2019-2020年高中物理 模塊要點回眸 第12點 電磁感應現(xiàn)象中的能量問題 教科版選修3-2.doc

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2019-2020年高中物理 模塊要點回眸 第12點 電磁感應現(xiàn)象中的能量問題 教科版選修3-2 電磁感應過程往往涉及多種能量的轉(zhuǎn)化 產(chǎn)生和維持感應電流存在的過程就是其他形式的能量轉(zhuǎn)化為感應電流電能的過程．在電磁感應現(xiàn)象中，認真分析電磁感應過程中的能量轉(zhuǎn)化，熟練地應用能量轉(zhuǎn)化與守恒定律是求解較復雜的電磁感應問題的關鍵． 1．過程分析 (1)電磁感應現(xiàn)象中產(chǎn)生感應電流的過程，實質(zhì)上是能量的轉(zhuǎn)化過程． (2)電磁感應過程中產(chǎn)生的感應電流在磁場中必定受到安培力的作用，因此，要維持感應電流的存在，必須有“外力”克服安培力做功．此過程中，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能．“外力”克服安培力做了多少功，就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能． (3)當感應電流通過用電器時，電能又轉(zhuǎn)化為其他形式的能．安培力做功的過程，是電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過程．安培力做了多少功，就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能． 2．解決此類問題的步驟 (1)用法拉第電磁感應定律和楞次定律(包括右手定則)確定感應電動勢的大小和方向． (2)畫出等效電路圖，寫出回路中電阻消耗的電功率的表達式． (3)分析導體機械能的變化，用能量守恒關系得到機械功率的改變與回路中電功率的改變所滿足的方程，聯(lián)立求解． 說明：在利用能量守恒定律解決電磁感應中的能量問題時，參與轉(zhuǎn)化的能量的種類一定要考慮周全．哪些能量增加，哪些能量減少，要考慮準確，最后根據(jù)所滿足的規(guī)律列方程分析求解． 3．焦耳熱Q的兩種求解方法 Q的兩種求法 對點例題　如圖1所示電路，兩根光滑金屬導軌平行放置在傾角為θ的斜面上，導軌下端接有電阻R，導軌電阻不計，斜面處在豎直向上的勻強磁場中，電阻可忽略不計的金屬棒ab質(zhì)量為m，受到沿斜面向上且與金屬棒垂直的恒力F的作用．金屬棒沿導軌勻速下滑，則它在下滑高度h的過程中，以下說法正確的是 (　　) 圖1 A．作用在金屬棒上各力的合力做功為零 B．重力做的功等于系統(tǒng)產(chǎn)生的電能 C．金屬棒克服安培力做的功等于電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱 D．金屬棒克服恒力F做的功等于電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱 解題指導　根據(jù)動能定理，合力做的功等于動能的增量，故A對；重力做的功等于重力勢能的減少，重力做的功等于克服F所做的功與產(chǎn)生的電能之和，而克服安培力做的功等于電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱，所以B、D錯，C對． 答案　AC 特別提醒　1.電磁感應現(xiàn)象的實質(zhì)問題是能量的轉(zhuǎn)化與守恒問題，從這個思路出發(fā)列方程求解，有時很方便． 2．通過克服安培力做功可以把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，電能最終轉(zhuǎn)化為焦耳熱．因此在同一關系式中，克服安培力做的功和產(chǎn)生的焦耳熱不能同時出現(xiàn)． 1. 如圖2所示，豎直放置的兩根足夠長平行金屬導軌相距L，導軌間接有一阻值為R的電阻，質(zhì)量為m，電阻為r的金屬棒與兩導軌始終保持垂直并良好接觸，且無摩擦，整個裝置放在勻強磁場中，磁場方向與導軌平面垂直，現(xiàn)將金屬棒由靜止釋放， 金屬棒下落高度為h時開始做勻速運動，在此過程中 (　　) 圖2 A．金屬棒的最大速度為 B．通過電阻的電荷量為 C．金屬棒克服安培力做的功等于電阻R上產(chǎn)生的熱量 D．重力和安培力對金屬棒做功的代數(shù)和等于金屬棒動能的增加量 答案　BD 解析　金屬棒由靜止釋放后，當a＝0時，速度最大，即mg－BL＝0，解得vm＝，A項錯誤．此過程通過電阻的電荷量q＝Δt＝Δt＝，B項正確．金屬棒克服安培力做的功等于整個電路產(chǎn)生的熱量，C項錯誤．由動能定理知，對金屬棒有ΔEk＝W重＋W安，D項正確． 2. 兩根足夠長的光滑導軌豎直放置，間距為L，底端接阻值為R的電阻．將質(zhì)量為m的金屬棒懸掛在一個固定的輕彈簧下端，彈簧的勁度系數(shù)為k，金屬棒和導軌接觸良好，導軌所在平面與磁感應強度為B的勻強磁場垂直，如圖3所示．除電阻R外，其余電阻不計．現(xiàn)將金屬棒從彈簧原長位置由靜止釋放．則 (　　) 圖3 A．金屬棒的動能、重力勢能與彈簧的彈性勢能的總和保持不變 B．金屬棒最后將靜止，靜止時彈簧伸長量為 C．金屬棒的速度為v時，所受的安培力大小為F＝ D．金屬棒最后將靜止，電阻R上產(chǎn)生的總熱量為mg 答案　BC 3．如圖4所示，電阻可忽略的光滑平行金屬導軌長x＝1.15 m，兩導軌間距L＝0.75 m，導軌傾角為30，導軌上端ab接一阻值R＝1.5 Ω的電阻，磁感應強度B＝0.8 T的勻強磁場垂直軌道平面向上．阻值r＝0.5 Ω、質(zhì)量m＝0.2 kg的金屬棒與軌道垂直且接觸良好，從軌道上端ab處由靜止開始下滑至底端，在此過程中金屬棒產(chǎn)生的焦耳熱Qr＝0.1 J．(取g＝10 m/s2)求： 圖4 (1)金屬棒在此過程中克服安培力做的功W安； (2)金屬棒下滑速度v＝2 m/s時的加速度a的大??； (3)為求金屬棒下滑的最大速度vm的大小，有同學解答如下：由動能定理，WG－W安＝mv.由此所得結(jié)果是否正確？若正確，說明理由并完成本小題；若不正確，給出正確的解答． 答案　(1)0.4 J　(2)3.2 m/s2　(3)見解析 解析　(1)下滑過程中安培力做的功即為電阻上產(chǎn)生的焦耳熱，由于R＝3r， 因此QR＝3Qr＝0.3 J 所以W安＝Q＝QR＋Qr＝0.4 J (2)金屬棒下滑時受到重力和安培力作用 F安＝BIL＝v 由牛頓第二定律得mgsin 30－v＝ma 所以a＝gsin 30－v ＝[10－] m/s2＝3.2 m/s2 (3)此解法正確． 金屬棒下滑時受到重力和安培力作用，滿足 mgsin 30－v＝ma 上式表明，加速度隨速度增大而減小，金屬棒做加速度逐漸減小的加速運動．無論最終是否達到勻速，當金屬棒到達斜面底端時速度一定為最大．由動能定理可以得到金屬棒的最大速度，因此(3)中同學的解法正確． mgxsin 30－Q＝mv 所以vm＝ ＝ m/s≈2.74 m/s.