电磁感应现象中的能量问题.docx

电磁感应现象中的能量问题 邵晓华 目标： 使学生能处理电磁感应规律与能量综合应用的问题，并学会处理能量问题的方法与技巧。提高学生的分析综合能力和解决实际问题的能力，帮助学生树立正确的科学观。 教学过程 【问题概述】电磁感应现象部分的知识历来是高考的重点、热点，出题时可将力学、电磁 学等知识溶于一体，能很好地考查学生的理解、推理、分析综合及应用数学处理物理问题 的能力。电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到安培力的作用，因此，要维持 感应电流的存在，必定有“外力”克服安培力做功，此过程中，其它形式的能转化为电能， 当电流通过电阻时，电能又转化为其它形式的能量． 【典例赏析】 例 1、如图所示，竖直放置的两根平行金属导轨之间接有定值电阻R， 质量不能忽略的金属棒与两导轨始终保持垂直并良好接触且无摩擦，棒 与导轨的电阻均不计，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直，棒在竖直向上的恒力 F 作用下加速上升的一段时间内，力 F 做的功与安培力做的功的代数和等于（ ） A.棒的机械能增加量 B.棒的动能增加量 C.棒的重力势能增加量 D.电阻R 上放出的热量 小结：分析过程中应当牢牢抓住能量守恒这一基本规律，即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，做正功将电能转化为其他形式的能； 针对练习：P１８９（４）P１９１（４）两题 分析作业P３０６（８，９，１０） 例２（P１８９例４） 分析P３０６（１１） 能力提升： 例３．（如图 16(甲)为一研究电磁感应 的装置，其中电流传感器(相当于一只理想的电流表)能将各时刻的电流数据实 时送到计算机，经计算机处理后在屏幕 上显示出I-t 图象。已知电阻 R 及杆的 电阻 r 均为 0.5Ω，杆的质量m 及悬挂物的质量M 均为 0.1kg，杆长 L=1m。实验时，先断 1 开 K，取下细线调节轨道倾角，使杆恰好能沿轨道匀速下滑。然后固定轨道，闭合 K，在导轨区域加一垂直轨道平面向下的匀强磁场，让杆在物 M 的牵引下从图示位置由静止开始释放，此时计算机屏幕上显示出如图(乙)所示的 I-t 图象(设杆在整个运动过程中与轨道垂直，且细线始终沿与轨道平行的方向拉杆，导轨的电阻忽略不计，细线与滑轮间的摩擦忽略不计，g=l0m/s2)。试求：(1)匀强磁场的磁感应强度 B 的大小；(2)0～0.4s 内通过 R 的电量；(3)0～0.4s 内R 上产生的焦耳热。 解：(1)由图知：杆达到稳定运动时的电流为1.0A K 接通前 mg sin? ? ?mg cos? K 接通后且杆达到稳定时 mg sin? ? BIL ? ?mg cos? ? Mg B ? (2)0.4s 内通过电阻的电量为图线与t 轴包围的面积由图知：总格数为 144 格(140～150 均正确，以下相应类推) q=144 × 0.04 × 0.04C=0.23C (3) 由 图 知 ： 0.4s 末 杆 的 电 流 Mg ? 1T IL I=0.86A I ? E ? Blv ?v ? I (R ? r) ? 0.86m / s R ? r R ? r Bl q ? It ? ?? ? t ? ?? ? Blx ? x ? q(R ? r) ? 0.23m t ? (R ? r) R ? r R ? r Bl 1 Mgx ? (M ? m)v2 ? Q 2 R ? r 1 Q ?Q ? Mg q ? (M ? m)v2 ? 0.16J Q ? ? 0.08J Bl 2 R 2 变式训练：如图728 所示，一边长L=0.2m，质量m1=0.5kg，电阻R=0.1w的正方形导体线框abcd，与一质量为m2=2kg的物块通过轻质细线跨过两定滑轮相连．起初 ad 边距磁场下边界为 d1=0.8m，磁感应强度 B=2.5T，磁场宽度d2=0.3m，物块放在倾角θ=53°的斜面上，物块与斜面间的动摩擦因数μ=0.5.现将物块由静止释放，经一段时 间后发现当ad 边从磁场上边缘穿出时，线框恰好做匀速运动．(g 取 10m/s2，sin53°=0.8，cos53°=0.6)求(1) 线框 ad 边从磁场上边缘穿出时绳中拉力的功率； (2)线框刚刚全部进入磁场时速度的大小； (3)整个运动过程中线框产生的焦耳热． 解析：1 由于线框匀速出磁场，则对m 有： 2 m g sin 2 m g cos T 0 2 得T 10N 对m 有：T 1 m g BIL 2 0 1 又因为I BLv ， R 2 从线框刚刚全部进入磁场到线框ad边刚要离开磁场， 由动能定理得(m 2 g sin m g cos )