2020屆高三物理一輪復(fù)習(xí) 電磁感應(yīng)中的能量問題導(dǎo)學(xué)案

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1、2020屆高三物理一輪復(fù)習(xí)導(dǎo)學(xué)案 十、電磁感應(yīng)（5） 電磁感應(yīng)中的能量問題 【目標(biāo)】 1、理解電磁感應(yīng)的過程實(shí)質(zhì)就是能量轉(zhuǎn)化的過程； 2、學(xué)會(huì)從動(dòng)量和能量的角度分析電磁感應(yīng)問題。 【導(dǎo)入】 導(dǎo)體切割磁感線或磁通量發(fā)生變化在回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，機(jī)械能或其他形式能量便轉(zhuǎn)化為電能，具有感應(yīng)電流的導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受安培力作用或通過電阻發(fā)熱，又可使電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或電阻的內(nèi)能。因此，電磁感應(yīng)過程總是伴隨著能量轉(zhuǎn)化。 中學(xué)階段用能量轉(zhuǎn)化觀點(diǎn)研究電磁感應(yīng)問題常是導(dǎo)體的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)（勻速直線運(yùn)動(dòng)或勻變速運(yùn)動(dòng)）．對(duì)應(yīng)的受力特點(diǎn)是合外力為零或者恒定不變，能量轉(zhuǎn)化過程常常是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電阻的內(nèi)能．當(dāng)外力克

2、服安培力做功時(shí)，就有其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能（如發(fā)電機(jī)）；當(dāng)安培力做正功時(shí)，就有電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能（如電動(dòng)機(jī)）。 【導(dǎo)研】 [例1] 如圖所示，矩形線圈長L，寬h，電阻為R，質(zhì)量為m，在空氣中豎直下落一段距離后（空氣阻力不計(jì)），進(jìn)入一寬度也為h，磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線圈進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的動(dòng)能為Ek1，線圈剛穿出磁場(chǎng)時(shí)的動(dòng)能為Ek2，這一過程中產(chǎn)生的焦耳熱為Q，線圈克服磁場(chǎng)力做的功為W1，重力做的功為W2，線圈重力勢(shì)能的減少量為△Ep，則以下關(guān)系中正確的是（ ） A.、Q= Ek1－Ek2 B、Q=W2－W1 C、Q＝W1 D、W

3、 2=W1+Ek2－Ek1 [例2]（鎮(zhèn)江市08學(xué)年第一學(xué)期高三年級(jí)適應(yīng)性考試）如圖所示，PQ、MN是固定的水平放置的足夠長的U形金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌的寬度為L，整個(gè)導(dǎo)軌處于豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，導(dǎo)軌左端連接一阻值為R的電阻器，在導(dǎo)軌上放一質(zhì)量為m的金屬棒ab，導(dǎo)軌與金屬棒電阻均不計(jì)，給ab一水平初速度v0，使其向右運(yùn)動(dòng)，最后ab靜止在導(dǎo)軌上。 （1）求：當(dāng)金屬棒ab的速度為0.5 v0時(shí)，通過電阻R的電流強(qiáng)度． （2）針對(duì)導(dǎo)軌是光滑還是粗糙的兩種情況，小明同學(xué)對(duì)安培力做功和整個(gè)回路中產(chǎn)生的熱量進(jìn)行了如下猜想，即： 猜想1：安培力對(duì)金屬棒所做的功相等． 猜想2：整個(gè)回路

4、產(chǎn)生的熱量相等． 你認(rèn)為以上兩種猜想成立嗎？請(qǐng)通用計(jì)算或相關(guān)物理原理解釋你的判斷． [例3]（蘇州市08屆高三高三教學(xué)調(diào)研測(cè)試） 如圖所示，有一個(gè)傾角為θ的足夠長的斜面，沿著斜面有一上下寬度為2b的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直斜面向外，磁場(chǎng)的邊界與底邊平行。現(xiàn)有一質(zhì)量為m的“日”字形導(dǎo)線框在斜面上靜止開始釋放，其中三條平行邊和斜面底邊及磁場(chǎng)的邊界平行（電阻均為R），其余兩條平行長邊不計(jì)電阻，整個(gè)框和斜面的動(dòng)摩檫因素為μ（μ

5、過計(jì)算說明導(dǎo)線框能否勻速通過整個(gè)磁場(chǎng)； （3）導(dǎo)線框從靜止開始到全部離開磁場(chǎng)所產(chǎn)生焦耳熱Q [例4]（通州市2020屆高三第四次調(diào)研測(cè)試）如圖所示，一邊長為L，質(zhì)量為m，電阻為R的金屬絲方框豎直放置在磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直方框平面，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小隨y的變化規(guī)律為B=B0+ky，k為恒定常數(shù)，同一水平面上磁感應(yīng)強(qiáng)度相同．現(xiàn)將方框以初速度v0從O點(diǎn)水平拋出，重力加速度為g，不計(jì)阻力． （1）通過計(jì)算確定方框最終運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)； （2）若方框下落過程中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)E與下落高度y的關(guān)系如圖（2）所示，求方框下落H高度時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)能．

6、【導(dǎo)練】 1．（南通市2020學(xué)年度第一學(xué)期期末調(diào)研考試）如圖所示，相距均為d的的三條水平虛線L1與L2、L2與L3之間分別有垂直紙面向外、向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B。一個(gè)邊長也是d的正方形導(dǎo)線框，從L1上方一定高處由靜止開始自由下落，當(dāng)ab邊剛越過L1進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，恰好以速度v1做勻速直線運(yùn)動(dòng)；當(dāng)ab邊在越過L2運(yùn)動(dòng)到L3之前的某個(gè)時(shí)刻，線框又開始以速度v2做勻速直線運(yùn)動(dòng)，在線框從進(jìn)入磁場(chǎng)到速度變?yōu)関2的過程中，設(shè)線框的動(dòng)能變化量大小為△Ek，重力對(duì)線框做功大小為W1，安培力對(duì)線框做功大小為W2，下列說法中正確的有：（ ） A．在導(dǎo)體框下落過程中，由于重力做正功，所以有v2＞

7、v1 B．從ab邊進(jìn)入磁場(chǎng)到速度變?yōu)関2的過程中，線框動(dòng)能的變化量大小為 △Ek＝W2－W1 C．從ab邊進(jìn)入磁場(chǎng)到速度變?yōu)関2的過程中，線框動(dòng)能的變化量大小為 △Ek＝W1－W2 a b c d L1 d d L2 L3 D．從ab邊進(jìn)入磁場(chǎng)到速度變?yōu)関2的過程中，機(jī)械能減少了W1+△Ek 2．（上海市崇明區(qū)2020年4月模擬）一個(gè)半徑為r、質(zhì)量為m、電阻為R的金屬圓環(huán)，用一根長為L的絕緣細(xì)繩懸掛于O點(diǎn)，離O點(diǎn)下方L／2處有一寬度為L/4，垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，如圖所示。現(xiàn)使圓環(huán)從與懸點(diǎn)O等高位置A處由靜止釋放（細(xì)繩張直，忽略空氣阻力），擺動(dòng)過程中

8、金屬環(huán)所在平面始終垂直磁場(chǎng)，則在達(dá)到穩(wěn)定擺動(dòng)的整個(gè)過程中金屬環(huán)產(chǎn)生的熱量是（ ） A、mgL B、mg（L/2+r） C、mg（3L/4+r） D、mg（L+2r） 3．如圖所示，豎直平面內(nèi)的虛線上方是一勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，從虛線下方豎直上拋一正方形線圈，線圈越過虛線進(jìn)入磁場(chǎng)，最后又落回原處，運(yùn)動(dòng)過程中線圈平面保持在豎直平面內(nèi)，不計(jì)空氣阻力，則 (　　) A．上升過程克服磁場(chǎng)力做的功大于下降過程克服磁場(chǎng)力做的功 B．上升過程克服磁場(chǎng)力做的功等于下降過程克服磁場(chǎng)力做的功 C．上升過程克服重力做功的平均功

9、率大于下降過程中重力的平均功率 D．上升過程克服重力做功的平均功率等于下降過程中重力的平均功率 4、（江蘇省丹陽高級(jí)中學(xué)高三第一次摸底考試）16.(13分)如圖甲所示,兩根足夠長的平行導(dǎo)軌處在與水平方向成θ角的斜面上, θ=370,導(dǎo)軌電阻不計(jì),間距L=0.3m.在斜面上加有磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1T、方向垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。導(dǎo)軌底端接一個(gè)阻值R=1Ω的電阻。質(zhì)量m=1kg、電阻r=2Ω的金屬棒ab橫跨在平行導(dǎo)軌間，棒與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5，金屬棒從距底端高為h1=2.0m處以平行于導(dǎo)軌向上的初速度v0=10m/s上滑，滑至最高點(diǎn)時(shí)高度為h2=3.2m. sin37°=

10、0.6，cos37°=0.8，g=10m/s2。 （1）求ab棒上升至最高點(diǎn)過程中，通過電阻R的電量q和電阻R產(chǎn)生的焦耳熱Q。 （2）若ab棒固定在導(dǎo)軌初始位置，磁場(chǎng)按圖乙所示規(guī)律變化(2.5×10-2~7.5×10-2s內(nèi)是正弦規(guī)律變化)，電阻R在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱為Q=5J，取。 求B0. 5．（淮安市2020學(xué)年度高三年級(jí)第四次調(diào)研考試）如圖（甲）所示，一對(duì)平行光滑軌道放置在水平面上，兩軌道相距l(xiāng)=1m，兩軌道之間用R=3Ω的電阻連接，一質(zhì)量m=0.5kg、電阻r=1Ω的導(dǎo)體桿與兩軌道垂直，靜止放在軌道上，軌道的電阻可忽略不計(jì)。整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直軌道平面向上，現(xiàn)用水平拉力沿軌道方向拉導(dǎo)體桿，拉力F與導(dǎo)體桿運(yùn)動(dòng)的位移s間的關(guān)系如圖（乙）所示，當(dāng)拉力達(dá)到最大時(shí)，導(dǎo)體桿開始做勻速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)位移s=2.5m時(shí)撤去拉力，導(dǎo)體桿又滑行了一段距離s' 后停下，在滑行s' 的過程中電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱為12J。求： （1）拉力F作用過程中，通過電阻R上電量q； （2）導(dǎo)體桿運(yùn)動(dòng)過程中的最大速度vm； （3）拉力F作用過程中，電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱。