀强磁场中，导轨间距Ｌ＝0．50ｍ，金属棒ＡＢ紧贴着导轨沿平行导轨方向在磁场中做往复运动．其速度图象如图（ｂ）所示，若规定向右运动速度方向为正方向，从ｔ＝0时刻开始，由Ｃ板小孔Ｏ处连续不断以垂直于Ｃ板方向飘入质量为ｍ＝3×10－ｋｇ、电量ｑ＝1．6×10－19Ｃ的带正电的粒子（设飘入速度很小，可视为零）．在Ｄ板外侧有以ＭＮ为边界的匀强磁场Ｂ２＝10Ｔ，ＭＮ与Ｄ相距ｄ＝ｍ，Ｂ１、Ｂ２方向如图所示（粒子重力及其相互作用不计）．求　（1）在0～4．0ｓ时间内哪些时刻发射的粒子能穿过电场并飞出磁场边界ＭＮ?　（2）粒子从边界ＭＮ射出来的位置之间最大的距离为多少? [例4] 如图所示，位于同一水平面内的两根平行导轨间的距离为l，导体的左端连接一个耐压足够大的电容器，电容器的电容为C放在导轨上的导体杆cd与导轨接触良好，cd杆在平行导轨平面的水平力作用下从静止开始匀加速运动，加速度为a．磁感强度为B的匀强磁场垂直导轨平面竖直向下，导轨足够长，不计导轨、导体杆和连接电容器导线的电阻，导体杆的摩擦也可忽略。求从导体杆开始运动经过时间t电容器吸收的能量E＝？ [例5]（1） (2004广东卷) 如图，在水平面上有两条平行导电导轨MN、PQ,导轨间距离为，匀强磁场垂直于导轨所在的平面（纸面）向里，磁感应强度的大小为B，两根金属杆1、2摆在导轨上，与导轨垂直，它们的质量和电阻分别为和,两杆与导轨接触良好，与导轨间的动摩擦因数为，已知：杆1被外力拖动，以恒定的速度沿导轨运动；达到稳定状态时，杆2也以恒定速度沿导轨运动，导轨的电阻可忽略，求此时杆2克服摩擦力做功的功率。 （2）（2005·长春理综模拟）光滑平行异形导轨abcd与ab cd ，如图所示，轨道的水平部分bcd处于竖直向上的匀强磁场