高中物理《电磁感应中的能量转化》课件

欢迎进入物理课堂 电磁感应中的能量转化 复习精要例1P165 例1例289年高考26练习1例393年高考29P167 练习2练习2例4例52005年广东卷62005年江苏高考162005年天津卷23 电磁感应中的能量转化 复习精要 1 电磁感应现象的实质是不同形式能量转化的过程 产生和维持感应电流的存在的过程就是其它形式的能量转化为感应电流电能的过程 2 安培力做正功的过程是电能转化为其它形式能量的过程 安培力做多少正功 就有多少电能转化为其它形式能量 3 安培力做负功的过程是其它形式能量转化为电能的过程 克服安培力做多少功 就有多少其它形式能量转化为电能 Z x x k 4 导体在达到稳定状态之前 外力移动导体所做的功 一部分用于克服安培力做功 转化为产生感应电流的电能或最后转化为焦耳热 另一部分用于增加导体的动能 5 导体在达到稳定状态之后 外力移动导体所做的功 全部用于克服安培力做功 转化为产生感应电流的电能并最后转化为焦耳热 6 用能量转化和守恒的观点解决电磁感应问题 只需要从全过程考虑 不涉及电流产生过程的具体的细节 可以使计算方便 解题简便 例1 如图所示 在一个光滑金属框架上垂直放置一根长l 0 4m的金属棒ab 其电阻r 0 1 框架左端的电阻R 0 4 垂直框面的匀强磁场的磁感强度B 0 1T 当用外力使棒ab以速度v 5m s右移时 ab棒中产生的感应电动势E 通过ab棒的电流I ab棒两端的电势差Uab 在电阻R上消耗的功率PR 在ab棒上消耗的发热功率Pr 切割运动中产生的电功率P 0 2V 0 4A 0 16V 0 064W 0 016W 0 08W P165 例1如图所示 矩形线框先后以不同的速度v1和v2匀速地完全拉出有界匀强磁场 设线框电阻为R 且两次的始末位置相同 求 1 通过导线截面的电量之比 2 两次拉出过程外力做功之比 3 两次拉出过程中电流的功率之比 解 q I t E t R R q1 q2 1 W FL BIlL B2l2vL R v W1 W2 v1 v2 P E2 R B2l2v2 R v2 P1 P2 v12 v22 例2 如图所示 电阻为R的矩形线框 长为l 宽为a 在外力作用下 以速度v向右运动 通过宽度为d 磁感应强度为B的匀强磁场中 在下列两种情况下求外力做的功 a ld时 解 a 线框进入和穿出时产生感应电动势E Bav 进入时做功W1 E2t R Bav 2 l v R B2a2lv R 穿出时做功W2 W1 W 2B2a2lv R b 线框进入和穿出时产生感应电动势E Bav 进入时做功W1 E2t R Bav 2 d v R B2a2dv R 穿出时做功W2 W1 W 2B2a2dv R 电阻为R的矩形导线框abcd 边长ab l ad h 质量为m 自某一高度自由落体 通过一匀强磁场 磁场方向垂直纸面向里 磁场区域的宽度为h 如图 若线框恰好以恒定速度通过磁场 线框内产生的焦耳热等于 不考虑空气阻力 解 由能量守恒定律 线框通过磁场时减少的重力势能转化为线框的内能 所以Q 2mgh 2mgh 89年高考26 z xx k 练习1 用同种材料粗细均匀的电阻丝做成ab cd ef三根导线 ef较长 分别放在电阻可忽略的光滑平行导轨上 如图 磁场是均匀的 用外力使导线水平向右做匀速运动 每次只有一根导线在导轨上 而且每次外力做功的功率相同 则下列说法正确的是 Aab运动得最快B ef运动得最快C 导线产生的感应电动势相等D 每秒钟产生的热量相等 提示 L指切割磁感应线的有效长度 所以三次的感应电动势相等 P E2 R BLv 2 R 三根电阻丝的电阻Rab Rcd Ref BD 例3 如图示 MN和PQ为平行的水平放置的光滑金属导轨 导轨电阻不计 ab cd为两根质量均为m的导体棒垂直于导轨 导体棒有一定电阻 整个装置处于竖直向下的匀强磁场中 原来两导体棒都静止 当ab棒受到瞬时冲量而向右以速度v0运动后 设导轨足够长 磁场范围足够大 两棒不相碰 A cd棒先向右做加速运动 然后做减速运动B cd棒向右做匀加速运动C ab棒和cd棒最终将以v0 2的速度匀速向右运动D 从开始到ab cd都做匀速运动为止 在两棒的电阻上消耗的电能是1 4mv02 CD 两金属杆ab和cd长均为l 电阻均为R 质量分别为M和m M m 用两根质量和电阻均可忽略的不可伸长的柔软导线将它们连成闭合回路 并悬挂在水平 光滑 不导电的圆棒两侧 两金属杆都处在水平位置 如图所示 整个装置处在一与回路平面相垂直的匀强磁场中 磁感应强度为B 若金属杆ab正好匀速向下运动 求运动的速度 93年高考29 z xx k 解 设磁场方向垂直纸面向里 ab中的感应电动势E1 Bvl 方向由a b cd中的感应电动势E2 Bvl 方向由d c 回路中电流方向由a b d c 大小为I E1 E2 2R Bvl R ab受到的安培力向上 大小为F 当ab匀速下滑时 对ab有2T F Mg 对cd受到的安培力向下 有2T F mg 式中2T为杆所受到的导线的拉力 解得2F M m g即2BIl M m g 2B2l2v R M m g v M m gR 2B2l2 磁场方向垂直纸面向外 结果相同 又解 由能量守恒定律 匀速运动过程中 在时间t内 系统重力势能的减少等于两棒中产生的电能 Mgvt mgvt 2 I2Rt 2 Blv 2t R 2B2l2v R M m g v M m gR 2B2l2 P167 练习2 如图所示 在磁感强度为B的匀强磁场中 有半径为r的光滑半圆形导体框架 OC为一能绕O在框架上滑动的导体棒 OC之间连一个电阻R 导体框架与导体棒的电阻均不计 若要使OC能以角速度 匀速转动 则外力做功的功率是 B2 2r4 RB2 2r4 2RB2 2r4 4RB2 2r4 8R 解 E 1 2B r2 P E2 R B2 2r4 4R C z xx k 练习2 竖直放置的平行光滑导轨 其电阻不计 磁场方向如图所示 磁感强度B 0 5T 导体ab及cd长均为0 2m 电阻均为0 1 重均为0 1N 现用力向上推动导体ab 使之匀速上升 与导轨接触良好 此时 cd恰好静止不动 那么ab上升时 下列说法正确的是 A ab受到的推力大小为0 2NB ab向上的速度为2m sC 在2s内 推力做功转化的电能是0 4JD 在2s内 推力做功为0 6J 解 cd静止 受力如图 F1 mg 0 1N ab匀速上升 受力如图 F F1 mg 0 2N F1 BIL B2L2v 2R 0 1N v 2m s S vt 4m 拉力做功WF FS 0 8J 安培力做功WF1 F1S 0 4J ABC 例4 如图所示 MN为金属杆 在竖直平面上贴着光滑的金属导轨下滑 导轨间距l 0 1m 导轨上端接有电阻R 0 5 导轨与金属杆电阻匀不计 整个装置处于磁感应强度B 0 5T的水平匀强磁场中 若杆MN以稳定速度下滑时 每秒有0 02J的重力势能转化为电能 则MN杆下滑速度v m s 解 由能量守恒定律 重力的功率等于电功率 P E2 R BLv 2 R 0 02 2 z xx k z xx k 解 金属棒ab在冲量作用下获得速度v0 相应的动能Ek 1 2mv02 ab切割磁感线运动 产生感应电流受到磁场力F作用做减速运动 直到速度减为零停止下来 在这个过程中 ab棒的动能转化为电能 最终转化成导轨与ab棒产生的焦耳热Q1和Q2 满足Q1 Q2 Ek 因导轨电阻R和ab棒电阻r是串联关系 则Q1 Q2 R r 由以上各式可解得 金属棒上产生的热量 Q2 mv02r 2 R r 05年广东卷6 6 如图所示 两根足够长的固定平行金属光滑导轨位于同一水平面 导轨上横放着两根相同的导体棒ab cd 与导轨构成矩形回路 导体棒的两端连接着处于压缩状态的两根轻质弹簧 两棒的中间用细线绑住 它们的电阻均为R 回路上其余部分的电阻不计 在导轨平面内两导轨间有一竖直向下的匀强磁场 开始时 导体棒处于静止状态 剪断细线后 导体棒在运动过程中 A 回路中有感应电动势B 两根导体棒所受安培力的方向相同C 两根导体棒和弹簧构成的系统动量守恒 机械能守恒D 两根导体棒和弹簧构成的系统动量守恒 机械能不守恒 AD 2005年江苏高考16 16 16分 如图所示 固定的水平光滑金属导轨 间距为L 左端接有阻值为R的电阻 处在方向竖直 磁感应强度为B的匀强磁场中 质量为m的导体棒与固定弹簧相连 放在导轨上 导轨与导体棒的电阻可忽略 初始时刻 弹簧恰处于自然长度 导体棒具有水平向右的初速度v0 在沿导轨往复运动的过程中 导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触 1 求初始时刻导体棒受到的安培力 2 若导体棒从初始时刻到速度第一次为零时 弹簧的弹性势能为Ep 则在这一过程中安培里所做的功W1和电阻R上产生的焦耳热Q1分别是多少 3 导体棒往复运动 最终将静止于何处 从导体棒开始运动直到最终静止的过程中 电阻R上产生的焦耳热Q为多少 作用于棒上的安培力的大小 F BIL B2Lv02 R 2 由功能关系得 3 由能量转化及平衡条件等 可判断出 解 1 初始时刻棒中感应电动势E BLv0 棒中感应电流I E R 安培力的方向 水平向右 安培力做功W1 EP 1 2mv02 电阻R上产生的焦耳热Q1 1 2mv02 EP 棒最终静止于初始位置 电阻R上产生的焦耳热Q为Q 1 2mv02 2005年天津卷23 16分 图中MN和PQ为竖直方向的两平行长直金属导轨 间距l为0 40m 电阻不计 导轨所在平面与磁感应强度B为0 50T的匀强磁场垂直 质量m为6 0 10 3kg 电阻为1 0 的金属杆ab始终垂直于导轨 并与其保持光滑接触 导轨两端分别接有滑动变阻器和阻值为3 0 的电阻R1 当杆ab达到稳定状态时以速率v匀速下滑 整个电路消耗的电功率P为0 27W 重力加速度取10m s2 试求速率v和滑动变阻器接入电路部分的阻值R2 解 由能量守恒 有mgv P 代入数据解得v 4 5m s 又E Blv 0 5 0 4 4 5 0 9V 设电阻R1与R2的并联电阻为R并 ab棒的电阻为r 有 1 R1 1 R2 1 R并 P IE E2 R并 r R并 r E2 P 3 R2 6 0 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全