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1112012届高三物理一轮复习学案：第十二章电磁感应专题四 法拉第电磁感应定律的应用（二）与能的转化和守恒定律的综合应用 自感现象【考点透析】一、 本专题考点：电磁感应现象为类要求，自感现象为类要求.二、 理解和掌握的内容1以电磁感应现象中产生的电能为核心，综合着各种不同形式的能（如机械能、内能等）的转化导体切割磁感线或磁通量发生变化而在回路中产生感应电流，机械能或其它形式的能量便转化为电能；感应电流在磁场中受到安培力的作用或通过电阻发热，又可使电能转化为机械能或电阻的内能等因此，电磁感应的过程总是伴随着能量的转化过程，对于某些电磁感应问题，我们可以从能量转化的观点出发，运用能量转化和守恒定律，运用功能关系分析解决2自感电动势的方向：自感电动势总是阻碍导体中原来电流的变化当原来电流在增大时，自感电动势与原来电流方向相反；当原来电流在减小时，自感电动势与原来电流方向相同另外，“阻碍”不是“阻止”，电流还是在变化的即可简记为：增异减同，阻也阻不住RRLSA图13-423难点释疑：对自感要搞清楚通电自感和断电自感两个基本问题，学生感觉比较困难的是断电自感，特别模糊的是断电自感中“小灯泡在熄灭之前是否要闪亮一下”的问题如图1342所示，原来电路闭合处于稳定状态，其电流分别为IL和IA，方向都是从左向右，在断开S的瞬间，灯A中原来的电流IA立即消失但是灯A与线圈、电阻组成一闭合回路，由于L的自感作用，其中的电流IL不会立即消失，而是在回路中逐渐减弱维持短暂的时间，这个时间内灯A中有从右向左的电流通过，这时通过A的电流是从IL开始减弱如果原来ILIA，则在灯A熄灭之前要闪亮一下；如果原来ILIA，则灯A是逐渐熄灭不再闪亮一下【例题精析】ACB图13-43例1 如图13-43所示回路竖直放在匀强磁场中，磁场的方向垂直于回路平面向外，导线AC可以贴着光滑竖直长导轨下滑设回路的总电阻恒定为R，当导线AC从静止开始下落后，下面有关回路中能量转化的叙述中正确的说法有 （ ）A导线下落过程中机械能守恒B导线加速下落过程中，导线减少的重力势能全部转化为在电阻上产生的热量C导线加速下落过程中，导线减少的重力势能转化为导线增加的动能和回路中增加的内能D导线达到稳定速度后的下落过程中，导线减少的重力势能全部转化为回路中增加的内能解析：本题考查能的转化和定恒定律的应用导线下落过程中，因产生感应电流而受到安培力的作用且安培力对导线做功，故机械能不守恒，A不对导线加速下落过程中，其重力势能减少，动能增加，且回路中因导线切割磁感线产生了电能，这些电能再转化成内能，因此 ，根据能的转化和守恒定律，导线减少的重力势能转化为导线增加的动能和回路增加的内能B不对，C正确导线匀速下落的过程中，动能不变，导线减少的重力势能将全部转化为回路中增加的内能，D正确小结：运用能的转化和守恒定律时，重要的是找全各种不同形式的能，且确定好能的增减情况思考拓宽：若开始时导线AC因受瞬时冲量而以极大的初速度下落，试分析能的转化情况解答：导线减少的重力势能和减少的动能会转化为回路的内能例2 如图1344所示，电动机牵引一根原来静止的、长L为1m，质量m为0.1kg的导体棒MN，其电阻R为1，导体棒放在竖直放置的框架上，整个装置处于磁感应强度B为1T的匀强磁场中当导体棒上升h为3.8m时获得稳定的速度，导体产生的热量为2J电动机牵引棒时，电压表、电流表的读数分别为7V、1A，电动机内阻r为1，不计框架电阻及一切摩擦，g取10m/s2，求：（1）棒能达到的稳定速度（2）棒从静止达到稳定速度所需时间AV图13-44MNv解析：本题考查物体的动态分析和能的转化和定恒定律的应用(1)电动机的输出功率 P出 = IU -I2r = 6W棒达到稳定时所受的牵引力为 F = mg + F磁而 = BLvm I = /R F磁 = BIL F磁 = B2L2vm/R又因电动机的输出功率 P出 = Fvm = mgvm + B2L2vm2/R可得 vm = 2m/s(2)在棒从开始运动到达稳定速度的过程中，根据能量守恒定律有P出t = mgh + mvm2/2 + Q解得完成此过程所需的时间 t = 1s小结：电磁感应的过程总是伴随着能量的转化，而功是能量转化的量度，因此，要注意用功能关系分析解决此类问题【能力提升】图13-45NS 知识与技能1如图1345所示，挂在弹簧下面的条形磁铁的一端在闭合线圈内上下振动，如果空气阻力不计，则（ ）.磁铁的振幅不变 .磁铁做阻尼振动.线圈中有逐渐变弱的直流电 .线圈中有逐渐变弱的交流电LABRS图13-46A. B. C. D.只有正确2如图1346所示，线圈L的电阻不计，则（ ）A.S闭合瞬间，A板带正电，B板带负电图13-47SRL（a）SRL（b）AAB.S保持闭合，A板带正电，B板带负电C.S断开瞬间，A板带正电，B板带负电D.由于线圈电阻不计，电容器被短路，上述三种情况下两板都不带电3如图1347所示电路（a）(b)中，电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，接通S，使电路达到稳定，灯泡A发光（ ）A.在电路（a）中，断开S，A将渐渐变暗B.在电路（a）中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗C.在电路（b）中，断开S，A将渐渐变暗D.在电路（b）中，断开S，A立即熄灭 4如图1348所示，固定于水平绝缘面上的平行金属导轨不光滑，除R外其它电阻均不计，垂直于导轨平面有一匀强磁场，当质量为m的金属棒cd在水平恒力F作用下由静止向右滑动过程中，下列说法中正确的是（ ）A水平恒力F对cd棒做的功等于电路中产生的电能B只有在cd棒做匀速运动时，F对cd棒做的功才等于电路中产生的电能Rcdv图13-48Rcdv图13-50efghv图13-49C无论cd棒做何种运动，它克服磁场力做的功一定不等于电路中产生的电能DR两端电压始终等于cd棒中感应电动势的值5如图1349所示，先后以速度v1和v2匀速地把同一线圈从同一位置拉出有界的匀强磁场，若v2 = 2v1，则在先后两种情况下（ ）A 线圈中感应电流之比为1:2 B线圈中产生的热量之比为1:2C沿运动方向作用在线圈上的外力之比1:2D沿运动方向作用在线圈上的外力的功率之比1:2.能力与素质6如图1350所示，ef、gh为水平放置的平行光滑导轨，导轨间距为L，导轨一端接一定值电阻R，质量为m的金属棒cd垂直放在导轨上，导轨和金属棒的电阻均忽略不计，整个装置放在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面现对金属棒施一水平向右的拉力，使棒向右运动，若保持拉力的功率恒为P，经一段时间t，棒的速度为v，求：（1）这时棒的加速度（2）在时间t内电阻上产生的焦耳热PQNMFBba图13-51L1L2 habcdHB图13-52Babcod图13-537如图1351所示，质量为m的金属棒ab垂直架放在间距为L的水平放置的光滑的足够长的导轨PQ和MN上面，处于静止状态两导轨左端P、M用导线连接，整个导轨处于磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中，现有一水平向右的恒力F作用于金属棒ab上使之向右运动，通过大小为S的路程后，金属棒速度达到最大值设金属棒的电阻为R，其它电阻不计，则在金属棒通过这段路程的过程中，金属棒上所产生的热量多大？o8如图1352所示，位于竖直平面内的金属线框abcd，其水平边ab = 1.0m，竖直边bc = 0.5m线框的质量m = 0.2kg，电阻R = 2，在线框的下方有一上、下边界均为水平方向的匀强磁场，磁场区域宽度H L2，磁感应强度B = 1.0T，方向与线框平面垂直，使线框的cd边从距磁场上边界高h = 0.7m处由静止开始下落已知线框的cd边进入磁场后、ab边达到磁场上边界之前其速度已达到这一阶段的最大值求从线框下落到cd边刚刚到达磁场下边界过程中，磁场作用于线框的安培力所做的总功（g = 10m/s2，空气阻力不计）9如图1353所示，可绕固定轴OO转动的正方形线框边长L=0.5m,ab边质量m=0.1kg,线框的总电阻R=1，不计摩擦和空气阻力，线框从水平位置由静止释放，到达竖直位置历时0.1s，设线框始终处在方向竖直向下、磁感应强度B=410-2T的匀强磁场中若这个过程中产生的焦耳热Q=0.3J，求线框到达竖直位置时ab边受到的安培力的大小和方向BAV0图13-5410. 两个小车A和B置于光滑水平面同一直线上，且相距一段距离车A上固定有闭合的螺线管，车B上固定有一条形磁铁，且条形磁铁的轴线与螺线管在同一直线上，如图13-54所示，车A的总质量为M 1 = 10 kg，车B的总质量M 2 = 20kg若车A以v 0 = 6 m/s的速度向原来静止的车B运动，求螺线管内因电磁感应产生的热量有多少焦？（一切摩擦阻力均可忽略不计）【拓展研究】（卫星悬绳发电实验）据报道，1992年7月，美国“阿特兰蒂斯”号航天飞机进行了一项卫星悬绳发电实验，实验取得了部分成功航天飞机在地球赤道上空离地面约300km处由东向西飞行，相对地面的速度大约为65103m/s，从航天飞机上向地心方向发射一颗卫星，携带一根长20km、电阻为800的金属悬绳，使这根悬绳与地磁场垂直，做切割磁感线运动，假定这一范围内的地磁场是均匀的，磁感应强度为410-5T，且认为悬绳上各点的切割速度和航天飞机的速度相同，根据理论设计，通过电离层（由等离子体组成）的作用，悬绳可产生约3A的感应电流，试求：（1）金属悬绳中产生的感应电动势； （2）悬绳两端的电压； （3）航天飞机绕地球运行一圈悬绳输出的电能（已知地球半径为6400km）专题四：1B 2A 3A 4.D 5.ABC 6.=p/mv -B2L2v/mR, Q=Pt-mv2/2 7.Fs-m(FR/B2L2)2/2 8.-0.8J 9810-4N 水平向左 1012J拓展研究：（1）52103V （2）28103V （3）54107J111
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