2019-2020年高中物理 模塊要點(diǎn)回眸 第12點(diǎn) 電磁感應(yīng)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(diǎn)回眸 第12點(diǎn) 電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量問題 教科版選修3-2電磁感應(yīng)過程往往涉及多種能量的轉(zhuǎn)化產(chǎn)生和維持感應(yīng)電流存在的過程就是其他形式的能量轉(zhuǎn)化為感應(yīng)電流電能的過程在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，認(rèn)真分析電磁感應(yīng)過程中的能量轉(zhuǎn)化，熟練地應(yīng)用能量轉(zhuǎn)化與守恒定律是求解較復(fù)雜的電磁感應(yīng)問題的關(guān)鍵1過程分析(1)電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生感應(yīng)電流的過程，實(shí)質(zhì)上是能量的轉(zhuǎn)化過程(2)電磁感應(yīng)過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中必定受到安培力的作用，因此，要維持感應(yīng)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(dāng)感應(yīng)電流通過用電器時(shí)，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(yīng)定律和楞次定律(包括右手定則)確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(dá)式(3)分析導(dǎo)體機(jī)械能的變化，用能量守恒關(guān)系得到機(jī)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(yīng)中的能量問題時(shí)，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(zhǔn)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(duì)點(diǎn)例題如圖1所示電路，兩根光滑金屬導(dǎo)軌平行放置在傾角為的斜面上，導(dǎo)軌下端接有電阻R，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，斜面處在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，電阻可忽略不計(jì)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(dǎo)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1A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(dǎo)根據(jù)動(dòng)能定理，合力做的功等于動(dòng)能的增量，故A對(duì)；重力做的功等于重力勢(shì)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(cuò)，C對(duì)答案AC特別提醒1.電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)問題是能量的轉(zhuǎn)化與守恒問題，從這個(gè)思路出發(fā)列方程求解，有時(shí)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(guān)系式中，克服安培力做的功和產(chǎn)生的焦耳熱不能同時(shí)出現(xiàn)1. 如圖2所示，豎直放置的兩根足夠長(zhǎng)平行金屬導(dǎo)軌相距L，導(dǎo)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(dǎo)軌始終保持垂直并良好接觸，且無摩擦，整個(gè)裝置放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向與導(dǎo)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(shí)開始做勻速運(yùn)動(dòng)，在此過程中 ()圖2A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(duì)金屬棒做功的代數(shù)和等于金屬棒動(dòng)能的增加量答案BD解析金屬棒由靜止釋放后，當(dāng)a0時(shí)，速度最大，即mgBL0，解得vm，A項(xiàng)錯(cuò)誤此過程通過電阻的電荷量qtt，B項(xiàng)正確金屬棒克服安培力做的功等于整個(gè)電路產(chǎn)生的熱量，C項(xiàng)錯(cuò)誤由動(dòng)能定理知，對(duì)金屬棒有EkW重W安，D項(xiàng)正確2. 兩根足夠長(zhǎng)的光滑導(dǎo)軌豎直放置，間距為L(zhǎng)，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(gè)固定的輕彈簧下端，彈簧的勁度系數(shù)為k，金屬棒和導(dǎo)軌接觸良好，導(dǎo)軌所在平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直，如圖3所示除電阻R外，其余電阻不計(jì)現(xiàn)將金屬棒從彈簧原長(zhǎng)位置由靜止釋放則 ()圖3A金屬棒的動(dòng)能、重力勢(shì)能與彈簧的彈性勢(shì)能的總和保持不變B金屬棒最后將靜止，靜止時(shí)彈簧伸長(zhǎng)量為C金屬棒的速度為v時(shí)，所受的安培力大小為FD金屬棒最后將靜止，電阻R上產(chǎn)生的總熱量為mg答案BC3如圖4所示，電阻可忽略的光滑平行金屬導(dǎo)軌長(zhǎng)x1.15 m，兩導(dǎo)軌間距L0.75 m，導(dǎo)軌傾角為30，導(dǎo)軌上端ab接一阻值R1.5 的電阻，磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.8 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直軌道平面向上阻值r0.5 、質(zhì)量m0.2 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Qr0.1 J(取g10 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v2 m/s時(shí)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(xué)解答如下：由動(dòng)能定理，WGW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R3r，因此QR3Qr0.3 J所以W安QQRQr0.4 J(2)金屬棒下滑時(shí)受到重力和安培力作用F安BILv由牛頓第二定律得mgsin 30vma所以agsin 30v10 m/s23.2 m/s2(3)此解法正確金屬棒下滑時(shí)受到重力和安培力作用，滿足mgsin 30vma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(yùn)動(dòng)無論最終是否達(dá)到勻速，當(dāng)金屬棒到達(dá)斜面底端時(shí)速度一定為最大由動(dòng)能定理可以得到金屬棒的最大速度，因此(3)中同學(xué)的解法正確mgxsin 30Qmv所以vm m/s2.74 m/s.