電磁感應(yīng)第四課-學(xué)生

1、第四課 電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒學(xué)習(xí)目標(biāo).掌握電磁感應(yīng)中動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的分析方法;.理解電磁感應(yīng)過(guò)程中能量的轉(zhuǎn)化情況，能用能量的觀點(diǎn)分析和解決電磁感應(yīng)問(wèn)題。學(xué)習(xí)重難點(diǎn).掌握電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化與守恒問(wèn)題，并能用來(lái)處理力、電綜合問(wèn)題；（重點(diǎn)）.會(huì)判斷電磁感應(yīng)現(xiàn)象中哪一部分電路充當(dāng)電源，并能結(jié)合閉合電路歐姆定律處理電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的 電路問(wèn)題；（重點(diǎn)）.掌握電磁感應(yīng)與力學(xué)綜合應(yīng)用問(wèn)題的處理方法。（重點(diǎn)+難點(diǎn)） 知識(shí)梳理.電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化如圖所示，處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的水平導(dǎo)軌上有一根與導(dǎo)軌接觸良好的可自由滑動(dòng)的直導(dǎo)線ab在外力F作用下向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)。該過(guò)程中外力F克服安培力做了多少功,就有多少其

2、他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，因?yàn)檫@個(gè)電路是純電阻電路，所以轉(zhuǎn)化過(guò)來(lái)的電能通過(guò)電流做功又全部轉(zhuǎn)化為電阻的內(nèi)能，即：注意：上面情境中外力 F做功的功率P外與回路中的電功率 P電相等，因?yàn)橹挥?P外=P電，合外力對(duì)導(dǎo) 線ab做的功才等于零，導(dǎo)線才能做勻速直線運(yùn)動(dòng)。.電磁感應(yīng)中的能量守恒能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空 ,它只能從一種形式 為其他形式，或者從一個(gè)物體 到 另一個(gè)物體，在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過(guò)程中能量的 保持不變，這是自然界普遍遵循的一條規(guī)律，在電磁感應(yīng) 現(xiàn)象中也不例外. 所以，在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生了多少焦耳熱（純電阻電路）就意味著 了多少其他形式的能量，即 Q =?？键c(diǎn)應(yīng)用考點(diǎn)一：對(duì)楞次定律的理解及應(yīng)

3、用.電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化：電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，感應(yīng)電流的能量 （電能）不能無(wú)中生有，只能從其他形式的能量轉(zhuǎn)化過(guò)來(lái)，外力克服磁場(chǎng)力做功，正是這個(gè)轉(zhuǎn)化的量度，如圖所示，當(dāng)條形磁鐵 靠近線圈時(shí)，線圈中產(chǎn)生圖示方向的電流，而這個(gè)感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)條形磁鐵產(chǎn)生斥力，阻礙條形磁鐵的靠近，必須有外力克服這個(gè)斥力做功，它才能移近線圈;當(dāng)條形磁鐵離開(kāi)線圈時(shí)， 感應(yīng)電流方向與圖中所示方向相反，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)磁鐵產(chǎn)生引力，阻礙條形磁鐵的離開(kāi).這里外力做功的過(guò)程就是其他形式的能轉(zhuǎn) 化為電能的過(guò)程。.電磁感應(yīng)中的能量守恒:“阻礙”的結(jié)果，是實(shí)現(xiàn)了其他形式的能向電能轉(zhuǎn)化，如果沒(méi)有“阻礙”，將違背能量守恒定律，可 以得

4、出總能量增加的錯(cuò)誤結(jié)論.所以楞次定律體現(xiàn)了在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中能的轉(zhuǎn)化與守恒，能量守恒定律也 要求感應(yīng)電流的方向服從楞次定律。例一、如圖所示，MN和PQ是電阻不計(jì)的平行金屬導(dǎo)軌，其間距為L(zhǎng),導(dǎo)軌彎曲部分光滑，平直部分粗糙，二者平滑連接.右端接一個(gè)阻值為 R的定值電阻.平直部分導(dǎo)軌左邊區(qū)域有寬度為d、方向豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 B的勻強(qiáng)磁場(chǎng).質(zhì)量為m、接入電路的電阻也為 R的金屬棒從高度為 h處?kù)o止釋放，到達(dá) 磁場(chǎng)右邊界處恰好停止.已知金屬棒與平直部分導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為內(nèi)金屬棒與導(dǎo)軌間接觸良好則金屬 TOC o 1-5 h z 棒穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域的過(guò)程中（）A.流過(guò)金屬棒的最大電流為 Bd步皿b.

5、通過(guò)金屬棒的電荷量為brlC.克服安培力所做的功為 mgh./ 遙b 4 *1QD.金屬棒廣生的焦耳熱為 5mg（h（i）總結(jié):1電流恒定時(shí)，根據(jù)焦耳定律求解，即Q= I2Rt.2感應(yīng)電流變化，可用以下方法分析：利用動(dòng)能定理，求出克服安培力做的功W安，產(chǎn)生的焦耳熱等于克服安培力做的功，即Q=W安.利用能量守恒，即感應(yīng)電流產(chǎn)生的焦耳熱等于其他形式能量的減少量跟進(jìn)訓(xùn)練如圖所示，足夠長(zhǎng)的平行光滑U形導(dǎo)軌傾斜放置，所在平面的傾角0= 37。，導(dǎo)軌間的距離L=1.0m,下端連接 R= 1.6 的電阻，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，所在空間存在垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng) 度B=1.0 T.質(zhì)量m= 0.5 k

6、g、電阻r=0.4 Ot勺金屬棒ab垂直置于導(dǎo)軌上， 現(xiàn)用沿導(dǎo)軌平面且垂直于金屬棒、 大小為F= 5.0 N的恒力使金屬棒ab從靜止開(kāi)始沿導(dǎo)軌向上滑行，當(dāng)金屬棒滑行s= 2.8 m后速度保持不變.求: （sin 37 = 0.6, cos 37 = 0.8, g=10 m/s2）(1)金屬棒勻速運(yùn)動(dòng)日的速度大小V；R上產(chǎn)生白熱量QR上產(chǎn)生白熱量Qr.考點(diǎn)二：電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題.電磁感應(yīng)問(wèn)題往往與力學(xué)問(wèn)題聯(lián)系在一起，處理此類問(wèn)題的基本方法是：(1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向。(2)用閉合電路歐姆定律求回路中感應(yīng)電流的大小和方向。(3)分析研究導(dǎo)體受力情況(包括安培

7、力)。(4)列動(dòng)力學(xué)方程或平衡方程求解。.兩種狀態(tài)處理(1)導(dǎo)體處于平衡狀態(tài)靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。處理方法：根據(jù)平衡條件一一合力等于零列式分析。(2)導(dǎo)體處于非平衡狀態(tài)加速度不為零。處理方法：根據(jù)牛頓第二定律進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析或結(jié)合功能關(guān)系分析例二、如圖所示，空間存在 B = 0.5 T、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，MN、PQ是水平放置的平行長(zhǎng)直導(dǎo)軌，其間距l(xiāng) = 0.2 m,電阻R= 0.3 接在導(dǎo)軌一端，ab是跨接在導(dǎo)軌上質(zhì)量 m=0.1 kg、接入電路的電阻r = 0.1 的導(dǎo)體棒，已知導(dǎo)體棒和導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2.從零時(shí)刻開(kāi)始，對(duì)ab棒施加一個(gè)大小為F= 0.45 N、方向水平向左的恒定

8、拉力，使其從靜止開(kāi)始沿導(dǎo)軌滑動(dòng)，整個(gè)過(guò)程中棒始終保持與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，求：(g= 10 m/s2)(1)導(dǎo)體棒所能達(dá)到的最大速度的大小；(2)試定性畫出導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)的速度一時(shí)間圖像總結(jié):電磁感應(yīng)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題中，要把握好受力情況、運(yùn)動(dòng)情況的動(dòng)態(tài)分析。一 ,，一八.一，E= BLv Rr F= BIL基本思路是：導(dǎo)體受外力運(yùn)動(dòng) 產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 產(chǎn)生感應(yīng)電流 導(dǎo)體受安培F 合=ma力合外力變化加速度變化 -速度變化 -感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變化 一 a=0, v達(dá)到取大值.跟進(jìn)訓(xùn)練一個(gè)質(zhì)量 m= 0.016 kg,長(zhǎng)L=0.5 m,寬d=0.1 m,電阻 R=0.1 的矩形線圈，從 hi=5 m高處由靜止開(kāi)始自

9、由落下，如圖所示，然后進(jìn)入一個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng).線圈下邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，由于磁場(chǎng)力作用，線圈正好做勻速運(yùn)動(dòng)，求：(1)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B(g取10 m/s2).(2)如果線圈下邊通過(guò)磁場(chǎng)所經(jīng)歷的時(shí)間為困= 0.15 s,求磁場(chǎng)區(qū)域的高度h2.課后練習(xí).半圓形導(dǎo)軌豎直放置，不均勻磁場(chǎng)水平方向并垂直于軌道平面，一個(gè)金屬環(huán)在軌道內(nèi)來(lái)回滾動(dòng)，如 圖所示，若空氣阻力不計(jì)，則 ()A.金屬環(huán)做等幅振動(dòng)B.金屬環(huán)做減幅振動(dòng)C.金屬環(huán)做增幅振動(dòng)D.無(wú)法確定.如圖甲所示，左側(cè)接有定值電阻R= 2 的水平粗糙導(dǎo)軌處于垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1 T,導(dǎo)軌間距L=1 m. 一質(zhì)量m = 2 kg,阻值r= 2

10、 的金屬棒在水平拉力 F作用下由靜止開(kāi)始從 CD處沿導(dǎo)軌向右加速運(yùn)動(dòng)，金屬棒的v x圖像如圖乙所示，若金屬棒與導(dǎo)軌間動(dòng)摩擦因數(shù)科=0.25,則從起點(diǎn)發(fā)生x= 1 m位移的過(guò)程中(g= 10 m/s2)(A.金屬棒克服安培力做的功W1=0.5 JB.金屬棒克服摩擦力做的功W2=4 JC.整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生的總熱量Q=4.25 JD.拉力做的功 W= 9.25 J.如圖所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)存在于虛線框內(nèi)，矩形線圈豎直下落.如果線圈中受到的安培力總小于其重力，則它在1、2、3、4位置時(shí)的加速度關(guān)系為(aia2 a3a4B.ai= a2 = a3 = aB.ai= a2 = a3 = a4C.ai= a3a2a4

11、D.ai = a3a2= a44.如圖所示，上下開(kāi)口、內(nèi)壁光滑的銅管4.如圖所示，上下開(kāi)口、內(nèi)壁光滑的銅管P和塑料管Q豎直放置，小磁塊先后在兩管中從相同高度處由靜止釋放，并落至底部，則小磁塊 ()A.在P和Q中都做自由落體運(yùn)動(dòng)Q小磁塊B.在兩個(gè)下落過(guò)程中的機(jī)械能都守恒物科管C.在P中的下落時(shí)間比在 Q中的長(zhǎng)D.由靜止釋放，并落至底部，則小磁塊 ()A.在P和Q中都做自由落體運(yùn)動(dòng)Q小磁塊B.在兩個(gè)下落過(guò)程中的機(jī)械能都守恒物科管C.在P中的下落時(shí)間比在 Q中的長(zhǎng)D.落至底部時(shí)在 P中的速度比在 Q中的大.如圖所示，ef、gh為水平放置的足夠長(zhǎng)的平行光滑導(dǎo)軌，導(dǎo)軌間距為L(zhǎng)= 1 m,導(dǎo)軌左端連接一個(gè)

12、R=2 的電阻，將一根質(zhì)量為 0.2 kg的金屬棒cd垂直地放置在導(dǎo)軌上，且與導(dǎo)軌接觸良好，導(dǎo)軌與金屬棒的電阻均不計(jì)，整個(gè)裝置放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直導(dǎo)軌平面向下，現(xiàn)對(duì)金屬棒施加一水平向右的拉力 F,使棒從靜止開(kāi)始向右運(yùn)動(dòng)，解答以下問(wèn)題.(1)若施加的水平外力恒為F=8 N,則金屬棒達(dá)到的穩(wěn)定速度V1是多少?(2)若施加的水平外力的功率恒為P=18 W,則金屬棒達(dá)到的穩(wěn)定速度V2是多少?(3)若施加的水平外力的功率恒為P= 18 W,則從金屬棒開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到速度V3=2 m/s的過(guò)程中電阻R產(chǎn)生的熱量為8.6 J,則該過(guò)程中所需的時(shí)間是多少?4rCxXXT父 X XcXXX嚇XXX.如圖所示，兩根光滑的平行金屬導(dǎo)軌處于同一水平面內(nèi)，相距l(xiāng) = 0.3 m,導(dǎo)軌的左端 M、N用R=0.2 Q的電阻連接，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，導(dǎo)軌上跨