關(guān)于場和電路的能量轉(zhuǎn)化和守恒問題 教案

1、關(guān)于場和電路的能量轉(zhuǎn)化和守恒問題 對電場： 電場力做功等于電勢能增量的負(fù)值（分析方法類同重力做功與重力勢能的關(guān)系） 對電路： ab棒勻速運(yùn)動(dòng) 重點(diǎn)、難點(diǎn)分析：正確理解電場力做功與電勢能變化的關(guān)系，理解在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，電路中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系是重點(diǎn)，對結(jié)合力學(xué)知識巧妙地把電場、牛頓定律、功能關(guān)系等相聯(lián)系是考查能力的重點(diǎn)也是難點(diǎn)?！镜湫屠}】 例1. 在豎直向下的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，兩條光滑平行導(dǎo)軌相距為L，水平放置，左端連電阻R，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，導(dǎo)軌上有一電阻為r的導(dǎo)體ab，并垂直于導(dǎo)軌。如圖1所示，在水平外力F作用下ab沿導(dǎo)軌勻速向右運(yùn)動(dòng)，求水平外力的機(jī)械功率，感應(yīng)電流的總功率ab上的熱功

2、率，電阻R上的熱功率，電路中總的放熱功率，并說明它們之間的關(guān)系。 分析與解： 外力F克服安培力F做功，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能 例2. 如圖2所示，傾角為30°的直角三角形的底邊BC長為2L，底邊處在水平位置，斜邊AC為光滑絕緣導(dǎo)軌，現(xiàn)在底邊中點(diǎn)O處放一正點(diǎn)電荷Q，讓一個(gè)帶正電的小球從斜面頂端A滑下（始終不脫離導(dǎo)軌），已測得它滑到底端C點(diǎn)時(shí)的速度大小為v，加速度大小為a，求它滑到斜邊的垂足D處的速度和加速度的大小。 分析與解： 帶正電小球從D點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)的過程中，電場力做功為零 從在D、C點(diǎn)的受力情況分析 例3. 在水平方向的勻強(qiáng)電場中，一個(gè)不可伸長的不導(dǎo)電細(xì)線的一端連著一質(zhì)量為m的帶電小

3、球，另一端固定于O點(diǎn)，把小球拉起直至細(xì)線與電場線平行，然后無初速釋放，已知小球擺到最低點(diǎn)的另一側(cè)，線與豎直方向的最大夾角為，如圖4所示，求小球經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí)細(xì)線對小球的拉力。 分析與解：設(shè)細(xì)線長為l，球的電量為q，場強(qiáng)為E，若q為正，則E水平向右，若q為負(fù)，則E水平向左，則從最高點(diǎn)釋放到左側(cè)最高點(diǎn)，重力做正功，電場力做負(fù)功 則從最高點(diǎn)到最低點(diǎn)過程中 【模擬試題】 1. 一輛無軌電車以18km/h的速度勻速行駛時(shí)，加在電動(dòng)機(jī)上的電壓為500V，通過電動(dòng)機(jī)的電流為30A，若電動(dòng)機(jī)中線圈的電阻為，且不計(jì)摩擦損耗，則電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的牽引力大小為_N. 2. 一個(gè)勁度系數(shù)為k用絕緣材料制成的輕彈簧，一端固定

4、，另一端與質(zhì)量為m，帶正電荷q的小球相連，靜止在光滑絕緣水平面上，當(dāng)加入如圖5所示的場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場后，小球開始運(yùn)動(dòng)，下列說法正確的是（ ） A. 球的速度為零時(shí)，彈簧伸長 B. 球做簡諧運(yùn)動(dòng)，振幅為 C. 運(yùn)動(dòng)過程中，小球的機(jī)械能守恒 D. 運(yùn)動(dòng)過程中，是電勢能、動(dòng)能和彈性勢能相互轉(zhuǎn)化 3. 如圖6所示，三條平行等距的直虛線表示電場中的三個(gè)等勢面，電勢值分別為10V、20V、30V，實(shí)線表示一帶負(fù)電的粒子在該區(qū)域內(nèi)僅受電場力作用的運(yùn)動(dòng)軌跡，對于軌跡上的a、b、c三點(diǎn)來說（ ） A. 粒子必先過a，再到b，然后到c B. 粒子在三點(diǎn)受到的電場力 C. 粒子在三點(diǎn)的動(dòng)能關(guān)系是 D. 粒子在三點(diǎn)

5、的動(dòng)能關(guān)系是 4. 如圖7所示，甲、乙兩圖為與勻強(qiáng)磁場垂直放置的兩個(gè)金屬框架，乙圖除了多了一個(gè)電阻為零，自感系數(shù)為L的線圈外，甲、乙圖的其他部分都相同，如導(dǎo)體AB以相同的加速度向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，若位移相同，則（ ） A. 甲圖作功多 B. 兩圖中外力做功相同 C. 乙圖中外力做功多 D. 無法判定 5. 豎直放置的平行光滑導(dǎo)軌，其電阻不計(jì)，磁場方向如圖8所示，磁感強(qiáng)度為，導(dǎo)體ab及cd長均為0.2m，電阻均為，重均為0.1N，現(xiàn)用力向上推動(dòng)導(dǎo)體ab，使之勻速上升（與導(dǎo)軌接觸良好），此時(shí)，cd恰好靜止不動(dòng)，那么ab上升時(shí)，下列說法正確的是（ ） A. ab受到的推力大小為2N B. ab向上

6、的速度為2m/s C. 在2s內(nèi)，推力做功轉(zhuǎn)化為電能的是0.4J D. 在2s內(nèi)，推力做功為0.6J 6. 如圖9所示，長為L，電阻，質(zhì)量的金屬棒CD垂直跨擱在位于水平面上的兩條平行光滑金屬導(dǎo)軌上，兩導(dǎo)軌間距也是L，棒與導(dǎo)軌間接觸良好，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，導(dǎo)軌左端接有的電阻，量程為03.0A的電流表串接在一條導(dǎo)軌上，量程為01.0V的電壓表接在電阻R的兩端，垂直導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場向下穿過平面，現(xiàn)以向右恒定外力F使金屬棒右移，當(dāng)金屬棒以的速度在導(dǎo)軌平面上勻速滑動(dòng)時(shí)，觀察到電路中的一個(gè)電表正好滿偏，而另一個(gè)電表未滿偏，問：（1）此滿偏的電表是什么表？說明理由。（2）拉動(dòng)金屬棒的外力F多大？ 7. 如圖10所示，有一磁感強(qiáng)度的水平勻強(qiáng)磁場，垂直勻強(qiáng)磁場放置一根長的金屬框架，框架上有一導(dǎo)體ab保持與框邊垂直，由靜止開始下滑，已知ab長10cm，質(zhì)量為0.1g，電阻為